一种基于集中管控的无人化焊接生产系统及生产流程的制作方法

本发明涉及焊接加工技术领域，特别是涉及一种基于集中管控的无人化焊接生产系统及生产流程。

背景技术：

铁路桥梁用钢横梁主要由5部分组成：下翼板、腹板、上翼板、圆柱头栓钉、栏杆立柱基础。钢横梁主要应用于铁路简支t型桥梁上，位于桥梁双侧设置，间距2m/个，即每公里铁路需安装1000个钢横梁。钢横梁具有规格型号统一、需求数量大的特点，适宜进行机械自动化生产。根据生产经验，钢横梁生产过程中，下翼板、腹板、上翼板的焊接连接是主要施工工序，传统的方式多采用人工焊接作业，存在劳动强度大、受工人技术水平局限、焊缝质量不稳定、作业环境恶劣等缺点。随着国内熟练工人的稀缺和工人薪资水平的增长，人工焊接受到越来越多的限制。

目前也有采用自动焊接设备替代人工进行焊接，如实用新型专利cn209035880u《一种铁路t梁钢横梁定位夹紧翻转装置》和cn209206762u《一种用于钢横梁的焊接机构》均公开了一种带翻转功能的夹持工装设备，能够实现单台机器人焊接铁路桥梁钢横梁的技术，从而解决人工焊接作业劳动强度大，焊缝质量不稳定，效率低的问题。但是上述装置仍然依靠人工上下料，需要人工安装定位被焊接工件，自动化程度和生产效率不高，由此构成的生产线效率很低。

随着智能制造技术发展，使得重构和升级改造焊接生产线成为可能。因此，针对铁路桥梁用钢横梁产品，有必要应用机器人技术和集中管理控制技术构建一种先进的无人化柔性生产线，以解决传统生产线无法实现无人化、自动化生产的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于集中管控的无人化焊接生产系统及生产流程，实现铁路桥梁用钢横梁产品的无人化、自动化生产。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于集中管控的无人化焊接生产流程，采用无人化焊接生产系统生产钢横梁，所述无人化焊接生产系统包括原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区和集控中心，所述原料存放区用于储存堆放生产钢横梁的钢板原料，所述毛坯下料准备区将钢板原料切割成钢板坯件，毛坯下料准备区设有数控切割设备、直角坐标搬运机械手、去毛刺机、关节型搬运机械手和钢板冲压成型设备；所述钢横梁焊接区将毛坯下料准备区切割的钢板坯件焊接成型为钢横梁成品，钢横梁焊接区设有焊接工装设备、焊接机器人和上下料机器人；所述成品存放区用于存放在钢横梁焊接区完成焊接成型的钢横梁成品，所述集控中心用于集中控制和管理生产系统中原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区的设备运行、生产流程和生产数据；所述原料存放区与毛坯下料准备区之间的物料搬运采用无人化智能行车，所述毛坯下料准备区与钢横梁焊接区之间的物料运输采用传送带，钢横梁焊接区与成品存放区之间采用agv智能叉车转运成品；

所述生产流程包括以下步骤：

1)运输车辆将钢板原料运到生产车间，由所述集控中心指令所述无人化智能行车将钢板原料卸到所述原料存放区进行分类定位堆放，原料存放区的原料数据及定位数据反馈到集控中心；

2)所述集控中心指令所述无人化智能行车逐次将钢板原料吊运到所述毛坯下料准备区的数控切割设备上切割成钢板坯件；

3)所述集控中心指令所述毛坯下料准备区的直角坐标搬运机械手将所述数控切割设备切割下的钢板坯件运送到所述去毛刺机上，去除钢板坯件上的飞边毛刺；

4)所述集控中心指令所述毛坯下料准备区的关节型搬运机械手将已去除毛刺的指定钢板坯件依次放到所述传送带上，由传送带运送到钢横梁焊接区；

5)所述集控中心指令毛坯下料准备区的关节型搬运机械手将需要冲压成型的钢板坯件放到钢板冲压成型设备上，再将冲压成型后的钢板坯件放回传送带。

6)所述钢横梁焊接区的上下料机器人按照所述集控中心指令抓取所述传送带上的指定钢板坯件，依次放到所述钢横梁焊接区的焊接工装设备上；

7)所述焊接工装设备按照所述集控中心指令平移和升降；

8)所述钢横梁焊接区的焊接机器人按照所述集控中心指定的轨迹移动，并完成钢横梁成品的焊接；

9)所述钢横梁焊接区的上下料机器人按照所述集控中心指令抓取焊接成型的钢横梁成品放到叉车托盘上；

10)所述agv智能叉车按照所述集控中心指令和规划的路径将钢横梁成品搬运到所述成品存放区的指定货架上；

11)所述无人化智能行车按照所述集控中心指令将指定货架吊装到运输车辆上，将钢横梁成品运出生产车间；

12)钢板原料切割后的余废料由毛坯下料准备区的直角坐标搬运机械手抓取到传送带上，由钢横梁焊接区的上下料机器人从传送带上抓取放入废料收集箱，最由无人化智能行车将废料收集箱吊装到运输车辆上运出生产车间。

本发明还提供一种基于集中管控的无人化焊接生产系统，包括原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区和集控中心，所述原料存放区用于储存堆放生产钢横梁的钢板原料，所述毛坯下料准备区将钢板原料切割成钢板坯件，所述钢横梁焊接区将毛坯下料准备区切割的钢板坯件焊接成型为钢横梁成品，所述成品存放区用于存放在钢横梁焊接区完成焊接成型的钢横梁成品，所述集控中心用于集中控制和管理生产系统中原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区的设备运行、生产流程和生产数据。

进一步，所述原料存放区与毛坯下料准备区之间的物料搬运采用无人化智能行车，所述毛坯下料准备区与钢横梁焊接区之间的物料运输采用传送带，所述钢横梁焊接区与成品存放区之间采用agv智能叉车转运钢横梁成品。

进一步，所述无人化智能行车至少配置有1套专用吊具和1套吊具存放架，无人化智能行车根据所述集控中心指令自动更换吊具。

进一步，所述原料存放区内设置有定位标识，所述无人化智能行车配置有视觉系统和激光测距仪，视觉系统用于识别定位，激光测距仪用于闭环控制行车位置。

进一步，所述生产系统至少配置有1台无人化智能行车。

进一步，所述传送带按步进或连续移动方式运送所载物料，所述集控中心能够智能定位所述传送带上所载物料的位置和种类。

进一步，所述毛坯下料准备区至少配置有2套数控切割设备、1台直角坐标搬运机械手、1台去毛刺机、2台钢板冲压成型设备及3台关节型搬运机械手，所述数控切割设备按集控中心发出的排料图切割轨迹线，将钢板原料切割成符合图纸要求的钢板坯件；所述直角坐标搬运机械手将钢板坯件从数控切割设备上搬运到传送带；所述关节型搬运机械手用于从传送带上抓取钢板坯件，为去毛刺机和钢板冲压成型设备上下料。

进一步，所述钢横梁焊接区至少配置有2套机器人焊接工作站，每套机器人焊接工作站至少包括1套焊接工装设备、2台焊接机器人、1台上下料机器人，所述焊接工装设备用于夹持和移动钢板坯件，所述2台焊接机器人在钢板坯件的两面同时焊接，所述上下料机器人用于为焊接工装设备上下料与翻转焊接半成品件。

进一步，所述焊接工装设备包括机架及固定安装在机架上的水平导轨，所述水平导轨上滑动连接有水平框架，所述水平框架上设有至少2个可竖直移动的升降台，每个升降台上设置有用于定位放置钢板坯件的工装。

进一步，所述成品存放区至少配置有1台agv智能叉车和1个叉车托盘以及1台无人化智能行车，所述叉车托盘用于盛放钢横梁成品，所述agv智能叉车用于将装有钢横梁成品的叉车托盘移送到成品存放区，所述无人化智能行车用于将装有钢横梁成品的叉车托盘吊运到运输车辆上。

进一步，所述生产系统还包括废料收集箱，所述废料收集箱用于盛放在毛坯下料准备区的钢板原料切割后的余废料。

如上所述，本发明的基于集中管控的无人化焊接生产系统及生产流程，具有以下有益效果：

采用本发明的生产系统生产钢横梁时，综合管理人员可在集控中心集中管理控制产线上所有无人化设备的自动运行，根据不同的钢横梁产品，下达数控切割设备的排料图，规划和控制焊接机器人和上下料机器人的运动轨迹并下达到对应的机器人控制系统，控制agv智能叉车和无人化智能行车进行相关作业，所有生产设备无需人工直接操作控制，只需少量的管理人员在集控中心监视生产过程即可，可大大提高钢横梁产品的焊接生产效率，排除了人工焊接的多种不确定性因素，保证产品质量。本系统是一种数字化、柔性化、无人化或少人化的焊接生产线，可以实现多品种产品共线生产，集控中心可以远离生产现场，实现远程网络云控制。

附图说明

图1为本发明受集控中心管控的生产设备统计图；

图2为本发明实施例焊接生产系统的生产流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

具体实施过程如下：

以某制造厂智能化生产线为实施例描述本发明的具体应用。某制造厂以热轧钢板为原料焊接制造桥梁建造用的钢横梁，产品主体由三块不同形状的钢板焊接成型，结构外形尺寸在(200～1800mm)×(150～500mm)×(200～800mm)。

为了实现多品种成品共线生产，采用本发明的基于集中管控的无人化焊接生产系统及生产流程。

如图1和图2所示，本发明的基于集中管控的无人化焊接生产系统包括原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区和集控中心，原料存放区用于储存堆放生产钢横梁的钢板原料，毛坯下料准备区将钢板原料切割成钢横梁成品对应的钢板坯件，钢横梁焊接区将毛坯下料准备区切割的钢板坯件焊接成型为钢横梁成品，成品存放区用于存放在钢横梁焊接区完成焊接成型的钢横梁成品，集控中心是无人化焊接生产系统的大脑，用于集中控制和管理原料存放区、毛坯下料准备区、钢横梁焊接区、成品存放区的设备运行、生产流程和生产数据。

原料存放区与毛坯下料准备区之间的物料搬运采用无人化智能行车，无人化智能行车配有2套专用吊具和吊具存放架，无人化智能行车根据集控中心指令自动更换吊具。具体的，在原料存放区配置了1台无人化智能行车，生产所需的各类钢横梁的板坯原料按集控中心指令定位堆放。原料存放区内设置定位标识，无人化智能行车配置有视觉系统和激光测距仪，视觉系统用于识别定位，激光测距仪用于闭环控制行车位置。原料存放区的原料数据及定位数据等各种生产过程数据反馈到集控中心。

毛坯下料准备区与钢横梁焊接区之间的物料运输采用传送带，传送带按连续移动方式运送所载物料，也可以采用步进输送，集控中心能智能定位所载物料的位置和种类。具体的，在毛坯下料准备区配置了2套数控切割设备、1台直角坐标搬运机械手、1台去毛刺机、2台钢板冲压成型设备及3台关节型搬运机械手。数控切割设备按集控中心发出的排料图切割轨迹线，将钢板原料切割成符合图纸要求的钢板坯件；直角坐标搬运机械手横跨数控切割设备和传送带，将钢板坯件从数控切割设备上搬运到传送带；1台关节型搬运机械手为去毛刺机上下料，将需要去毛刺的钢板坯件从传送带抓取到去毛刺机上，再将完成去毛刺的钢板坯件抓取到传送带上，另外2台关节型搬运机械手将需要冲压成型的钢板坯件从传送带上抓取放到钢板冲压成型设备上，待完成成型后取下钢板坯件放回传送带上。

钢横梁焊接区配置了2套机器人焊接工作站，每套机器人焊接接工作站包括1套焊接工装设备、2台焊接机器人、1台上下料机器人。焊接工装设备包括机架及固定安装在机架上的水平导轨，水平导轨上滑动连接有水平框架，水平框架可在水平导轨上往返移动；水平框架上设有至少2个可竖直移动的升降台，每个升降台上设置有放置定位钢板坯件的工装，焊接工装设备夹持和移动钢板坯件；2台焊接机器人在钢板坯件的两面同时焊接，可减少焊接变形；上下料机器人将钢板坯件从传送带上取下，放到焊接工装设备上的对应位置，并在焊接过程中翻转焊接半成品件，以供焊接机器人将焊接半成品件焊接成型为钢横梁成品。

成品存放区配置了1台agv智能叉车和多个叉车托盘以及无人化智能行车。上下料机器人将钢横梁成品从焊接工装设备上取下后放到叉车托盘上，然后由agv智能叉车将叉车托盘移送到集控中心指定的位置，无人化智能行车将装有钢横梁成品的叉车托盘吊运到汽车或其它运输车辆上。具体的，成品存放区的无人化智能行车可与原料存放区共用1台无人化智能行车，也可以单独设置1台无人化智能行车。

上述无人化焊接生产系统生产钢横梁的流程为：

1)汽车或其它运输车辆将钢板原料运到生产车间，由集控中心指令无人化智能行车将钢板原料卸到原料存放区分类堆放；

2)集控中心指令无人化智能行车逐次将钢板原料吊运到毛坯下料准备区的数控切割设备上切割成钢板坯件；

3)集控中心指令毛坯下料准备区的直角坐标搬运机械手将数控切割设备切割下的钢板坯件运送到去毛刺机上，去除钢板坯件上的飞边毛刺；

4)集控中心指令毛坯下料准备区的关节型搬运机械手将已去除毛刺的指定钢板坯件依次放到传送带上，由传送带运送到钢横梁焊接区；

5)集控中心指令毛坯下料准备区的关节型搬运机械手将需要冲压成型的钢板坯件放到钢板冲压成型设备上，再将冲压成型后的钢板坯件放回传送带。

6)钢横梁焊接区的上下料机器人按照集控中心指令抓取传送带上的指定钢板坯件，依次放到钢横梁焊接区的焊接工装设备上；

7)焊接工装设备按照集控中心指令平移和升降；

8)钢横梁焊接区的焊接机器人按照集控中心指定的轨迹移动，并完成钢横梁成品的焊接；

9)钢横梁焊接区的上下料机器人按照集控中心指令抓取焊接成型的钢横梁成品放到叉车托盘上；

10)agv智能叉车按照集控中心指令和规划的路径将钢横梁成品搬运到成品存放区的指定货架上；

11)无人化智能行车按照集控中心指令将指定货架吊装到汽车或其它运输车辆上，将钢横梁成品运出生产车间；

12)钢板原料切割后的余废料由毛坯下料准备区的直角坐标搬运机械手抓取到传送带上，由钢横梁焊接区的上下料机器人从传送带上抓取放入废料收集箱，由无人化智能行车将废料收集箱吊装到汽车或其它运输车辆上运出生产车间。

根据上述生产流程，综合管理人员在集控中心集中管理控制产线上所有无人化设备的自动运行，根据不同的钢横梁产品，下达数控切割设备的排料图，规划和控制焊接机器人和上下料机器人的运动轨迹并下达到对应的机器人控制系统，控制agv智能叉车和无人化智能行车进行相关作业。

综上所述，从原料进场到成品出厂和余废料处理，本生产系统可以实现高效率无人化生产，无需传统产线的人工搬运、手工组焊，可集中管理生产线所有设备的运行，无需为每个设备配备操作工，智能化设备的运动轨迹、作业顺序全部在集控中心统一规划，生产节奏一致，物流周转顺畅。采用本发明的钢横梁生产线是一种柔性化产线，可实现多品种成品共线生产，而且可以将产线建设在工程施工现场附近就地生产，通过远程网络实现云控制。本发明在数字化制造体系中具有广阔的应用前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。