范道龍

(福建海峽科化股份有限公司,福建永安366000)

1 概述

《民爆安全生產(chǎn)少(無(wú))人化專(zhuān)項(xiàng)工程實(shí)施方案》(工信廳裝[2014]271 號(hào))文中指出“工業(yè)雷管生產(chǎn)要研究雷管自動(dòng)卡腰機(jī)、卡口機(jī)……;針對(duì)民爆產(chǎn)品生產(chǎn)的危險(xiǎn)性及特殊性,根據(jù)易爆危險(xiǎn)品的自動(dòng)裝配工藝設(shè)計(jì)出合理、高效的智能化裝配執(zhí)行單元和專(zhuān)機(jī),滿(mǎn)足多規(guī)格產(chǎn)品的自動(dòng)裝配生產(chǎn)是民爆產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)”[1]。 同時(shí)《民用爆炸物品行業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020 年)》(工信部規(guī)[2016]331 號(hào))提出“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化,現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥占工業(yè)炸藥比重突破30%;進(jìn)一步推廣導(dǎo)爆管雷管應(yīng)用,使其占工業(yè)雷管比重超過(guò)70%”發(fā)展目標(biāo)[2]。 導(dǎo)爆管雷管因其抗靜電、抗雷電、抗射頻、抗水、抗雜散電流以及使用安全可靠等技術(shù)優(yōu)勢(shì),在十三五期間比重逐漸增大,已成為工業(yè)雷管里的主流產(chǎn)品。

目前國(guó)內(nèi)導(dǎo)爆管雷管裝配作業(yè)大部分處于手工及半自動(dòng)化狀態(tài),生產(chǎn)效率及本質(zhì)安全性低,不符合行業(yè)發(fā)展需求。 為符合行業(yè)政策要求,促進(jìn)民爆行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,解決導(dǎo)爆管雷管裝配過(guò)程自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù),公司進(jìn)行導(dǎo)爆管雷管自動(dòng)裝配工藝技術(shù)研究。

2 工藝流程介紹

導(dǎo)爆管雷管主要由基礎(chǔ)雷管、膠塞、導(dǎo)爆管零件組成,三者之間的裝配要按照一定的順序,其裝配結(jié)構(gòu)屬于層疊式。 由于導(dǎo)爆管雷管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝的特殊性,存在導(dǎo)爆管長(zhǎng)度不同,產(chǎn)品規(guī)格多兩大難題[3]。 實(shí)現(xiàn)裝配工藝自動(dòng)化具有較大難度,為實(shí)現(xiàn)裝配工藝流程順暢,經(jīng)研究對(duì)比分析,采用以基礎(chǔ)雷管、導(dǎo)爆管為兩個(gè)基礎(chǔ)件的平行組件裝配,解決實(shí)際生產(chǎn)時(shí)導(dǎo)爆管長(zhǎng)度不同、產(chǎn)品規(guī)格多、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。 工藝流程如圖1 所示。

圖1 裝配工藝流程圖

3 導(dǎo)爆管雷管自動(dòng)裝配技術(shù)路線(xiàn)

本項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)的導(dǎo)爆管雷管自動(dòng)裝配設(shè)備,實(shí)現(xiàn)一次同時(shí)對(duì)多根(3 根以上)導(dǎo)爆管、多發(fā)(3發(fā)以上)基礎(chǔ)雷管自動(dòng)在線(xiàn)下料、尾部封口、貼段別標(biāo)簽、清擦浮藥、卡延期件、卡雷管、成品編碼、挽把、捆扎、把內(nèi)產(chǎn)品信息標(biāo)識(shí)等功能。

本項(xiàng)目全新設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)出以下單元設(shè)備:分發(fā)基礎(chǔ)雷管機(jī)、卡腰機(jī)、膠塞裝填機(jī)、延期件放置機(jī)、裝填延期件機(jī)、繞把機(jī)、綁把機(jī)、封尾貼標(biāo)機(jī)、卡口機(jī)、放管機(jī)、取成品機(jī)等,并引進(jìn)、應(yīng)用一些成熟的設(shè)備,如激光打碼機(jī)等,這些單元設(shè)備通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)連接、串起而組成成套生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備。 同時(shí)這些單元設(shè)備可以根據(jù)導(dǎo)爆管雷管生產(chǎn)工藝的差別,進(jìn)行差異化調(diào)整,組合形成柔性生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備。 整條生產(chǎn)線(xiàn)除人工短時(shí)間供給基礎(chǔ)雷管、延期件、大卷導(dǎo)爆管、卡口塞等半成品或材料外,其它工序均實(shí)現(xiàn)無(wú)人化自動(dòng)生產(chǎn)。 技術(shù)路線(xiàn)如圖2。

圖2 導(dǎo)爆管雷管自動(dòng)裝配技術(shù)路線(xiàn)圖

4 自動(dòng)裝配線(xiàn)主要特點(diǎn)

4.1 多發(fā)卡腰、卡口裝置控制尺寸一致性好

卡腰與卡口是工業(yè)雷管生產(chǎn)過(guò)程中的兩道重要工序。 卡腰工藝會(huì)影響導(dǎo)爆管雷管延期體的燃燒速度和燃燒穩(wěn)定性,從而對(duì)雷管延時(shí)精度造成影響[4-5]。 生產(chǎn)過(guò)程中控制卡腰或卡口質(zhì)量,就是確?？ê鄣纳疃?、圓度、位置等尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

因此,設(shè)計(jì)一種便于拆裝卡具的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是非常必要的,該裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3 所示。 卡具安裝時(shí)先將卡具尾部穿過(guò)卡具頭座第一通孔安裝到后固定板上,然后利用量規(guī)調(diào)整好卡具頭部端面與前固定板之間的間距,再利用兩顆螺母將卡具尾部固定,最后進(jìn)行卡具卡痕深度調(diào)整。 卡痕深度調(diào)節(jié)時(shí)先松開(kāi)連接卡具頭座和前固定板的緊固螺釘,然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)限位螺釘來(lái)調(diào)節(jié)卡痕深度。 因?yàn)榭ň哳^座的延伸部是緊配到前固定板內(nèi)的,卡具頭座朝背離后固定板方向移動(dòng)時(shí)并不會(huì)影響卡具頭座第一通孔與前固定板孔位的同心度。 調(diào)整好卡痕深度后,擰緊卡具頭座和前固定板連接的緊固螺釘,完成卡具調(diào)試動(dòng)作。 拆卸卡具只需要拆掉后固定板前后固定卡具的螺母,卡具就能從固定板中取出來(lái)。

使用該結(jié)構(gòu)裝置能夠確保多發(fā)卡口或卡腰卡痕尺寸的一致性,精度±0.1 mm,產(chǎn)品合格率≥99.9%,確保產(chǎn)品質(zhì)量。

圖3 多發(fā)卡具結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 卡口質(zhì)量CCD視覺(jué)完全檢測(cè)

目前,工業(yè)雷管卡口后裝配質(zhì)量均采用目視檢查或借助卡尺對(duì)卡痕深度、位置尺寸進(jìn)行人工抽檢。 這種抽檢方式無(wú)法完全檢測(cè),對(duì)于導(dǎo)爆管雷管裝配質(zhì)量檢測(cè)可靠性低。 本研究采用先進(jìn)光學(xué)技術(shù)手段研制了一種工業(yè)雷管卡口裝配質(zhì)量檢測(cè)裝置及方法,見(jiàn)圖4。

圖4 導(dǎo)爆管雷管卡口質(zhì)量CCD 檢測(cè)示意圖

在裝配工位上,導(dǎo)爆管與膠塞、基礎(chǔ)雷管裝配后,夾持導(dǎo)爆管機(jī)構(gòu)把裝配好雷管拖出一段距離停留在卡口卡具位置處,CCD 視覺(jué)相機(jī)對(duì)裝配卡口好的雷管口部進(jìn)行拍照,導(dǎo)爆管、膠塞和基礎(chǔ)雷管所在位置處會(huì)變成黑色像素點(diǎn),其他地方為白色像素點(diǎn),可以準(zhǔn)確識(shí)別到導(dǎo)爆管、膠塞和基礎(chǔ)雷管的輪廓,包括卡痕的深度、位置,塑料膠塞外觀(guān)質(zhì)量及裝配位置,導(dǎo)爆管插入深度等尺寸。 同時(shí)CCD 視覺(jué)相機(jī)軟件系統(tǒng)與預(yù)先存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行比對(duì),判斷尺寸是否超差,若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)尺寸則輸出提示信號(hào)給自動(dòng)裝配設(shè)備的總控制系統(tǒng),由控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。 CCD 視覺(jué)相機(jī)軟件系統(tǒng)是在不同識(shí)別窗口對(duì)幾個(gè)尺寸進(jìn)行比對(duì)與判斷。

該技術(shù)可以對(duì)多個(gè)卡口卡具處的導(dǎo)爆管雷管裝配卡口情況進(jìn)行拍照、圖像識(shí)別與檢測(cè),不僅生產(chǎn)效率高,而且能完全檢測(cè),做到產(chǎn)品無(wú)漏檢,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3 自動(dòng)裝配設(shè)備的智能化控制

導(dǎo)爆管雷管自動(dòng)裝配線(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求本質(zhì)安全、智能控制[6]。 該系統(tǒng)總體上采用“集中監(jiān)視、分散控制”的控制模式,將整個(gè)控制系統(tǒng)架構(gòu)分為兩層網(wǎng)絡(luò)(工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn))和三個(gè)層次(監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可完成多項(xiàng)功能:①開(kāi)機(jī)前提示需要檢查項(xiàng)目,操作者對(duì)關(guān)鍵部位的可靠性進(jìn)行檢查與驗(yàn)證;②實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品(導(dǎo)爆管長(zhǎng)度)轉(zhuǎn)換,生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ),對(duì)不合格品進(jìn)行標(biāo)識(shí)、報(bào)警和剔出;③實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)檢測(cè)與提醒,定時(shí)提示維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容及到期需要更換的易損件,遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)管理等。

4.4 裝配線(xiàn)本質(zhì)安全性高

裝配線(xiàn)采取模塊化布置,每個(gè)隔間均采用鋼板防護(hù),每個(gè)隔間與設(shè)備設(shè)置了安全聯(lián)鎖裝置。 并進(jìn)行防靜電、防殉爆設(shè)計(jì),在危險(xiǎn)作業(yè)條件下通過(guò)PLC 控制機(jī)械化自動(dòng)作業(yè)替代人工操作,可以規(guī)范操作程序,實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離,從而保證操作人員在意外爆炸事故中免受傷害。

5 結(jié)論

此項(xiàng)研究技術(shù)率先提出導(dǎo)爆管雷管生產(chǎn)后段工序高效自動(dòng)化解決方案,成功開(kāi)發(fā)了基礎(chǔ)雷管、導(dǎo)爆管再加工及裝配自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)爆管雷管后段工序真正意義上的一體化、自動(dòng)化、少(無(wú))人化生產(chǎn),對(duì)民爆行業(yè)的發(fā)展和科技進(jìn)步具有積極的意義與作用。

1)解決了長(zhǎng)期以來(lái)導(dǎo)爆管雷管裝配過(guò)程的技術(shù)瓶頸問(wèn)題,是工業(yè)雷管生產(chǎn)的一次技術(shù)變革與突破,促進(jìn)了民爆行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

2)采用先進(jìn)視覺(jué)識(shí)別檢測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了卡口質(zhì)量完全檢測(cè),有效地提高了導(dǎo)爆管雷管的產(chǎn)品質(zhì)量。

3)采用設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng),對(duì)生產(chǎn)設(shè)備智能化管理,實(shí)現(xiàn)工業(yè)雷管少人化無(wú)人化操作。

4)應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù),減少了生產(chǎn)線(xiàn)操作人員,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。