一种铁心打叠自动控制方法及系统与流程

1.本发明属于变压器生产制造技术领域，具体涉及一种铁心打叠自动控制方法及系统，能够自动进行大型变压器铁心叠积及检测。


背景技术：

2.铁心叠片是变压器的磁路，是能量转换的媒介，它的质量直接影响到变压器的性能。铁心叠片由硅钢片叠积而成。目前铁心叠片的原料均为硅钢片卷料，卷料进厂后经纵剪加工线将硅钢片沿纵向剪切成各种宽度，再经横剪加工线将带料加工成所需要的形状，方可用于铁心叠积。
3.由于铁心叠片尺寸多变、制作工艺复杂、质量要求高，现有的铁心制作技术普遍采用手工叠积工艺。铁心打叠手工作业劳动强度大，打叠效率低，易导致铁心损耗增大、硅钢片损伤、人员职业健康等问题，并且产品质量不易控制。现有的叠积过程中传统打叠方法及误差测量方法已无法满足生产要求，因此，研发适用于各种结构尺寸铁心的铁心打叠自动控制方法及系统，可以极大提高铁心制作效率，并更好地控制铁心质量，有着广阔的应用前景。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种铁心打叠自动控制方法及系统。本发明所采用的技术方案如下：
5.一种铁心打叠自动控制方法，包括以下步骤：
6.步骤1、利用机械设备人工将打叠原料吊装到位；
7.步骤2、人工选择铁心结构和要打叠的硅钢片的总片数；
8.步骤3、打叠准备工作：
9.s3.1、铁心叠积基准测量，确认绝缘件和铁心结构件放置到位；
10.s3.2、硅钢片视觉识别，正确识别硅钢片的形状、尺寸；
11.步骤4、机械手抓取一张硅钢片；
12.步骤5、机械手按照前面选择的铁心结构，自动移动到工作台上正确的位置，自动放置硅钢片；
13.步骤6、铁心叠积无损检测，对每片硅钢片的高度、端面距离和每级铁心的叠积厚度、左右极差进行自动测量；
14.步骤7、机械手复位，准备下一循环操作；
15.步骤8、判断打叠工作是否完成总片数，如果是，本铁心打叠流程结束，如果否，转步骤4。
16.一种铁心打叠自动控制系统，应用前述的铁心打叠自动控制方法，包括：智能控制系统，所述的智能控制系统分别与铁心自动打叠装置、硅钢片自动纠正装置、铁心叠积基准测量装置、硅钢片视觉识别与无损检测装置、安全装置连接。
17.本发明的有益效果：
18.本发明的铁心打叠自动控制方法及系统，自动识别原料、自动抓取原料、自动转换调整位姿移动并准确放置原料，自动进行质量检测及纠正偏离位置，实现了顺序循环取放片，完成自动叠积与检测过程。本发明可以用于不同结构和尺寸的铁心的叠片自动打叠控制和检测。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本技术保护范围之内的附图。
20.图1为本发明实施例的铁心打叠自动控制方法的流程图；
21.图2为本发明实施例的铁心打叠自动控制系统的结构原理示意图。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.如图1所示，为本发明实施例的铁心打叠自动控制方法的流程图。一种铁心打叠自动控制方法，包括以下步骤：
24.步骤1、利用机械设备人工将打叠原料吊装到位；
25.在正式开始铁心自动打叠工作之前，首先将需要用到的打叠原料吊装到位，在打叠工作现场有序放置，主要包括：硅钢片原料、打叠零部件。本步骤中，在打叠用铁心翻转台(铁心翻转台是已有设备，现在通常在铁心翻转台人工进行铁心打叠工作)上，人工吊放升降工作台、原料放置架、工字支撑等工装及硅钢片原料、夹件、拉板及绝缘件等零部件，安装工字支撑、千斤顶等底部支撑工装。
26.步骤2、人工选择铁心结构；
27.变压器铁心有多种结构，比如：单相三柱式、三相三柱式、单相四柱式、三相五柱式等，同时铁心的叠积方式也有不同，比如：中柱组合片式、中柱整片式等。选定相应的铁心结构、要打叠的硅钢片的总数量之后，后续的机械手将完成相应结构铁心的自动打叠。本步骤中，还要将硅钢片裁剪表及图纸信息等与自动打叠相关的基础数据输入智能控制系统中。
28.步骤3、打叠准备工作：
29.s3.1、铁心叠积基准测量；
30.s3.2、硅钢片视觉识别；
31.变压器铁心由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件等组成。在打叠铁心时，需要先将绝缘件和铁心结构件如拉板、夹件等铺放到支撑工装的指定位置上，同时，人工铺放末级硅钢片，因为末级硅钢片需要测量多项尺寸，经过多次调整来确定最终位置，作为后续叠积产品定位的基准，每张硅钢片上的两个定位孔绝对坐标位置确定好后，其余叠积在上面的硅钢片都和它冲齐，因此必须人工铺放及测量定位末级硅钢片，机械手放置会有一定误差。末级硅钢片测量调整到位；通过铁心叠积基准测量，确认绝缘件、铁心结构件和末级硅钢片等是
否已经放置到位。另外，硅钢片规格型号多、尺寸变化多，通过硅钢片视觉识别与无损检测装置正确识别硅钢片的形状、尺寸、原料的坐标信息，这些信息将作为机械手取片的基础信息使用。
32.步骤4、机械手取片；
33.利用机械手自动抓取一张硅钢片，以实现后续的自动打叠程序。本步骤中，设置不同的机械手用于芯柱及旁柱硅钢片和下铁轭硅钢片的抓取。
34.步骤5、机械手移动、放片；
35.机械手按照前面选择的铁心结构，移动到工作台上正确的位置，自动放置硅钢片。放片时首先自动判断机械手干涉情况，若无干涉则机械手带动吸盘架下落，下落过程中激光测距，控制下落速度逐渐减慢，下落到位后使硅钢片脱离吸盘装置，精准放置到位。
36.每放完一片硅钢片后，硅钢片自动纠正装置开始工作，自动纠正硅钢片位置。自动拍照识别并判断是否可以冲孔纠偏，如果是，定位销下冲，纠正硅钢片并测量级厚及位置满足要求；如果否，报警停机，显示屏显示报警原因，人工干预并查找产生偏差原因，消缺后再自动运行。进入自动取片、放片、纠正的循环，按顺序铺放硅钢片。
37.步骤6、铁心叠积无损检测；
38.为了保证铁心的打叠质量，铁心叠积无损检测流程对每片硅钢片的高度、端面距离和每级铁心的叠积厚度、左右极差等数据进行自动测量，对于出现的小偏差进行纠偏处理。硅钢片视觉识别与无损检测装置自动测量所有芯柱及下铁轭，自动检测接缝及端面平整度，自动检测接缝是否存在搭接且接缝是否小于2mm，测量每片硅钢片的两个定位孔坐标信息，此坐标值在本次产品叠积期间不再发生变化。检测到接缝或端面平整度不合格则停机并显示原因，待人工查找原因并调整到位后，手动启动继续工作，直至完成全部硅钢片的叠积。硅钢片视觉识别与无损检测装置自动形成质检表格，可拷贝或上传。
39.步骤7、机械手复位，准备下一循环操作；
40.机械手复位自动回到初始位置，准备下一打叠流程的循环操作。
41.步骤8、判断打叠工作是否完成总片数，如果是，本铁心打叠流程结束，如果否，转步骤4。
42.本方法将铁心要打叠的硅钢片的总片数作为判断条件，打叠工作完成了硅钢片总片数，就意味着铁心自动打叠流程全部结束。打叠流程全部结束时，声光提示完成叠积工艺，自检合格。人工复检合格后，利用铁心翻转台夹紧翻转，转序(铁心打叠工序完成，将铁心整体吊起，转运到器身装配工位，进行器身装配工序的操作，两个工序间的转换俗称转序)。
43.作为优选的实施例，在叠积过程中可设定几个暂停点，暂停条件为铁心叠厚，当铁心叠厚达到某个数值时暂停，用于手工加支撑或铺放铁心油道及做试验等。
44.作为优选的实施例，对于打叠作业中的关键因素和时间节点进行标定，每班次前后各标定一次。另外，可远传温湿度测量仪自动采集定时将温差上传，温差每超过1度，系统自动进行标定一次。硅钢片视觉识别与无损检测装置测量到硅钢片放置的端面偏差超过设置标定值时，系统增加一次自动标定。
45.作为优选的实施例，在打叠作业中设置安全检测，机械手、移动机构均采取自动避让、锁紧及定位措施，所有装置设置超载避让结构，意外碰撞时自动避让。动作节拍可设定，
并控制在安全范围内，装置要设置电气与机械防碰及防坠落等安全手段，每项安全措施至少要双保险。装置运行时，在安全范围边缘设接近开关及光幕等防护装置，有人靠近时声光报警，接近时自动停机。可拆卸防护栏具有足够刚性及安全防护区域范围，避免设备异常时造成意外损坏及伤害操作者。所有安全措施有电子及机械双保险。在允许操作者活动区域安装多个急停按钮，设置多重互锁，不符合安全允许条件的误操作命令不允许自动执行。危险区域用警戒色标识，光幕等安全装置，并安装防护栏，实现点击与机械双保险。设置人员靠近危险区域自动报警，进入危险区域自动停机的安全措施。
46.本发明的一种铁心打叠自动控制方法，配合铁心自动打叠的辅助工艺方法，可以取得更好的硅钢片自动叠积效果。
47.如图2所示，为本发明实施例的铁心打叠自动控制系统的结构原理示意图。一种铁心打叠自动控制系统，应用前述的自动控制方法，包括：智能控制系统，所述的智能控制系统分别与铁心自动打叠装置、硅钢片自动纠正装置、硅钢片视觉识别与无损检测装置、铁心叠积基准测量装置、以及安全装置连接，通过智能控制系统控制各装置的自动运行。
48.所述的智能控制系统，为电脑或者工控机，内置控制模块，控制各子系统协同工作，实现铁心打叠自动控制。进一步地，所述的智能控制系统可以采用西门子plc1500 西门子工控机ipc477d实现。各子装置的功能及实施方式分述如下：
49.(1)铁心自动打叠装置，用于硅钢片的自动抓取与打叠，自动完成变压器下铁轭与心柱的叠积工作。所述的铁心自动打叠装置，包括：支撑机构、行走机构和下铁轭与芯柱打叠机构，所述的支撑机构固定在地面上，为框架结构的固定支架；在支撑机构上设置有行走机构，行走机构可以在框架结构上水平移动；下铁轭与芯柱打叠机构设置在行走机构上，下铁轭与芯柱打叠机构用于抓取和放置硅钢片，下铁轭与芯柱打叠机构除了随着行走机构水平移动外，还可以上下垂直移动及旋转。
50.(2)硅钢片自动纠正装置，用于自动纠正硅钢片位置。硅钢片自动纠正装置包括两个锥形定位销，在检测到新放的硅钢片的定位孔与下部已叠积的硅钢片的定位孔有偏差但偏差不大的情况下，将锥形定位销对准两个定位孔下冲，自动将新放置的硅钢片与已叠积的硅钢片对齐，自动纠正下铁轭与芯柱打叠机构放置硅钢片时出现的偏差。
51.(3)铁心叠积基准测量装置，用于指导人工精准摆放零部件，减少原来人工测量反复调整位置的时间。所述的铁心叠积基准测量装置包括：激光位移传感器、支撑机构，激光位移传感器在支撑机构上移动精准将激光点投射到定位点，指导操作者铺放上、下夹件、拉板、绝缘件等，并可自动测量上下夹件各定位点、上下夹件内侧面，末级片的定位孔等的精准坐标值，并自动计算得到夹件对角线尺寸、中心距尺寸、末级片的定位尺寸，并与图纸尺寸自动比对，超差自动报警，并将对应尺寸红色显示。
52.(4)硅钢片视觉识别与无损检测装置，用于在自动打叠过程中对硅钢片实时进行图像识别，对硅钢片的叠积质量进行多维度的实时检测。硅钢片视觉识别与无损检测装置由高精度激光测距仪、激光轮廓测量仪、高精度工业相机及配套光源组成，可以水平及垂直移动。硅钢片视觉识别与无损检测装置可以自动检测硅钢片的宽度、长度、定位孔的定位尺寸及两端形状，与图纸尺寸自动相对照，检验原料正确性，并为取放硅钢片提供精准的位置坐标；可以自动检测每片硅钢片高度值、每级叠积厚度、左右极差等数据，从而对铁心叠积过程进行检测及测量，并能将偏差值传输给下铁轭与芯柱打叠机构等进行放置精度微调。
并能与图纸尺寸自动比对，超差自动报警，并将对应尺寸红色显示。
53.(5)安全装置，用于保障铁心打叠自动控制系统的安全可靠运行。机械电子双配协调控制下铁轭与芯柱打叠机构运转不发生碰撞；光栅及安全护栏等电气与机械式双控安全装置，避免人员意外进入操作区域；设置了多处急停按钮，防止错误指令的误运行。
54.本系统实现了铁心叠积的自动控制。打叠期间无人工吊料操作，原料坯放置在翻转台，智能控制系统控制各子装置协同工作，自动完成硅钢片的抓取、放置、纠偏、质量检测等工序，完成变压器铁心的自动叠积与检测过程。
55.本发明实施例中，利用上述的铁心打叠自动控制方法及系统，可以实现以下主要技术参数的铁心自动打叠：
56.硅钢片厚度：经常使用0.23mm、0.27mm，不常使用0.18、0.2和0.3mm；
57.铁心最大高度≤4500mm；
58.铁心截面高度≤1200mm；
59.铁心柱中距：650mm≤mo≤4250mm；
60.边柱尺寸：1500≤长度≤4500mm,200≤宽度≤800mm；
61.芯柱尺寸：1500≤梯形长度≤4500mm，200≤宽度≤1100mm；
62.芯柱拼接：拼片尺寸，最窄120mm，最宽800mm；
63.下铁轭尺寸：1200≤长度≤3000mm，240≤宽度≤800mm；
64.定位孔直径：直径20mm，每片2个定位孔；
65.钢制料坯尺寸：长：2500-4500/宽：900-1200；高：230；
66.木质料坯尺寸：长：3000、3500、4500/宽：800、1200高：170；
67.硅钢片裁剪精度：-0.2mm≤宽度精度≤0mm；
68.打叠精度：端面精度≤0.5mm，拼接缝≤2mm，接缝无搭接。
69.最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。