线材自动修卷系统

　　1 最新技术

　　目前，有两种方法来剪切线材轧机的线圈。第一种是使用高速剪，一般放置在卷取之前和淬火之后。剪切机在操作员设定的工位内，在特定材料热处理淬火工艺定义的算法内，自动剪切每个钢坯的头部和尾部。速度超过120m/s时，精确重复剪切线材具有挑战性，需要高科技、高维护的解决方案，并需要不断关注细节以实现持续运行。

　　尽管很难保持剪切机的稳定运行，在线圈送上冷却输送机之前，就要进行剪切。在某些后期加工阶段，需要进行额外的剪切。对于寻求较低成本、较少维护密集型工艺的工厂，第二种最先进方法是手动剪切操作，通常在专用剪切站或位置的线圈处理区域的下游进行。手动剪切单调和重复，可能导致劳动伤害，对操作细节缺乏关注。操作员从每个线圈中剪切的材料过多或过少，都会导致错误。另一个问题是安全，因为工人疏忽大意或对工艺过于熟悉，可能会受到手部伤害、热线圈烧伤和剪切工具的伤害。
 

　　手工修边工艺的开发：多年来，轧钢厂一直采用手工修边，经过多次改进优化，针对棒磨机中几种尺寸和规格，开发不同的手动剪切工艺，确定了九步工艺。吊钩或心轴将线圈运到指定的剪切站，操作员准备好将液压剪切机悬挂在平衡器上。当线圈停止时，操作员迅速找到线圈的前端并用手抓住前几个圈环。然后，操作员将这些圈环拉向吊钩/心轴的开口端，使圈环分开。此时，操作员站到更合适的位置来计算展开圈环的数目。在需剪切圈环的大致数量处会产生较大的间隔。然后操作员操纵液压剪切机将该圈环定位到刀片之间的剪切机中，触发液压剪切机剪切特定圈环。剪切后，操作员将手绕着圈环的圆周移动，以确保线圈被清楚地分开，没有任何圈环的交错。如果存在交错或埋入的前端，则需要另外处理。如果线圈中没有交错或埋入的前端，操作员用手抓起废圈环包，并将其运送到附近的废圈环运输车上。很多时候，废圈环过重，他们要将一包废圈环扛在肩上。尾端可以在同一位置进行剪切，然后将线圈转移到构架上，以去除废圈环;也可以将线圈传送到位于第二剪切工位中的构架。尾端可以在第二个剪切工位进行剪切，步骤与前面描述的相同。具体选择取决于线圈之间的可用时间。理想情况下，自动卷尾剪切系统应遵循类似的程序。需注意的是，线圈到达工位时，可能温度很高。剪切线圈末端需注意工人安全。
 

　　2 自动剪切系统

　　为从线圈中精确地去除材料，正在开发新方案保持成品质量。无论采用何种剪切方法，都必须在冷却输送机和材料冶金性能确定之后进行。为了从生产的每个线圈的头部和尾部剪切出正确数量的材料，需要系统来检测和计数线圈的圈环，移动到指定的位置，剪切线圈，并以安全、高效和可重复的方式清除废料。数字化、视觉系统和自动化功能推动的最新发展，使得视觉系统可以直接连接到自动化操作，从而精确地分配、计数、剪切和丢弃废料，远远超过操作员或高速剪切机的精度。

　　2.1系统组件

　　线圈末端剪切系统(TrimRob)正在申请专利，该系统由两个视觉引导机器人组成，线圈的每端各一个。线圈压实机前的线圈处理区域是此类系统的理想位置，通常在该区域手动剪切。钢卷处理系统的类型不同，钢卷输送系统和可用的占地面积不同，需为轧机定制布局方案。

　　2.2视觉系统

　　TrimRob的核心是视觉系统。由摄像机组成，带有相关视觉处理软件。摄像机可以安装在一个独立的场所，也可以安装在现有的线圈处理系统中。它们被密封在一个特殊的气候控制箱中，以防受热、结垢和灰尘。两台摄像机相隔一定距离安装，以覆盖重叠视野。通过校准过程把摄像机和机器人的协调系统连接在一起。视觉过程设计为从线圈末端开始计数圈环数，并输出所需剪切圈环的(x，y)坐标。视觉系统的硬件可以是独立的，也可以内置在机器人控制器中。摄像机在不同的位置拍摄线圈的快照。

　　2.3 TrimRob工作单元

　　机器人工作单元是根据行业标准ANSI/RIA 15.06-2012.1设计的。系统的所有组件都被封闭在一个8英尺高的透明网状防护栅栏中。根据标准，机器人和移动部件保持了安全距离。线圈进出工作单元的运动通过智能安全光幕控制。光幕范围内的特定区域被静音，以便线圈通过，同时感应操作员进入工作单元。根据触发器的类型不同，机器人会转到一个安全的位置或立即停止。检修门配有通道，操作员在维护或其他需要时，可以安全地进入工作间。

　　1)机器人手臂和控制器。剪切使用六轴工业机器人手臂。这些机器人的最大有效载荷超过了末端执行器的重量和展开圈环所需的力。为了增加安全性，运动范围被机械锁定，以避免意外移动到所需区域之外。液压泵系统可以安装在轴1壳体上，软管通过一个密封套连接到末端执行器。液压阀和控制系统以及线缆包可安装在机器人机械装置的轴3臂和/或外壳上。每个机器人都有一个单独的控制器单元和一个手持示教器。来自机器人机械装置、视觉系统、人机接口(HMI)和示教器的电缆接入控制器。这些电缆可通过沟槽或可行走电缆桥架布线，以避免绊倒。控制器位于防护栅栏外，靠近检修门的位置。

　　2)尾端剪切的线圈传送。无论是垂直还是水平线圈处理系统，线圈都需要传送到中间夹持结构以剪切尾端。根据工厂的要求，其他类型的线圈传输系统也可以集成到工作单元中。安全光幕是静音的，以便线圈传送通过剪切工序。

　　3)废料清除系统。机器人根据尺寸、等级和客户要求从线圈两端剪切特定数量的圈环。这些剪切过的废圈环需要定期从工作单元中移除。转盘废料清除系统是其中一种选择。三个废料搬运车以120° 角放置在转盘上，由防护栏隔开。前端和后端机器人可以独立地将废料存放在搬运车上，叉车可以同时清走废料。转台旁边的低高度摆动门允许叉车更换废料搬运器，而不会干扰整个TrimRob系统的工作 。这种废料清除系统的设计，在时序方面最高效。

　　4)末端执行器工具。剪切末端执行器工具(TrimTool)安装在机器人机械装置的手腕上。它由一个剪切头、一个用于样品剪切的夹送辊组件和一个用于固定废圈环的臂夹组成。所有驱动功能均由液压驱动。这种设计经过优化，将重量保持在最小，同时将反作用力与机器人手腕隔离开来。可更换的剪切刀片可剪切直径达28mm的产品。TrimTool是通用的，使它可以使用相同的设计为前端和尾部剪切。

　　5)样品采集系统。棒磨机通常定期测试产品的物理和机械性能，以满足质量要求。TrimRob在剪切的同时，自动收集样本。例如一种样品槽，本质上是一个滑道，一端伸入工作单元，另一端用螺栓固定在工作单元外侧的地板上。待采集样品的长度决定了样品槽的角度和宽度。

　　6)人机接口。该系统有一个定制的HMI，将轧机卷处理、卷传送、废料清除、机器人、液压和安全系统联系在一起。HMI有控制整个TrimRob系统操作的主程序。它也有一个安全的可编程逻辑控制器(PLC)，监控和激活安全相关的功能。

　　3 剪切机工艺

　　虽然自动剪切的工艺是灵活的，并且可能因轧机而异，但本节详细介绍了典型的剪切机工艺。获取有关要剪切的圈环数的信息是该过程的第一步。有四种可能的方式将此信息传达给HMI：

　　1)手动输入每次运行需要剪切的圈环数。

　　2)通过磨机PLC将该信息发送至HMI，方法是计算进入线材后水箱开启所需的时间。该时间测量可确定线材的长度，以及实际需要剪切的圈环数。

　　3)未按规范冷却的圈环被放置在冷却输送机上时，数出这些圈环的数量。安装在输送机顶部的视觉摄像头可以识别未冷却的圈环和已冷却的圈环之间的色差，并对未冷却圈环进行计数。这些信息可以通过以太网实现共享。

　　4)理想的方法是使用直接安装在机器人上的视觉摄像机来识别冷却圈环和非冷却圈环的表面质量差异。这种方法可能并不适用所有钢种。

　　在剪切过程开始时，机器人处于初始位置，完成了上一个剪切循圈环。一旦新线圈进入工作单元，安装在线圈处理结构上的接近传感器指示吊钩处于微调位置。这会触发视觉摄像头拍摄快照，以识别线圈的端部圈环。从标准的线定位器视觉快照过程可以看出，每一条线紧密地代表一个圈环。机器人操纵着剪切头穿透线圈。剪切工具朝钩子的开口端移动，展开圈环。视觉摄像机拍摄快照，并根据HMI的信息定位要剪切的圈环。在定位和穿透待剪切圈环旁的线圈后，后者被导入剪切室。在剪切特定圈环后，夹具闭合以抓取所有废圈环。机器人操纵从钩子上取下废圈环，并将其带到样品槽中。当机器人在运动时，样品夹送辊旋转穿过预定长度。主液压缸第二次点火以切断样品线材长度。剪切后的样品从溜槽滑下，并收集在工作间外的底座上，供操作员拾取。机器人移动到废料处理系统，将废料圈环放在一个载体上。然后机器人返回原位，为下一个剪切周期做好准备。一个剪切周期的整个持续时间约为45s，接近于一般钢厂生产钢卷所需的时间。所有系统动作和功能都是全自动的，不需要人工操作。视觉系统被可以识别重叠的圈环，然后机器人使用末端执行器执行一个预设的程序来移除它们。此外，还预设了一个程序，在线圈形成和微调过程中处理前端和尾端圈环。