CN103600171B - 一种金属板上下料及切割的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种金属板上下料及切割的方法及系统，其包括：组料小车、片料小车，共设于一导轨；切割工作单元，设置于导轨一侧，其包括两个平行布置的第一、第二移动快台及激光切割头；所述的两移动快台与导轨垂直布置，其上设切割位和待料位；激光切割头通过导轨横跨两个切割位；待料位对应组料小车、片料小车导轨一侧；搬运堆垛机器人，设置于所述切割工作单元与所述组料小车、片料小车导轨之间，机器人外部轴与小车导轨平行，并横跨切割工作单元两个移动快台待料位；废料输送装置，设置于切割工作单元两个切割位下。本发明可有效地提高材料使用效率，进一步扩大生产加工范围，特别适用于提供小批量车型的生产以及新车型试制。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工，特别地，本发明涉及用于汽车制造技术领域的金属板上下料及切割的方法及系统。
背景技术
现有的汽车板落料采用模具落料方式，钢铁厂或汽车整车厂通常拥有开卷剪切堆垛自动生产线。其设备组成包括：输送单元、压机单元和堆垛单元。
根据上述模具落料方式，简单的料片形状(如长方形、梯形及弧形)可采用摆切方式，复杂曲线的料片采用模具落料。此时，落料线需要根据车型的料片大小形状配置不同的落料模具，通过更换模具生产不同的料片。汽车制造领域的金属板落料线作业效率非常高，通常在400万片～600万片/每年。按3800小时每年计算，平均每分钟约为25片。
然而，上述模具落料方式虽然适用于普通车型大规模大批量生产，但仍存在一定局限，特别是存在以下的问题：
高额的落料模具制造和保有成本；大量的模具堆放、维护场地空间需求；庞大的压机设备及设备基础引起的厂房投资等问题。特别是，在针对一些个性化车型的小批量生产时，上述模具落料方式显得不经济。
近年来，随着激光技术发展迅猛，激光的切割速度(现在厚度1.5mm以内钢板，采用4kW光纤激光发生器，切割速度可保证不低于20m/min)、光电转换效率(目前已经达到20％以上)不断提升；使得激光切割的成本已经达到了一个临界点，从而使激光切割应用于量产化汽车异形钣金落料加工成为可能。
据知，有国内外一些公司及科研单位陆续开始研究汽车板激光落料。例如，美国奥特迈提克公司公开中国专利CN102105256A提出了一种用于高速切削的渐进激光切料装置。该专利提出的装置中，每个门架上至少一个可移动激光头进行激光切割作业。然而，该方法在技术上尚存在诸多难点，比如，多台切割头同时作业，很难确保多台设备切割作业的切缝对接；板形走偏对切割形状的影响等。多台套激光切割器及切割单元的巨额配置及占地面积等也形成了高额的设备投资。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属板上下料及切割的方法及其系统，可有效地对切割废料处理提高材料使用效率，可进一步扩大生产加工范围，特别适用于提供小批量车型的生产以及新车型试制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种金属板上下料及切割的系统，其包括：组料小车、片料小车，共设于一小车导轨；切割工作单元，设置于所述小车导轨一侧，其包括两个平行布置的第一、第二移动快台及一台激光切割头；所述的两移动快台与导轨垂直布置，其上设切割位和待料位；所述的激光切割头通过其导轨横跨两个切割位；待料位对应组料小车、片料小车的小车导轨一侧；搬运堆垛机器人，设置于所述切割工作单元与所述组料小车、片料小车的小车导轨之间，机器人外部轴与小车导轨平行，并横跨所述切割工作单元两个移动快台待料位；废料输送装置，设置于切割工作单元两个切割位下。
进一步，所述的切割位上设可更换的衬板模，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。
又，还包括一可回收废料小车，与所述的片料小车可同时驶入驶出。
再有，还包括至少一个分段烟道，对应设置于切割工作单元两个切割位。
所述的废料输送装置包括设置于切割位下的废料溜槽及相应外送废料的废料输送带。
所述移动快台为单侧进料出料。
所述的激光切割头的运动机构为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。
还设2D传感器，该2D传感器设于所述激光切割头的运动机构上，2D传感器与激光切割控制器连接。2D传感器用于测量每组组料在所述两个移动快台切割位的位置，经控制器对测量数据进行处理运算，得到组料摆置位置的原点偏移与偏转角度，对切割路径进行自动修正。
本发明的一种金属板上下料及切割的方法，首先，对组料按片料形状进行排料，并由组料小车运输、堆垛；搬运堆垛机器人将堆垛位的组料搬运至第一移动快台待料位，再由第一移动快台将组料移动至切割位，组料在切割位由激光切割头根据预设定切割路径对组料进行切割成片料，与此同时，搬运堆垛机器人将组料搬运至第二移动快台待料位；第一移动快台上切割完成后激光切割头移动至第二移动快台切割位进行切割，与此同时，第一移动快台上切割后的片料被移动至第一移动快台待料位，再由搬运堆垛机器人搬运至片料小车外送、堆垛打包；如此循环，第一、第二移动快台交替移动组料、片料出入切割位，激光切割头在第一、第二移动快台切割位间移动完成组料切割；切除的废料由切割位下的废料输送装置移出切割工作单元。
进一步，本发明还采用衬板模设计，衬板模对应按片料形状、可回收废料进行排料的组料，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构；将衬板模放置于所述移动快台的切割位，组料成垛供给置于组料堆垛位，搬运堆垛机器人将组料从堆垛位拾取至切割工作单元的衬板模上，激光切割设备进行组料的切割作业形成所需片料。
又，所述搬运堆垛机器人使用端拾器进行拾取和放置作业。
所述端拾器采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。
另外，本发明所述衬板模为铝型材加工，一套衬板模适用于一种以上片料。
本发明的有益效果是：
本发明通过切割位、搬运堆垛机器人及组料上料、片料下料的合理布局，改变了原钢厂加工切割方式及系统，同时解决了小批量生产需求，达到降低成本的效果。而且，本发明产线占地面积小，装置投资成本低，能满足小批量车型的生产；并以此能获得良好的切割断面的金属片料及可利用废料，节约原材料、提高材料利用率，进一步的扩大了加工材料范围。
附图说明
图1为本发明汽车板落料系统实施例的俯视图。
图2为本发明实施例的立体示意图。
图3为本发明实施例移动快台的示意图。
图4为本发明实施例激光切割头及传感器位置示意图。
图5为本发明实施例所用的衬板模示意图。
图6为本发明实施例所端拾器真空吸盘吸取片料方式示意图。
具体实施方式
参见图1～图6，本发明的金属板上下料及切割的系统，其包括：组料小车1、片料小车2，共设于一小车导轨3；切割工作单元4，设置于所述导轨一侧，其包括两个平行布置的第一、第二移动快台5、6及一台激光切割头7；所述的两移动快台5、6与小车导轨3垂直布置，其上设切割位51、61和待料位52、62；所述的激光切割头7通过其导轨横跨两个切割位51、61；待料位52、62对应组料小车1、片料小车2的小车导轨3一侧；搬运堆垛机器人9，设置于所述切割工作单元4与所述组料小车、片料小车的小车导轨3之间，机器人外部轴8与小车导轨3平行，并横跨所述切割工作单元4两个移动快台待料位52、62；废料输送装置10，设置于切割工作单元4两个切割位51、61下。
进一步，所述的切割位上设可更换的衬板模15，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。
又，还包括一可回收废料小车11，与所述的片料小车2可同时驶进驶出。
再有，还包括至少一个以上分段烟道12，对应设置于切割工作单元4两个切割位51、61。
所述的废料输送装置10包括设置于切割位51、61下的废料溜槽101及相应外送废料的废料输送带102。
所述移动快台5、6为单侧进料出料。
所述的激光切割头7的运动机构为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。
另外，本发明还设2D传感器16，该2D传感器16设置于激光器切割头7的运动机构上，2D传感器与激光切割控制器连接，2D传感器用于测量每组组料在所述两个移动快台切割位51、61的位置，经控制器对测量数据进行处理运算，得到组料摆置位置的原点偏移与偏转角度，对切割路径进行自动修正。
本发明的一种金属板上下料及切割的方法，首先，对组料100按片料200形状进行排料，并由组料小车1运输、堆垛；搬运堆垛机器人9将堆垛位的组料搬运至第一移动快台5待料位，再由第一移动快台5将组料移动至切割位，组料在切割位由激光切割头7根据预设定切割路径对组料进行切割成片料，与此同时，搬运堆垛机器人9将组料搬运至第二移动快台6待料位；第一移动快台5上切割完成后激光切割头7移动至第二移动快台6切割位进行切割，与此同时，第一移动快台5上切割后的片料被移动至待料位，再由搬运堆垛机器人9搬运至片料小车2外送、堆垛打包；如此循环，第一、第二移动快台5、6交替移动组料、片料出入切割位，激光切割头7在第一、第二移动快台5、6切割位间移动完成组料切割；切除的废料由切割位下的废料输送装置10移出切割工作单元4。
进一步，本发明还采用衬板模设计，衬板模对应按片料形状、可回收废料进行排料的组料，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构；将衬板模放置于所述移动快台的切割位，组料成垛供给置于组料堆垛位，搬运堆垛机器人将组料从堆垛位拾取至切割工作单元的衬板模上，激光切割设备进行组料的切割作业形成所需片料。
又，所述搬运堆垛机器人9使用端拾器13进行拾取和放置作业。
所述端拾器13采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。
另外，本发明所述衬板模为铝型材加工，对应一套衬板模至少适用于一种以上片料。
搬运堆垛机器人采用真空吸盘方式进行拾取和放置组料。一台机器人具有搬运及堆垛两种功能，负责组料搬运至切割工位，以及拾取片料搬运至堆垛小车。在切割过程中有300×300mm以上的废料时，机器人还要将该废料搬运至可利用废料小车上，与片料一同从切割位拾取，其它废料直接落入衬板模下方，经废料溜槽至废料传送带运送。
本实施例按最大组料3700×1850mm组料进行设计。
衬板模按3700×1850组料最大组料、片料排布进行设计，采用铝型材组装而成，设计便于落料以及可利用废料的回收。对于可利用废料，衬板模设计相应支撑连杆以避免落入废料传送带。
直角坐标机器人形式的激光切割头运动机构作业纵向工作割工作行程：长度方向X工作区域9000mm，宽度方向Y工作区域为2000mm，高度方向Z为400mm。
激光落料的作业流程如下：
搬运堆垛机器人从组料小车上抓取第一块组料，第一移动快台在取放料工位，等待上料，机器人将组料运送放置到切割工作单元的第一移动快台上，放料时，激光切割头位于待切割位；
第一移动快台移动至切割位，激光切割头根据预设定切割路径对第一个组料进行切割作业；同时，搬运堆垛机器人从组料小车上抓取第二块组料，运送放置到第二移动快台上，随后快台移动至切割位。
当第一块组料切割完毕，激光切割头移动到第二移动快台，根据预设定切割路径对第二块组料进行切割作业；
当第一块组料切割完毕，第一移动快台移动至取放料工位，机器人拾取第一组片料，进行堆垛至片料小车。第一组片料堆垛完毕，搬运堆垛机器人移动至组料小车，拾取第三块组料，运送放置到切割工作单元的第一移动快台上，随后快台移动到切割位。
当第二块组料切割完毕，激光切割头移动到第一移动快台，根据预设定切割路径对第三块组料进行切割作业。
当第二块组料切割完毕，第二移动快台移动至取放料工位，机器人拾取第二块片料，进行堆垛至片料小车。第二块片料完成堆垛后，机器人移动至组料小车，拾取第四块组料，运送放置到切割工作单元的第二移动快台上，随后快台移动到切割位。
当第三块组料切割完毕，激光切割头移动到第二移动快台，根据预设定切割路径对第四块组料进行切割作业；
当第三块组料切割完毕，第一移动快台移动至取放料工位，机器人拾取第三块片料，进行堆垛至片料小车。第三块片料完成堆垛后，机器人移动至组料小车，拾取第五块组料，运送放置到切割工作单元的第一移动快台上，随后快台移动到切割位，第五块组料待激光切割头切割。
当第四块组料切割完毕，激光切割头移动到第一移动快台，根据预设定切割路径对第五块组料进行切割作业。
当第四块组料切割完毕，第二移动快台移动至取放料工位，机器人拾取第四块片料，进行堆垛至片料小车。
如此，激光切割头在第一、第二移动台间进行循环往复，搬运堆垛机器人在取放料工位对二快台进行循环上料下料作业。第五块组料切割，第四块片料下料堆垛，第六块组料上料；第六块组料切割，第五块片料下料堆垛，第七块组料上料；第七块组料切割，第六块片料堆垛，第八块组料上料；……。
另，安装在激光切割头边部的2D传感器会对切割台面上每一块组料进行检测。测量切割组料相对三轴数控激光切割系统的相对位置，用于修正垛料、搬运、放置等过程引起的误差。
另，废料在切割过程中通过衬板模间隙空间落至废料传送带运出。在切割过程中有300×300mm以上的废料时，搬运堆垛机器人与片料一起拾取可利用废料，机器人将片料放置于堆垛垛位小车，随后，将可利用废料放置废料小车形成废料垛。最后，机器人返回到组料小车拾取组料。
另，钢板切割过程中的切割烟气通过烟气室分段隔离并抽吸，经切割平台一侧布置的抽烟管道抽除。
本实施例中组料为侧围外板单片组料，如图5所示，针对该组料设计的衬板模形状示意为虚线所示。侧围外板21长宽尺寸为2985×1585mm，形状为图5实线所示。其它组料可切割的片料数目参见表1。侧围外板内部废料部分有四个，对应废料1#、2#、3#、4#，其中废料3#为可利用的需回收废料，大于300×300mm，需要搬运堆垛机器人拾取到废料垛位。因此，衬板模15在3#废料下方设计支撑装置151避免可利用废料掉落至废料传送带。
表1为本发明一实施例组料可切割片数。
| 序号 | 品名 | 组料可切割片数 |
| ① | 发动机内板 | 3 |
| ② | 翼子板右/左 | 3 |
| ③ | 侧围内板右/左 | 1 |
| ④ | 侧围后内板右/左 | 1 |
| ⑤ | 侧围外板右/左 | 1 |
| ⑥ | 侧围 | 1 |
| ⑦ | A柱上铰链板右/左 | 6 |
本实施例中，本发明所述搬运堆垛机器人端拾器13上安装设有高度差的两组真空吸盘14、14’，如图6所示，分别用于吸拾侧围外板片料200和吸拾可利用废料3#，片料与可利用废料通过吸盘形成高度差，确保切割边部分离，机器人将片料放料完毕后，继续将可利用废料放置废料垛位。
本发明能获得良好的切割断面的金属片料及可利用废料，节约原材料、提高材料利用率，进一步的扩大了加工材料范围。本发明改变了原钢厂加工切割方式及其系统，产线占地面积小，装置投资成本低，能满足小批量车型的生产需求。
Claims (17)
1.一种金属板上下料及切割的系统，其特征在于，包括：
组料小车、片料小车，共设于一小车导轨；
切割工作单元，设置于所述小车导轨一侧，其包括两个平行布置的第一、第二移动快台及一台激光切割头；所述的两移动快台与小车导轨垂直布置，其上设切割位和待料位；所述的激光切割头通过其导轨横跨两个切割位；待料位对应组料小车、片料小车的小车导轨一侧；
搬运堆垛机器人，设置于所述切割工作单元与所述组料小车、片料小车的小车导轨之间，搬运堆垛机器人的机器人外部轴与小车导轨平行，并横跨所述切割工作单元两个移动快台待料位；
废料输送装置，设置于切割工作单元两个切割位下。
2.如权利要求1所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述的切割位上设可更换的衬板模，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构。
3.如权利要求1或2所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，还包括一可回收废料小车，该可回收废料小车与片料小车相邻。
4.如权利要求3所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述的可回收废料小车与片料小车连接。
5.如权利要求3所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述的可回收废料小车与片料小车共轨。
6.如权利要求1或2所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，还包括至少一个分段烟道，对应设置于切割工作单元两个切割位。
7.如权利要求1所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述的废料输送装置包括设置于切割位下的废料溜槽及相应外送废料的废料输送带。
8.如权利要求1所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述第一、第二移动快台为单侧进料出料。
9.如权利要求1所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，所述的激光切割头的运动机构为直角坐标机器人形式，可沿XYZ三个方向运动。
10.如权利要求1或9所述的金属板上下料及切割的系统，其特征在于，还设2D传感器，该2D传感器设于所述激光切割头的运动机构上，2D传感器与激光切割控制器连接。
11.一种金属板上下料及切割的方法，首先，对组料按片料形状进行排料，并由组料小车运输、堆垛；搬运堆垛机器人将堆垛位的组料搬运至第一移动快台待料位，再由第一移动快台将组料移动至切割位，组料在切割位由激光切割头根据预设定切割路径对组料进行切割成片料，与此同时，搬运堆垛机器人将组料搬运至第二移动快台待料位；第一移动快台上切割完成后激光切割头移动至第二移动快台切割位进行切割，与此同时，第一移动快台上切割后的片料被移动至第一移动快台待料位，再由搬运堆垛机器人搬运至片料小车外送、堆垛打包；如此循环，第一、第二移动快台交替移动组料、片料出入切割位，激光切割头在第一、第二移动快台切割位间移动完成组料切割；切除的废料由切割位下的废料输送装置移出切割工作单元。
12.如权利要求11所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，采用衬板模设计，衬板模对应按片料形状、可回收废料进行排料的组料，衬板模上对应片料及可回收废料的位置下设置支撑装置，其余位置为供落料的留空结构；将衬板模放置于所述第一、第二移动快台的切割位，组料成垛供给置于堆垛位，搬运堆垛机器人将组料从堆垛位拾取至切割工作单元的衬板模上，激光切割设备进行组料的切割作业形成所需片料。
13.如权利要求11或12所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，所述搬运堆垛机器人使用端拾器进行拾取和放置作业。
14.如权利要求13所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，所述端拾器采用真空吸盘方式进行拾取和放置作业。
15.如权利要求11所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，还设有可回收废料小车，该可回收废料小车与片料小车相邻；可回收废料小车与片料小车同时驶进驶出或先后驶出。
16.如权利要求12所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，所述衬板模为铝型材加工。
17.如权利要求12或16所述的金属板上下料及切割的方法，其特征在于，一套衬板模适用于一种以上片料。
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