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LNG船用大型型材切割生产线的研制
- 2020-11-20 23:46-

  LNG船用大型型材切割生产线LNG 船用大型型材切割生产线〃上海领捷信息技术有限公司,上海 200030 介绍设计研制的LNG 船用大型型材切割生产线机器人自动化柔性切割系统。 通过导入定制船 ,切割形状功能的MGF 描述文件 ,系统自动实现机器人对型材的柔 性切割 ,很好地适应了船厂型 材切割工艺需求。同时针对型材的变形和定位 ,提出了一种利用激光传感器 ,基于边缘和表面 变形测量的在线 式补偿算法 LNG船用大型型材的精度切割 ,验证了该系统的可行性和高效性 关键词LNG 机器人型材切割 激光测量 中图分类号 TH165 文献标识码 D_p_fijg_hnihLla_Pli`cf_Connchai`LNGSbcj\ocf^chaZHENG Wh-fch CHENQc-eha LUGi-jcha KONGLcha WUYc-rciha WANGHiha-dc_ 3〃SbhabcL_^_lSi`nIh`ilgncihT_bhifiasLcgcn_^ A\mnlnTbcmjj_l^_mlc\_mnb_^_mcahh^^_p_fijg_hni``f_rc\f_onigncli\in onnchagbch_msmn_gi`LNGmbcj\ocf^chafla_jli`cf_〃Tb_^_p_fij_^gbch_msmn_gh ech^i`fm_lg_mol_g_hnfailcnbgcm^_p_f-ij_^n iigj_hmn_nb_^_`ilgncihi`fla_jli`cf_'m_^a_h^mbj_ qbcbljc^fscgjlip_nb_jl_ cmcihjli`cf_onnchai`LNGmbcj\ocf^cha h^nb_jlncfcnsh^_``cc_hsl_fmijlip_^ \snb_msmn_gchnb_jj_l〃 K_sqil^m LNGmbcj Ri\in Pli`cf_onncha Lm_lg_mol_g_hn 引言LNG 船用大型型材切割是船厂的基础工序 所谓型材切割是把长尺寸的原材料切割出各种形状的 构件,并在各个构件上切割 2012-27 ),型材切割流水线改造项目 级工程师。目前国内船厂型材的切割主要依靠工人手工操作, 劳动强度大,生产效率低,切割精度 业机器人的应用,已实现了型材的自 动化加工(如 贵,后期维修和维护成本较高,同时存 套具备自主知识产权 ,适用于国内 船体设计标准,具 备更好的售后服务和价格竞争力的自动化切割设备 LNG船用大型型材切割生产线切割样件 本文旨在研制一整套适合国内 LNG 船用大型 型材切割生产线的自动化切割解决方案。 在国内外 设备功能的基础 得型材拉直装配后等于设计型材尺寸的算法 提高了型材自动化切割和船体建造的精度。该解决 方案已在国内某知名船厂分段加工车间进行实产验 证,目前系统运 行良好 具备较大的市场前景和应用价值。 基于工业机器人型材自动化切割的构架LNG 船用大型型材切割生产线自动化切割 尘系统、机器人系统、切 架、等离子切割系统等),型材测量定长定位系统,出料 平台,中 控操作室 等子系统。 LNG 船用大型型材通过吊具上料至上料平台, 控制系统和软件系统即可感知上料平台的型材缓冲 数量,并在软 下,自动上料到型材进给轨 道上,供型材机器人自动切割加 此时,工人即可 操作软件界面,导 入船用型材特征文件*〃MGF 软件解析后,自动控制 PLC 控制系统,实 机器人的型材切割加工和作业,定长定位系统配合 型材的长度定位切割,同 时激光测量补偿系统自动 检测型材的位置和变形 工图形中,实现大型型材自 动化机器人 LNG船用大型型材切割生产线总体构架图 补偿算法如图4所示,船用大型型材 的运输,储 搬运等操作都会带来型材的变形,且其变形的规则非常复杂,总结一般船体建造的要 材以沿边缘变形补偿后切割显得非常重要,因此本文提出了一 种基于型材沿边缘曲线变形的补 了由于型材变形引起的型材机器人自动化切割加工带来的装配误差,极 大提高了本系统的精度和 加工 质量。 如图5所示,显 型材边缘变形后图形坐标 及其型材设计图形坐标的对照 展平拉直后,加工图形的要素点坐标值等于在 标准 设计型材的设计值。 LNG船用大型型材切割生产线变形型 )所示。考虑型材变形的Y方向,若在标准型材上 设计加工切割一圆形孔,其圆心坐 得该型材在展平后圆孔的圆心坐标等于标准型材初始设计值,即 圆心到型材原点 的水平距离为Tx 垂直距离为Ty 示的圆心(Tx′ Ty′)到型材变形 边缘弧的法向距离 等于 Ty ,法线与型材边缘弧的交点 到钢板原点的弧线长度等于Tx ,可使型材在展平拉直后 型材加工图形坐标补偿原理本文提出的图形坐标补偿算法将有效地实现标 Ty′),供切割系统自动 拟合为一条三次方曲线x 补偿型材元素切割作业。如表1所示为型材边缘曲线的测量数据序列。 补偿算法的基 a3为边缘变形曲线x Tx′=x+Tyim lna a1+2a2x+3a3x xiyiTy′ =y+Tymch lna yi)为边缘曲线的第i个测量点的坐标 Ty)转换为变形型 Ty′)的补偿算法为 -Tx型材边缘变形测量数据序列 方向坐标值x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 xi xn 方向坐标值y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10 yi yn LNG船用大型型材切割生产线的研制 LNG 船用大型型材切割生产线系统的研制 材切割控制系统含机器人, PLC LNG船用大型型材切割生产线系统示意图 LNG 船用大型型材切割生产线系统的主要设 备在切割间,包含了等离子切割炬,工 业机器人,进 给导轨和支撑,定位测量小车,型材夹具等设备。整 个系统有一条 28 输送辊道有到位传感器等装置,定位测量小车可离 开切割间在该辊道上运行 ,进行型材长度定位测量 中控室由PLC 控制柜、机器人控制柜、控 制服务器、 编程和 作人员可使用这些设备对 割对象进行编程和仿真,并控制整个自动化机器人型材切割 个系统设备硬件在PLC 器人和计算机控制软件的相互通信控制下进行自动化型材切割。图7为切 割间内的实际布置情况,验证了该设备设计的可行 性和合理性 [5,6] LNG船用大型型材切割软件模块图 马文彬 47LNG 船用大型型材切割生产线系统软件 包含:机器人控制软件,船用型材机器人自动切割控 HMI软件,设备PLC 控制软件,如图8所示。 LNG 船用大型 割生产线系统软件的操作流程为,设计 工程师提供从船体设计系统导出的 *〃MGF 文件;该文件描述了型材切 割的基本信息。 车间切割工程师,会 统可控制的指令代码。先以三维模拟仿真和切割仿真操作,确保切 割无故障后 作工通过HMI下 切割指令代码,整个系统将自动装载船用型材 测量并定位,并执行切割 [7,8]。本系统还具备管理型材切割生产 线监控 主界面、切割控制界面示意图 LNG船用大型型材切割生产线的试验生 产运行实验 对本文提出的基于 LNG 船用大型型材变形的补 偿算法和机器人自动切割系统的研制成果,进行了实 验性验证。实验中试用了12g 标准船用球扁钢型材 HP370 ,切割信息以 MGF文件形式输入到软件中,并进 行校核、编辑和仿真,最终形成机器人离线切割代码,并 在船用型材机器人自动切割控制软件自动导入并启动 自动化切割,试验证明该系统的高效和实用性。 12000gg 370gg 在型材上,其圆心为(100 ),半径50gg;切割某船 厂要求的21E 型坡口,切割结果如图10所示。 10LNG 船用大型型材切割生产线系统切割样件 LNG船用大型型材切割生产线系统加工对 象是船用球 器人采用ABBIRB2600 。实验中的机器人切割速 [下转第52页] 极半径、加热时间影响汇总 变量及结果 数组一 数组二 数组三 数组四 数组五 数组六 规律总结 电压 10V 30V 50V 70V 90V 110V 温度随着电压 极半径>加热时间>电压电流温度最大值 3000 9500 16000 23000 29000 35000 电流 60A 80A 100A 120A 140A 160A 温度最大值 5900 7900 9500 11500 13500 15500 电极半径 0〃01 温度最大值410000 60000 9500 1000 90 加热时间10m 20m 30m 40m 50m 60m 温度最大值 9500 39000 63000 82000 98000 110000 参考文献 极加热型室内负离子空气净化器电源的优化设计[D]〃大 连理工大学,2007〃 出版社,1995〃 津大学,2010〃 〃低温双平板保护法热导系数测定仪的开 津大学,2011〃 〃平板电容器边缘电场特性研究[J]〃北京交通大学电气电子教学学报 ,2011〃 〃高压平板电容器的数学模型[J]〃石油化工高等学校学报 ,2002〃 隙放电伏安特性[C]〃强激光与粒子束,2012〃 [上接第47页]度为40 gg ,切割高度为6gg ,切割电流为40A ~60A ,整个切割周期为400m 。试验结果显示了 高的生产效率,型材切割坡口的光滑和平顺性比手 动切割具有无法比拟的优越性,同时加工工艺参数 还可由切 试运行实验结果证实了基于补偿算法的船用机器人自动切割系统实现了型材的精度 了变形型材加工补偿的功能,极大弥补了以往船用 型材加工工艺变形的缺陷 结语基于补偿算法的 LNG 船用大型型材切割生产 线系统的研制,弥 补了国内自主知识产权的精度造 船型材自动切割设备的 性,经济性和持续良好的技术维护,将改变我国造船 工业中长期手工操作的落后工艺 ,实现 LNG 型型材加工的自动化,提高船舶生产的机械化和自 动化水平,且其 批量定制化和产品化特色能为精度 造船工业基础设备的国有化做出显著的贡献。 参考文献 外船舶科技 Hihadc_Wha AhIh n_lhncihfJiolhf Df_Ria_lmih〃COM技术内幕 华大学出版社 NT编程大全 〃GTAW端环缝自动焊机的接触短路引弧控制