特钢棒材精整线智能喷码系统关键技术研究
发布时间：2020-12-30 09:06
随着工业4.0时代的到来,国内的制造业正面临着重大的转型升级,而恰恰钢铁制造是涉及国计民生的重中之重。高品质特殊钢是钢铁材料中的高科技产品,关系到我国海洋、航空、先进装备制造等至关重要领域的发展与壮大。正是由于特钢的特殊地位,所以有必要在全产业链实现可追溯生产,有必要在特钢精整线上开发一套自动标识的喷码设备。旨在解决人工印刷所导致序列码不规范、不清晰、效率低等问题。本课题组以某特钢企业的精整线为背景,通过走访和调研国内外研究现状,开发了一套适用于精整线特钢棒材端面自动喷码的直角坐标机器人系统。该系统在实验室进行多次试验,结果证明其具有喷码效率高、喷码质量高、自动化程度高、制作成本低等特点。本论文主要从精整线自动喷码方案设计、直角坐标机器人执行系统设计、控制系统软硬件设计和特钢棒材喷码试验优化等四方面进行了研究和设计。所做工作主要包括:1)通过实际走访有关钢铁标识领域的龙头企业,又结合河北省某特钢企业的精整线,分析了其喷码的必要性和技术难点,最终确立了基于直角坐标机器人和激光测距仪的喷码方案和喷码流程;2)结合设计的方案,利用三维设计软件Sliodworks进行了整体设计建模,包括机器人...
【文章来源】： 胡世君 河北科技大学
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车间场景伴随着“机器换人”时代的逐渐到来[6]，
河北科技大学硕士学位论文2图1-1车间场景图1-2喷码效果伴随着“机器换人”时代的逐渐到来[6]，国家、社会、企业、公民都越来越意识到智能装备的重要性[7]。它不仅仅解决了生产效率较低的问题，实现了科学就是第一生产力的发展目标，更在一定意义上解放了人类的双手，让工人远离有毒有害的高危岗位。倘若特钢企业如果不解决上述自动喷码问题，特钢企业将失去企业的核心竞争力，被市场所淘汰。总的来说，在特钢棒材生产领域迫切需要开展对喷码系统的研究工作，要求喷码系统要赋予精整线上的每一根棒材详尽的产品标码，并且标识要规范、准确不能缺失。这也是本论文研究的主要内容与方向。1.1.2课题研究的意义本文所研究课题是与河北某钢铁企业合作的省级重点支撑项目。历时半年多的走访调研发现，目前特钢小直径棒材（50~200mm）喷码基本上全靠人工喷码，缺乏自动喷码系统。在中国智能制造2025以及工业4.0的大背景下，十分有必要加强特钢棒材的智能制造水平，尽可能用机器取代人工参与环节，提高生产制造效率和效益。本课题组在分析现有特钢棒材生产工艺的基础上，以特钢企业精整线为研究对象，提出以激光测距、油墨供料系统、直角坐标机器人控制以及机器视觉等为技术支撑的研究方案，开发和研制出一套适用于直径在50到200mm的特钢棒材精整喷码系统。该系统将一个唯一的编码标注在每根棒材端面上，通过该编码与其它工艺流程特征码的唯一关联性，实现特钢棒材全生命周期的可追溯，提高了特钢棒材产品的质量水平，或将成为我国特钢工业智能制造及质量控制的关键一环，直接或者间接地推动了钢铁工业迈向智能化的步伐，对我国相关产业技术升级、创新驱动与可持续发展以及实际生产过程具有一定的可借鉴意义。本项目的完成将填补特钢棒材标
河北科技大学硕士学位论文4图1-3UNIMATE机器人随着工业机器人的应用越来越广泛，应运而生了各种专门针对钢铁企业的喷码机器人系统，下面主要介绍国外著名钢铁标识设备供应商生产的钢铁标识设备及其特点[11]。美国专利US2646746A提到了一款专门针对于热态钢板产品的气动打标机，这款打标机通过计算机控制电磁阀来实现气流的转换，进而驱动气缸运动，气缸执行末端配备由硬质合金制成的打印针，打印针循环往复冲击到钢铁表面，最终形成所需要的产品标记。但是高温钢铁产品表面特别容易氧化生成氧化皮，很容易影响到标识的效果和质量。德国的STOMMEL&VOOS公司（简称S&V）设计生产的一款基于西门子PLC和上位计算机控制的钢铁产品打标机。其驱动设备选用定位精度高运行稳定的伺服系统，在伺服电机的驱动下，利用高速运动打印针的动能和压强，在产品表面形成厚度可达3mm的标识，字符保留时间可达半年之久。此款标识设备主要应用于钢铁产品、铁路车轮、汽车车桥等相关产品的标识。奥地利的NUMTEC-INTERSTAHL公司（简称N-I）在喷码设备的技术研发上占有绝对的优势，该公司是一家全球专注于设计金属制品生产线自动化的集团企业，拥有专门的金属产品标识设备研发部门。N-I设计生产的最新钢板喷号系统采用五轴串联机器人带动喷码头书写产品标号，喷头采用全新多喷嘴点阵结构，喷嘴直径最小可达6mm，采用性能稳定的电磁阀控制通断和时序，如图1-4。该喷码机器人被固定在特定的喷码工位上，当检测到产品达到的信号时，串联机器人带动喷码头从坐标原点运动到喷码工位，按照预先设定的喷码程序开始执行喷码位置探测工作，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC技术在机械电气控制装置中的实践与探究[J]. 董龙虎. 建材与装饰. 2019(12)
[2]Spatial Interactions of China’s Steel Output: An Empirical Analysis Based on Chinese Inter-provincial Panel Data[J]. WAN Dai,LI Ningting. Journal of Landscape Research. 2019(02)
[3]工业机器人技术及在钢铁行业的应用[J]. 罗景春. 酒钢科技. 2018(02)
[4]浅议中远期我国钢铁产业演变趋势与发展形态[J]. 黄涛. 冶金管理. 2018(02)
[5]Matlab与PLC通信实现对装车控制系统的自动控制[J]. 周芳. 机电工程技术. 2017(11)
[6]伺服技术在工业自动化中发展与运用分析[J]. 刘子沣,向阳,刘权. 中国战略新兴产业. 2017(36)
[7]直角坐标焊接机械手控制系统设计与实现[J]. 张静,刘涵茜,陈静阳. 机电工程技术. 2017(02)
[8]钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法[J]. 郑忠,黄世鹏,龙建宇,高小强. 工程科学学报. 2017(01)
[9]成捆圆钢机器人贴标系统图像识别方法[J]. 黄风山,秦亚敏,任玉松. 光电工程. 2016(12)
[10]浅析喷码机现状及发展趋势[J]. 李豫南,周晓丽. 中国井矿盐. 2016(06)
硕士论文
[1]大字符喷码机和筒子纱自动包装制袋的开发及应用[D]. 史兆森.天津工业大学 2018
[2]一种基于PLC的码垛机器人设计与研究[D]. 向应军.湖北工业大学 2017
[3]袋装水泥装车机器人控制技术研究[D]. 田雪珂.华北理工大学 2016
[4]自动喷码机在预精焊螺旋缝焊管生产线的应用[D]. 杨青建.山东大学 2015
[5]直角坐标型喷涂机器人控制系统设计与实现[D]. 孙科苗.杭州电子科技大学 2015
[6]激光打标生产线自动定位系统的研究[D]. 贾亚涛.河北工业大学 2014
[7]热钢坯喷号机控制系统的设计[D]. 翟国召.辽宁科技大学 2013
[8]抛光用直角坐标机器人控制系统设计与实现[D]. 金鹏.西华大学 2013
[9]4自由度直角坐标焊接机器人控制系统设计[D]. 周洁.哈尔滨工程大学 2013
[10]轮毂喷码机的结构设计及其关键部件的技术分析[D]. 张树良.天津科技大学 2013
本文编号：2947386
【文章来源】： 胡世君 河北科技大学
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车间场景伴随着“机器换人”时代的逐渐到来[6]，
河北科技大学硕士学位论文2图1-1车间场景图1-2喷码效果伴随着“机器换人”时代的逐渐到来[6]，国家、社会、企业、公民都越来越意识到智能装备的重要性[7]。它不仅仅解决了生产效率较低的问题，实现了科学就是第一生产力的发展目标，更在一定意义上解放了人类的双手，让工人远离有毒有害的高危岗位。倘若特钢企业如果不解决上述自动喷码问题，特钢企业将失去企业的核心竞争力，被市场所淘汰。总的来说，在特钢棒材生产领域迫切需要开展对喷码系统的研究工作，要求喷码系统要赋予精整线上的每一根棒材详尽的产品标码，并且标识要规范、准确不能缺失。这也是本论文研究的主要内容与方向。1.1.2课题研究的意义本文所研究课题是与河北某钢铁企业合作的省级重点支撑项目。历时半年多的走访调研发现，目前特钢小直径棒材（50~200mm）喷码基本上全靠人工喷码，缺乏自动喷码系统。在中国智能制造2025以及工业4.0的大背景下，十分有必要加强特钢棒材的智能制造水平，尽可能用机器取代人工参与环节，提高生产制造效率和效益。本课题组在分析现有特钢棒材生产工艺的基础上，以特钢企业精整线为研究对象，提出以激光测距、油墨供料系统、直角坐标机器人控制以及机器视觉等为技术支撑的研究方案，开发和研制出一套适用于直径在50到200mm的特钢棒材精整喷码系统。该系统将一个唯一的编码标注在每根棒材端面上，通过该编码与其它工艺流程特征码的唯一关联性，实现特钢棒材全生命周期的可追溯，提高了特钢棒材产品的质量水平，或将成为我国特钢工业智能制造及质量控制的关键一环，直接或者间接地推动了钢铁工业迈向智能化的步伐，对我国相关产业技术升级、创新驱动与可持续发展以及实际生产过程具有一定的可借鉴意义。本项目的完成将填补特钢棒材标
河北科技大学硕士学位论文4图1-3UNIMATE机器人随着工业机器人的应用越来越广泛，应运而生了各种专门针对钢铁企业的喷码机器人系统，下面主要介绍国外著名钢铁标识设备供应商生产的钢铁标识设备及其特点[11]。美国专利US2646746A提到了一款专门针对于热态钢板产品的气动打标机，这款打标机通过计算机控制电磁阀来实现气流的转换，进而驱动气缸运动，气缸执行末端配备由硬质合金制成的打印针，打印针循环往复冲击到钢铁表面，最终形成所需要的产品标记。但是高温钢铁产品表面特别容易氧化生成氧化皮，很容易影响到标识的效果和质量。德国的STOMMEL&VOOS公司（简称S&V）设计生产的一款基于西门子PLC和上位计算机控制的钢铁产品打标机。其驱动设备选用定位精度高运行稳定的伺服系统，在伺服电机的驱动下，利用高速运动打印针的动能和压强，在产品表面形成厚度可达3mm的标识，字符保留时间可达半年之久。此款标识设备主要应用于钢铁产品、铁路车轮、汽车车桥等相关产品的标识。奥地利的NUMTEC-INTERSTAHL公司（简称N-I）在喷码设备的技术研发上占有绝对的优势，该公司是一家全球专注于设计金属制品生产线自动化的集团企业，拥有专门的金属产品标识设备研发部门。N-I设计生产的最新钢板喷号系统采用五轴串联机器人带动喷码头书写产品标号，喷头采用全新多喷嘴点阵结构，喷嘴直径最小可达6mm，采用性能稳定的电磁阀控制通断和时序，如图1-4。该喷码机器人被固定在特定的喷码工位上，当检测到产品达到的信号时，串联机器人带动喷码头从坐标原点运动到喷码工位，按照预先设定的喷码程序开始执行喷码位置探测工作，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC技术在机械电气控制装置中的实践与探究[J]. 董龙虎. 建材与装饰. 2019(12)
[2]Spatial Interactions of China’s Steel Output: An Empirical Analysis Based on Chinese Inter-provincial Panel Data[J]. WAN Dai,LI Ningting. Journal of Landscape Research. 2019(02)
[3]工业机器人技术及在钢铁行业的应用[J]. 罗景春. 酒钢科技. 2018(02)
[4]浅议中远期我国钢铁产业演变趋势与发展形态[J]. 黄涛. 冶金管理. 2018(02)
[5]Matlab与PLC通信实现对装车控制系统的自动控制[J]. 周芳. 机电工程技术. 2017(11)
[6]伺服技术在工业自动化中发展与运用分析[J]. 刘子沣,向阳,刘权. 中国战略新兴产业. 2017(36)
[7]直角坐标焊接机械手控制系统设计与实现[J]. 张静,刘涵茜,陈静阳. 机电工程技术. 2017(02)
[8]钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法[J]. 郑忠,黄世鹏,龙建宇,高小强. 工程科学学报. 2017(01)
[9]成捆圆钢机器人贴标系统图像识别方法[J]. 黄风山,秦亚敏,任玉松. 光电工程. 2016(12)
[10]浅析喷码机现状及发展趋势[J]. 李豫南,周晓丽. 中国井矿盐. 2016(06)
硕士论文
[1]大字符喷码机和筒子纱自动包装制袋的开发及应用[D]. 史兆森.天津工业大学 2018
[2]一种基于PLC的码垛机器人设计与研究[D]. 向应军.湖北工业大学 2017
[3]袋装水泥装车机器人控制技术研究[D]. 田雪珂.华北理工大学 2016
[4]自动喷码机在预精焊螺旋缝焊管生产线的应用[D]. 杨青建.山东大学 2015
[5]直角坐标型喷涂机器人控制系统设计与实现[D]. 孙科苗.杭州电子科技大学 2015
[6]激光打标生产线自动定位系统的研究[D]. 贾亚涛.河北工业大学 2014
[7]热钢坯喷号机控制系统的设计[D]. 翟国召.辽宁科技大学 2013
[8]抛光用直角坐标机器人控制系统设计与实现[D]. 金鹏.西华大学 2013
[9]4自由度直角坐标焊接机器人控制系统设计[D]. 周洁.哈尔滨工程大学 2013
[10]轮毂喷码机的结构设计及其关键部件的技术分析[D]. 张树良.天津科技大学 2013
本文编号：2947386
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