自动化抛丸清理的难点

摘要描述:

由于悬挂抛丸机控制系统的升级,使其具备了与机器人通讯的硬件基础,实现抛丸自动化成为了可能,但依然存在必须克服的困难。最近几年随着3D照相技术的迅速发展,工业化的视觉识别系统日渐成熟,而该系统与机器人的协作犹如给机器人装上了眼睛,使之前制约悬挂式抛丸机实现自动化的难题得到了有效破解。

————————

文/甄诚,阮晓春,李全心·中国重型汽车集团公司

曲轴是汽车行业锻造产品的代表,而曲轴锻件的表面清理工序随着技术的进步不断发展,近年来3D 视觉技术的突破与机器人系统的普及,也使得曲轴锻件抛丸清理工序的自动化成为发展方向。目前,双工位悬链式抛丸机以其生产效率高、运行稳定经济成为曲轴锻件表面清理的主要装备,但悬链式抛丸机本身的特点使其实现抛丸自动化存在难点,本文主要就如何克服这些难点展开研究。

曲轴锻件的表面清理

曲轴锻打成形后,一般需要调质、表面清理、探伤、裂纹清除、复探、矫直、防锈等工序。曲轴表面清理的主要目的是去除曲轴毛坯的氧化皮,常见的方式为酸洗和抛丸。

酸洗

碳素钢和合金钢锻件使用的酸洗液是硫酸或盐酸, 其中, 硫酸酸洗的化学过程是Fe+H2SO4=FeSO4+H2,FeO+H2SO4=FeSO4+H2O,生成的氢和易溶的FeSO4 使氧化皮从基体金属表层脱落。盐酸酸洗的化学过程是Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,FeO+2HCl=FeCl2+H2O,Fe+2HCl=FeCl2+H2,氧化皮的清除主要依靠其本身在盐酸溶液中的溶解,而基体金属与盐酸的反应相对要慢得多。酸洗清理的效果好,效率较高,但对环境有较大的污染。

抛丸

抛丸机抛头上的叶轮在高速转动时产生的离心力,将钢丸抛射到锻件上以除去氧化皮。常用钢丸含碳量为0.5%~0.7%、直径为0.8 ~2mm,一般为铸钢丸、钢丝切丸。抛丸清理在击落氧化皮的同时,也可消除一定的表面应力及显微裂纹,并能起到强化作用。对于经过淬火或调质处理的锻件,加工强化程度更为明显。该方法效率高,效果好,但噪声大。

随着环保要求的提高,酸洗工艺已很少采用了,主要为抛丸清理。

曲轴锻件抛丸清理的设备

传统抛丸机有单钩抛丸机(3710)、台车式抛丸机、悬链抛丸机(4810)和履带抛丸机(28GN),目前被广泛应用的是双工位积放链式悬挂抛丸机。

早期的单钩抛丸机、台车式抛丸机。曲轴锻件的表面清理质量超越酸洗工艺,但是由于产能不足,这一阶段抛丸、酸洗并存。

后来的悬链抛丸机和履带抛丸机。采用悬链抛丸机和履带抛丸机,曲轴锻件的抛丸清理产能进一步释放,完全淘汰了酸洗工艺,抛丸成为曲轴锻件表面清理的主流。

目前广泛应用的双工位积放链式悬挂抛丸机。该抛丸机采用两工位、六抛头同时抛丸清理,生产效率大幅提高,设备设置的上料位、卸料位可同时独立作业,上料、卸料的时间不大于抛丸时间,生产节拍明显提高。

自动化抛丸清理的难点

双工位积放链式悬挂抛丸机的应用,迅速提高了抛丸工序的产能,而上料、卸料工位操作人员的劳动强度也随之加大,降低劳动者的劳动强度成为迫切需要解决的问题。由于悬挂抛丸机控制系统的升级,使其具备了与机器人通讯的硬件基础,实现抛丸自动化成为了可能,但依然存在必须克服的困难。

曲轴锻件来自先进的锻造自动化生产线,曲轴毛坯的摆放虽然有序,但是无法满足机器人抓取上料的精度要求,而如果从曲轴专用料箱的角度去解决,则需要巨大的投入才能满足锻造工序到热处理、抛丸工序的需求。

悬挂抛丸机一般使用圆盘式吊具悬挂曲轴,吊盘由积放链小车来负载,这必然存在一定的自由度,无论是采用机器人悬挂曲轴还是摘取曲轴都存在吊盘晃动,势必造成机器人负载的报错或者位置精度不足。

以上两个难题,多年来一直成为曲轴抛丸实现生产自动化的障碍,制约了曲轴锻件抛丸清理自动化的进程。

破解自动化难题的措施

最近几年随着3D 照相技术的迅速发展,工业化的视觉识别系统日渐成熟,而该系统与机器人的协作犹如给机器人装上了眼睛,使之前制约悬挂式抛丸机实现自动化的难题得到了有效破解。

视觉识别系统引入

3D 相机、工控机、后处理软件、显示器等构成了视觉识别系统,该系统的基本工作步骤为:将曲轴锻件三维造型输入系统,建立模板;3D 相机拍照成像,获取工件点云;通过我们自研的软件进行模板匹配;获取工件在相机坐标系下的位姿;通过相机坐标系和机器人坐标系的转换,最终转成机器人坐标系下的位置点发给机器人;机器人抓取工件。实现曲轴锻件的摘取、装箱工作也是同理。

3D 视觉识别系统的基础是3D 相机,3D 相机的使用分为眼在手上和眼在手外两种方式,相当一部分3D 相机可以兼顾两种使用方式,因此要综合生产工艺节拍要求、机器人的运动空间及视场范围需求等因素做最终选择。

3D 相机的成像方法主要有光度立体视觉法、立体视觉法、飞行时间法、激光线扫法、散焦恢复形状法及结构光投影法。从近些年工业自动化领域的需求及发展情况看,该领域采用的主流成像方法为激光线扫法和结构光投影法。其中,激光线扫法多用于三维检测领域,自动化上下料方面采用结构光投影法的居多。而结构光投影法又分为散斑结构光及条纹结构光两种编码方式,投射效果分别如图1、图2 所示,每种编码方式下又有多种编码算法可供选择。散斑结构光原理的相机一般体积较小,成本较低,但是精度和抗干扰能力稍差,条纹结构光原理的相机成本相对高,体积也较大,精度和抗干扰能力相对散斑结构光均有提高,所以需要根据实际需求进行选择。

图1 一种散斑结构光投射效果

图2 一种条纹结构光投射效果

后处理软件则在拿到3D相机生成的点云数据后,通过滤波、采样、计算法向量、与理论模型比对等一些算法处理后,完成对工件在空间的识别定位,同时还要根据识别定位的结果完成零件的抓取规划及相应机器人的运动路径重规划,从而完成整个机器人视觉引导过程。

曲轴锻件毛坯抛丸清理自动化系统构建

该自动化系统控制过程如图3 所示,具体实现过程为:视觉拍照并分析,给出上料机器人抓取目标;上料机器人抓取曲轴;将曲轴悬挂至指定位置;上料机器人回位,申请悬链放车;视觉拍照并分析,确定并发送机器人抓取目标;卸料机器人摘取抛丸后的曲轴锻件;将曲轴卸至指定位置;卸料机器人回位,申请悬链放车。抛丸完成,且上料、卸料机器人均处于悬链放车状态,开始下一个循环……

图3 曲轴锻件毛坯抛丸清理自动化生产流程图

机器人抓钳的浮动技术

由于悬挂式抛丸机吊盘随曲轴锻件的悬挂或摘取,其角度、位置会在一定范围内摆动,一般而言,这种变化会造成机器人的保护性过载报警,进而中断自动化生产过程,因此需要在机器人抓钳设计一套浮动或随动机构,该机构在抓取曲轴毛坯前为刚性结构,完成抓取动作后,可以产生一定幅度的浮动或随动,并继续完成摘走或者悬挂工件的后撤动作,这样一来,自动化过程就可以持续。

结束语

由于视觉识别技术的成熟应用,原本困扰曲轴抛丸清理自动化的难题得到了破解,可以判断自动化的曲轴抛丸清理生产线会日渐成熟并将得到迅猛发展。

甄诚

主要从事设备的维修、调试工作,参与了热处理部凸轮轴超声波探伤生产线的安装与调试工作。

——文章来源:《锻造与冲压》2021年第15期

————————

这篇文章图片及文章资料来源于互联网,用于交流、学习和研究。如文章资料内文字翻译有错误或侵权错误的讯息,请联系删除及修正。

————————

让您每天便捷领取千万款超值淘宝、天猫、拼多多、京东商品优惠券。

马上来取购物优惠券:

大券客优惠商城平台

————————

TopItInfo改写编辑:

秀文/甄诚阮晓春李全心中国重型汽车集团公司秀才秀才秀才秀才是汽车行业锻造产品的代表,而曲轴锻件的表面清理工序随着技术的进步不断发展,近年来3DT视觉技术的突破和机器人系统的普及,也使得曲轴锻件抛丸清理工序的自动化成为发展方向。

目前,双工位悬链式抛丸机以其生产效率高运行稳定经济成为曲轴锻件表面清扫的主要装备,但悬链式抛丸机本身的特点使其实现抛丸自动化存在难点,本文主要就如何克服这些难点进行研究。

曲轴锻件表面清理洁探伤裂纹清除复查矫直防锈等工序。

曲轴表面表面的主要目的是去除曲轴空白的氧化皮,常见的方法是酸洗和抛丸。

酸洗是硫酸或盐酸,其中,硫酸洗H2SO4=FeSO4H2,FeOH2SO4=FeSO4。

盐酸洗的化学过程是Fe3O4,8HCl=2FeCl3FeCl24H2O,Fe2O36HCl=2FeCl3H2O,FeO2HCl=FeCl2H2O,Fe2HCl=FeCl2H2,氧化皮的清除主要依赖于盐酸溶液中自身的溶解,基体金属和盐酸的反应相对较慢。

酸洗效果好,效率高,但对环境污染大。

抛丸,抛丸机抛头叶轮高速旋转时产生的离心力,将钢丸抛到锻件上去除氧化皮。

常用钢丸的碳含量为0.5%~0.7%.直径为0.8次~2mm,一般为铸钢丸.钢丝切丸。

抛丸在击落氧化皮的同时,还可以消除一定的表面应力和微小的裂纹,发挥强化作用。

对于和调质处理的锻件,加工强化程度更加明显。

这种方法效率高,效果好,但噪音大。

随着环境保护要求的提高,酸洗技术不再采用,主要是抛丸清扫。

曲轴锻件抛丸清理的设备,台车式抛丸机.悬链式抛丸机(4810)和履带式抛丸机(28GN),目前广泛应用于双工位堆放式悬链式抛丸机。

早期单钩抛丸机.台式抛丸机。

曲轴锻件的表面清洁质量超过酸洗技术,但由于生产能力不足,这个阶段抛丸酸洗并存。

后悬链抛丸机和履带抛丸机。

采用悬链抛丸机和履带抛丸机,进一步释放曲轴锻件的抛丸生产能力,完全淘汰酸洗技术,抛丸成为曲轴锻件表面清扫的主流。

目前广泛应用的双工位积放链式悬挂抛丸机。

该抛丸机采用两工位.六抛头同时抛丸清扫,生产效率大幅提高,设备设置的上料位置.卸料位置可同时独立作业,卸料时间不大于抛丸时间,生产节拍明显提高。

自动化抛丸清理的难点双工位积放链式悬挂抛丸机的应用,迅速提高了抛丸工序的产能,而上料.卸料工位操作人员的劳动强度也随之加大,降低劳动者的劳动强度成为迫切需要解决的问题。

由于悬挂抛丸机控制系统的升级,使其具备了与机器人通讯的硬件基础,实现抛丸自动化成为了可能,但依然存在必须克服的困难。

曲轴锻件来自先进的锻造自动化生产线,曲轴毛坯的摆放虽然有序,但是无法满足机器人抓取上料的精度要求,而如果从曲轴专用料箱的角度去解决,则需要巨大的投入才能满足锻造工序到热处理.抛丸工序的需求。

悬挂抛丸机一般使用圆盘式吊具悬挂曲轴,吊盘由积放链小车来负载,这必然存在一定的自由度,无论是采用机器人悬挂曲轴还是摘取曲轴都存在吊盘晃动,势必造成机器人负载的报错或者位置精度不足。

以上两个难题,多年来一直成为曲轴抛丸实现生产自动化的障碍,制约了曲轴锻件抛丸自动化的进程。

破解自动化难题的措施最近几年随着3D照相技术的迅速发展,工业化的视觉识别系统日渐成熟,而该系统与机器人的协作犹如给机器人装上了眼睛,使之前制约悬挂式抛丸机实现自动化的难题得到了有效破解。

视觉识别系统引入3D相机.工控机.后处理软件.显示器等构成了视觉识别系统,该系统的基本工作步骤为:将曲轴锻件三维造型输入系统,建立模板;3D相机拍照成像,获取工件点云;通过我们自研的软件进行模板匹配;获取工件在相机坐标系下的位姿;通过相机坐标系和机器人坐标系的转换,最终转成机器人坐标系下的位置点发给机器人;机器人抓取工件。

实现曲轴锻件的摘取.装箱工作也是同理。

3D视觉识别系统的基础是3D相机,3D相机的使用分为眼在手上和眼在手外两种方式,相当一部分3D相机可以兼顾两种使用方式,因此要综合生产工艺节拍要求.机器人的运动空间及视场范围需求等因素做最终选择。

3D相机的成像方法主要有光度立体视觉法.立体视觉法.飞行时间法.激光线扫法.散焦恢复形状法及结构光投影法。

从近年来工业自动化领域的需求和发展情况来看,该领域采用的主流图像方法是激光扫描法和结构光投影法。

其中,激光扫描法多用于三维检测领域,自动上下材料多采用结构光投影法。

而结构光投影法又分为散斑结构光及条纹结构光两种编码方式,投射效果分别如图1.图2所示,每种编码方式下又有多种编码算法可供选择。

散斑结构光原理的摄像头一般体积较小,成本较低,但精度和抗干扰能力稍差,条纹结构光原理的摄像头成本相对较高,体积也较大,精度和抗干扰能力相对提高散斑结构光,因此需要根据实际需要进行选择。

图1是一种散斑结构光投射效果,是指引起的,是是否有效,是否有效,是否有条纹结构光投射效果,是否有效果,是否有助于获得3D相机生成的点云数据后,通过滤波.采样.计算法向量.与理论模型相比,是否有一个算法,是否有效,是否有效,是否有效,是否有效,是否有效,是否有效?曲轴锻件毛坯抛丸自动化系统构建,提供视觉照片和分析给料机器人抓住目标的上料机器人抓住曲轴的曲轴向指定位置悬挂曲轴向指定位置的上料机器人返回位置,申请悬挂链放置的视觉照片和分析,确定并发送机器人抓住目标的下料机器人取下抛丸后的曲轴锻件的曲轴向指定位置的下料机器人返回位置,申请悬挂链放置抛丸完成后,上材.卸料机器人均处于悬链放车状态,开始下一个循环………………………………………………………………脱落了吗?是否成为了升降机器人抓钳的浮动技术,由于悬挂式抛丸机吊盘随曲轴锻件的悬挂或摘除,其角度.位置在一定范围内摆动,一般这种变化会引起机器人的保护性过载警报,中断自动化生产过程,因此机器人在设计机器人可以继续摆脱浮动机构之前的浮动机构的浮动机构之后的浮动机构的浮动机构的浮动机构的浮动机构的浮动机构结束语言,破解了曲轴抛丸清扫自动化的难题,判断了自动化的曲轴抛丸清扫生产线的成熟。

甄诚,参与热处理部凸轮轴超波探伤生产线的安装和调整。

——文章来源:《锻造与冲压》2021年第15期这篇文章图片及文章资料来源于互联网,用于交流.学习和研究。

如果文章资料中的文字翻译有错误或侵权错误,请联系删除和修改。

————————

核心关键词 :

“轴锻件”,”抛丸”,”机器人”,”曲轴”,”表面”,”结构光”,”自动化”,”工位”,”悬挂”,”氧化皮”