CN101998893B

CN101998893B - 适用于焊轮定位的位置测量方法和装置

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Publication number: CN101998893B
Application number: CN2008801285877A
Authority: CN
Inventors: S·巴琼; H·汤马森
Original assignee: Siemens VAI Metals Technologies SAS
Current assignee: Clem AG
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: CN101998893A; WO2009125073A1; EP2268445B1; EP2268445A1; US20110032540A1; US8305588B2

Abstract

本发明描述了一种适用于定位焊轮的测量方法和测量装置，其中所述焊轮适用于在连续的加工线上对接钢带所用的滚压电阻缝焊，所述方法包括以下步骤：将固定在可动框(3)上的旋转滚轮(34)置于测量位置，所述测量位置竖直地位于参考焊轮(MS)的下方；使所述参考焊轮(MS)连续竖直地下降(A)，从而让其下表面与所述旋转滚轮(34)接触，并且在所述滚轮(34)上造成按压力；使所述滚轮(34)在所述下降(A)的方向上连续移动；在所述连续移动期间，重复测量在固定到所述框(3)的测量臂(33)上的指示器(37)和铰接于所述框(3)上的铰接柱(32)之间的距离(D2)；对于每次重复的测量，将所述距离(D2)与距离阈值比较，直至达到所述焊轮(MS)的第一工作位置，对于所述第一工作位置，所述距离(D2)等于距离阈值的预定因子；f)将所述第一工作位置作为参考点记录在用于竖直移动所述参考焊轮(MS)的系统中。

Description

适用于焊轮定位的位置测量方法和装置

技术领域

本发明涉及适用于电阻缝焊的焊轮的定位，更具体地涉及对连续移动的钢带进行“滚压焊接”的方法。

背景技术

连续移动的钢带的加工方法(例如：冷轧、化学清洗、电镀、退火)使用能够通过焊接将新带材的头部对接到先前投入到加工线上的带材的尾部的装置，以及允许积聚带材然后在实施完焊接时将其向下游释放的积聚装置。

常用的方法之一是所谓的“滚压电阻缝焊”(英语为“mash welding”或“mash lap welding”或“mash seam welding”)。在该方法中，略微叠置的带材的端部的端对端焊接通过在两个按确定的压力而夹紧的焊轮之间通合适的焊接电流来实现。在专利US 3,446,933和US 3,909,578中描述了一种这样的焊接设备。

为了允许对接后的带材穿过整个加工设备而带材不断裂并且加工机器不损坏，焊缝的增厚必须尽可能地小。为此，待焊接的两个边缘的叠置长度必须保持很小，以限制不可避免的焊道的宽度，该焊道随后将由位于焊轮下游的滚压滚轮进行滚压。其他的所谓“预滚压”滚轮有时候对该装置进行补充，并位于焊轮的上游。

连续地，缝焊的质量取决于待焊接的边缘的定位的质量：焊轮所经过的竖直平面必须良好地垂直于保证夹紧待焊接带材端部的卡爪的平面；焊轮的高度必须良好地相对于夹紧卡爪来调节。在“滚压焊(英语为mashwelding)”的特定情况下，待焊接的边缘的微少叠置进一步放大了这些限制条件，并且导致特别的结构布置，用于保证卡爪与支承焊轮和滚压滚轮的滑架的运动的精度和重复性，其中所述叠置约为待焊接的带材的厚度的0.7至0.8倍。该问题对于毫米数量级或以上的平均厚度已经是重大的，对于更薄的厚度则变得绝对的关键。另外，仅由焊机的机械质量不足以保证焊接接缝的质量，待焊接的边缘准确地出现在焊轮的高度上也是绝对必要的，然而，所述焊轮的磨损使得其定位随着其直径的减小而变得越来越不准确，必须定期对其进行调节。为此，两个焊轮中充当参考焊轮的焊轮的工作表面相对于参考平面(例如：上夹紧卡爪的下表面)来调节，其中所述参考焊轮为不被用于施加焊接力的千斤顶致动的焊轮，一般为上焊轮。为此，操作员必须通过切断机器的所有能量源(其中包括残余的能量源)，并且保证在连续的加工线上采取所有措施以使得带材不会被不适时地引入机器，来将机器置于安全条件下。因此，操作员例如借助于他支在卡爪的参考表面上的尺子来形成参考平面，然后调节参考焊轮的位置。这样的操作需要使用在整个调节操作期间停止加工线的活动的安全程序。这种对于设备的生产率而言不利的程序的缺失，绝对应该禁止，除非要将操作员置于危险之中。

发明内容

本发明的目的在于提出用于焊轮的自动定位的测量方法和装置，其旨在避免操作员的任何的人工介入。

附图说明

借助于以下附图所给出的示例，本发明的目的及其优点将变得更好理解：

图1：连续移动钢带的加工线的总构造。

图2：滚压电阻缝焊机的焊接部件的典型布置。

图3a：根据本发明的调节装置的工作顺序：调节工具处于休止位置。

图3b：根据本发明的调节装置的工作顺序：工具处于焊头下方的竖直位置。

图3c：根据本发明的调节装置的工作顺序：工具处于调节位置。

具体实施方式

附图描述了参考焊轮MS为上焊轮的工具。本发明对于参考焊轮为下焊轮的情况同样有效。

图1示出了连续移动钢带的加工线的总构造。第一带材在包括两个退绕机DER 1、DER 2的退绕组DER上退绕。焊机SOUD允许将第一带材的尾部焊接到随后的第二带材的头部，这样焊接的两个带材构成焊后带材B。积聚装置ACCU 1在焊后带材B移动的时候积存所述带材。这套装置组成加工线的入口段。带材B然后经过加工段TRANS，在所述加工段中，带材能够唯一地或相继地经历化学清洗、冷轧、退火、电镀、上漆等操作。经历了加工操作后，带材B然后进入出口段，在所述出口段中，带材积存在出口积聚机ACCU 2中，被剪CIS切割，然后在包括一个或两个卷绕机ENR 1、ENR 2的卷绕装置ENR上以加工过的带卷的形式卷绕。

图2示出了滚压电阻缝焊机的焊接部件的典型布置。第一带材的尾部QB由焊机的出口卡爪SS和SI夹紧，随后的带材的头部TB由入口卡爪ES、EI夹紧。带材尾部QB和带材头部TB构成待焊接的接缝JS。焊后带材B的上表面，也就是上入口卡爪ES和上出口卡爪SS的下表面，对应于参考平面PR，参考焊轮应该相对于所述参考平面进行调节。在图2的描绘中，夹紧千斤顶在下焊轮MI上施加力FS。作为上焊轮MS的参考焊轮被固定在焊头1上。与带材B接触的表面必须包含在参考平面PR中，或者任选地距所述平面PR给定距离，在实践中有百分之几毫米的公差。

图3a示出了处于休止位置的调节工具。该调节工具包括可摆动的框3，所述框能够通过千斤顶4被置于测量的工作位置或者休止位置。所述框3包括枢转支座31，在所述枢转支座上铰接有柱32，在所述柱本身上铰接有臂33。臂33通过固定在柱32和弹性回复部件35上的挡块36来维持在图3a中所示出的休止位置上。臂33支撑旋转滚轮34和在一端固定于臂33的指示器(index)37。指示器37的自由端被安置为使得其位置能够由用于检测和测量位置的装置38来测量。固定在焊机的未示出的结构上的装置挡块5阻止框3运动超过测量的工作位置。参考焊轮在悬挂点C上被固定到焊头1。

图3b示出了处于在停止位置上的焊头下方的竖直位置的工具，其中所述焊头1停在固定的焊头挡块11上。工具本身在固定的装置挡块5上停止就位，这允许焊轮MS的下表面铅垂于滚轮34的上表面。在该情况下，指示器11与用于检测和测量位置的装置38相距最大距离D1。术语“上表面”表示与滚轮相切的、并置于所述滚轮的表面的最高点的水平平面。术语“下表面”表示与焊轮MS相切的、并且置于所述焊轮MS的表面的最低点的水平平面。术语“下表面”和“上表面”为了清楚的原因而使用。换句话说，焊轮处于旋转中时，下表面和上表面分别表示参考焊轮MS的工作表面和下焊轮MI的工作表面。

图3c示出了处于调节位置的工具，焊轮MS借助于机动化的滑架(未示出)逐渐下降到与滚轮34接触，焊轮通过压力来使臂33枢转，并且指示器37靠近用于检测和测量位置的装置38，靠近的距离D2对应于滚轮34的竖直位移A。通过构造，换句话说，借助于固定的焊头挡块11，滚轮34将其上表面带到参考平面PR处或者任选地带到距平面PR给定距离处。因此，无论焊轮MS的新直径或磨损后的直径如何，下表面都位于高质量的焊接所要求的位置上。该位置作为参考点被记录在机动化滑架的控制系统中，其中所述滑架移动焊头1。

用于测量距离的方法包括以下步骤：

a)将固定在可摆动框3上的旋转滚轮34置于测量位置，所述测量位置竖直地位于参考焊轮MS的下方；

b)使参考焊轮MS连续竖直地下降A，从而让其下表面与旋转滚轮34接触，并且在滚轮34上造成按压力；

c)使滚轮34沿下降A的方向连续移动；

d)在所述连续移动期间，重复测量在固定到框3的测量臂33上的指示器37和固定在框3上的铰接柱32之间的距离D2；

e)对于每次重复测量，将距离D2与距离阈值比较，直到到达焊轮MS的第一工作位置，对于所述第一工作位置，距离D2等于距离阈值的预定因子；

f)将第一工作位置作为参考点记录在用于竖直移动参考焊轮MS的系统中。

相对于已经提到现有技术，本发明的一个主要优点在于不用停止生产线以控制焊轮的位置，因此允许增加所述生产线的生产率。另一个主要优点在于提高了对于生产线操作员的安全性，生产线操作员因此摆脱了所有在焊机上的人工行为。

本发明的一个另外的方面在于能够采用参考焊轮MS的两个定位方式中的一个：停止竖直下降A，并且将参考焊轮MS锁定在第一工作位置上；在第一工作位置上停止竖直下降A，之后竖直移动参考焊轮MS到第二工作位置上，其中所述第二工作位置可以由操作员远程调节。有利地，通过考虑焊机的特殊特征，尤其是焊轮的支撑结构，所述两种可能性允许调整工作位置。由千斤顶施加在下焊轮MI上的焊接力会造成所述结构的最小形变，另外，由于所述形变，会造成参考焊轮MS的第一工作位置的微小偏移。因此，可能需要调节所述第一位置，以使得在该调节之后，参考焊轮位于第二工作位置上。

本发明的另一个方面在于，在将焊轮MS置于第一工作位置上或第二工作位置上之后，计算参考焊轮MS的直径。该方面有利地允许定期检查焊轮MS的磨损，以检测出超过公差限制的磨损。给定参考平面PR的位置、焊轮的悬挂点C的初始位置、和竖直位移A，通过从参考点PR和悬挂点C之间的距离的数值中减去竖直位移A的数值来计算所述直径。

本发明的一个另外的方面在于，在更换或重新加工参考焊轮MS和第二焊轮MI之后进行位置的测量。有利地，通过考虑由于重新加工或更换而造成的所述焊轮MS的更改后直径，能够重新调整参考焊轮MS相对于参考平面PR的高度。

本发明的另一个方面在于，所述测量适用于具有不同直径的参考焊轮MS的定位。该方面使得所述方法很灵活，并且适合于不同尺寸的焊机。

取决于焊接所要求的精度，能够采用三种测量方式：在每次焊接结束时测量；在焊接作业中至少测量两次；由生产线操作员启动测量。这有利地使得所述方法灵活，以确定参考焊轮MS的磨损度。例如，在每次焊接结束时的自动化测量给质量很高的焊接带来了最大的定位精度，对于带材B的小厚度尤其重要。除了自动进行的测量以外，另一个优点是可以通过生产线操作员的介入来人工地启动测量。

所述测量方法的实施通过测量装置来保证，其中所述测量装置适用于滚压电阻缝焊机的焊轮的定位，所述滚压电阻缝焊机用于在连续的加工线上对接钢带，所述装置包括：

-千斤顶4，其将可摆动框3从停止的非工作位置致动到测量的工作位置；

-测量臂33，其与铰接柱32联接，臂33和柱32固定在可摆动框3上，臂借助于弹性回复部件35与框3联接；

-旋转滚轮34，其由测量臂33支承；

-用于检测和测量位置的装置38，其被固定在框3上；

-指示器37，其固定在臂33上，有足够的长度以使得其位置可以由检测装置38检测；

-装置挡块5，其机械地阻止框3移动超过测量的工作位置；

-挡块36，其固定在柱上，阻止由弹性部件35引起的臂33回复到超过停止位置。

有利地，根据本发明的装置被改造为允许确定测量臂33的长度和铰接柱32的长度的尺寸，使得这两个长度之间的比率确定并因此提供指示器37的位置的宽的可测量值范围。这有利地允许改善位置测量所要求的精度。第二个优点是可以灵活地改造所述装置以便其在焊机的不同变型中实施。这意味着在焊机中所使用的焊轮的半径确定测量臂33的最小长度。臂33的长度必须被选择为比下焊轮MI的半径更大。由于装置从停止位置摆动到测量位置，以使得测量臂33移动到下焊轮MI的上方，故才有该必要性。因此，柱32的长度根据按照要获得的可测量值范围而满足长度比率所必需的臂33的长度来确定尺寸。

所述装置的一个变型包括叠置的两个滚轮，其能够分别与焊轮MS和钢带下方的焊轮MI接触，并且能够使所述两个焊轮MI、MS经受其外表面的冷变形加工处理。有利地，除了其调节部件的功能以外，所述装置能够用于在参考焊轮MS的下表面上和在下焊轮MI的上表面上实施冷变形加工处理，以使其恢复在焊接中由于其加热而下降的硬度。

适用于焊轮的定位的测量装置，其中，用于检测和测量的装置38包括用于测量距离的光学装置。检测装置38包括例如激光器，用以测量指示器37和框32之间的距离。

装置38还可使用用于测量距离的超声波装置。

缩写表

B 钢带

DER 退绕组

DER1 退绕机1

DER2 退绕机2

SOUD 焊机

ACCU1 用于积聚带材的装置

TRANS 加工段

ACCU2 出口积聚器

CI S 剪

ENR 卷绕装置

ENR1 卷绕机1

ENR2 卷绕机2

1 焊头

MS 参考焊轮

MI 带材下方的焊轮

JS 待焊接接缝

PR 参考平面

QB 第一带材

TB 第二带材

ES、EI 入口卡爪

SS、SI 出口卡爪

FS 焊轮的夹紧力

3 调节框

4 千斤顶

5 固定的装置挡块

11 固定的焊头挡块

31 枢转支座

32 铰接柱

33 测量臂

34 旋转滚轮

35 弹性回复部件

36 固定在柱上的挡块

37 指示器

38 用于检测和测量位置的装置

D1 位于竖直位置的工具的位置测量装置的指示器的最大距离

D2 位于测量位置的工具的位置测量装置的指示器的距离

A 滚轮的竖直位移

C 参考焊轮的悬挂点

Claims

1.一种适用于定位参考焊轮(MS)的位置测量方法，其中所述参考焊轮适用于在连续的加工线上对接钢带所用的滚压电阻缝焊，所述方法包括以下步骤：

a)将固定在调节框(3)上的旋转滚轮(34)置于测量位置，所述测量位置竖直地位于参考焊轮(MS)的下方；

b)使所述参考焊轮(MS)连续竖直地下降(A)，从而让其下表面与所述旋转滚轮(34)接触，并且在所述滚轮(34)上造成按压力；

c)使所述滚轮(34)在所述下降(A)的方向上连续移动；

d)在所述连续移动期间，重复测量在固定到所述调节框(3)的测量臂(33)上的指示器(37)和固定在所述调节框(3)上的铰接柱(32)之间的距离(D2)；

e)对于每次重复的测量，将所述距离(D2)与距离阈值比较，直至达到所述参考焊轮(MS)的第一工作位置，对于所述第一工作位置，所述距离(D2)等于所述距离阈值的预定因子；

f)将所述第一工作位置作为参考点记录在用于竖直移动所述参考焊轮(MS)的系统中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下两种用于定位所述参考焊轮(MS)的方式中的一种：停止所述竖直下降(A)，并且将所述参考焊轮(MS)锁定在所述第一工作位置上；使所述竖直下降(A)停止在所述第一工作位置上，并且之后将所述参考焊轮(MS)竖直移动到第二工作位置上，其中所述第二工作位置能由操作员远程调节。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述参考焊轮(MS)置于所述第一工作位置上或所述第二工作位置上之后，计算所述参考焊轮(MS)的直径。

4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在更换或重新加工所述参考焊轮(MS)和另一焊轮(MI)之后，进行所述位置测量。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述位置测量适用于具有不同直径的参考焊轮(MS)的定位。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，采用三种测量方式之一：在每次焊接结束时测量；在焊接作业中至少测量两次；由生产线操作员启动测量。

7.一种适用于定位滚压电阻缝焊机的焊轮的测量装置，其中所述焊机用于在连续的加工线上对接钢带，所述测量装置包括：

-千斤顶(4)，用于将调节框(3)从停止的非工作位置致动到测量的工作位置；

-测量臂(33)，其与铰接柱(32)联接，所述臂(33)和所述铰接柱(32)固定在所述调节框(3)上，所述臂借助于弹性回复部件(35)与所述调节框(3)联接；

-旋转滚轮(34)，其由所述测量臂(33)支承；

-用于检测和测量位置的装置(38)，其固定在所述调节框(3)上；

-指示器(37)，其固定在所述臂(33)上，并有足够的长度以使得其位置能由所述检测装置(38)检测；

-装置挡块(5)，其机械地阻止所述调节框(3)移动超过所述的测量的工作位置；

-固定在所述铰接柱上的挡块(36)，其阻止由所述弹性回复部件(35)引起所述臂(33)回复到超过所述停止的非工作位置。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测量臂(33)的长度和所述铰接柱(32)的长度间的比率确定所述指示器(37)的位置的可测量值范围。

9.如权利要求7或8所述的装置，还包括叠置的两个滚轮，所述两个叠置的滚轮能够分别与参考焊轮(MS)和钢带下方的焊轮(MI)接触，并且能够使所述参考焊轮(MS)和所述钢带下方的焊轮(MI)经受其外工作表面的冷变形加工处理。

10.如权利要求7所述的装置，其中，所述用于检测和测量位置的装置(38)包括用于测量距离的光学装置。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述用于检测和测量位置的装置(38)包括用于测量距离的超声波装置。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调节框(3)是可摆动的。