權利要求

1.激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，其特征在于包含以下步驟：步驟①確定鋼卷打碼方式，噴涂打碼方式或激光標刻；步驟②鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C，在工控機上手動選擇，將打碼數(shù)據(jù)傳遞給激光打碼機或噴涂機；步驟③激光打碼機或噴涂機等待打碼開始信號，待到鋼卷運動到指定位置后，傳送帶停止，機器人接收運動信號，準備開始運動；步驟④機器人運動到固定測量位置，打開激光器，測量鋼卷端面位置，隨后測量鋼卷直徑；步驟⑤測量完成后，機器人內部系統(tǒng)計算結果，確定打碼位置；步驟⑥激光打碼機與噴涂機集成在一起安裝在機器人上，機器人移動到打碼位置起點，開始進行打碼或者噴涂；步驟⑦打碼或噴涂動作完成后，機器人回到原點，并將完成信號傳遞到上位機，工控機與打碼機清空已完的成碼信息，等待信息準備下一條要打的碼。

2.根據(jù)權利要求1所述的激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，其特征在于：所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為操作人員在工控機上人工輸入所要打的碼。 

3.根據(jù)權利要求1所述的激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，其特征在于：所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為通過PROFIBUS-DP 協(xié)議與鋼廠MES系統(tǒng)通訊，從數(shù)據(jù)庫取得碼。 

4.根據(jù)權利要求1所述的激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，其特征在于：運用6自由度機器人執(zhí)行找尋、定位和打碼動作，實現(xiàn)機器人對鋼卷自動尋位打碼的運動軌跡，保證機器人不出現(xiàn)奇點，并根據(jù)激光器設備輔助，精確設計打碼運動軌跡，機器人重復定位精度控制在0.5mm以內，滿足全流程打碼要求。 

5.根據(jù)權利要求1所述的激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，其特征在于：通過在不同直徑和不同溫度的鋼卷上標刻相同大小以及不同大小的二維碼，實現(xiàn)在不同曲率下和不同溫度下有效的激光標識的二維碼編碼方式。 6.一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻裝置，其特征在于：包含機器人、噴涂機（3）、激光打碼機（4）、行程開關和上位機，所述機器人包含機械臂底座（1）、機械臂（2）和機器人控制柜，機械臂（2）安裝在機械臂底座（1）上；噴涂機（3）和激光打碼機（4）安裝在機械臂（2）前端，激光打碼機（4）安裝有防護罩，行程開關有四個，安裝在激光打碼機（4）的前端，行程開關與機器人連接，用于機器人確定打碼位置；上位機通過機器人控制柜與機器人連接，上位機和激光打碼機（4）連接。 7.根據(jù)權利要求6所述的一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻裝置，其特征在于：所述機器人負載在150至 300kg之間，工作范圍為2.6至3.2米。 8.根據(jù)權利要求6所述的一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻裝置，其特征在于：所述噴涂機（3）包含噴印頭、油漆循環(huán)系統(tǒng)、涂料柜、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、清洗循環(huán)系統(tǒng)、涂料桶、攪拌器、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

說明書

激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法及裝置

技術領域

本發(fā)明涉及激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法及裝置，屬于冶金自動化方法及裝置技術領域。

背景技術

在熱軋鋼卷的生產(chǎn)過程中，為方便生產(chǎn)廠家追蹤產(chǎn)品質量，使用戶了解產(chǎn)品的相關信息，產(chǎn)品出廠前一般在其上打碼標明生產(chǎn)代號、產(chǎn)品規(guī)格、材質、質量、鋼的爐號和生產(chǎn)日期等。傳統(tǒng)的熱軋鋼卷生產(chǎn)線一般采用人工打碼，當熱軋鋼卷隨著傳送帶運動過來后，由鋼廠員工攜帶打碼器進行現(xiàn)場打碼。這種方法嚴重影響了熱軋鋼卷的生產(chǎn)效率，而且由于員工的長時間勞動，還會在打碼過程中出現(xiàn)打錯碼、打偏碼甚至更嚴重的會漏掉對一些鋼卷的打碼，造成該卷產(chǎn)品信息的無法追蹤，這些問題都會對鋼廠造成巨大的經(jīng)濟損失，由于鋼卷本身具有高溫，造成了現(xiàn)場的工作環(huán)境相當惡劣，增加了員工的安全隱患。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是提供一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法及裝置，通過工業(yè)網(wǎng)與機器人和激光打碼器建立連接，當接收鋼卷到位指令后，將從鋼廠MES系統(tǒng)獲取的編碼信息傳送至激光打碼機或者噴涂機，在機器人利用激光器定位后，開始打碼，能夠實現(xiàn)鋼卷到位后機器人自動測距自主定位，柔性自動對焦，根據(jù)選擇自動切換激光和噴涂兩種方式實現(xiàn)高精準打碼，可完全替代人工打碼，每卷熱軋鋼的打碼時間不超過30s，并且所打的條形碼與二維碼能夠被準確識別，有效地解決了背景技術中存在的上述問題。

本發(fā)明的技術方案是：一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，包含以下步驟：步驟①確定鋼卷打碼方式，噴涂打碼方式或激光標刻；步驟②鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C，在工控機上手動選擇，將打碼數(shù)據(jù)傳遞給激光打碼機或噴涂機；步驟③激光打碼機或噴涂機等待打碼開始信號，待到鋼卷運動到指定位置后，傳送帶停止，機器人接收運動信號，準備開始運動；步驟④機器人運動到固定測量位置，打開激光器，測量鋼卷端面位置，隨后測量鋼卷直徑；步驟⑤測量完成后，機器人內部系統(tǒng)計算結果，確定打碼位置；步驟⑥激光打碼機與噴涂機集成在一起安裝在機器人上，機器人移動到打碼位置起點，開始進行打碼或者噴涂；步驟⑦打碼或噴涂動作完成后，機器人回到原點，并將完成信號傳遞到上位機，工控機與打碼機清空已完的成碼信息，等待信息準備下一條要打的碼。

所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為操作人員在工控機上人工輸入所要打的碼。

所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為通過PROFIBUS-DP協(xié)議與鋼廠MES系統(tǒng)通訊，從數(shù)據(jù)庫取得碼。

運用6自由度機器人執(zhí)行找尋、定位和打碼動作，實現(xiàn)機器人對鋼卷自動尋位打碼的運動軌跡，保證機器人不出現(xiàn)奇點，并根據(jù)激光器設備輔助，精確設計打碼運動軌跡，機器人重復定位精度控制在0.5mm以內，滿足全流程打碼要求。

通過在不同直徑和不同溫度的鋼卷上標刻相同大小以及不同大小的二維碼，實現(xiàn)在不同曲率下和不同溫度下有效的激光標識的二維碼編碼方式。

一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻裝置，包含機器人、噴涂機、激光打碼機、行程開關和上位機，所述機機器人包含機械臂底座、機械臂和機器人控制柜，機械臂安裝在機械臂底座上；噴涂機和激光打碼機安裝在機械臂前端，激光打碼機安裝有防護罩，行程開關有四個，安裝在激光打碼機的前端，行程開關與機器人連接，用于機器人確定打碼位置；上位機通過機器人控制柜與機器人連接，上位機和激光打碼機連接。

所述機器人負載在150至 300kg之間，工作范圍為2.6至3.2米。

所述噴涂機包含噴印頭、油漆循環(huán)系統(tǒng)、涂料柜、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、清洗循環(huán)系統(tǒng)、涂料桶、攪拌器、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：通過工業(yè)網(wǎng)與機器人和激光打碼器建立連接，當接收鋼卷到位指令后，將從鋼廠MES系統(tǒng)獲取的編碼信息傳送至激光打碼機或者噴涂機，在機器人利用激光器定位后，開始打碼，能夠實現(xiàn)鋼卷到位后機器人自動測距自主定位，柔性自動對焦，根據(jù)選擇自動切換激光和噴涂兩種方式實現(xiàn)高精準打碼，可完全替代人工打碼，每卷熱軋鋼的打碼時間不超過30s，并且所打的條形碼與二維碼能夠被準確識別。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的工作流程圖；

圖中：機械臂底座1、機械臂2、噴涂機3、激光打碼機4、鋼卷5。

具體實施方式

為了使發(fā)明實施案例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合實施案例中的附圖，對本發(fā)明實施案例中的技術方案進行清晰的、完整的描述，顯然，所表述的實施案例是本發(fā)明一小部分實施案例，而不是全部的實施案例，基于本發(fā)明中的實施案例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施案例，都屬于本發(fā)明保護范圍。

一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻方法，包含以下步驟：步驟①確定鋼卷打碼方式，噴涂打碼方式或激光標刻；步驟②鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C，在工控機上手動選擇，將打碼數(shù)據(jù)傳遞給激光打碼機或噴涂機；步驟③激光打碼機或噴涂機等待打碼開始信號，待到鋼卷運動到指定位置后，傳送帶停止，機器人接收運動信號，準備開始運動；步驟④機器人運動到固定測量位置，打開激光器，測量鋼卷端面位置，隨后測量鋼卷直徑；步驟⑤測量完成后，機器人內部系統(tǒng)計算結果，確定打碼位置；步驟⑥激光打碼機與噴涂機集成在一起安裝在機器人上，機器人移動到打碼位置起點，開始進行打碼或者噴涂；步驟⑦打碼或噴涂動作完成后，機器人回到原點，并將完成信號傳遞到上位機，工控機與打碼機清空已完的成碼信息，等待信息準備下一條要打的碼。

所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為操作人員在工控機上人工輸入所要打的碼。

所述步驟②中，鋼廠MES系統(tǒng)的編碼信息傳輸?shù)缴衔粰C的方式為通過PROFIBUS-DP協(xié)議與鋼廠MES系統(tǒng)通訊，從數(shù)據(jù)庫取得碼。

運用6自由度機器人執(zhí)行找尋、定位和打碼動作，實現(xiàn)機器人對鋼卷自動尋位打碼的運動軌跡，保證機器人不出現(xiàn)奇點，并根據(jù)激光器設備輔助，精確設計打碼運動軌跡，機器人重復定位精度控制在0.5mm以內，滿足全流程打碼要求。

通過在不同直徑和不同溫度的鋼卷上標刻相同大小以及不同大小的二維碼，實現(xiàn)在不同曲率下和不同溫度下有效的激光標識的二維碼編碼方式，考慮鋼卷表面銹蝕程度對二維碼解碼的影響，保證解碼速度快、準確性高。

一種激光與噴涂協(xié)同多方式標刻裝置，包含機器人、噴涂機3、激光打碼機4、行程開關和上位機，所述機機器人包含機械臂底座1、機械臂2和機器人控制柜，機械臂2安裝在機械臂底座1上；噴涂機3和激光打碼機4安裝在機械臂2前端，激光打碼機4安裝有防護罩，行程開關有四個，安裝在激光打碼機4的前端，行程開關與機器人連接，用于機器人確定打碼位置；上位機通過機器人控制柜與機器人連接，上位機和激光打碼機4連接。

所述機器人負載在150至 300kg之間，工作范圍為2.6至3.2米。

所述噴涂機3包含噴印頭、油漆循環(huán)系統(tǒng)、涂料柜、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、清洗循環(huán)系統(tǒng)、涂料桶、攪拌器、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

在實際應用中，本發(fā)明由硬件部分和軟件部分兩大部分組成，其中硬件部分由機械臂底座、機械臂、行程開關、激光打碼機和噴涂機組成。軟件系統(tǒng)由用戶界面軟件、機器人噴碼運行軌跡、機器人激光打碼運行軌跡、通訊軟件、PLC軟件組成。

1、硬件部分組成

如圖1，硬件部分由機械臂底座、機械臂、行程開關、激光打碼機和噴涂機組成。機器人采用的是ABB 6700-150/3.2 機器人，該ABB機器人包括ABB機器人機械臂、機械臂底座、ABB機器人示教器和ABB機器人控制柜，機器人控制柜采用IRC5控制柜，IRC5是ABB第五代機器人控制器。該系統(tǒng)采用ABBIRB 6700-150/3.2機器人作為激光打碼與噴涂執(zhí)行機構。IRB6700系列機器人的無故障運行時間更長、負載更大，工作范圍更大，負載在150至 300kg之間，工作范圍為2.6至3.2米。噴涂機包括噴印頭，油漆循環(huán)系統(tǒng)、涂料柜、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器，清洗循環(huán)系統(tǒng)、涂料桶、攪拌器、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，該噴涂機采用非標準件組合而成。通過上位機算法實現(xiàn)對鋼卷位置的識別和標刻效果的檢驗。本發(fā)明中，激光打碼機4與噴涂機3集成在一起安裝在機器人上，通過遠程或本地選擇即可開始不同種類的作業(yè)，不需要頻繁更換機器人工具。

2、軟件部分

2.1軟件設計總體概況

軟件部分由用戶界面軟件、機器人噴碼運行軌跡、機器人激光打碼運行軌跡、通訊軟件和PLC軟件組成。用戶界面采用WINCC編輯，電氣室與操作臺各放置一臺上位機，兩臺計算機具備不同權限，電氣室上位機僅進行設備狀態(tài)監(jiān)測與故障報警顯示，操作臺上位機由操作人員進行生產(chǎn)操作。電氣室上位機使用聯(lián)想揚天商用臺式機，該機型采用第10代處理器，性能穩(wěn)定。配置如下：十代I7 16G 2T 獨顯，23英寸顯示器。操作臺上位機采用聯(lián)想天逸商務臺式機，配置如下：十代I5 8G 1T 獨顯，23英寸顯示器。操作臺設有急停按鈕。機器人噴碼運行軌跡、機器人激光打碼運行軌跡采用Visual studio編程，將運行軌跡通過上位機通訊編輯下傳到ABB機器人控制柜，然后通過ABB機器人示教器將軌跡點寫入ABB控制器。機器人噴碼運行軌跡、機器人激光打碼運行軌跡軟件模塊編輯完成后，組態(tài)PROFINET通訊方式，S71200 PLC 與原系統(tǒng)之間的通訊：兩者通過網(wǎng)線采用 PROFIBUS-DP連接，接收編碼信息等信號。S71200 PLC與ABB 機器人之間的通訊：這兩者通過PROFINET網(wǎng)絡連接，其作用是通過網(wǎng)絡 PLC 獲取當前機器人的狀態(tài)信息，同時通過網(wǎng)絡來控制機器人的運行；盤車到位信號的通訊方式為DP通訊。定義通訊輸入輸出點，為上位機通訊和MES系統(tǒng)通訊預留端口，完成通訊部分測試。編碼讀?。和ㄟ^PROFIBUS-DP方式從產(chǎn)線控制系統(tǒng)讀取包括編號、卷徑、卷寬、捆帶號等信息；本地PLC與機器人之間的通訊：通過PLC給機器人發(fā)布標刻、啟動、回原點等命令。PLC采用西門子S7-1200可編程控制器。

2.2用戶人機界面設計

在PLC柜上選擇操作模式——本地操作或遠程操作。若選擇本地模式，則激光打碼和噴碼的工作流程由PLC柜上的按鈕進行操控；若選擇遠程模式，機器人與PC端連接，通過上位機操控機器人工作。用戶界面包括一個主界面和兩個子界面，用戶軟件流程圖見附圖2。

2.3噴涂樣例

噴涂內容：正面（圓周方向）：12位碼，側面12位碼。12位格式：4位固定碼+6位流水碼+2位流向碼，工藝提出4位固定碼和6位流水碼之間加空格隔開。

2.4操作步驟

送電后，啟動上下位機，上位機，檢測上、下位機連鎖情況，連鎖正常后，所有操作根據(jù)上位機指令進行操作自動打碼或者噴碼。如需切換手動模式，需要到現(xiàn)場配電柜上手動旋轉切換按鈕。開機完成后，等待鋼卷到位，機器人便可自動運行，開始測量、定位、打碼工作。