CN105483600B - 一种自动喷号机及自动喷号方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及产品标识设备技术领域，具体涉及了一种自动喷号机及采用该自动喷号机进行自动喷号的方法，该自动喷号机包括机械手、喷号总成、供料装置和控制柜，机械手设置于可水平移动的基座上，控制柜分别与机械手、基座、喷号总成和供料装置通信连接；机械手为六自由度机械手，喷号总成设置于机械手的自由端；供料装置与喷头装置连接，并为喷号总成提供原料；控制柜分别控制基座和机械手的运动，并控制喷号总成将原料制成金属熔滴后向待喷号的钢坯喷射。该自动喷号方法为利用自动喷号装置进行喷号的方法。本发明提供一种自动喷号机及自动喷号方法，通过机械手完成定位并改变喷号位置的自动操作，解决现有技术定位不精确、占用空间大的问题。

Description

一种自动喷号机及自动喷号方法

技术领域

本发明涉及产品标识设备技术领域，尤其涉及一种自动喷号机及自动喷号方法，更具体地涉及一种通过机械手完成自动操作的自动喷号机及自动喷号方法。

背景技术

喷号机是对高温状态下的红热型板坯或常温的板坯进行喷号标记的专门设备，主要用于在炼钢连铸以及轧钢工艺中，对冷、热板坯喷涂其ID标识。

在目前，对自动喷号机的喷号位置进行改变，一般为通过控制系统控制移动架进行各个方向的移动，并对喷号位置进行定位，使喷号机达到一定的自动化程度。然而，这种控制方式的移动无法进行精确定位，而且，移动架移动时，需要占用很大的空间，也不能做到灵活作业。

另外，现有的自动喷号机一般向板坯上喷涂标识的材质为水性涂料，当板坯长期处于潮湿的环境下或者板坯遇水时，标识很容易模糊，导致使用者无法辨认。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种自动喷号机及自动喷号方法，通过机械手完成改变喷号位置的自动操作，解决现有技术定位不精确、占用空间大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动喷号机及自动喷号方法。

一种自动喷号机，包括机械手、喷号总成、供料装置和控制柜，所述机械手设置于可水平移动的基座上，所述控制柜分别与所述机械手、基座喷号总成和供料装置通信连接；所述机械手为六自由度机械手，所述喷号总成设置于所述机械手的自由端；所述供料装置与所述喷头装置连接，并为所述喷号总成提供原料；所述控制柜分别控制所述基座和所述机械手的运动，并控制所述喷号总成将所述原料制成金属熔滴后向待喷号的钢坯喷射。

进一步的，前述喷号总成包括喷写工具箱，所述喷写工具箱的外侧包裹有嵌套隔热板；所述喷写工具箱上设有分别与所述控制柜通信连接的冷却系统、工件探测装置、除磷装置和喷头装置。

进一步的，前述供料装置设置于所述喷写工具箱内、所述机械手的侧壁上、所述基座上或者所述控制柜内的任意一处；所述供料装置包括两个金属丝盘，每个金属丝盘内的金属丝分别通过一个送丝管路输送至所述喷头装置中。

进一步的，前述喷头装置包括喷嘴、喂丝轮、送丝电机、焊机和气管，所述送丝电机驱动所述喂丝轮转动，所述喂丝轮带动两根金属丝沿着所述送丝管路输送，并与所述焊机的正、负电极接触；两根金属丝分别穿过所述正、负电极的一端并相交形成触点，所述触点置于所述喷嘴的喷口内；所述高压气管的喷气口对应所述喷嘴的喷口设置。

进一步的，前述除磷装置为钢丝擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。

进一步的，前述机械手的自由端通过工件探测装置进行定位，所述工件探测装置包括单向探杆式探测装置或者万向探杆式探测装置。

一种自动喷号方法，包括如下步骤：

S1、定位：控制柜向基座发出控制信号，使所述基座带动其上安装的机械手移动至待喷号的工件的位置；所述控制柜向所述机械手发出控制信号，使所述机械手带动其自由端的喷号总成运动至所述待喷号的工件的喷号位置；

S2、除磷：所述控制柜向所述机械手发出控制信号，并启动所述喷号总成的除磷装置，对所述喷号位置的表面进行清洁；

S3、喷号：所述控制柜停止所述除磷装置的同时，调整所述机械手的姿态，启动供料装置对设置于所述喷号总成的喷写工具箱上的喷头装置提供原料，并启动喷头装置，将所述原料制成金属熔滴后向所述喷号位置喷射，形成标识号码。

进一步的，前述步骤S1中，所述基座通过横移定位到所述待喷号的工件的位置；所述喷号总成包括探测装置，所述控制柜控制所述探测装置对所述待喷号的工件的喷号位置进行多方位定位后，通过精确计算得出定位数据，并使所述喷号总成运动至所述待喷号的工件的喷号位置。

进一步的，前述步骤S2中，所述喷号总成的外侧包裹有嵌套隔热板，所述喷号总成的内部元件通过冷却系统进行冷却降温；所述除磷装置为钢丝擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。

进一步的，前述步骤S3中，所述供料装置将两根金属丝分别输送至所述喷头装置中焊机的正、负电极，并且在所述喷头装置的喷口处相互接触形成触点，在所述焊机的电流作用下起弧熔化，熔化的金属液被对应于喷口设置的高压气管内的高压气流吹出并形成金属熔滴，喷射并粘贴于所述待喷号的工件的喷号位置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供一种自动喷号机，机械手设置于可水平移动的基座上，基座可带动机械手自由移动，机械手为六自由度机械手，可以仿真人手臂的动作，并带动除磷装置和喷头装置进行作业，对喷写轨迹进行可靠的规划，可以有效提高喷写速度、使喷写出的标识具有定位精准、字体精确、清晰、优美、质量可靠，以及字型、字间距和字体大小可变的优点。

本发明提供一种自动喷号机，供料装置与喷头装置连接，并为喷头装置提供金属丝，喷头装置向待喷号的钢坯喷射由金属丝加工后制成的金属粉末，喷头装置采用了电弧熔化喷射的原理，采用金属粉末进行标识喷写，当板坯长期处于潮湿的环境下或者板坯遇水时，标识不容易模糊，存留时间较长。

本发明提供一种自动喷号机，具有结构简单、体积占用空间小、重量小的优点，使自动喷号机的安装简单、故障率低、性能稳定、维护较为简单，并且在狭小空间下也容易安装维护，具有极高的可靠性，因此可满足钢厂的高作业率和恶劣的环境条件，可以广泛应用于冶金行业中的板坯、方坯、圆坯、板卷、钢带等产品上。

本发明提供一种自动喷号方法，可以有效提高喷写速度、使喷写出的标识具有定位精准、字体精确、清晰、优美、质量可靠，以及字型、字间距和字体大小可变的优点；并且可满足钢厂的高作业率和恶劣的环境条件，可以广泛应用于冶金行业中的板坯、方坯、圆坯、板卷、钢带等产品上。

附图说明

图1为本发明自动喷号机的结构示意图；

图2为本发明自动喷号机的机械手主视图；

图3为本发明自动喷号机的喷头装置结构示意图；

图4为本发明自动喷号机的除磷装置结构示意图；

图5为本发明自动喷号机的工件探测装置的示意图；

图6为本发明自动喷号机的金属丝盘示意图。

其中，1：六轴机械手的Ⅰ轴；2：六轴机械手的Ⅱ轴；3：六轴机械手的Ⅲ轴；4：六轴机械手的Ⅳ轴；5：六轴机械手的Ⅴ轴；6：六轴机械手的Ⅵ轴；7：基座；8：机械手；9：喷号总成；10：丝盘安装位置；11：喷头安装位置；12：探杆安装位置；13：除磷安装位置；14：送丝电机；15：高压气管；16：正负电极；17：喷口；18：触点；19：金属丝；20：送丝压板；21：送丝管；22：喷头装置；23：钢丝；24：钢刷底座；25：复位弹簧；26：限位传感器；27：导向套；28：探头；29：探测装置；30：金属丝盘；31：丝盘转轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1、2所示，本实施例提供的一种自动喷号机，包括机械手8、喷号总成9、供料装置和控制柜。机械手8设置于可水平移动的基座7上，控制柜分别与机械手8、基座7、喷号总成9和供料装置通信连接；机械手8用于携带喷号总成9对工件进行喷涂工作，由于六自由度机械手8具有重复精度高、定位精准、运行迅速高效、姿态调整方便、对空间利用率高的优点，因此可以很好地带动喷号总成9进行喷号工作。

本实施例中，机械手8为六轴机械手，六轴机械手的Ⅰ轴1，可以围绕基座中心进行-197度到+197度的角度范围旋转。六轴机械手的Ⅱ轴2，可以进行-63.8度到+81.3度的角度范围旋转。六轴机械手的Ⅲ轴3，运动范围受Ⅱ轴位置的影响，最大范围可以进行-123.8度到+65.5度的角度范围旋转。六轴机械手的Ⅳ轴4，可以进行-360度到+360度的角度范围旋转。六轴机械手的Ⅴ轴5，可以进行-126.6度到+126.6度的角度范围旋转。六轴机械手的Ⅵ轴6，可以进行-360度到+360度的角度范围旋转。

喷号总成9包括喷写工具箱，喷写工具箱的外侧包裹有嵌套隔热板；喷写工具箱上设有分别与控制柜通信连接的冷却系统、工件探测装置29、除磷装置和喷头装置22。其中冷却系统包括气冷式或者水冷式。喷号总成9在工作时与待喷号的钢坯靠的很近，有的钢坯具有较高温度(如铸坯，有到摄氏度)，此时除了嵌套隔热板对其进行隔热外，冷却系统会将喷写工具箱内的辐射热能带出，达到降温的功能，确保喷写工具箱内部维持较低的环境温度，使得内部元件的温升得到有效控制，喷号总成9的可靠性提高，使用寿命延长。

喷号总成9设置于机械手8的自由端，即机械手8的六轴端部安装喷号总成9、丝盘安装位置10设计在喷号总成9的最后方，用来安装供料装置，喷头安装位置11设计于喷号总成9的最前方，用来安装喷头装置22。探杆安装位置12设计于喷头安装位置11后方，用来安装工件探测装置29，并使其探头28垂直于图纸向外，除磷安装位置13设计于探杆安装位置11的对面，用来安装除磷装置，即垂直于图纸向内。

供料装置与喷头装置22连接，并为喷号总成9提供原料；控制柜分别控制基座7和机械手8运动，并控制喷号总成9将原料制成金属熔滴后向待喷号的钢坯喷射。

供料装置包括两个金属丝盘30，每个金属丝盘30内的金属丝19分别通过一个送丝管21路输送至喷头装置22中，金属丝盘30通过丝盘转轴31固定并围绕丝盘转轴31旋转。其中，金属丝盘30如图6所示，按金属丝19的材料分可分为铝丝和铜丝，本实施例优选为铝丝盘，但应用铜丝盘可以实现本实施例的需要。另外，金属丝盘30按照金属丝19的直径可分为不同规格，实际使用时，根据送丝系统的要求也可设计出多种不同规格。

供料装置设置于喷写工具箱内、机械手8的侧壁上、基座7或者控制柜内的任意一处：在喷涂空间充足的情况下设计在喷写工具箱体内部；喷涂空间小，可以将两个丝盘设计在六轴机械手8的轴的侧壁上，铝丝通过类似于电动车闸线的方式穿过送丝管21路，直达喷头系统；将两个丝盘放置于控制柜里。实际使用时，可根据现场实际情况进行选择，本实施例中，优选将丝盘放置于喷写工具箱内的方式，从而减小装置的占用空间和复杂程度。

如图3所示，喷头装置22包括喷口17、喂丝轮、送丝电机14、高压气管15、正负电极16、送丝管21和送丝压板20，铝丝通过送丝管21穿到送丝压板20下面，由送丝电机14驱动所述喂丝轮转动，喂丝轮带动两个送丝管21路输送的铝丝移动，并通过焊机的正、负电极；两根铝丝伸出正、负电极的一端相交形成触点18，触点18置于喷口17内；两根铝丝熔化所需电压由正负电极16分别与两根铝丝在喷嘴内部接触提供，高压气管15提供高压气体使金属熔滴由喷口17吹出。这种喷头结构为专门针对钢厂的高作业率和恶劣环境条件设计的，具有较高的可靠性和较低的维修率。其采用了电弧熔化喷射原理，把两根铝丝汇集到一起并添加焊机电压，使铝丝在高电流的作用下开始熔化，通过高压气管15的喷气口将熔化的金属熔滴吹出，金属熔滴被吹出后粘连到工件表面，加上喷头装置22在机械手8的带动下，始终按照字体轨迹运行，最终便形成了标识号码。

除磷装置为钢丝擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。其中，本实施例优选为钢丝擦拭式除磷装置，钢丝除磷装置包括两部分，钢丝23和钢刷底座24。即用耐折有弹性且坚硬的钢丝23固定于工具一个面上形成钢刷，除磷时由机械手8定位完成后，用钢丝23来回摩擦工件表面，对待清洁的表面进行擦拭，钢刷的结构如图4所示，钢刷的宽度和高丝的高度由需要擦拭的表面积决定。另外，还可采用气动马达打磨式除磷装置，由气动马达带动除磷片高速旋转，机械手8定位到钢坯表面合适位置，通过除磷片打磨钢坯表面来达到清洁的目的。

机械手8的自由端通过工件探测装置29对工件进行定位，工件探测装置29包括单向探杆式探测装置29或者万向探杆式探测装置29。本实施例优选采用单向探杆式探测装置29，单向探杆式探测装置29具有探测位置十分精准的特点，如图5所示，探测装置29沿其长度方向通过导向套27插设有探头28，探头28后端套设复位弹簧25，探头28的两侧分别设有限位传感器26，用于检测工件的探测位置，这种结构具有可靠的稳定性。在对定位不是十分精确的场合，可采用万向探杆式探测装置29，即在探测过程中机械手8姿态变化幅度不大的时候采用，可以节省多点探测的探测时间，为标识号码的喷写提供更长时间，适用于对工位时间要求高的场合。

本实施例中的控制柜包括PLC机械手8控制柜以及现场操作箱，并且PLC机械手8控制柜设有人机交互界面。控制柜根据号码的生成方式不同，可进行半自动和自动两种模式的操作，在半自动模式情况下，按照上位计算机人工输入的喷印内容进行自动喷号；在自动模式下，机械手8工作过程不需人为操作，它根据现场产品到达工位的信号，然后按照自动探测，自动定位，自动标识的方式进行工作。

另外，PLC机械手8控制柜具有对机械手8的重要信号、报警进行采集记录的功能，对机械手8所喷印的号码除了反馈给上级自动化系统外，本身有数据库存储、数据库查询功能，可以对以往机械手8的工作状态和工作内容进行事后查询总结。

本实施例的工作过程为：待喷号的工件(钢坯或钢卷或其他需标识物体)从辊道或输送带传送到需要标识号码的工位停下，通过网络通讯给机械手8发送到位信号，当机械手8收到需要标识的号码并确认输送辊道或输送带停止等待信号后，自动调整姿态靠近钢坯，通过探测装置29对钢坯进行探测定位，探测完成对记录的坐标点进行内部计算，转换工具将除磷装置调整至待喷号的工件需要清洁的表面，启动除磷装置，机械手8沿着钢坯(或钢卷或其他需标识物体)表面做多次往返运动。之后切换坐标系，将喷头装置22调整到待喷号的工件需要标识的表面起始写字位置，开始按接收到的字符序列进行写字，写字时两根铝丝从喂丝管口通过喂丝滚轮驱动至喷口17部位并碰触在一起，在焊机电流的作用下开始起弧熔化，熔化的金属熔滴被高压气流吹出，同时机械手8带动喷头总成按照设定的字型轨迹运动，使金属熔滴吹散到钢坯表面形成字符。当整串标识号码喷写完毕后，机械手8收回并调整至安全位置，等待下一个待喷号的工件的到来。回等待位后，机械手8将喷印完毕信号和喷印字符信号反馈给上一级控制系统。如此循环往复。

如果机械手8对应多个钢坯，可通过基座7的移动将机械手8移动并定位到不同工位，然后开始执行上面所述的工作过程。

实施例二

本实施例提供一种自动喷号方法，包括如下步骤：

S1、定位：控制柜向基座7发出控制信号，使基座7带动其上安装的机械手8移动至待喷号的钢坯的位置；控制柜向机械手8发出控制信号，使机械手8带动其自由端的喷号总成9运动至待喷号的工件的喷号位置；其中，基座7通过横移定位到待喷号的工件的位置；喷号总成9包括探测装置29，控制柜控制探测装置29对所述待喷号的工件的喷号位置进行多方位定位后，通过精确计算得出定位数据，并使喷号总成9运动至待喷号的工件的喷号位置。

S2、除磷：控制柜向机械手8发出控制信号，并启动喷号总成9的除磷装置，对喷号位置的表面进行清洁；其中，喷号总成9的外侧包裹有嵌套隔热板，喷号总成9的内部元件通过冷却系统进行冷却降温；除磷装置为钢丝23擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。具体的为，控制柜启动设置于喷号总成9的喷写工具箱上的除磷装置，控制机械手8沿着待喷号的钢坯的表面做多次往返运动，对喷号位置的表面进行清洁。

S3、喷号：控制柜停止除磷装置的同时，调整机械手8的姿态，启动供料装置对设置于喷号总成9的喷写工具箱上的喷头装置22提供原料，并启动喷头装置22，将原料制成金属熔滴后向喷号位置喷射，形成标识号码。其中，具体的标识号码喷涂过程为：供料装置将两根金属丝19分别输送至喷头装置22中焊机的正、负电极，并且在喷头装置22的喷口17处相互接触形成触点18，在焊机的电流作用下起弧熔化，熔化的金属液被对应于喷口17设置的高压气管15内的高压气流吹出并形成金属熔滴，喷射并粘贴于待喷号的工件的喷号位置。

另外在本实施例中，步骤S3中，停止除磷装置后，控制柜控制探测装置29对喷号位置进行重新定位后，启动供料装置和喷头装置22进行工作。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种自动喷号机，其特征在于，包括机械手、喷号总成、供料装置和控制柜，所述机械手设置于可水平移动的基座上，所述控制柜分别与所述机械手、基座喷号总成和供料装置通信连接；所述机械手为六自由度机械手，所述喷号总成设置于所述机械手的自由端；所述供料装置与喷头装置连接，并为所述喷号总成提供原料；所述控制柜分别控制所述基座和所述机械手的运动，并控制所述喷号总成将所述原料制成金属熔滴后向待喷号的钢坯喷射。

2.根据权利要求1所述的自动喷号机，其特征在于，所述喷号总成包括喷写工具箱，所述喷写工具箱的外侧包裹有嵌套隔热板；所述喷写工具箱上设有分别与所述控制柜通信连接的冷却系统、工件探测装置、除磷装置和喷头装置。

3.根据权利要求2所述的自动喷号机，其特征在于，所述供料装置设置于所述喷写工具箱内、所述机械手的侧壁上、所述基座上或者所述控制柜内的任意一处；所述供料装置包括两个金属丝盘，每个金属丝盘内的金属丝分别通过一个送丝管路输送至所述喷头装置中。

4.根据权利要求3所述的自动喷号机，其特征在于，所述喷头装置包括喷嘴、喂丝轮、送丝电机、焊机和气管，所述送丝电机驱动所述喂丝轮转动，所述喂丝轮带动两根金属丝沿着所述送丝管路输送，并与所述焊机的正、负电极接触；两根金属丝分别穿过所述正、负电极的一端并相交形成触点，所述触点置于所述喷嘴的喷口内；高压气管的喷气口对应所述喷嘴的喷口设置。

5.根据权利要求4所述的自动喷号机，其特征在于，所述除磷装置为钢丝擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的自动喷号机，其特征在于，所述机械手的自由端通过工件探测装置进行定位，所述工件探测装置包括单向探杆式探测装置或者万向探杆式探测装置。

7.一种自动喷号方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、定位：控制柜向基座发出控制信号，使所述基座带动其上安装的机械手移动至待喷号的工件的位置；所述控制柜向所述机械手发出控制信号，使所述机械手带动其自由端的喷号总成运动至所述待喷号的工件的喷号位置；

S2、除磷：所述控制柜向所述机械手发出控制信号，并启动所述喷号总成的除磷装置，对所述喷号位置的表面进行清洁；

S3、喷号：所述控制柜停止所述除磷装置的同时，调整所述机械手的姿态，启动供料装置对设置于所述喷号总成的喷写工具箱上的喷头装置提供原料，并启动喷头装置，将所述原料制成金属熔滴后向所述喷号位置喷射，形成标识号码。

8.根据权利要求7所述的自动喷号方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述基座通过横移定位到所述待喷号的工件的位置；所述喷号总成包括探测装置，所述控制柜控制所述探测装置对所述待喷号的工件的喷号位置进行多方位定位后，通过精确计算得出定位数据，并使所述喷号总成运动至所述待喷号的工件的喷号位置。

9.根据权利要求7所述的自动喷号方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述喷号总成的外侧包裹有嵌套隔热板，所述喷号总成的内部元件通过冷却系统进行冷却降温；所述除磷装置为钢丝擦拭式除磷装置、气动马达打磨式除磷装置或者电动马达打磨式除磷装置。

10.根据权利要求7所述的自动喷号方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述供料装置将两根金属丝分别输送至所述喷头装置中焊机的正、负电极，并且在所述喷头装置的喷口处相互接触形成触点，在所述焊机的电流作用下起弧熔化，熔化的金属液被对应于喷口设置的高压气管内的高压气流吹出并形成金属熔滴，喷射并粘贴于所述待喷号的工件的喷号位置。