CN113977204B - 一种坡口切割方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于火焰切割技术领域，特别涉及一种坡口切割方法及机器人。该方法包括以下几个步骤：步骤1：通过辅助设备将板材转运至定位工装上；步骤2：对板材的底部靠近边缘区域进行打磨清理；步骤3：在打磨清理后的底部靠近边缘区域内焊接金属丝；步骤4：在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内喷涂耐火材料固化层；步骤5：火焰切割板材的端部，形成坡口曲面；同时流淌下来的金属液在耐火材料固化层上形成切割瘤；步骤6：去除切割瘤和耐火材料固化层；步骤7：去除金属丝。本发明提高坡口切割瘤去除效率，缩短切割瘤去除时间，节约人力物力成本，消除中厚板坡口物流链瓶颈，加快中厚板坡口发运速度，提高中厚板坡口连续生产能力。

Description

一种坡口切割方法及机器人

技术领域

本发明属于火焰切割技术领域，特别涉及一种坡口切割方法及机器人。

背景技术

火焰切割对中厚板材且坡口会产生切割瘤，特别是下切口切割瘤很大，往往达到8~10mm高，由于这会严重影响后面机器人自动化生产线的正常生产，因此必须设法消除或减少切割瘤。切割瘤不仅影响产品质量而且危害设备。一般采用人工去切割瘤的方法，中厚板坡口下线后由人工拿錾子去除，有些切割瘤与母材连较紧，需要用割枪进行割除。中厚板坡口下线后温度高达550度，清瘤人员长时间在下线区域作业易发生灼烫、中暑等人身伤害事故。其次，作业人员在高温环境中作业，大幅度降低了作业效率。再次，中厚板坡口经过缓冷坑冷却后，附着在中厚板坡口切割面下的切割瘤变硬，与中厚板坡口母材的粘接力变大，人工清理切割瘤更加困难。缓冷时间到中厚板坡口需要及时出坑发运，由于人工去切割瘤效率低，导致中厚板坡口不能及时发运，清瘤成为制约生产的瓶颈。另一方面，如果遇到需要红送的中厚板坡口，人工清瘤需要的时间较长，增加了中厚板坡口在常温环境中的温降时间，影响中厚板坡口组织结构的形成，造成中厚板坡口质量下降。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种坡口切割方法及机器人，以提高中厚板坡口切割瘤去除效率，缩短切割瘤去除时间，节约人力物力成本，消除中厚板坡口物流链瓶颈，加快中厚板坡口发运速度，提高中厚板坡口连续生产能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一实施例提供的一种坡口切割方法，包括以下几个步骤：

步骤1：通过辅助设备将板材转运至定位工装上；

步骤2：对板材的底部靠近边缘区域进行打磨清理；

步骤3：在打磨清理后的底部靠近边缘区域内焊接金属丝；

步骤4：在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内喷涂耐火材料固化层；

步骤5：火焰切割板材的端部，形成坡口曲面, 火焰切割过程中流淌下来的金属液在耐火材料固化层上形成切割瘤；

步骤6：去除切割瘤和耐火材料固化层；

步骤7：去除金属丝。

在一种可能的实现方式中，步骤2中，六自由度机器人通过打磨视觉执行模块对板材的底部靠近边缘区域进行打磨清理。

在一种可能的实现方式中，步骤3中，所述金属丝通过六自由度机器人执行末端的掐丝焊接执行模块进行焊接，且成网状。

在一种可能的实现方式中，步骤4中，首先，在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内，六自由度机器人通过耐火浆执行模块喷涂耐火浆；然后，六自由度机器人通过烘干加热执行模块对耐火浆进行烘干，形成干燥固态的耐火材料固化层。

在一种可能的实现方式中，步骤5中，六自由度机器人通过切割执行模块切割板材的端部坡口。

在一种可能的实现方式中，步骤6中，六自由度机器人通过振动铲执行模块振碎并铲除掉干燥固态的耐火材料固化层和切割瘤。

在一种可能的实现方式中，步骤7中，六自由度机器人通过打磨视觉执行模块打磨去除金属丝。

本发明的另一实施例提供一种实现上述任一项所述的坡口切割方法的坡口切割机器人，包括六自由度机器人、定位工装、执行辅助工作台及执行模块，其中定位工装包括火焰切割台和支柱，支柱设置于火焰切割台上，用于支撑待切割的板材；六自由度机器人和执行辅助工作台设置于火焰切割台的一侧，执行辅助工作台用于放置多种执行模块；六自由度机器人用于拾取不同种类的执行模块对火焰切割台上的板材进行坡口切割工艺。

在一种可能的实现方式中，各所述执行模块均包括执行驱动模块、线缆及末端执行器，其中执行驱动模块设置于所述执行辅助工作台的顶部，末端执行器放置于所述执行辅助工作台下部，且通过线缆与执行驱动模块连接。

在一种可能的实现方式中，所述执行辅助工作台上布设有：掐丝焊接执行模块、耐火浆执行模块、烘干加热执行模块、切割执行模块、振动铲执行模块及打磨视觉执行模块，其中掐丝焊接执行模块的末端执行器为氩弧焊枪，通过氩弧焊枪完成金属丝焊接；

耐火浆执行模块的末端执行器为喷涂机，通过喷涂机喷涂耐火浆；

烘干加热执行模块的末端执行器为热风机，通过热风机将耐火浆烘干为耐火材料固化层；

切割执行模块的末端执行器为离子火焰切割机，通过等离子火焰切割机对板材的端口进行火焰切割，形成坡口曲面；

振动铲执行模块的末端执行器为振动铲，通过振动铲振碎并铲除掉耐火材料固化层和切割瘤；

打磨视觉执行模块的末端执行器为电动打磨头，通过电动打磨头进行打磨清理或去除金属丝；电动打磨头上设有视觉检测模块。

本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种坡口切割机器人及方法，切割瘤清除效率高、效果好、操作简单方便，缩短切割瘤去除时间，节约人力物力成本，消除中厚板坡口物流链瓶颈，加快中厚板坡口发运速度，提高中厚板坡口连续生产能力。

本发明通过气压伺服和运动控制器的控制，切割的坡口具有外形均匀；适应各种曲线及曲面分界面的切割，成型较快的优点；同时改善焊接工人的工作环境，由于耐火材料覆盖层的热阻高，热影响区小，切割变形和应力小。

本发明具有视觉检验，切割质量容易控制，不需要特定形状的陶瓷衬板，节省时间成本和费用，质量一致性好，不受人的因数影响，适合连续切割作业，中间过程中坡口成型效果好，工作环境好，粉尘收集气流效率高，对于坡口形状，控制系统适应能力强。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中

图1为本发明一种坡口切割机器人的轴测图之一；

图2为图1中Ⅰ处放大图；

图3为本发明一种坡口切割机器人的轴测图之二；

图4为图3中Ⅱ处放大图；

图中：1为六自由度机器人，2为火焰切割台，3为支柱，4为板材，5为坡口曲面，6为耐火材料固化层，7为切割瘤，8为掐丝焊接执行模块，9为耐火浆执行模块，10为烘干加热执行模块，11为切割执行模块，12为振动铲执行模块，13为打磨视觉执行模块，14为线缆，15为末端执行器，16为执行驱动模块，17为上支撑板，18为上定位槽，19为下支撑板，20为下定位槽，21为执行辅助工作台，22为立柱，23为上板，24为工作台底座。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供一种坡口切割方法，该方法切割瘤清除效率高、效果好、操作简单方便，缩短切割瘤去除时间。参见图1至图4所示，该一种坡口切割方法，包括以下几个步骤：

步骤1：通过辅助设备将板材4转运至定位工装上；

步骤2：对板材4的底部靠近边缘区域进行打磨清理；

步骤3：在打磨清理后的底部靠近边缘区域内焊接金属丝；

步骤4：在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内喷涂耐火材料固化层6；

步骤5：火焰切割板材4的端部，形成坡口曲面5；同时流淌下来的金属液在耐火材料固化层6上形成切割瘤7；切割瘤7的熔点比耐火材料固化层6的熔点低；

步骤6：去除切割瘤7和耐火材料固化层6；

步骤7：去除金属丝。

本发明的实施例中，在步骤1中，辅助设备可采用吊车和吊具吊装板材4。在步骤2中，六自由度机器人1通过打磨视觉执行模块13对板材4的底部靠近边缘区域进行打磨清理。具体地，打磨视觉执行模块13通过电动打磨头进行打磨或抛光处理。

本发明的实施例中，在步骤3中，金属丝通过六自由度机器人1执行末端的掐丝焊接执行模块8进行焊接，且成网状。具体地，掐丝焊接执行模块8通过氩弧焊枪完成金属丝焊接。

本发明的实施例中，在步骤4中，首先，在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内，六自由度机器人1通过耐火浆执行模块9喷涂耐火浆；然后，六自由度机器人1通过烘干加热执行模块10对耐火浆进行烘干，形成干燥固态的耐火材料固化层6。具体地，耐火浆执行模块9通过喷涂机进行喷浆，烘干加热执行模块10通过热风机将耐火浆烘干为耐火材料固化层6。

具体地，耐火材料优选于硅质制品，荷重软化温度1640-1670℃，主要由鳞石英、方石英和玻璃相组成。

本发明的实施例中，在步骤5中，六自由度机器人1通过切割执行模块11切割板材4的端部坡口。具体地，切割执行模块11通过等离子火焰切割机进行火焰切割。

本发明的实施例中，在步骤6中，六自由度机器人1通过振动铲执行模块12振碎并铲除掉干燥固态的耐火材料固化层6和切割瘤7。具体地，振动铲执行模块12通过振动铲去除耐火材料固化层6和切割瘤7。

本发明的实施例中，在步骤7中，六自由度机器人1通过打磨视觉执行模块13打磨去除金属丝。

具体地，板材4为中厚板，其厚度为4.5-25mm的钢板。

本发明提供的一种坡口切割方法，在板材底部靠近边缘区域焊接金属丝，使耐火涂层均匀，且能使耐火材料固化层容易脱离去除；另外，金属丝因比较细容易去除掉，方便操作。本发明在金属丝的外侧喷涂耐火涂层，使火焰切割后形成的切割瘤不与板材基体接触，容易去除，切割瘤清除效率高、效果好、操作简单方便，缩短切割瘤去除时间，节约人力物力成本，消除中厚板坡口物流链瓶颈，加快中厚板坡口发运速度，提高中厚板坡口连续生产能力。另一方面，由于耐火材料覆盖层的热阻高，热影响区小，切割变形和应力小。

参见图1-图4所示，本发明的另一实施例提供一种实现上述坡口切割方法的坡口切割机器人，该坡口切割机器人包括六自由度机器人1、定位工装、执行辅助工作台21及执行模块，其中定位工装包括火焰切割台2和支柱3，支柱3设置于火焰切割台2上，用于支撑待切割的板材4；六自由度机器人1和执行辅助工作台21设置于火焰切割台2的一侧，执行辅助工作台21用于放置多种执行模块；六自由度机器人1用于拾取不同种类的执行模块对火焰切割台2上的板材4进行坡口切割工艺。

参见图1所示，本发明的实施例中，各执行模块均包括执行驱动模块16、线缆14及末端执行器15，其中执行驱动模块16设置于执行辅助工作台21的顶部，末端执行器15放置于执行辅助工作台21下部，且通过线缆14与执行驱动模块16连接。具体地，线缆14是空间螺旋柔性线缆，执行驱动模块16的动力电、信号电等通过空间螺旋柔性线缆传递给末端执行器15。

本实施例中，执行辅助工作台21包括工作台底座24、立柱22及上板23，其中上板23设置于工作台底座24的上方，且两端通过立柱22与上板23连接，执行驱动模块16设置于上板23上；工作台底座24的上方设有与立柱22连接的定位板结构，定位板结构用于定位末端执行器15。

具体地，参见图3、如4所示，定位板结构包括上、下设置的上支撑板17和下支撑板19，上支撑板17上间隔设有多个上定位槽18，下支撑板19上与上定位槽18相对应的设有多个下定位槽20，相对应的一组上定位槽18和下定位槽20用于定位一个末端执行器15。优选地，上支撑板17和下支撑板19向后倾斜设置，以便末端执行器15的可靠放置。

参见图1所示，本发明的实施例中，执行辅助工作台21上布设有：掐丝焊接执行模块8、耐火浆执行模块9、烘干加热执行模块10、切割执行模块11、振动铲执行模块12及打磨视觉执行模块13，其中掐丝焊接执行模块8的末端执行器15为氩弧焊枪，通过氩弧焊枪完成金属丝焊接；耐火浆执行模块9的末端执行器15为喷涂机，通过喷涂机喷涂耐火浆；烘干加热执行模块10的末端执行器15为热风机，通过热风机将耐火浆烘干为耐火材料固化层6；切割执行模块11的末端执行器15为离子火焰切割机，通过等离子火焰切割机对板材4的端口进行火焰切割，形成坡口曲面5；振动铲执行模块12的末端执行器15为振动铲，通过振动铲振碎并铲除掉耐火材料固化层6和切割瘤7；打磨视觉执行模块13的末端执行器15为电动打磨头，通过电动打磨头进行打磨清理或去除金属丝。进一步地，电动打磨头上设有视觉检测模块，视觉检查模块用于检测打磨后的光洁度。

本实施例中，末端执行器15的端部均设有快换接头，可以与六自由度机器人1末端的快锁机构连接，也可以进行机械分离。快锁机构在生产线更换可以在数秒内完成，维护和修理工具可以快速更换，大大降低停工时间。具体地，六自由度机器人1与快锁机构均采用现有技术。

本发明通过气压伺服和运动控制器的控制，切割的坡口曲面具有外形均匀，适应各种曲线及曲面分界面的切割，成型较快的优点；同时改善焊接工人的工作环境，由于耐火材料覆盖层的热阻高，热影响区小，切割变形和应力小。

本发明能完成掐丝焊接、耐火浆挂浆、加热烘干、火焰切割、振动铲除焊接瘤、打磨、视觉检测等工艺功能，具有视觉检验，切割质量容易控制，不需要特定形状的陶瓷衬板，节省时间成本和费用，质量一致性好，不受人的因数影响，适合连续切割作业，中间过程中坡口成型效果好，工作环境好，粉尘收集气流效率高，对于坡口形状，控制系统适应能力强。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种坡口切割方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：通过辅助设备将板材(4)转运至定位工装上；

步骤2：对板材(4)的底部靠近边缘区域进行打磨清理；

步骤3：在打磨清理后的底部靠近边缘区域内焊接金属丝；

步骤4：在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内喷涂耐火材料固化层(6)；

步骤5：火焰切割板材(4)的端部，形成坡口曲面(5),火焰切割过程中流淌下来的金属液在耐火材料固化层(6)上形成切割瘤(7)；

步骤6：去除切割瘤(7)和耐火材料固化层(6)；

步骤7：去除金属丝；

步骤2中，六自由度机器人(1)通过打磨视觉执行模块(13)对板材(4)的底部靠近边缘区域进行打磨清理；

步骤3中，所述金属丝通过六自由度机器人(1)执行末端的掐丝焊接执行模块(8)进行焊接，且成网状；

步骤4中，首先，在焊接有金属丝的底部靠近边缘区域内，六自由度机器人(1)通过耐火浆执行模块(9)喷涂耐火浆；然后，六自由度机器人(1)通过烘干加热执行模块(10)对耐火浆进行烘干，形成干燥固态的耐火材料固化层(6)；

步骤5中，六自由度机器人(1)通过切割执行模块(11)切割板材(4)的端部坡口；

步骤6中，六自由度机器人(1)通过振动铲执行模块(12)振碎并铲除掉干燥固态的耐火材料固化层(6)和切割瘤(7)；

步骤7中，六自由度机器人(1)通过打磨视觉执行模块(13)打磨去除金属丝。

2.一种实现权利要求1所述的坡口切割方法的坡口切割机器人，其特征在于，包括六自由度机器人(1)、定位工装、执行辅助工作台(21)及执行模块，其中定位工装包括火焰切割台(2)和支柱(3)，支柱(3)设置于火焰切割台(2)上，用于支撑待切割的板材(4)；六自由度机器人(1)和执行辅助工作台(21)设置于火焰切割台(2)的一侧，执行辅助工作台(21)用于放置多种执行模块；六自由度机器人(1)用于拾取不同种类的执行模块对火焰切割台(2)上的板材(4)进行坡口切割工艺；

各所述执行模块均包括执行驱动模块(16)、线缆(14)及末端执行器(15)，其中执行驱动模块(16)设置于所述执行辅助工作台(21)的顶部，末端执行器(15)放置于所述执行辅助工作台(21)下部，且通过线缆(14)与执行驱动模块(16)连接；

所述执行辅助工作台(21)上布设有：掐丝焊接执行模块(8)、耐火浆执行模块(9)、烘干加热执行模块(10)、切割执行模块(11)、振动铲执行模块(12)及打磨视觉执行模块(13)，其中掐丝焊接执行模块(8)的末端执行器(15)为氩弧焊枪，通过氩弧焊枪完成金属丝焊接；

耐火浆执行模块(9)的末端执行器(15)为喷涂机，通过喷涂机喷涂耐火浆；

烘干加热执行模块(10)的末端执行器(15)为热风机，通过热风机将耐火浆烘干为耐火材料固化层(6)；

切割执行模块(11)的末端执行器(15)为离子火焰切割机，通过等离子火焰切割机对板材(4)的端口进行火焰切割，形成坡口曲面(5)；

振动铲执行模块(12)的末端执行器(15)为振动铲，通过振动铲振碎并铲除掉耐火材料固化层(6)和切割瘤(7)；

打磨视觉执行模块(13)的末端执行器(15)为电动打磨头，通过电动打磨头进行打磨清理或去除金属丝；电动打磨头上设有视觉检测模块。