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编辑：中冶有色技术网
来源：河钢工业技术服务有限公司
权利要求
1.激光与喷涂协同多方式标刻方法，其特征在于包含以下步骤：步骤①确定钢卷打码方式，喷涂打码方式或激光标刻；步骤②钢厂MES系统的编码信息传输到上位机，在工控机上手动选择，将打码数据传递给激光打码机或喷涂机；步骤③激光打码机或喷涂机等待打码开始信号，待到钢卷运动到指定位置后，传送带停止，机器人接收运动信号，准备开始运动；步骤④机器人运动到固定测量位置，打开激光器，测量钢卷端面位置，随后测量钢卷直径；步骤⑤测量完成后，机器人内部系统计算结果，确定打码位置；步骤⑥激光打码机与喷涂机集成在一起安装在机器人上，机器人移动到打码位置起点，开始进行打码或者喷涂；步骤⑦打码或喷涂动作完成后，机器人回到原点，并将完成信号传递到上位机，工控机与打码机清空已完的成码信息，等待信息准备下一条要打的码。
2.根据权利要求1所述的激光与喷涂协同多方式标刻方法，其特征在于：所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为操作人员在工控机上人工输入所要打的码。
3.根据权利要求1所述的激光与喷涂协同多方式标刻方法，其特征在于：所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为通过PROFIBUS-DP 协议与钢厂MES系统通讯，从数据库取得码。
4.根据权利要求1所述的激光与喷涂协同多方式标刻方法，其特征在于：运用6自由度机器人执行找寻、定位和打码动作，实现机器人对钢卷自动寻位打码的运动轨迹，保证机器人不出现奇点，并根据激光器设备辅助，精确设计打码运动轨迹，机器人重复定位精度控制在0.5mm以内，满足全流程打码要求。
5.根据权利要求1所述的激光与喷涂协同多方式标刻方法，其特征在于：通过在不同直径和不同温度的钢卷上标刻相同大小以及不同大小的二维码，实现在不同曲率下和不同温度下有效的激光标识的二维码编码方式。 6.一种激光与喷涂协同多方式标刻装置，其特征在于：包含机器人、喷涂机（3）、激光打码机（4）、行程开关和上位机，所述机器人包含机械臂底座（1）、机械臂（2）和机器人控制柜，机械臂（2）安装在机械臂底座（1）上；喷涂机（3）和激光打码机（4）安装在机械臂（2）前端，激光打码机（4）安装有防护罩，行程开关有四个，安装在激光打码机（4）的前端，行程开关与机器人连接，用于机器人确定打码位置；上位机通过机器人控制柜与机器人连接，上位机和激光打码机（4）连接。 7.根据权利要求6所述的一种激光与喷涂协同多方式标刻装置，其特征在于：所述机器人负载在150至 300kg之间，工作范围为2.6至3.2米。 8.根据权利要求6所述的一种激光与喷涂协同多方式标刻装置，其特征在于：所述喷涂机（3）包含喷印头、油漆循环系统、涂料柜、液位传感器、温度传感器、压力传感器、清洗循环系统、涂料桶、搅拌器、管路系统和控制系统。
说明书
激光与喷涂协同多方式标刻方法及装置
技术领域
本发明涉及激光与喷涂协同多方式标刻方法及装置，属于冶金自动化方法及装置技术领域。
背景技术
在热轧钢卷的生产过程中，为方便生产厂家追踪产品质量，使用户了解产品的相关信息，产品出厂前一般在其上打码标明生产代号、产品规格、材质、质量、钢的炉号和生产日期等。传统的热轧钢卷生产线一般采用人工打码，当热轧钢卷随着传送带运动过来后，由钢厂员工携带打码器进行现场打码。这种方法严重影响了热轧钢卷的生产效率，而且由于员工的长时间劳动，还会在打码过程中出现打错码、打偏码甚至更严重的会漏掉对一些钢卷的打码，造成该卷产品信息的无法追踪，这些问题都会对钢厂造成巨大的经济损失，由于钢卷本身具有高温，造成了现场的工作环境相当恶劣，增加了员工的安全隐患。
发明内容
本发明目的是提供一种激光与喷涂协同多方式标刻方法及装置，通过工业网与机器人和激光打码器建立连接，当接收钢卷到位指令后，将从钢厂MES系统获取的编码信息传送至激光打码机或者喷涂机，在机器人利用激光器定位后，开始打码，能够实现钢卷到位后机器人自动测距自主定位，柔性自动对焦，根据选择自动切换激光和喷涂两种方式实现高精准打码，可完全替代人工打码，每卷热轧钢的打码时间不超过30s，并且所打的条形码与二维码能够被准确识别，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种激光与喷涂协同多方式标刻方法，包含以下步骤：步骤①确定钢卷打码方式，喷涂打码方式或激光标刻；步骤②钢厂MES系统的编码信息传输到上位机，在工控机上手动选择，将打码数据传递给激光打码机或喷涂机；步骤③激光打码机或喷涂机等待打码开始信号，待到钢卷运动到指定位置后，传送带停止，机器人接收运动信号，准备开始运动；步骤④机器人运动到固定测量位置，打开激光器，测量钢卷端面位置，随后测量钢卷直径；步骤⑤测量完成后，机器人内部系统计算结果，确定打码位置；步骤⑥激光打码机与喷涂机集成在一起安装在机器人上，机器人移动到打码位置起点，开始进行打码或者喷涂；步骤⑦打码或喷涂动作完成后，机器人回到原点，并将完成信号传递到上位机，工控机与打码机清空已完的成码信息，等待信息准备下一条要打的码。
所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为操作人员在工控机上人工输入所要打的码。
所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为通过PROFIBUS-DP协议与钢厂MES系统通讯，从数据库取得码。
运用6自由度机器人执行找寻、定位和打码动作，实现机器人对钢卷自动寻位打码的运动轨迹，保证机器人不出现奇点，并根据激光器设备辅助，精确设计打码运动轨迹，机器人重复定位精度控制在0.5mm以内，满足全流程打码要求。
通过在不同直径和不同温度的钢卷上标刻相同大小以及不同大小的二维码，实现在不同曲率下和不同温度下有效的激光标识的二维码编码方式。
一种激光与喷涂协同多方式标刻装置，包含机器人、喷涂机、激光打码机、行程开关和上位机，所述机机器人包含机械臂底座、机械臂和机器人控制柜，机械臂安装在机械臂底座上；喷涂机和激光打码机安装在机械臂前端，激光打码机安装有防护罩，行程开关有四个，安装在激光打码机的前端，行程开关与机器人连接，用于机器人确定打码位置；上位机通过机器人控制柜与机器人连接，上位机和激光打码机连接。
所述机器人负载在150至 300kg之间，工作范围为2.6至3.2米。
所述喷涂机包含喷印头、油漆循环系统、涂料柜、液位传感器、温度传感器、压力传感器、清洗循环系统、涂料桶、搅拌器、管路系统和控制系统。
本发明的有益效果是：通过工业网与机器人和激光打码器建立连接，当接收钢卷到位指令后，将从钢厂MES系统获取的编码信息传送至激光打码机或者喷涂机，在机器人利用激光器定位后，开始打码，能够实现钢卷到位后机器人自动测距自主定位，柔性自动对焦，根据选择自动切换激光和喷涂两种方式实现高精准打码，可完全替代人工打码，每卷热轧钢的打码时间不超过30s，并且所打的条形码与二维码能够被准确识别。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作流程图；
图中：机械臂底座1、机械臂2、喷涂机3、激光打码机4、钢卷5。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种激光与喷涂协同多方式标刻方法，包含以下步骤：步骤①确定钢卷打码方式，喷涂打码方式或激光标刻；步骤②钢厂MES系统的编码信息传输到上位机，在工控机上手动选择，将打码数据传递给激光打码机或喷涂机；步骤③激光打码机或喷涂机等待打码开始信号，待到钢卷运动到指定位置后，传送带停止，机器人接收运动信号，准备开始运动；步骤④机器人运动到固定测量位置，打开激光器，测量钢卷端面位置，随后测量钢卷直径；步骤⑤测量完成后，机器人内部系统计算结果，确定打码位置；步骤⑥激光打码机与喷涂机集成在一起安装在机器人上，机器人移动到打码位置起点，开始进行打码或者喷涂；步骤⑦打码或喷涂动作完成后，机器人回到原点，并将完成信号传递到上位机，工控机与打码机清空已完的成码信息，等待信息准备下一条要打的码。
所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为操作人员在工控机上人工输入所要打的码。
所述步骤②中，钢厂MES系统的编码信息传输到上位机的方式为通过PROFIBUS-DP协议与钢厂MES系统通讯，从数据库取得码。
运用6自由度机器人执行找寻、定位和打码动作，实现机器人对钢卷自动寻位打码的运动轨迹，保证机器人不出现奇点，并根据激光器设备辅助，精确设计打码运动轨迹，机器人重复定位精度控制在0.5mm以内，满足全流程打码要求。
通过在不同直径和不同温度的钢卷上标刻相同大小以及不同大小的二维码，实现在不同曲率下和不同温度下有效的激光标识的二维码编码方式，考虑钢卷表面锈蚀程度对二维码解码的影响，保证解码速度快、准确性高。
一种激光与喷涂协同多方式标刻装置，包含机器人、喷涂机3、激光打码机4、行程开关和上位机，所述机机器人包含机械臂底座1、机械臂2和机器人控制柜，机械臂2安装在机械臂底座1上；喷涂机3和激光打码机4安装在机械臂2前端，激光打码机4安装有防护罩，行程开关有四个，安装在激光打码机4的前端，行程开关与机器人连接，用于机器人确定打码位置；上位机通过机器人控制柜与机器人连接，上位机和激光打码机4连接。
所述机器人负载在150至 300kg之间，工作范围为2.6至3.2米。
所述喷涂机3包含喷印头、油漆循环系统、涂料柜、液位传感器、温度传感器、压力传感器、清洗循环系统、涂料桶、搅拌器、管路系统和控制系统。
在实际应用中，本发明由硬件部分和软件部分两大部分组成，其中硬件部分由机械臂底座、机械臂、行程开关、激光打码机和喷涂机组成。软件系统由用户界面软件、机器人喷码运行轨迹、机器人激光打码运行轨迹、通讯软件、PLC软件组成。
1、硬件部分组成
如图1，硬件部分由机械臂底座、机械臂、行程开关、激光打码机和喷涂机组成。机器人采用的是ABB 6700-150/3.2 机器人，该ABB机器人包括ABB机器人机械臂、机械臂底座、ABB机器人示教器和ABB机器人控制柜，机器人控制柜采用IRC5控制柜，IRC5是ABB第五代机器人控制器。该系统采用ABBIRB 6700-150/3.2机器人作为激光打码与喷涂执行机构。IRB6700系列机器人的无故障运行时间更长、负载更大，工作范围更大，负载在150至 300kg之间，工作范围为2.6至3.2米。喷涂机包括喷印头，油漆循环系统、涂料柜、液位传感器、温度传感器、压力传感器，清洗循环系统、涂料桶、搅拌器、管路系统和控制系统，该喷涂机采用非标准件组合而成。通过上位机算法实现对钢卷位置的识别和标刻效果的检验。本发明中，激光打码机4与喷涂机3集成在一起安装在机器人上，通过远程或本地选择即可开始不同种类的作业，不需要频繁更换机器人工具。
2、软件部分
2.1软件设计总体概况
软件部分由用户界面软件、机器人喷码运行轨迹、机器人激光打码运行轨迹、通讯软件和PLC软件组成。用户界面采用WINCC编辑，电气室与操作台各放置一台上位机，两台计算机具备不同权限，电气室上位机仅进行设备状态监测与故障报警显示，操作台上位机由操作人员进行生产操作。电气室上位机使用联想扬天商用台式机，该机型采用第10代处理器，性能稳定。配置如下：十代I7 16G 2T 独显，23英寸显示器。操作台上位机采用联想天逸商务台式机，配置如下：十代I5 8G 1T 独显，23英寸显示器。操作台设有急停按钮。机器人喷码运行轨迹、机器人激光打码运行轨迹采用Visual studio编程，将运行轨迹通过上位机通讯编辑下传到ABB机器人控制柜，然后通过ABB机器人示教器将轨迹点写入ABB控制器。机器人喷码运行轨迹、机器人激光打码运行轨迹软件模块编辑完成后，组态PROFINET通讯方式，S71200 PLC 与原系统之间的通讯：两者通过网线采用 PROFIBUS-DP连接，接收编码信息等信号。S71200 PLC与ABB 机器人之间的通讯：这两者通过PROFINET网络连接，其作用是通过网络 PLC 获取当前机器人的状态信息，同时通过网络来控制机器人的运行；盘车到位信号的通讯方式为DP通讯。定义通讯输入输出点，为上位机通讯和MES系统通讯预留端口，完成通讯部分测试。编码读取：通过PROFIBUS-DP方式从产线控制系统读取包括编号、卷径、卷宽、捆带号等信息；本地PLC与机器人之间的通讯：通过PLC给机器人发布标刻、启动、回原点等命令。PLC采用西门子S7-1200可编程控制器。
2.2用户人机界面设计
在PLC柜上选择操作模式——本地操作或远程操作。若选择本地模式，则激光打码和喷码的工作流程由PLC柜上的按钮进行操控；若选择远程模式，机器人与PC端连接，通过上位机操控机器人工作。用户界面包括一个主界面和两个子界面，用户软件流程图见附图2。
2.3喷涂样例
喷涂内容：正面（圆周方向）：12位码，侧面12位码。12位格式：4位固定码+6位流水码+2位流向码，工艺提出4位固定码和6位流水码之间加空格隔开。
2.4操作步骤
送电后，启动上下位机，上位机，检测上、下位机连锁情况，连锁正常后，所有操作根据上位机指令进行操作自动打码或者喷码。如需切换手动模式，需要到现场配电柜上手动旋转切换按钮。开机完成后，等待钢卷到位，机器人便可自动运行，开始测量、定位、打码工作。
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2024年11月27日 ~ 29日 
