一种钢板切割下料智能化生产线及其生产方法与流程

本发明属于汽车零部件生产设备技术领域，具体涉及一种钢板切割下料智能化生产线及其生产方法。

背景技术：

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，支撑了国民经济的快速发展。钢板下料成型在各行业中均应用广泛，但目前的下料车间普遍存在自动化程度低、人工劳动强度大、生产效率低等问题，严重影响了产能的提升及人力、物力成本的浪费，同时也不利于产品的质量控制，达不到精益生产的要求。

在目前现有的钢板下料车间还处于单机离散型生产，其中工艺过程含原材料钢板的卸货、吊运、切割、校平、分拣及废料的处理等均以人工作业为主，工序之间的转运也仅通过天车和叉车等人工方式来实现。该生产模式造成车间工人多，成本费用大，同时由于切割后零件的种类多、数量大和重量重等情况，也增加了工人的劳动强度，导致生产效率低下。

现有的部分钢板切割下料车间已经开始借助机械化设备实现部分自动化生产，应用到了机动辊道、自动打磨机、机器人视觉识别等较先进的自动化设备。替代了部分人工作业，但其并不是一条自动化的生产线，还存在很多瓶颈，比如采用套料图来视觉对比分拣，造成该生产线只适用于切割中大件(尺寸＞400mm)，虽该部分作业通过手工完成，但生产效率低，且对于实际生产中占大多数的小件而言，仅通过视觉识别造成生产线无法完成小件分拣，因此造成该生产线只适用于特定零件下的特定场合，在钢板切割行业中并不具备普遍性。

因此，基于钢板切割下料车间的工艺现状，如何满足钢板切割下料车间大、中、小件的自动化、无人化生产，并实现产品生产效率高、质量稳定，在此打造一条智能化的生产线显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种钢板切割下料智能化生产线及其生产方法。可用于工程机械、汽车制造、钢构生产等钢板下料领域。该生产线将实现板料的自动卸货，板料的自动上切割机，切割后零件的自动清渣打磨、分拣及废料处理，零件的自动校平送料、开坡口，零件的自动转运、入库。该生产线将上述工位进行了整体联线设计并实现无人化生产，使生产效率大大提高，降低了人工成本的同时提升了下料车间的智能化水平。

本发明采用的技术方案是：一种钢板切割下料智能化生产线，包括钢板来料缓存区、钢板切割区、零件分拣及废料处理区和大件校平砂光区，还包括贯穿钢板来料缓存区、钢板切割区、零件分拣及废料处理区和大件校平砂光区的自动化转运装置；所述钢板来料缓存区设置在生产线的前端，所述钢板切割区设置于钢板来料缓存区的下一区域，所述零件分拣及废料处理区设置于钢板切割区的下一区域，所述大件校平砂光区设置于零件分拣及废料处理区的下一区域；所述钢板来料缓存区包括第一智能天车、钢板运输对中机构和物流车停车卸货位；所述钢板切割区包括第二智能天车和四台等离子切割机及钢板存放库位；所述零件分拣及废料处理区包括主输送板链、中小件自动分拣系统、中小件自动砂光系统、大件自动分拣系统、废料运输缓存区、废料自动液压龙门剪、废料框和中小件缓存区；所述大件校平砂光区包括校平辊道、自动校平机、大件砂光打磨机、大件自动下线桁架机械手。

进一步优选的结构，钢板来料卸货后在车间两侧相对布置；所述第一智能天车在钢板来料缓存区域内运行；所述钢板运输对中机构对中布置在钢板来料缓存区末端，且钢板运输对中机构一半设置在钢板来料缓存区内，一半设置在钢板来料缓存区外；所述钢板来料缓存区中间通道处设置物流车停车卸货位，且采用轻质隔墙与钢板来料缓存区隔离。

进一步优选的结构，所述第二智能天车在钢板切割区域运行，所述四台等离子切割机按两台并排的方式设置，所述钢板存放库位设置于两侧等离子切割机之间的中间通道区域。

所述第二智能天车与第一智能天车位于同一轨顶高度，共用同一轨道。

进一步优选的结构，所述主输送板链一部分设置在钢板切割区域后段中间，另一部分设置在零件分拣及废料处理区内，并设置缓存工位位于钢板切割区内，所述主输送板链采用步进式的运动方式。

进一步优选的结构，所述中小件自动分拣系统设置在钢板切割区后面的区域，所述中小件自动分拣系统包括六台中小件一次分拣固定机器人按三台并排对称的方式布置在主输送板链上下位置，所述中小件一次分拣固定机器人用于分拣钢板切割后的中、小件；一次分拣后的中、小件分别采用两条中件输送板链和三条小件输送板链输送至下线分拣机器人进行下线二次分拣；所述两条中件输送板链每条上分别设置一台中件清渣打磨砂光机，中件清渣打磨砂光机的砂光机板链与中件输送板链自动对接，所述三条小件输送板链上的小件正面清渣打磨砂光机、小件反面清渣打磨砂光机采用前后设置方式串联在生产线上，砂光机板链与小件输送板链自动对接。

进一步优选的结构，所述下线二次分拣包括中件下线分拣和小件下线分拣，所述中件下线分拣设置两台中件二次分拣固定下线机器人，中件二次分拣固定下线机器人按前后设置，所述小件下线分拣设置三台小件二次分拣固定下线机器人，小件二次分拣固定下线机器人按前后设置；所述下线分拣后的中、小件采用料箱自动装框，利用agv自动运输至下一区域的零件存放区。

进一步优选的结构，所述大件自动分拣系统设置在主输送板链后段，包括大件自动分拣桁架机械手，所述大件自动分拣桁架机械手的桁架横跨主输送板链和大件校平系统的辊道；所述大件自动分拣系统设置在主输送板链后段，设置在中小件一次分拣和废料自动液压龙门剪之间，对已分拣完中小件的钢板板料进行大件的分拣，所述大件自动分拣桁架机械手区域分别设置主输送板链和大件输送辊道。

进一步优选的结构，所述废料自动液压龙门剪设置在主输送板链的末端，对已分拣零件后的废料进行分段剪切，剪切后的废料采用废料框装框，利用agv运输至下一区域的废料运输缓存区；所述废料运输缓存区设置在废料自动液压龙门剪的上部区域，用以缓存废料框。

进一步优选的结构，所述校平辊道布置形式和主输送板链并列布置；所述自动校平机对分拣后的大件进行通过式校平；所述大件自动下线桁架机械手位于校平辊道尾部，用于大件砂光打磨后自动下线；下线后的大件采用托架装运，利用agv运输至大件缓存区；所述大件缓存区设置在校平辊道尾部的上部区域，用以缓存大件托架。

一种利用权利要求1所述的一种钢板切割下料智能化生产线的生产方法，包含如下步骤：根据钢板套料图进行板料的切割，依据切割后零件的尺寸大小，并将零件分为大件、中件、小件；然后中件、小件自动分拣系统根据反馈的钢板套料信息，按零件尺寸信息对板料进行一次分拣，目的是分拣切割后板料中的中件和小件，其中分拣节拍需匹配钢板切割时间，经测算一次分拣采用六台中小件一次分拣固定机器人混合分拣，其采用的机器人通过混抓的方式实现钢板的全覆盖抓取；一次分拣后中小件分别由中、小件输送板链经过通过式砂光机打磨后，经二次分拣的中件二次分拣固定下线机器人、小件二次分拣固定下线机器人自动识别后抓取入料框，零件料框利用agv转运；中、小件分拣完成后，大件随主输送板链运行到下一工位，通过大件自动分拣桁架机械手，自动识别抓取大件，抓取后的大件通过大件自动校平机完成大件校平砂光打磨工艺(中小件不需要校平)，最后经过大件自动下线桁架机械手抓取入托架，利用agv运输；大件分拣后，剩余的板料即为切割后的废料，其中废料按2m尺寸采用液压龙门剪剪断后自动落框，agv运输废料。

上述步骤中，100mm＜小件≤400mm，400mm＜中件≤1000mm，1000mm＜大件。

与现有技术相比，本发明的钢板切割下料智能化生产线具有如下优点：

1、本发明通过对钢板切割下料、分拣的生产线进行创新性设计，通过采用智能天车、自动控制钢板切割机、分拣机器人、自动砂光打磨机等智能化设备及输送板链、机动辊道、桁架抓取机械手、agv等智能化输送设备，将钢板切割下料整个工序柔性串联，在钢板切割下料行业中创造性的实现了一个流的生产模式。

2、本发明特点是将现有的金属切割行业的手工作业方式，设计成按照精益生产模式下的一个流的模式，生产效率最高、生产线占地面积最小、没有在制品库存。

3、本发明零件无人化分拣系统，实现了切割后的大件、中件、小件和废料的自动分拣，同时也实现了无人化作业。一张钢板平均约100个大中小零件，采用传统人工分拣方式，至少需2人30分钟完成，该套分拣方案取代了传统的人工识别，实现了8min分拣完成一张板料，大大提高了工作效率，也取代了人工作业，该分拣方案在行业内属于首创。

4、本发明将钢板来料缓存区、钢板切割区、大中小零件分拣区、废料处理区、中小件砂光打磨区、大件校平砂光区等区域进行合理布局，实现了在保证8分钟节拍的时间内，完成大、中、小件的分拣，根据中小件通过式打磨及大件桁架抓取分拣的形式，实现零件到下道工序的转运，生产效率最高。

5、本发明通过对切割后的零件尺寸进行了定义，并对不同规格零件(大、中、小件)的分拣打磨方案进行了差异化设计，差异化设计的目的主要考虑产品规格尺寸及生产节拍，中小件的分拣适用于机器人分拣，大件适用于桁架机械手分拣，同时该方案也保证了物流路径最短，生产节拍满足8min的要求。

同时该生产线的分拣单元能适用于所有零件规格，分拣方案具有柔性化特征，满足了多元化市场的需求。

6、本发明通过合理应用智能天车、板链、辊道输送机、桁架机械手、机器人、agv等智能装备，最终目的是实现了整条生产线的无人化，这不仅在金属切割下料行业属于创造性设计，乃至在制造业中均属于开拓性的创举。解决了钢板切割下料中钢板来料卸货吊运、上料切割吊运、零件分拣打磨、校平等工位均需要大量人工作业的问题，同时生产效率也大大提高，车间智能化水平显著提升，也是实现“灯塔工厂”的基础。

7、本发明通过合理的布置形式及选型方案，打造了一条智能化生产线，同时也兼顾未来自动化升级对产线造成的影响。中小件采用板链的方式而不采用辊道，是为了避免采用辊道造成中小件掉入辊道下，另外采用步进式的方式，按照规定的节拍需求，避免采用连续式方式，则是避免零件在移动过程中，机器人视觉识别的偏差及抓取的偏差，确保方案的可行性。随着视觉识别技术的进步，可以将步进式板链替换成连续式板链，其生产节拍将完全依据分拣零件数量确定，生产线更加柔性，节拍也更快。

8、本发明中通过设置钢板来料缓存区，利用钢板运输对中机构进行钢板板料的运输，有利于工作时来料板料的卸货处理，便于钢板切割区智能天车和等离子切割机有足够的有效工作时间，提高了设备的利用率。

9、本发明中对废料进行切割处理，解决了废料的在线收集问题，避免了废料处理和零件分拣同时作业时影响生产节拍，使整个智能化、无人化生产线能够有效的连续运行。

附图说明

图1为本发明钢板切割下料智能化生产线的结构示意图。

其中：1-钢板来料缓存区、1.1-第一智能天车、1.2钢板运输对中机构、1.3-物流车停车卸货位、2-钢板切割区、2.1-第二智能天车、2.2-第一等离子切割机、2.3-第二等离子切割机、2.4-第三等离子切割机、2.5-第四等离子切割机、2.6-钢板存放库位、3-零件分拣及废料处理区、3.1-主输送板链、3.2-中小件自动分拣系统、3.2.1-中小件一次分拣固定机器人、3.2.2-小件输送板链、3.2.3-中件输送板链、3.2.4-中件清渣打磨砂光机、3.2.5-小件正面清渣打磨砂光机、3.2.6-小件反面清渣打磨砂光机、3.2.7-中件二次分拣固定下线机器人、3.2.8-小件二次分拣固定下线机器人、3.2.9-小件自动翻转板、3.2.10-agv充电等待区、3.3-大件自动分拣桁架机械手、3.4-废料运输缓存区、3.5-废料自动液压龙门剪、3.6-废料框、3.7-中小件缓存区、4-大件校平砂光区、4.1-自动校平机、4.2-校平辊道、4.3-大件砂光打磨机、4.4-大件自动下线桁架机械手、4.5-大件缓存区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本实施方式的钢板切割下料智能化生产线包括依次设置的：钢板来料缓存区1、钢板切割区2、零件分拣及废料处理区3、大件校平砂光区4。

本发明专利的生产线可适用于不同跨度的厂房，所述钢板来料缓存区1设置在生产线的最前端，钢板来料缓存区1依次由第一智能天车1.1、钢板运输对中机构1.2、物流车停车卸货位1.3组成。

物流车停车卸货位1.3设置在钢板来料缓存区的中间通道处，靠近生产线端头，第一智能天车1.1的运行路径为钢板来料缓存区范围内运行，用于将钢板来料时从固定的物流车停车卸货位1.3上自动卸货至钢板来料缓存区1和钢板运输对中机构1.2上，钢板运输对中机构1.2一部分设置在钢板来料缓存区1，一部分设置在钢板切割区2，其目的是将钢板对中并由钢板来料缓存区自动输送至钢板切割区2的范围内。

所述钢板切割区2设置在钢板来料缓存区1的后面，依次由第二智能天车2.1和2.5以及钢板存放库位2.6组成。

第一等离子切割机2.2和第二等离子切割机2.3在生产线同侧并排前后依次布置，第三等离子切割机2.4和第四等离子切割机2.5在生产线另一侧并排前后依次布置，中间通过区域设置为钢板存放库位2.6。第二智能天车2.1的运行步骤为以下三个动作：首先从钢板运输对中机构1.2上采用电磁吊具吊运钢板存放在钢板存放库位2.6中(钢板存放库位由wms系统进行库位管理)，再次从钢板存放库位2.6中吊运需切割的钢板至等离子切割机上(根据切割需求吊运到对应的等离子切割机上)，最后从等离子切割机上吊运已切割完成的钢板至主输送板链3.1上。以上第二智能天车2.1的运行范围在钢板切割区2内，且吊运的节拍满足4台双枪三工位等离子切割机同时切割钢板时钢板上下线的节拍。

该布置方式将钢板存放库位2.6设置在4台切割机的中间有效的利用了布置空间，上料路径最短，将钢板切割与钢板存放进行了巧妙的布置，不仅减少了第二智能天车2.1的行程，而且有效的避免了吊运切割后钢板时小件掉落在切割机上的风险，设计上充分规避了安全风险。

所述零件分拣及废料处理区3设置在钢板切割区2后面，依次由主输送板链3.1、中小件自动分拣系统3.2、大件自动分拣桁架机械手3.3、废料运输缓存区3.4、废料自动液压龙门剪3.5、废料框3.6、中小件缓存区3.7组成。

其中主输送板链3.1一部分设置在钢板切割区2后段，另一部分设置在零件分拣及废料处理区3内，切割后的钢板连同废料采用第二智能天车2.1整体通过电磁吊具吊运至主输送板链3.1上，板链的输送方式为步进式，板链的长度可根据工位节拍调整并设置缓存工位。

对切割后的钢板经中小件自动分拣系统3.2进行中小件的分拣，其中可定义零件尺寸大件为任意一边尺寸大于1000mm，中件为任意一边尺寸大于400mm小于1000mm，小件为任意一边尺寸大于100mm小于400mm。切割后的钢板经中小件分拣系统3.2分拣完中小件后，经输送板链运输至大件自动分拣桁架机械手3.3处，大件自动分拣桁架机械手3.3设置在中小件一次分拣和废料自动液压龙门剪3.5之间，采用带视觉桁架机械手的形式对中小件分拣完后的剩余大件进行分拣抓取，将大件抓取至校平辊道4.2的前段上进行后续的校平工序。其实分拣完大件后的钢板上只剩余废料，由于废料是整体框架，经过主输送板链运输后至废料自动液压龙门剪3.5处，将整体废料框架剪短，掉落至废料框3.6中进行收集，收集后的废料经agv运输到废料运输缓存区3.4中进行缓存。

中小件自动分拣系统3.2依次由中小件一次分拣固定机器人3.2.1、三条小件输送板链3.2.2、两条中件输送板链3.2.3、中件清渣打磨砂光机3.2.4、小件正面清渣打磨砂光机3.2.5、小件反面清渣打磨砂光机3.2.6、中件二次分拣固定下线机器人3.2.7、小件二次分拣固定下线机器人3.2.8、小件自动翻转板3.2.9、agv充电等待区3.2.10组成。

中小件一次分拣区域布置六台分拣机器人(中小件一次分拣固定机器人3.2.1)，最大钢板尺寸为2*12m，板链宽度为2.5m，每台机器人负责1.25*4m的区域，分拣期间钢板静止。分拣采用视觉机器人混抓的方式，通过3d相机引导，在保证规定节拍的时间内，完成切割后钢板中、小件的自动分拣。分拣后剩余的大件及废料等零件通过输送板链步进至下一工序，其中采用两条中件输送板链3.2.2和三条小件输送板链3.2.3输送，输送板链的数量由钢板切割零件的数量决定。

在三条小件输送板链3.2.3的汇总段设置两台清渣打磨砂光机(小件正面清渣打磨砂光机3.2.5、小件反面清渣打磨砂光机3.2.6)，砂光机采用串联的方式布置，由于小件在打磨砂光机无法同时打磨上下表面，因此在第二台清渣打磨砂光机的板链前部设置小件自动翻转板3.2.9，其中砂轮机采用通过式清渣打磨砂光机；通过砂光机后在尾部设置分拣固定机器人工位(小件二次分拣固定下线机器人3.2.8)，机器人的数量取决于零件的数量及线体节拍。在两条中件输送板链3.2.2上设置并联的清渣打磨砂光机(中件清渣打磨砂光机3.2.4)，两条板料采用正交汇总后，通过机器人(中件二次分拣固定下线机器人3.2.7)抓取物料后自动装框。

下线机器人(3.2.7、3.2.8)通过3d相机引导抓取工件放入料框，抓取的零件信息通过打码后上传到对应的料框中，实现对料框的物料分拣编码，在中件分拣机器人尾部设置agv自动充电等待区，自动充电及等待，当接收到指令后，agv将依据物料信息自动搬运对料框到中小件缓存区3.7。agv选用背负式，可实现agv的自动上料及卸料。

该中小件自动分拣系统3.2的布置形式是基于工艺需求和精益物流综合考虑，该分拣布置形式实现了分拣、打磨、自动转运的可行性，同时物流路径最短，满足全自动无人生产的同时也实现了精益生产。

所述大件校平砂光区4设置在零件分拣及废料处理区3的后面，依次由自动校平机4.1、校平辊道4.2、大件砂光打磨机4.3、大件自动下线桁架机械手4.4、大件缓存区4.5组成。

其中自动校平机4.1、大件砂光打磨机4.3和校平辊道4.2组成一条整体的全自动输送线。

中小件分拣后的大件自动分拣桁架机械手3.3自动识别大件后，抓取到校平辊道4.2上，大件通过辊道进入自动校平机4.1，此时大件的物料信息传递到校平机，校平机依据板料厚度自动调整校平间距，实现自动校平，板料校平后随辊道输送到大件砂光打磨机4.3，完成了大件的校平机砂光打磨工艺。

在主输送板链后段设置自动下线桁架机械手4.4，主要由桁架机械手构成，其桁架横跨主输送板链和大件校平系统的辊道，在辊道上自动识别大件，并抓取大件到大件缓存区4.5，完成了大件的自动分拣任务。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。