侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

激光加工应用于样品生产

2009-06-01 10:11
姚看江湖
关注

        有8000员工的Outokumpu不锈钢公司在约30个国家内开展其业务。该公司在芬兰的现代化Tornio工厂中拥有员工约2500 人。Tornio工厂生产奥氏体和铁素体不锈钢产品,年产量140万吨。Tornio工厂的研发部门有120位专业人员,他们致力于提高生产过程的质量,以改进不锈钢生产的工艺。

        Laserplus Oy主动帮助位于Tornio的Outokumpu 不锈钢公司,实现了自动化生产材料测试用样品。一个激光加工系统是质量保证流程的一部分,它由Laserplus Oy研发,在自动化样品生产线里结合了标记、切割和分类功能。

        自动化样品生产系统(ASMS)为生产金属试样而量身定造。通过使用最新的激光技术,ASMS与人工方式相比,能使生产测试样品的过程变得更快,增加效益。ASMS的加工包括测试用薄钢板的自动化装载、对试样的辨别、激光打标激光切割、样品分类和废料清除阶段。完全整合的自动化设备由产品信息数据库控制,此数据库是质保流程的一部分。

        ASMS以模块化设计为基础,能根据不同的产量需求,加工不锈钢、碳素钢和铝制品,包括热轧和冷轧卷条钢、钢板、薄钢板。Laserplus Oy 已经生产出了第一批使用ASMS的不锈钢,而Tornio工厂里的ASMS采用无人操作方式。

ASMS

        在钢铁工业里,材料测试是生产过程中最关键的部分。对材料物理属性的测试是为了保证生产过程符合标准及客户的需求。不锈钢含有至少10.5%的铬和其它添加的金属。不同合金类型的材料和不同等级的材料有不同的属性,因此使用测试机器和设备测试材料所有的物理属性就很重要了。

        在钢铁工业里,每个薄板卷都应该接受测试。来自不同生产线的样板被送到了实验室,即生产样品的地方。材料测试结果是通过使用不同材料测试中的样品而获得,用于质量保证管理。基于这些测试结果,质保管理可在发货之前为客户提供材料证明。

        钢铁行业一直在寻找更经济、节省劳动力的方法生产用于材料测试的样品。

        样品的生产

        生产大量的样品需要大量的人力和加工工具。当手工生产样品时,采用剪切机切割样品,数控(CNC)铣床对样品进行加工。材料测试需要不同的样品形状,而数控加工机床并不是加工这些不同形状材料的最灵活的工具。即使将手工切割和数控加工相结合,同样不能追踪到单个样品的材料。在这种方法下,测试材料的追踪可能仅适用于单个的薄钢板试样。
        
        改进后的样品生产

        改进后的样品生产使用了激光技术,首先对生产阶段自动化,然后将自动化激光系统与质保流程整合。显而易见,激光切割技术的优势在于数控加工,而不适用于厚度小于3mm的薄钢板试样。而根据某种标准,对于厚度在3mm以上的薄钢板试样,样品的边缘仍能用铣床进行表面处理。

        ASMS为质保人员提供了单个样品追踪功能。单个样品的追踪可依靠数据传送报告来实现,例如,样品生产率、样品生产中不可预料的情况或样品标记和切割时间。通过对该报告显示的数据进行追踪,质保人员能控制整个质量保证流程。该系统(见图1)同样减少了生产样品所需要的人力。

        质量保证流程的整合由信息管理系统实现。非接触的激光加工不仅速度快而且精准。样品切割公差的高重复性保证了可靠的张力测试结果。清晰的机械视觉可读激光标记(包括文本、标志、二维码、光栅)提供了单个样品的追踪性。操作员的介入就被最小化了,这样就提高了生产准确性并消除了在样品生产中发生人为错误的可能。激光技术能减少实际的材料损耗,从而提高材料试样的回收率。

        实验室接收直而平的样品,进行张力测试。由于不需要夹具和再箝位,该样品的几何形状是对称的。无CNC机加工的激光加工不会引起机械应变硬化和样品材料图案尺寸的增加。经过激光切割,受热区域或热效应被最小化,也不会对工件周围部分造成损坏。激光技术具有很大的灵活性,尤其在生产多种几何图形的测试用样品时发挥得更好。激光单元控制系统选取样品的几何图形,或以自动化模式从数据库中选择,或以手动模式从预编程指令中选取。和旋转方向相比,生产系统能使样品的几何图形以一定的角度转动(例如45度或90度)。
        
        系统的运行


        正如图2所示,ASMS的样品生产过程包括薄钢板样品的装载、识别、激光标记、激光切割、样品分类和废料清理阶段。将薄钢板装载到ASMS的进料口之后,薄钢板的条形码被识别。同时,样品生产的信息从生产数据库下载到ASMS。在识别阶段之后和激光标记阶段之前,该系统会测量出薄钢板的宽度、长度和厚度。样品的数据会被全部下载到ASMS,一起被下载的还有设备生产数据和测量所得的数据。薄钢板的相关信息包括标记的数据、不同的几何图形和大量的样品。通常一个薄钢板试样可产生3到10个样品。通过生产数据库和测试所得的信息,由软件决定样品的嵌套位置。根据客户需求和材料测试的标准(例如,德国工业标准),样品被嵌入薄钢板试样中。

        样品的激光标记遵循来自工厂生产数据库的标准。样品的标记和切割位置互相协调。激光切割由两个切割头来完成。用于测试的薄钢板的厚度从0.5mm到12mm不等。切割头和参数的选择以薄钢板试样厚度为基础。根据样品类型的不同,完成的样品会被分类,装到分拣台的箱子里。在样品的自动化生产之外,系统还有几种特殊的或手动的功能。如果必要的话,薄钢板试样也会被手工装进系统,而无需自动化薄钢板装载功能把薄钢板直接传送到激光标记和切割部分。也可能是直接来自于薄钢板棘爪的手动嵌套。此时,手动模式中能自由设计程序的形状已经被标记了。
        
        工程实践

        在项目的实施中,Laserplus Oy公司的工程实践遵循Outokumpu不锈钢公司的工程标准。机械工程以3D模型为基础。在制造这个设备之前,所有的线性运动会接受虚拟分析。对于可编程逻辑控制器(PLC)/ CNC控制系统的选择,以预先认可的符合Outokumpu不锈钢公司工程标准的供应商列表为基础。Laserplus与Outokumpu的软件工程部一起界定了对激光单元控制软件的功能描述,以符合客户需求。在软件试运行和最终功能测试中,功能描述同样被视为指导方针。

        ASMS的理念在设计时还考虑到样品张力测试工作站的位置,而且它可提供机械手。这种机械手被安装于分拣桌旁,分拣桌同时也会起到中转样品贮藏室的作用。该机械手可以仅仅用于分拣桌,或近距离安置于ASMS中的张力测试工作站。
        
        信息传递和材料试样的流通

        图3显示了ASMS的信息管理系统被集成于工厂生产信息系统。来自于不同生产线的薄钢板试样被装入ASMS的进料口,而此时在已经能从生产数据服务器获得数据。通过条形码来识别薄钢板试样,整套数据从产品数据服务器下载到激光单元控制系统。处理完成时,样品的反馈数据被传回到产品数据服务器。进行材料测试的质保人员就能掌握用于测试的样品数据。因此,对材料的认证就通过了。
        
        集成的激光自动化

        该功能由6个伺服驱动的轴完成。PLC与CNC控制器共同控制驱动和移动。操作员通过人机界面(HMI)运行ASMS。SQL服务器通过局域网与工厂生产数据库连接。激光单元控制计算机能够协调ASMS内的PLC、CNC(激光切割)、激光标记、SQL数据库和HMI系统。作为最终结果,每一个被激光标记过和切割过的样品都可以被单独追踪,而且其反馈信息会被传送到工厂的生产数据库。
        
        激光设备

        市场上有几种不同类型的激光源,适用于不同的生产。ASMS设计用于24/7的操作。由于激光切割对激光束、操作可靠性和空间要求很高,压缩型CO2板条(Slab)激光器被选中了。激光束光学元件将光束传送到两个切割头。切割头的选择由材料的厚度决定,而材料的厚度从0.5mm 到12mm不等。

        二极管泵浦的Nd:YAG激光被选用于不锈钢标记。出于安全考虑,Laserplus Oy给切割头装上了特制的标记盖,以保护其内的激光束。
        
        成功的起步

        一年前,生产的起步工作就成功完成了,即Outokumpu不锈钢公司Tornio工厂的质保流程的一部分。生产线与生产流程网络连接,并按照客户数据库的需求生产用于测试的样品。在8小时轮班里,操作员对自动化系统的介入只有3小时。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号