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四川智能创新铸造有限公司企业标准(二)
作者:四川智能创新铸造     类别:行业信息     日期:2022/8/8 18:04:12     访问:334

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四川智能创新铸造有限公司企业规范

铸钢件冒口采用机器人进行切割处理的智能系统搭建及设置规范

2022-07-20 发布 2022-07-21 实施

四川智能创新铸造有限公司 发布

 

目 录

前 言..................................................................................................................................... II

引 言.................................................................................................................................... III

1 范围..................................................................................................................................... 1

2 设置目标............................................................................................................................. 1

3 系统构成............................................................................................................................. 2

3.1 主体部分.................................................................................................................3

3.1.1 工业机器人..................................................................................................... 3

3.1.2 专用割枪......................................................................................................... 3

3.1.3 火焰切割工艺................................................................................................. 3

3.2 视觉系统部分和切割轨迹程序.............................................................................4

3.3 控制和数据处理系统.............................................................................................4

4 系统工作流程..................................................................................................................... 4

5 系统效率及预计实现效益.................................................................................................5

6 推广价值预计..................................................................................................................... 6

6.1 降本增效,3 年收回投资......................................................................................6

6.2 改善传统切割环境,保障职业健康.....................................................................6

6.3 推动铸造行业智能化发展,迈向产业智能化升级之路.................................... 6

7 总结..................................................................................................................................... 7

7.1 配置最低要求.........................................................................................................7

7.2 系统优势.................................................................................................................7

 

前 言

本企业规范由四川智能创新铸造有限公司提出。

本企业规范起草单位为:四川智能创新铸造有限公司。

本企业规范批准人为:胡文广。

本企业规范有效期暂定为 1 年。

本企业规范规定了铸钢件冒口采用机器人进行切割处理的智能系统搭建及设置。

本标准适用于铸锻行业后处理工序中铸钢件冒口基本机器人智能打磨工作站的搭建及设置,并补充说明可提供的扩展服务。

 

引 言

冒口切割铸钢件清理过程中的重要工序,现阶段其几乎全部采用人工手持气体割枪进行切割。设定 300mm(直径或厚度)的切割厚度可以满足大部分铸钢件(约 60-70%铸钢件)冒口的切割需要。冒口切割工序工作量大,操作环境恶劣、安全风险高、人工切割质量差,且用工难等困境已极大的限制了铸造行业的发展。运用自动化、智能化技术设备代替人工作业已是铸造行业的发展方向之一。

本规范是第 1 版,在今后陆续修订。

 

铸钢件冒口采用机器人进行切割处理的

智能系统搭建及设置规范

1 范围

通用机器人视觉智能火焰切割工作站适用于中大型铸钢件的 300 直径(或厚度)以内冒口的切割作业,适用工作范围如下表 1:

 表 1 机器人火焰切割适用范围参数表



切割工作范围可通过扩展变位机,增加切割机器人等方式提高。详细布置见 3.4 扩展服务。

场地及外部能源需求:

 

2 机器人火焰切割外部需求明细表

 

2 设置目标

a) 降低浇冒口切割工序中人工工作量,保障操作者职业健康安全。

b) 控制系统人机交互智能化,操作方便。

c) 切割面平整留高一致,方便机械加工和打磨。

d) 切割质量远高于人工,切割效率基本与人工一致,对铸件摆放无严格要求。

e) 利用远程数据平台,进行生产数据处理,并监控系统运行状态。

f) 切割工艺参数可设置,适用多种铸钢件冒口切割工艺的优化,切割消耗低于人工。

g) 提升铸造冒口切割工序自动化,智能化水平。

h) 切割系统符合国家铸造厂区环保规定。

i) 整体设备稳定可*,可在 2-3 年内收回投资。

3 系统构成

铸钢件冒口视觉火焰切割工作站主要由:主体部分、视觉部分、软件控制部分等构成,总体效果图如下图所示:

 

1 大中铸钢件视觉火焰切割工作站示意效果图

主要具有以下三点优势:

a) 摆放定位方面:本工作站采用高精度视觉相机对铸件(冒口)进行定位,铸件只需摆放至预先设定范围内,不需严格确定摆放位置。但铸件需姿态调整,使铸件形成一定的气

割角度≥45°。

b) 程序设计方面:操作者确认铸件切割冒口起点和终点,系统自动识别并生成切割轨迹程序。

c) 切割质量和效率方面:机器人切割的坡口光洁度好,外形美观,切割效率高。

3.1 主体部分

主体部分主要由品牌工业机器人、专用割枪、铸件切割区域构成。

3.1.1 工业机器人

为保证火焰切割工作的正常进行,需配套有工业机器人,可以采用 Fanuc(发那科)、ABBKUKA(库卡)、Yaskawa(安川)等知名品牌的机器人。要求机器人负载 50kg 以上,臂展 2500~3000mm

3.1.2 专用割枪

根据用户的使用场景,本工作站推荐使用梅赛尔的 MS932 原装射吸式割枪,其燃气类

型可以使用乙炔、丙烷、天然气、液化气等,本工作站主要使用丙烷,其主要优势如下:

a) 更高的切割速度,提升约 30%-40%

b) 更低的氧气消耗,降低 30%-40%

c) 更长的割嘴使用寿命,提高大约 4-5 倍;

d) 更换方便,可以实现快速更换;

e) 更低的热变形,更小的割缝,减小割缝 10-15%

 

2 MS932 原装射吸式割枪

3.1.3 火焰切割工艺

选取气割(火焰切割)工艺,具有切割钢铁速度快、尺寸公差低、经济实惠、设备费

用低、设备便携、操作简便、可手动可自动等优点。需配套烟气控制和排风设施。

3 火焰切割工艺参数

 


3.2 视觉系统部分和切割轨迹程序

采用 3D 工业相机获得加工铸件表面的点云图像及坐标数据,在交互界面选取切割冒口区域。自动编程生成出机器人切割轨迹程序,具有使用灵活、采样精度高、对铸件适应性强的优点。

3.3 控制和数据处理系统

机器人智能自动化切割软件部分主要包括总控制程序,视觉视觉定位算法,切割路径自动生成算法,本地数据采集及传输算法,云端数据处理软件。

4 控制和数据处理系统模块及功能


4 系统工作流程

a) 清理干净铸件冒口切割线附近 50mm 左右部位的残砂、粘砂等;将铸件摆放到指

定作业范围内(约 2500×1500),并形成一定的气割角度≥45°,切割面偏离机器人。

b) 打开电源,登录系统,输入铸件相关参数。

c) 启动扫描系统,视觉相机调整为拍照姿态后开始扫描,对铸件表面进行扫描同时完成定位。

d) 人工在操作界面确认切割冒口的起点和终点位置,系统自动形成切割程序。

e) 进入切割流程,打开丙烷(或天然气)及氧气开关,预先进行切割枪校准点火,逐个冒口进行切割作业,直至选取的冒口全部切割完成。需要切割该铸件的其他部位冒口时重复步骤 d,直到该铸件切割结束。

f) 机器人回到安全位,操作员清理切割废料废渣钢水等残留物,操作者确认是否需要切割其他件(或该件铸件的其他部位冒口)。若确认,吊装下一批铸件重复步骤 1;若停止切割作业,点击否进入步骤 7

g) 切割作业结束,点击退出系统,关闭系统电源,清理工作现场。

备注:切割作业区附近不得存放易燃易爆物品,并设置防护板,在切割作业时防止钢水飞溅。

 

3 机器人智能切割作业

 

4 人工切割作业

5 系统效率及预计实现效益

机器人智能火焰切割系统可替代传统人工火焰切割工序,实现铸钢件冒口切割,切割质量高并可长时间稳定工作,降低生产成本,提升整体生产效率。该系统将操作者从传统的切割环境中解放出来,通过视觉和机器人系统,实现远端监控切割进程,符合我国产业智能化发展方向。

人工切割和机器人自动切割成本及效益比对

综合计算后,机器人切割与人工切割效率相同,机器人因变更姿态,回归安全位等操作存在过渡时间。但机器人可通过配置变位机等措施实现连续不间断工作,单日工作效率高于人工,约 2-3 年可收回全部投资。

机器人气割较人工切割的优势:

a) 工艺参数可控,气体流量可控,节约成本。

b) 工艺参数稳定,切割效果一致性好,质量高,后续加工(或打磨)方便不打刀

c) 切割作业持续时间长。

6 推广价值预计

6.1 降本增效,3 年收回投资

以机器人智能切割项目为例;经初步计算,采用智能切割设备代替人工切割浇冒口后,在原生产任务不变情况下,提升厂房利用率 50%以上。

预计回收投资时间 3 年以内,设备总安全生命周期 5 年以上。

6.2 改善传统切割环境,保障职业健康

传统铸造行业,铸件人工切割劳动强度大,质量控制难度高,切割周期长,场地利用率低,安全环保风险高。铸造行业用工压力增大,各工序都在实现自动化及无人少人化。现采用智能切割设备后,机器人切割面质量能够得到很好控制从而优于人工切割,且场地利用率高,节约成本,提高生产效率,可以杜绝安全和环保风险。

6.3 推动铸造行业智能化发展,迈向产业智能化升级之路

人工切割对工人的技术能力和职业操守要求较高,产品质量很难保证;工人的素质对工序效率起决定性作用,所以生产周期的保证难度很大;随着国家对环保要求的提高和对工人职业健康要求的不断升级,这个关键工序的成本越来越高,而且还难以有效解决。通过机器人智能自动化切割,不仅能有效的解决人工切割和修磨脏、累、苦、险及严重的人力资源瓶颈等问题,提升工件的切割效率、切割质量,并且能够有效提升车间的 6S 管理水平,解决环保、能源消耗等问题。

7 总结

7.1 配置最低要求

实现最基础的切割功能且不增加企业资金压力,基本机器人智能切割工作站的配置要求如下:

a) 主机部分可采用市面常见承重 50KG 以上,臂展超过 2500mm 以上机器人作为系统机器人,搭配 MS932 原装射吸式割枪。

b) 通过常规 PLC 总控制柜进行控制,C#编写控制交互界面,用以太网控制与 PLC、机器人、视觉进行联动控制。

c) 系统对工厂场地配套和能源要求都比较低,仅需要大小为 5000mm×5000mm,有

50HZ-380V 三相交流电、通自来水、能提供压力≥0.3MP 燃气和压力≥1MPa 氧气的场地即可满足要求,设备主要耗材为燃气和氧气,系统运行花费低。

7.2 系统优势

a) 简易明了的交互模式,实现操作者与系统的交互操作:点取点云图像选择切割区域,确定切割轨迹即可开启切割。

b) 系统维护简单,定期进行割枪系统检查、线路健康状况评估和工控机内运行环境及冗余清理。

c) 安全环保:操作者可远离切割操作平台,机器人设备稳定可*,切割残料大部分可回收,仅产生有限的粉尘,配套烟气控制和排风设施,杜绝安全问题,环保风险可控。

d) 操作者仅需职业技术学校相关专业学习,或拥有大专以上学历,具有计算机操作能力,通过培训即可快速掌握系统操作方法

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