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主辦方聯(lián)系方式：
名稱：中國鍛壓協(xié)會
地址： 北京昌平北清路中關(guān)村生命科學(xué)園博雅C座10層
郵編：102206
電話：010-53056669
傳真：010-53056644
郵箱：
metalform@chinaforge.org.cn
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動態(tài)/資訊
機(jī)器視覺與網(wǎng)絡(luò)攜手打造機(jī)床無人化作業(yè)
發(fā)表時間:2009-04-27 08:32:38; 來源:news_from
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裝在機(jī)床上的攝像系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的一部分，可以幫助加工車間的工作人員在車間內(nèi)完成更多的工作，且節(jié)約了時間。公司經(jīng)理可以從遠(yuǎn)距離監(jiān)控機(jī)床的工作情況。為了對突發(fā)的刀具磨損或突然的刀具斷裂等事故作出快速的反應(yīng)，還研究和采取了一些策略，無需回到車間內(nèi)解決這些問題。 Hard Milling Solution公司的創(chuàng)建，是Corey Greenwald先生的一次大膽創(chuàng)造。該公司致力于引導(dǎo)硬質(zhì)材料加工的變革。硬質(zhì)材料加工被認(rèn)為是一種對設(shè)備的專業(yè)性和技術(shù)知識的精確性要求很高的加工過程。在當(dāng)時，大部分加工車間本身對硬質(zhì)材料的銑削加工還不太熟悉，在Corey Greenwald先生采用這一技術(shù)來實現(xiàn)模具生產(chǎn)的流水化作業(yè)，對淬火工具鋼的細(xì)節(jié)進(jìn)行精加工或生產(chǎn)復(fù)雜的醫(yī)療元件之前，還沒有誰創(chuàng)建出這樣一個加工車間。 這是一個非常大膽的冒險，因為在創(chuàng)建初期，Greenwald先生既不是一個專業(yè)的機(jī)加工專家，也不是一個經(jīng)驗豐富的工具和模具制作師；他只是一個普通的生產(chǎn)工程師，對采用硬銑削技術(shù)的諸多優(yōu)點十分著迷。從前曾管理過硬銑削成形沖床的安裝工作，對于硬銑削加工擁有非常豐富的經(jīng)驗。新機(jī)床安裝以后，沖壓生產(chǎn)的時間從原來的30天縮減為6天。他清楚地看到，如果員工們繼續(xù)努力，也許有希望達(dá)到更高的產(chǎn)量。硬銑削加工所潛在的前景鼓舞他們?nèi)嬲J(rèn)真地學(xué)習(xí)這一工藝。 Greenwald先生所學(xué)到的有關(guān)硬銑削技術(shù)的知識越多，他就越相信該技術(shù)所能創(chuàng)造的價值越大。因此，Hard Milling Solutions公司就應(yīng)運而生。Greenwald先生的一個好友在其附近開設(shè)了一個EDM線切割加工車間，在這位朋友的幫助下，Greenwald先生開始在Detroit北郊工業(yè)園區(qū)的一個租賃廠房內(nèi)創(chuàng)業(yè)，并從位于Ohio州Mason市的牧野公司購置了一臺V56型VMC立式加工中心。 這是一項頗具開創(chuàng)性的工作，硬銑削技術(shù)的優(yōu)點仍然有待于進(jìn)一步開發(fā)。不同的車間采用不同的技術(shù)，但并不是總能獲得滿意的結(jié)果。然而，Greenwald先生通過對硬銑削技術(shù)的深入研究以及對于研究成果的可靠性和可預(yù)測性的不懈追求開始得到回報。他不但在實踐中驗證從當(dāng)?shù)貦C(jī)床代銷商、刀具供貨商和軟件轉(zhuǎn)銷商等地方學(xué)到的經(jīng)驗，還從事著自己的研究。 當(dāng)Greenwald先生確信他的公司已經(jīng)解決了生存問題時，他開始尋找可進(jìn)一步提高和優(yōu)化其技術(shù)的工作，他對不同的速度和進(jìn)給率進(jìn)行了實驗，使其工藝技術(shù)推向從未試驗和證實過的新的高度。由于他已經(jīng)擁有豐富的經(jīng)驗和深刻的洞察力，因而對其車間工作所具有的能力和信心不斷增加。不久，他又添置了第二臺機(jī)床，同時也擴(kuò)大了車間的面積，不斷地更新工具系統(tǒng)以及支持硬銑削技術(shù)的編程軟件。 Hard Milling Solutions公司是一個非常成功的加工企業(yè)，其業(yè)務(wù)發(fā)展十分穩(wěn)定。Greenwald先生似乎已經(jīng)得到了一個有關(guān)硬銑削技術(shù)的秘決，可應(yīng)用于注塑模、鍛壓模和銑削零件的加工，其材料的硬度可高達(dá)65 HRC。事實上，Greenwald先生已經(jīng)成為一個硬銑削工藝的倡導(dǎo)者。他堅定地認(rèn)為，模具加工車間、醫(yī)療零件生產(chǎn)廠以及小型生產(chǎn)車間都應(yīng)該廣泛地采用硬銑削技術(shù)。創(chuàng)立不久之后，Hard Milling Solutions公司又添加了第三臺牧野公司的VMC立式加工中心，而且計劃訂購第四臺機(jī)床。 無人化加工 Greenwald先生逐漸發(fā)現(xiàn)，掌握硬銑削技術(shù)需要花費很長的時間并付出艱巨的勞動，保證機(jī)床的滿負(fù)荷工作并發(fā)揮刀具的最大效能要耗費其大量的精力，努力滿足每一個客戶的愿望幾乎是他每天唯一的工作。 Greenwald先生采用硬銑削方法的另一目標(biāo)是學(xué)習(xí)如何實現(xiàn)無人化加工操作――硬銑削加工所必需的科學(xué)和系統(tǒng)方法。事實上，按照Greenwald先生的說法，如果硬銑削技術(shù)想要更加實用、獲得更多收益并可持續(xù)發(fā)展，那么在硬銑削技術(shù)中采用無人化加工作業(yè)將是一個必然的發(fā)展趨勢。正如他所看到的那樣，讓機(jī)床24h運行，實際上是硬銑削工藝達(dá)到最高生產(chǎn)率的關(guān)鍵。 然而，無人化加工作業(yè)并不一定意味著機(jī)床在運行工作的時候，車間里就空無一人。這只是說，操作工可以離開機(jī)床做其他事情，如修理刀具，為刀具下一步的工作路徑編程，這些工作都可以同時進(jìn)行。無人化加工作業(yè)只是Hard Milling Solutions公司多功能任務(wù)中的一部分。 Greenwald先生解釋說：“無人化加工作業(yè)意味著不必站在機(jī)床前觀察每一個加工動作或每時每刻傾聽刀具加工零件的聲音，操作工可以離開機(jī)床去做其他事情。但在無人化操作的工作狀態(tài)下，仍然需要定時檢查機(jī)床的工作情況。”他回憶說：“我們預(yù)先對機(jī)床進(jìn)行調(diào)試，使其能夠整夜工作或整個周末工作，但我們還不得不安排人員，犧牲一夜的休息時間，不時地檢查關(guān)鍵零部件的加工情況。即使采取輪流值班制，對每個值班人員也是負(fù)擔(dān)。” Greenwald先生以繼承和創(chuàng)新相結(jié)合的思想，首先在硬質(zhì)材料銑削技術(shù)方面獲得了成功，他所創(chuàng)建和執(zhí)行的這套系統(tǒng)使他能夠遠(yuǎn)距離監(jiān)控機(jī)床的加工生產(chǎn)情況。為了對突發(fā)的刀具磨損或突然的刀具斷裂等事故作出快速的反應(yīng)，他還研究并采取了一些策略，使工作人員無需回到車間內(nèi)解決這些問題。 他采用在機(jī)床上和車間的加工區(qū)安裝視頻攝像頭的方式，通過以網(wǎng)頁為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)軟件，讓家用PC機(jī)或筆記本電腦成為機(jī)床的控制板，從而充分地發(fā)揮其機(jī)床控制系統(tǒng)的自動化功能特點及其編程軟件的靈活性，以便于更換所需要的新刀具，使機(jī)床的無人化操作得到切實的保證。 Greenwald先生說：“該系統(tǒng)讓車間內(nèi)的機(jī)床只需一個工作班次就能夠運行將近24h，機(jī)床的有效工作時間高達(dá)96%。更重要的是，我與員工們都可以擁有更多的休閑時間。” 視頻攝像系統(tǒng)監(jiān)控?zé)o人化操作 構(gòu)建無人化加工環(huán)境的第一步工作是安裝視頻攝像機(jī)，并將數(shù)字錄像機(jī)（DVR）連接到Internet互聯(lián)網(wǎng)上。由于硬銑削方法是基于經(jīng)過實踐證明的加工技術(shù)之上，因此定期檢查一下“無人化”操作的機(jī)床，就足以管理因工藝變化或編程錯誤而造成的刀具偶爾斷裂的現(xiàn)象。然而，在晚上或周末的時候，每隔幾小時到車間巡視一下也是很有必要的。“安裝攝像機(jī)的目的就是由它們承擔(dān)這些日常不必要的檢查工作，”Greenwald先生說，“顯然這一部分的工作是非常容易的。” 安裝是非常簡單且直接的事情。Greenwald先生雇傭了當(dāng)?shù)匾患夜┴浬蹋瑢⒇浖苌犀F(xiàn)成的商用數(shù)字視頻攝像機(jī)分別安裝到三臺機(jī)床的密封罩內(nèi)，并將另一臺攝像機(jī)安裝在墻上，監(jiān)控整個車間內(nèi)機(jī)床的工作情況。機(jī)床內(nèi)的攝像機(jī)首先安裝在較小的安裝板上，然后用螺栓將其固定在機(jī)床的鈑金件上。視頻傳輸電纜線由機(jī)床密封罩的頂部引出，然后通過車間的天花板吊頂接入到Greenwald先生辦公室的監(jiān)控站。每一臺攝像機(jī)的15 V直流電源線通過機(jī)床密封罩上的一個圓孔與一個變壓器連接，然后將其插入到附近墻壁的插座上。按照Greenwald先生的說法，攝像機(jī)系統(tǒng)的安裝只花了一個晚上的時間。Greenwald先生辦公室的數(shù)字錄像機(jī)讓其能夠看到車間內(nèi)三臺VMC立式加工中心生產(chǎn)的情況以及整個車間的工作場面。 每臺VMC立式加工中心上的視頻攝像機(jī)安裝在機(jī)床防護(hù)罩的外壁上（圖2），安裝在機(jī)床上的攝像機(jī)上面裝有固定的聚焦鏡頭，并具有防水功能；鏡頭的周圍裝有紅外發(fā)光二極管，可檢測機(jī)床切屑的熱量，并在顯示屏上顯示出明亮的“火花”。這一顯示是非常有必要的，它可以說明刀具仍然在正常地工作。事實上在大部分情況下，該車間采用干式銑削加工方法（無冷卻液），因而使可見度提高。采用噴濺冷卻銑削加工鋁制工件時，鏡頭必須在零件加工后擦洗干凈，不允許在上面遺留任何污點。 同時顯示全部四臺攝像機(jī)的畫面，但DVR裝置上的觸摸按鈕可以將選取的畫面全屏放大，該DVR裝置也可以作為一個網(wǎng)絡(luò)連接器使用。 將攝像機(jī)接入采用密碼保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)，才能體現(xiàn)該系統(tǒng)真正的價值。Greenwald先生解釋說：“在工作時間，辦公室的監(jiān)控設(shè)備所做的就是為我節(jié)省了一些工作步驟。”網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)置主要涉及到接入網(wǎng)絡(luò)所需的固定Internet互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）地址。為此，Greenwald先生與當(dāng)?shù)氐腎nternet互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行了商談，通過互聯(lián)網(wǎng)所獲取的攝像機(jī)圖像與網(wǎng)頁的效果一樣，只要輕輕點擊桌面上的圖標(biāo)，就可以自動連接。 凡是與互聯(lián)網(wǎng)連接的任何電子設(shè)備都可以獲取攝像機(jī)所攝錄的圖像。Greenwald先生說：“現(xiàn)在，我可以用家里的PC機(jī)上網(wǎng)來檢查車間內(nèi)機(jī)床的工作情況。當(dāng)外出旅行或拜訪客戶時，可以用筆記本電腦無線連接上網(wǎng)，完成上述同樣的工作。” 網(wǎng)絡(luò)的力量 在安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)后不久，Greenwald先生及員工們開始考慮使用和接入網(wǎng)絡(luò)的方法，以進(jìn)一步發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。Greenwald先生解釋說：“如果有一臺機(jī)床停止運行或者我們對刀具的加工路徑不太滿意，那就有必要去車間巡視檢查，只有我們親自到工作現(xiàn)場才能解決問題。”一旦到達(dá)車間以后，首先在CNC顯示屏上檢查DNC列表，從而可以知道問題出在什么地方。在檢查CAM軟件中相關(guān)部分的刀具路徑程序時，通過修改跨步，調(diào)整進(jìn)給率或選擇不同的加工策略，一般就可以顯示出問題所在。隨后輸入修改后的參數(shù)，該軟件就能生成一個新的刀具路徑；然后再檢查其圓弧并進(jìn)行后處理，最后下載到CNC數(shù)控機(jī)床上。必要時，在檢查和更換完刀具之后，由Greenwald先生或其他值班機(jī)械師重新起動機(jī)床工作。 生成一個新的刀具路徑的過程非常費時。在修改的程序準(zhǔn)備好以前，除了等待之外，別無其他事情可做，這意味著損失了更多的休息時間。Greenwald先生說：“從這一點上來說，我們意識到，如果能夠從遠(yuǎn)距離檢查CNC數(shù)控機(jī)床和CAM軟件，那么我們就可以通過編程確定所發(fā)生的問題。只有這樣，問題才能迅速解決。” 幸運的是，不久以后為達(dá)到這些目標(biāo)的方法就出現(xiàn)了。Greenwald先生認(rèn)識了Michigan州West Bloomfield市的一家軟件公司――Remote Machining 公司，該公司開發(fā)了一款軟件，可以讓牧野公司的CNC數(shù)控機(jī)床接入網(wǎng)絡(luò)，并可通過聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)遠(yuǎn)距離模擬其功能。這使得用戶能夠通過網(wǎng)頁瀏覽器操作CNC界面，并輸入所修改的參數(shù)。因此，Greenwald先生將這一軟件安裝在車間內(nèi)的一臺V56型VMC立式加工中心上。 下一步的難題是如何遠(yuǎn)距離接入CAM系統(tǒng)。在公司訂購了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的LogMeln服務(wù)之后，這一難題也迎刃而解了。這一服務(wù)可以在同一網(wǎng)絡(luò)上，讓一臺網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)成為另一臺計算機(jī)的虛擬代表。正如Greenwald先生所解釋的那樣，他使用家里的PC機(jī)或筆記本電腦，猶如使用辦公室的PC機(jī)那樣。例如NC數(shù)控編程系統(tǒng)一類的應(yīng)用軟件在車間內(nèi)的處理器上運行，而遠(yuǎn)距離的PC機(jī)或筆記本電腦則像辦公室的PC機(jī)那樣運行和控制那些應(yīng)用軟件。 將這些系統(tǒng)安裝就位以后，Greenwald先生就可以監(jiān)控機(jī)床在無人化操作模式下的運行情況，并有效地管理車間的工作進(jìn)度而不需要親自到現(xiàn)場指揮。如果有必要到車間巡視，所花費的時間也極少，只需等待編程軟件點數(shù)編程而已。由于有些工件可以一次性在機(jī)床上調(diào)試裝卡，就不必去車間為這些零件的加工安排運行程序，只要在CNC上調(diào)取數(shù)據(jù)中心頁面，改變DNC進(jìn)度表中等待加工的工件排序即可。 一般來說，在車間之外的遠(yuǎn)程控制工作可以按照以下方式進(jìn)行： 在機(jī)床上安裝適當(dāng)?shù)臄z像機(jī)以監(jiān)控檢查機(jī)床的工作情況。 如果機(jī)床停止運行，或運行情況不能令人滿意，那么就登錄CNC，并檢查機(jī)床的報警或其他問題指令情況。 登錄CAM軟件，并檢查刀具路徑輸出，修改程序，重新運行刀具路徑發(fā)生器，檢查模擬圓弧并“布置”刀具路徑。 是否回到車間取決于工作的緩急程度。 管理刀具的斷裂和磨損 Hard Milling Solutions公司的最新發(fā)展使車間的自動化和生產(chǎn)率達(dá)到了更高的水平。這些新的發(fā)展充分地利用了牧野公司的CNC數(shù)控系統(tǒng)和CAM軟件的特點，同時也吸取了通常在車間中使用的硬銑削技術(shù)的實踐經(jīng)驗。Greenwald先生解釋說：“我們想在兩條戰(zhàn)線上同時出擊。一方面我們希望找到新的方法來規(guī)避刀具斷裂的風(fēng)險；另一方面，我們希望能夠找到應(yīng)對刀具斷裂或過度磨損的新方法。” 刀具長度的監(jiān)控和備用刀具的選用是車間擴(kuò)展無人化加工戰(zhàn)略的關(guān)鍵部分（圖3）。其中安裝在主軸上的監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要，這也是VMC立式加工中心控制系統(tǒng)的一個特點。除了以數(shù)值方式顯示主軸的負(fù)荷之外，該控制系統(tǒng)還允許設(shè)置一個上限，如果機(jī)床的行程超過這一上限時，機(jī)床就會報警，并且主軸自動停止運轉(zhuǎn)。由于車間已經(jīng)為該機(jī)床使用的各種刀具和每一種材料的加工參數(shù)都編入了數(shù)據(jù)庫，Greenwald先生可以將每一種刀具的最大主軸負(fù)荷數(shù)值添加到數(shù)據(jù)庫之中。在某些情況下，這些數(shù)值需要通過進(jìn)一步試驗加以確認(rèn)。將這些數(shù)值輸入到主軸負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)以后，可以保證對主軸中產(chǎn)生的火花自動地作出快速、安全的反應(yīng)（產(chǎn)生火花表明刀具已經(jīng)斷裂）。CNC界面上的刀具監(jiān)控頁面顯示出了主軸負(fù)荷的讀數(shù)，以百分比的形式表示主軸電機(jī)所能夠吸取的電流強(qiáng)度。每一刀具所允許的主軸負(fù)荷是可以預(yù)先設(shè)置的，如果因刀具的斷裂而產(chǎn)生火花，主軸就會立即斷電關(guān)閉. Greenwald先生聲稱：“這可以允許我們使用紐扣式鑲刀片刀具在無人化工作狀態(tài)下對淬硬的材料進(jìn)行粗加工作業(yè)。”對于粗加工而言，采用這種鑲刀片刀具要比相應(yīng)的碳化物硬質(zhì)合金刀具更具有通用性和經(jīng)濟(jì)性。然而，如果其中一個鑲刀片出現(xiàn)故障，該刀具就會很快地?fù)p壞鑲刀片的連接體及刀具組裝件的其他元件；而且也可能導(dǎo)致刀具夾座、工件或主軸的損壞。由于這一原因，該加工車間從前從未使用過這類刀具，除非在附近有人照看的情況下，當(dāng)斷裂的鑲刀片發(fā)出異常的聲音時，操作員立即采取措施。現(xiàn)在，人們離開車間并使用這類刀具已經(jīng)是很正常的現(xiàn)象了。Greenwald先生認(rèn)為，在過去要獲得這樣的一個發(fā)展是不可想象的，對于碳化物硬質(zhì)合金刀具和其他類型的刀具而言，采取這種特別的保護(hù)措施也具有很大的意義。 牧野公司CNC系統(tǒng)的另一個特點是管理刀具在長期運行過程中發(fā)生的磨損或斷裂的現(xiàn)象，例如在加強(qiáng)筋的切削加工中，如果某一刀具的長度檢查表明刀具缺失或磨損，那么系統(tǒng)從從刀庫中檢索一把備用刀具。每臺機(jī)床上配有一套激光刀具長度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由Kentucky州Erlanger市的BLUM公司提供。每個工作程序的開端和末端包括一個子程序，用于檢查刀具的長度。當(dāng)?shù)都馔ㄟ^激光束而直接從單元的立柱之間經(jīng)過時，就會自動地測量刀具的長度（圖5）。在這個程序的末端，如果檢測到刀具發(fā)生斷裂的現(xiàn)象或刀具磨損超過了規(guī)定的極限（其極限可小至0.001in，1in=25.4mm），CNC數(shù)控系統(tǒng)就會重新將這一程序“倒回”到最后的刀具長度檢查點上，并對更換后的新刀具再一次執(zhí)行檢查操作。 Greenwald先生說：“我們的策略是將這一備用刀具的選擇功能與我們CAM軟件的特點相結(jié)合，將很長的程序分割成幾個具有固定時間長度的程序段。”該加工車間采用由Ontario省Windsor市的Graphic Products North America公司提供的CAM-Tool工具程序來編制刀具的路徑，用于硬銑削加工；根據(jù)特定的加工運行時間，該軟件中用于后處理的組件將輸出數(shù)據(jù)分割成多個程序段。”Greenwald先生列舉了一個實例：一個加強(qiáng)筋切削程序?qū)⒁跈C(jī)床上運行10h，于是采用后處理器創(chuàng)建了20個程序段，每個程序段的運行時間為30min。在每個程序段運行的開端和結(jié)尾，由VMC立式加工中心對刀具的長度進(jìn)行檢查測量，并在刀庫中備有幾把同樣的加強(qiáng)筋切削加工用刀具，當(dāng)其中一把刀具發(fā)生磨損或斷裂時，可使用備用刀具替換。在完成10h的加工工作以后，加強(qiáng)筋的加工質(zhì)量非常理想。 Greenwald先生還提到另一次采用這一策略加工一個大型模具，在加強(qiáng)筋的切削加工上花費了100h左右的時間。該機(jī)床進(jìn)行24h的不間斷工作，每周可工作4天以上。刀庫內(nèi)配置了5把用于加強(qiáng)筋切削加工的備用刀具，這樣就可以滿足任何緊急狀態(tài)下刀具更換的需要。 獲得良好收益 事實證明，Hard Milling Solutions公司的視頻攝像機(jī)是一套非常有效的工具，其得到的收益是Greenwald先生從未預(yù)見到的。除了他能夠在家里監(jiān)控機(jī)床的操作情況之外，也可以在接聽客戶電話的同時，在筆記本電腦上觀察機(jī)床的操作。對機(jī)床操作的實時監(jiān)控的實現(xiàn)，證明了無人化加工生產(chǎn)在車間加工過程中的價值和發(fā)展?jié)摿Α? Greenwald先生可以在這個國家的任何地方，與客戶共享這一系統(tǒng)，通過這些渠道可以為客戶演示工件在機(jī)床上的裝卡調(diào)試甚至加工的情況。Greenwald先生說，有關(guān)工件或調(diào)試裝卡的問題可以很快地得到答復(fù)，而且具有較高的確定性。同樣，當(dāng)他在車間時，可以用電子郵件的方式將攝像機(jī)攝取的圖像發(fā)送給客戶觀看。 |
