高溫鍛壓屬于熱鍛的一種，在整個(gè)鍛壓行業(yè)中占據(jù)很大一部分比重，而高溫鍛壓通常生產(chǎn)環(huán)境較差，危險(xiǎn)因素多，導(dǎo)致近年來招工困難，用工成本逐年增加。隨著近年來3D 視覺技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的普及，為鍛壓企業(yè)在自動(dòng)化升級(jí)中提供了一種更加靈活的選擇。而高溫鍛壓下料是整個(gè)熱鍛工藝中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，且鍛壓機(jī)高溫高速的特點(diǎn)使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存在難點(diǎn)，本文主要就如何克服這些難點(diǎn)展開研究介紹。
高溫鍛壓下料自動(dòng)化升級(jí)的必要性
安全方面考慮
⑴鍛件溫度下降后表面顏色和常溫近似，容易降低工人高溫安全意識(shí)，導(dǎo)致燒傷燙傷；
⑵高溫鍛壓下料工位附近溫度基本維持在40 ～60℃，熱輻射和高溫極容易導(dǎo)致工人在夏季中暑；
⑶鍛壓車間由于鍛造、加熱、淬火等工藝，會(huì)產(chǎn)生大量噪聲、煙霧、有毒氣體等，長(zhǎng)期會(huì)導(dǎo)致工人一系列職業(yè)病。
工藝方面考慮
⑴高溫鍛壓下料工位工人無法長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工作，必須離開工位降溫，這就導(dǎo)致產(chǎn)品的堆積，嚴(yán)重可能產(chǎn)生磕碰、掉落等情況，導(dǎo)致不良率上升；
⑵目前，大多數(shù)高溫鍛壓下料后都是自然降溫，降溫時(shí)間不統(tǒng)一，可能會(huì)導(dǎo)致鍛件應(yīng)力、氧化等金屬特性存在差異，致使鍛件性能存在差異。
降本增效方面考慮
⑴近年來，中國(guó)勞動(dòng)力人口減少，且由于鍛造行業(yè)普遍工作環(huán)境相對(duì)較差，出現(xiàn)招工困難，招工、用工成本逐年增加的現(xiàn)象；
⑵近年來工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器視覺技術(shù)的突破和普及，自動(dòng)化軟硬件投資成本降低，回本年限減少。
因此，綜合以上因素，高溫鍛壓下料的自動(dòng)化升級(jí)成為了鍛造企業(yè)自動(dòng)化升級(jí)過程中的一個(gè)重要改善點(diǎn)。
高溫鍛壓下料難點(diǎn)
高溫鍛壓下料主要功能是將鍛壓機(jī)生產(chǎn)的鍛件進(jìn)行拾取、碼框，但是由于高溫鍛壓工藝的特點(diǎn)，目前存在如下一些難點(diǎn)。
環(huán)境惡劣
高溫鍛壓工位由于淬火、降溫等工藝，會(huì)存在大量油漬和水漬，同時(shí)鍛件在高溫作用下會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和水蒸氣，這些都會(huì)極大影響自動(dòng)化設(shè)備中的電子元件壽命，致使設(shè)備故障頻發(fā)。
高溫
高溫鍛壓鍛件通常需要加熱到600 ～1300℃，下料溫度也在500 ～1100℃，且場(chǎng)地空間有限，對(duì)降溫設(shè)備要求較高，鍛件高溫形態(tài)同樣對(duì)相機(jī)存在干擾。
高速
很多鍛壓設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍在1s 左右，由于目前大部分鍛壓機(jī)上料工序還未進(jìn)行自動(dòng)化改造，而且由于工人操作差異，存在節(jié)拍上的差異，人工操作節(jié)拍基本在3 ～6s，導(dǎo)致節(jié)拍不穩(wěn)定且速度較快。
鍛件多態(tài)
⑴鍛壓機(jī)出料口無機(jī)械機(jī)構(gòu)定位抓取，一般為人工夾取送出，導(dǎo)致出料產(chǎn)品可能存在疊壓、側(cè)立、翻轉(zhuǎn)等情況。
⑵鍛壓過程中由于工藝問題，可能存在變形、裙邊、異形等情況。
⑶鍛壓鍛件形狀多樣，有些沒有合適的抓取位置。
基于視覺定位的自動(dòng)化改造方案
為了實(shí)現(xiàn)高溫鍛壓工位的自動(dòng)化升級(jí)，我公司根據(jù)鍛件下料狀況，通過機(jī)器人動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)上下料，從而避免鍛件之間產(chǎn)生不可接受的磕碰傷。
整體方案如圖1 所示，主要包含工作站總控系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人、3D 視覺系統(tǒng)、降溫輸送鏈、AB 料框定位裝置。工作流程如圖2 所示。
圖1 整體方案
圖2 工作流程
方案優(yōu)勢(shì)
本方案除了具有高柔性生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)外，針對(duì)高溫鍛壓下料存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了如下優(yōu)化。
⑴環(huán)境惡劣。
現(xiàn)場(chǎng)3D 相機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、線纜、氣管及電控柜，均達(dá)到IP65 的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)油污、水漬產(chǎn)生較強(qiáng)防護(hù)。
⑵高溫。
1)3D 相機(jī)外殼采用隔熱材料，防止熱量導(dǎo)入，同時(shí)對(duì)相機(jī)進(jìn)行不間斷噴氣，降低相機(jī)表面溫度；
2)機(jī)器人第4、5、6 關(guān)節(jié)采用防高溫涂層，且僅保留傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)后移到1、2、3 關(guān)節(jié)，且安裝機(jī)器人隔熱防護(hù)衣；
3)輸送線采用風(fēng)冷設(shè)計(jì)，在滿足客戶降溫曲線的情況下，將鍛件溫度穩(wěn)定降低到200℃；
4)機(jī)器人抓手末端(圖3)采用隔空設(shè)計(jì)，連接部分加裝隔熱棉，防止高溫傳導(dǎo)。
圖3 抓手末端圖
⑶高速。
1)輸送線采用兩段，一段勻速不間斷運(yùn)行，另一段采用高速啟停電機(jī)，進(jìn)行抓取啟停；
2)機(jī)器人采用埃斯頓高功率版工業(yè)機(jī)器人，并采用異步觸發(fā)方式，即在放料過程中進(jìn)行視覺拍照定位；
3)使用自研3D 相機(jī)，采用2D+3D 識(shí)別的方式，2D 進(jìn)行粗匹配提供鍛件范圍，并對(duì)范圍內(nèi)點(diǎn)云進(jìn)行分割，減少點(diǎn)云數(shù)量，加速3D 匹配獲取鍛件位姿的時(shí)間，目前視覺整體姿態(tài)識(shí)別時(shí)間在1s 以內(nèi)。視覺識(shí)別流程見圖4，識(shí)別效果見圖5。
圖4 視覺識(shí)別流程圖
圖5 識(shí)別效果圖
⑷鍛件多態(tài)。
1)機(jī)器人抓手(圖6)采用氣動(dòng)永磁鐵設(shè)計(jì)，避免鍛件產(chǎn)生余磁的同時(shí)，滿足鍛件在任何角度和形態(tài)下，都能穩(wěn)定抓取，同時(shí)采用隔空設(shè)計(jì)，增加磁鐵降溫裝置，極大降低高溫的影響；
圖6 抓手3D 圖
2)機(jī)器人抓手末端安裝壓力感應(yīng)裝置，在抓取和放置的過程中防止由于產(chǎn)品形態(tài)差異導(dǎo)致的碰撞和剮蹭，保證鍛件品質(zhì)。
結(jié)束語(yǔ)
隨著企業(yè)生產(chǎn)理念的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工單一品種的剛性生產(chǎn)線已不適應(yīng)目前市場(chǎng)發(fā)展的需要，高柔性和高效率的自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線，已成為鍛造技術(shù)及裝備發(fā)展的主要潮流。而機(jī)器人+視覺的技術(shù)具有高柔性的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工周期也極大縮短，可以判斷機(jī)器人+視覺，一定會(huì)為鍛造行業(yè)的自動(dòng)化升級(jí)提供更加靈活、快捷的解決方案。
