CN116973194A - 不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于板材拉力测试技术领域，具体涉及一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统及加工方法。本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，包括：集控系统，包括应用服务器和Web服务器，其中，应用服务器，用于与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；Web服务器，用于向用户提供通过浏览器访问与操作集控系统的服务；现场设备，用于完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作；交换机，与所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器连接。本发明通过集控系统获取加工设备和运输设备的实时状态，实现不锈钢及碳钢拉伸试样加工的全流程自动化，自动调度设备完成试样的各项加工任务。
Description
技术领域
本发明属于板材拉力测试技术领域，具体涉及一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统及加工方法。
背景技术
钢铁厂板材检化验承担该厂全部板材产品力学性能检测业务，检验任务的流程为：试样粗加工-试样精加工-力学检验。试样粗加工是从来样试批分割成过程样的过程，试样精加工是将过程样加工成检验用成品试样的过程。现有的不锈钢及碳钢拉伸试样人工加工流程为：来样登记-过程样粗加工-小样精加工。来样登记目前为人工根据委托单上的内容以及来样上的手写标记进行对应，根据工作经验进行过程样的粗加工；过程样粗加工使用带锯床将过程样切割成拉伸小样；拉伸小样精加工时使用数控加工中心，数控车床等对小样进行精加工，并最终得到成品试样。
原加工流程需要大量工人投入，且劳动强度大，工作危险度、重复率高，效率低下，收益不足，严重不符合我国当前的工作发展需求，不能满足日益增长的生产检测任务。因此需要一种集中管控系统用于实现不锈钢和碳钢的拉伸试样加工的自动化升级。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统及加工方法。
具体的，本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，包括：
集控系统，包括应用服务器和Web服务器，其中，应用服务器，用于与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；Web服务器，用于向用户提供通过浏览器访问与操作集控系统的服务；
现场设备，用于完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作；
交换机，与所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器连接，用于获取现场设备实施状态和下发指令，使所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器实现数据交互。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，所述加工信息包括：加工类型、尺寸信息和试批号。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，所述现场设备包括：视觉检测系统、激光切割机系统、激光切割机、打标机系统、机械臂、拉伸加工中心控制系统、拉伸加工中心、自动搬运车控制系统。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，所述应用服务器通过固定电文头与上位系统L2和所述现场设备实现socket通讯。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，所述应用服务器支持多线程任务，可同时与所有现场设备进行数据交互。
另一方面，本发明还提供了一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，其采用上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统进行，包括以下步骤：
用户借助客户端通过浏览器访问与操作集控系统；
应用服务器与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；
应用服务器通过交换机与现场设备进行数据交互，获取现场设备实施状态并下发指令；
现场设备根据指令完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，包括：
步骤一、集控系统在接收到试样加工和试批信息后，根据试样的试批号关联同一试批上的试样，生成试批和试样的内部流水号，通过激光切割机系统计算出激光切割坐标并保存；
步骤二、集控系统将试批信息发送至打标机系统；打印完毕后，将二维码标签贴至对应试批上并上料，集控系统控制机械臂至上料工位扫码并读取扫码信息，通过电文发送至激光切割机系统；集控系统控制机械臂将该试批送至视觉检测系统测量尺寸是否超差，将合格的试批放至激光切割机，超差试样放置异样框并报警提示；
步骤三、激光切割试样完成后，将该试样流水号发送至集控系统，集控系统根据内部流水号对应试样后，读取视觉检测系统中该试样尺寸和坐标信息，控制机械臂将该试样抓取至打标机打码；打码结束后，根据该试样后续加工要求控制机械臂将试样放至中转台或AGV料框，并流转至二次加工设备或成品区域；
步骤四、集控系统实时监控机械臂和二次加工设备状态，当检测到机械臂和二次加工设备同时空闲且上料工位有试样时，控制机械臂将试样放至二次加工设备中，并通过电文将试样的内部流水号、尺寸信息、图号发送至加工设备；加工结束后，集控系统收到设备发出的加工完成电文，等待该区域机械臂空闲时，控制机械臂将试样放至成品托盘；托盘装满后，通过智能调度功能控制AGV将托盘送至成品区。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，激光切割机系统的智能切割功能方法如下：
A、将试批尺寸去除激光切割设备要求预留出的切割试批边界尺寸后生成框架矩形，以矩形左下角顶点作为坐标轴圆心、矩形长边作为X轴正方向、矩形短边作为Y轴正方向建立直角坐标系；
B、将试样尺寸生成试样矩形，并按照横向边长优先的原则进行排序；
C、以框架矩形横向最低边作为初始分界线，每放置一块试样矩形，将其较高的边作为一条分界线，将新分界线右顶点X轴坐标正下方的分界线截开作为该线新的左顶点X轴坐标，生成新的分界线组；
D、放置试样矩形前，寻找最低的分界线，如分界线长度大于或等于试样矩形长度，则放置该矩形；
E、如分界线长度小于试样矩形长度，则将该分界线增高至其左右两边相邻分界线中最低的分界线使其重合，并重新更新分界线集。
F、放置结束后若最高水平线高度超过框架矩形高度，则解除试样矩形放置排序，通过智能算法求得不同放置排序下的最高分界线的最低值，每迭代500次将最高分界线与框架高度比较一次，若最高分界线小于框架高度或总迭代次数达到2500次后结束迭代；
G、如满足放置要求，则将该坐标换算成激光切割机中相应坐标，并将坐标信息对应至该试样的内部流水号；
H、如不满足放置要求，则集控系统发送警告信息，提示用户。
上述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，当拉伸试样的厚度≤8mm时，试样加工方法还包括：
A、控制机械臂将小样放入拉伸加工中心指定工位，并在其上方放上压板，夹具进行自动夹持紧固；
B、将小样的加工信息传入拉伸加工中心，拉伸加工中心根据指令和信息对小样进行确认；
C、确认完成后，加工中心根据指令调用相关程序完成材料的加工；
D、加工完毕，发送信息至集控中心，集控中心给机械手发布新的指令将小样取出并放入料框。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明通过集控系统获取加工设备和运输设备的实时状态，实现不锈钢及碳钢拉伸试样加工的全流程自动化，自动调度设备完成试样的各项加工任务；
(2)本发明基于集控系统根据L2下发的加工数据，通过智能切割、智能排产、智能调度功能实现了加工全流程的自动化、无人化和智能化；
(3)本发明的集控系统在每个环节均带有信息交互功能，方便用户对各环节的物料进行增加、删除、修改、查看，极大增加的系统的灵活性和性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明的试样自动化加工系统示意图；
图2为本发明的试样自动化加工系统平面布局示意图；
图3为本发明的试样自动化加工方法流程图。
图中标号名称：1-交换机，2-应用服务器，3-Web服务器，4-L2上位系统，5-客户端，6-自动搬运车控制系统，7-拉伸加工中心控制系统，8-拉伸加工中心，9-机械臂，10-视觉检测系统，11-激光切割机系统，12-激光切割机，13-打标机系统，14-现场PLC控制柜，15-集控显示大屏。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
具体的，如图1所示，本发明提供了一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，包括：
集控系统，现场设备及交换机，其中所述集控系统通过交换机与现场设备进行连接。
优选的，所述集控系统包括应用服务器、Web服务器。
其中，所述应用服务器，用于与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；所述Web服务器，用于向用户提供通过浏览器访问与操作集控系统的服务。
进一步的，现场设备，用于完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作。交换机，与所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器连接，用于获取现场设备实施状态和下发指令，使所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器实现数据交互。
本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统兼容不锈钢和碳钢试样，覆盖几乎所有板坯所需试样的加工，根据L2下发的加工数据，通过智能切割、智能排产、智能调度功能实现了加工全流程的自动化、无人化和智能化。优选的，所述加工信息包括：加工类型、尺寸信息和试批号，在一些实施方式中，所述加工信息还包括流水号、试批材质等。
优选的，所述现场设备包括：视觉检测系统、激光切割机系统、激光切割机、打标机系统、机械臂、拉伸加工中心控制系统、拉伸加工中心、自动搬运车控制系统。其中，拉伸加工中心为二次加工设备。
其中，视觉检测系统、激光切割机系统、打标机系统、拉伸加工中心控制系统、自动搬运车控制系统均包括一个上位机，用于与集控系统进行信息的传递与反馈。
进一步优选的，所述现场设备包括还包括中转台和/或AGV料框，用于试样的放置或转运。
进一步优选的，本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统还包括现场PLC控制柜，所述集控系统还包括集控显示大屏。
在一个优选的实施方式中，如图2所示，本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统中，交换机1与应用服务器2、Web服务器3、L2上位系统4、客户端5、自动搬运车控制系统6、拉伸加工中心控制系统7、拉伸加工中心8、机械臂9、视觉检测系统10、激光切割机系统11、激光切割机12、打标机系统13、现场PLC控制柜14及集控显示大屏通信连接。
其中，机械臂为ABB机械臂，所述机械臂的个数为多个。
其中，所述应用服务器通过固定电文头与上位系统L2和所述现场设备实现socket通讯。所述应用服务器支持多线程任务，可同时与所有现场设备进行数据交互。
基于相同的发明构思，如图3所示，本发明提供了一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，包括以下步骤：
用户借助客户端通过浏览器访问与操作集控系统；
应用服务器与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；
应用服务器通过交换机与现场设备进行数据交互，获取现场设备实施状态并下发指令；
现场设备根据指令完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作。
本发明根据设备状态和加工指令，实现来样的智能切割排版、试样加工的智能排产和自动引导搬运车的智能调度，并可将试样信息流转至力学检测系统，实现试样的自动化加工与检测功能。
在一个优选的实施方式中，本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，包括所述应用服务器与其上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息包括加工类型、尺寸信息和试批号，通过交换机同时与现场设备包括打标机、激光切割机、拉伸加工中心、高速圆盘锯、数控车床、自动导引搬运车、ABB机械臂、视觉识别装置、中转平台控制PLC进行数据交互，获取设备实施状态和下发指令。Web服务器提供用户通过浏览器访问与操作集控系统的服务。
在一个更优选的实施方式中，本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法流程如下：
步骤一、所述集控系统在接收到试样加工和试批信息后，根据试样的试批号关联同一试批上的试样，生成试批和试样的内部流水号，通过智能切割功能计算出激光切割坐标并保存；
步骤二、所述集控系统将该试批的流水号、试批号、试批尺寸和试批材质信息发送至打标机；打印完毕后，用户将打印好的二维码标签贴至对应试批上，将试批叠放至上料小车并推入上料工位；完成上料后在系统中点击上料完成按钮，系统控制ABB机械臂至上料工位扫码；系统读取扫码信息，并将贴有该二维码的试批尺寸、材质信息和该试批中所有试样的内部流水号、图号、切割坐标通过用电文发送至激光切割机系统；系统控制ABB机械臂将该试批送至视觉识别装置测量轮廓尺寸是否超差，再送至测厚装置测量厚度是否超差，将合格的试批放至激光切割机，将超差试样放置异样框并报警提示；
步骤三、激光切割试样完成后，将该试样流水号发送至集控系统，集控系统根据内部流水号对应试样后，读取视觉检测系统中该试样尺寸和坐标信息，控制ABB机械臂将该试样抓取至激光打标机，并控制激光打标机打码；打码结束后，系统根据该试样后续加工要求控制ABB机械臂将试样放至中转台或AGV料框，并流转至二次加工设备或成品区域，二次加工设备包括拉伸加工中心和数控车床。
步骤四、系统实时监控机械臂和加工设备状态，当检测到ABB机械臂和设备同时空闲且上料工位有试样时，控制ABB机械臂将试样放至二次加工设备中，并通过电文将试样的内部流水号、尺寸信息、图号发送至加工设备；加工结束后，系统收到设备发出的加工完成电文，等待该区域ABB机械臂空闲时，控制机械臂将试样放至成品托盘；托盘装满后，系统通过智能调度功能控制AGV将托盘送至成品区。
其中，AGV为自动导引运输车。
本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，可实现不锈钢及碳钢自动化拉伸试样加工自动生产线的智能切割、智能排版、智能调度和加工全流程的追溯、监控、记录。优选的，激光切割机系统的智能切割功能方法如下：
A、将试批尺寸去除激光切割设备要求预留出的切割试批边界尺寸后生成框架矩形，以矩形左下角顶点作为坐标轴圆心、矩形长边作为X轴正方向、矩形短边作为Y轴正方向建立直角坐标系；
B、将试样尺寸生成试样矩形，并按照横向边长优先的原则进行排序；
C、以框架矩形横向最低边作为初始分界线，每放置一块试样矩形，将其较高的边作为一条分界线，将新分界线右顶点X轴坐标正下方的分界线截开作为该线新的左顶点X轴坐标，生成新的分界线组；
D、放置试样矩形前，寻找最低的分界线，如分界线长度大于或等于试样矩形长度，则放置该矩形；
E、如分界线长度小于试样矩形长度，则将该分界线增高至其左右两边相邻分界线中最低的分界线使其重合，并重新更新分界线集。
F、放置结束后若最高水平线高度超过框架矩形高度，则解除试样矩形放置排序，通过智能算法求得不同放置排序下的最高分界线的最低值，每迭代500次将最高分界线与框架高度比较一次，若最高分界线小于框架高度或总迭代次数达到2500次后结束迭代；
G、如满足放置要求，则将该坐标换算成激光切割机中相应坐标，并将坐标信息对应至该试样的内部流水号；
H、如不满足放置要求，则集控系统发送警告信息，提示用户。本发明的智能切割方法相对于现有技术来说，由于采用了更为先进的设备与更科学的算法，从而提高了切割效率；降低了切割误差程度；减少了各个环节之间的流动沟通成本。
本发明的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，可用于加工薄板拉伸试样，也可用于加工中厚板拉伸试样。
优选的，当拉伸试样的厚度≤8mm时，所述试样加工方法还包括：
A、控制机械臂将小样放入拉伸加工中心指定工位，并在其上方放上压板，夹具进行自动夹持紧固；
B、将小样的加工信息传入拉伸加工中心，拉伸加工中心根据指令和信息对小样进行确认；
C、确认完成后，加工中心根据指令调用相关程序完成材料的加工；
D、加工完毕，发送信息至集控中心，集控中心给机械手发布新的指令将小样取出并放入料框。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，其特征在于，包括：
集控系统，包括应用服务器和Web服务器，其中，应用服务器，用于与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；Web服务器，用于向用户提供通过浏览器访问与操作集控系统的服务；
现场设备，用于完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作；
交换机，与所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器连接，用于获取现场设备实施状态和下发指令，使所述应用服务器、所述现场设备及所述Web服务器实现数据交互。
2.根据权利要求1所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，其特征在于，所述加工信息包括：加工类型、尺寸信息和试批号。
3.根据权利要求1所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，其特征在于，所述现场设备包括：视觉检测系统、激光切割机系统、激光切割机、打标机系统、机械臂、拉伸加工中心控制系统、拉伸加工中心、自动搬运车控制系统。
4.根据权利要求1所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，其特征在于，所述应用服务器通过固定电文头与上位系统L2和所述现场设备实现socket通讯。
5.根据权利要求1所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统，其特征在于，所述应用服务器支持多线程任务，可同时与所有现场设备进行数据交互。
6.一种不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工系统进行，包括以下步骤：
用户借助客户端通过浏览器访问与操作集控系统；
应用服务器与上位系统L2通讯获得不锈钢和碳钢试样加工信息；
应用服务器通过交换机与现场设备进行数据交互，获取现场设备实施状态并下发指令；
现场设备根据指令完成试样的识别、运输、切割、打标、拉伸操作。
7.根据权利要求6所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，其特征在于，包括：
步骤一、集控系统在接收到试样加工和试批信息后，根据试样的试批号关联同一试批上的试样，生成试批和试样的内部流水号，通过激光切割机系统计算出激光切割坐标并保存；
步骤二、集控系统将试批信息发送至打标机系统；打印完毕后，将二维码标签贴至对应试批上并上料，集控系统控制机械臂至上料工位扫码并读取扫码信息，通过电文发送至激光切割机系统；集控系统控制机械臂将该试批送至视觉检测系统测量尺寸是否超差，合格的试批放至激光切割机，超差试样放置异样框并报警提示；
步骤三、激光切割试样完成后，将该试样流水号发送至集控系统，集控系统根据内部流水号对应试样后，读取视觉检测系统中该试样尺寸和坐标信息，控制机械臂将该试样抓取至打标机打码；打码结束后，根据该试样后续加工要求控制机械臂将试样放至中转台或AGV料框，并流转至二次加工设备或成品区域；
步骤四、集控系统实时监控机械臂和二次加工设备状态，当检测到机械臂和二次加工设备同时空闲且上料工位有试样时，控制机械臂将试样放至二次加工设备中，并通过电文将试样的内部流水号、尺寸信息、图号发送至加工设备；加工结束后，集控系统收到设备发出的加工完成电文，等待该区域机械臂空闲时，控制机械臂将试样放至成品托盘；托盘装满后，通过智能调度功能控制AGV将托盘送至成品区。
8.根据权利要求7所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，其特征在于，激光切割机系统的智能切割功能方法如下：
A、将试批尺寸去除激光切割设备要求预留出的切割试批边界尺寸后生成框架矩形，以矩形左下角顶点作为坐标轴圆心、矩形长边作为X轴正方向、矩形短边作为Y轴正方向建立直角坐标系；
B、将试样尺寸生成试样矩形，并按照横向边长优先的原则进行排序；
C、以框架矩形横向最低边作为初始分界线，每放置一块试样矩形，将其较高的边作为一条分界线，将新分界线右顶点X轴坐标正下方的分界线截开作为该线新的左顶点X轴坐标，生成新的分界线组；
D、放置试样矩形前，寻找最低的分界线，如分界线长度大于或等于试样矩形长度，则放置该矩形；
E、如分界线长度小于试样矩形长度，则将该分界线增高至其左右两边相邻分界线中最低的分界线使其重合，并重新更新分界线集。
F、放置结束后若最高水平线高度超过框架矩形高度，则解除试样矩形放置排序，通过智能算法求得不同放置排序下的最高分界线的最低值，每迭代500次将最高分界线与框架高度比较一次，若最高分界线小于框架高度或总迭代次数达到2500次后结束迭代；
G、如满足放置要求，则将该坐标换算成激光切割机中相应坐标，并将坐标信息对应至该试样的内部流水号；
H、如不满足放置要求，则集控系统发送警告信息，提示用户。
9.根据权利要求7所述的不锈钢及碳钢拉伸试样自动化加工方法，其特征在于，当拉伸试样的厚度≤8mm时，试样加工方法还包括：
A、控制机械臂将小样放入拉伸加工中心指定工位，并在其上方放上压板，夹具进行自动夹持紧固；
B、将小样的加工信息传入拉伸加工中心，拉伸加工中心根据指令和信息对小样进行确认；
C、确认完成后，加工中心根据指令调用相关程序完成材料的加工；
D、加工完毕，发送信息至集控中心，集控中心给机械手发布新的指令将小样取出并放入料框。
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