CN110705667A - 钢卷标签自动读取装置 - Google Patents

Abstract

钢卷标签自动读取装置，包括结构框架，伸缩步进电机轴向下和管形螺母连接。管形螺母螺接竖向螺杆，螺杆下端和旋转L支架尾部铰接。旋转L支架有旋转步进电机，轴前端有扫描头支架，内部设置扫描头。旋转L支架通过旋转中心轴支撑在结构框架上。旋转步进电机轴为空心轴。扫描头电缆穿过扫描头支架、空心轴布设。结构框架有伸缩定位限位装置。旋转步进电机轴后端有旋转定位挡片，后方有旋转定位限位装置，扫描头、旋转步进电机和旋转定位限位装置电缆绕过旋转中心电缆导向轮、中和上部电缆导向轮，与伸缩定位限位装置电缆汇成电缆束。电缆收紧弹簧拉紧电缆束。可解决钢卷标签无法自动读取的问题，实现钢卷吊运全程自动化。

Description

钢卷标签自动读取装置

技术领域

本发明属于机械装置检测领域，特别涉及钢卷标签自动读取装置。

背景技术

目前在钢卷产线、钢卷库等需要对钢卷进行吊运的起重机设备已经有较大面积的自动化普及，尤其是卧卷吊运起重机的自动化普及率较其他钢制品的吊运起重机的自动化普及率要高很多，这主要是因为卧卷吊运的夹钳因其结构特点比较容易实现自动化改造。不过虽然自动化普及率很高，但在钢卷出入库的阶段仍然摆脱不了人工介入的环节，主要是因为，钢卷的出入库必须进行钢卷的标签条形码扫描，而钢卷的标签基本以不干胶的形式粘贴在钢卷内孔表面，其位置通常不是很固定，尤其是人工粘贴的时候更是随意，而且即使是机械手自动粘贴，随着钢卷的吊运，其位置也会发生变动，因此目前还没有一个有效的手段来实现钢卷标签自动读取。

发明内容

本发明的目的是提供钢卷标签自动读取装置，可以方便的调整扫描头位置读取钢卷内孔表面的标签。

采用的技术方案是：

钢卷标签自动读取装置，包括结构框架, 结构框架有和旋转L支架对应的伸出口。

其技术要点在于：

结构框架支撑有伸缩步进电机。

伸缩步进电机轴向下伸出并和竖向设置的管形螺母上端固定连接。

管形螺母螺接竖向设置的螺杆，螺杆向下伸出管形螺母。

螺杆下方设有旋转L支架，旋转L支架包括互相垂直设置的旋转L支架尾部和旋转L支架前部。

螺杆下端和旋转L支架尾部铰接。

旋转L支架前部端头固定设置旋转步进电机。

旋转步进电机轴前端向前伸出旋转L支架前部并固定连接有扫描头支架。

扫描头固定设置在扫描头支架内部。

扫描头支架为钢制立方体形状。

旋转L支架前部通过旋转中心轴支撑在结构框架上。

旋转步进电机轴为空心轴。扫描头电缆依次穿过扫描头支架、旋转步进电机的空心轴布设。

旋转中心轴设有旋转中心电缆导向轮。

旋转L支架前部还设有中部电缆导向轮，位于旋转中心轴的后方。

结构框架内部设有上部电缆导向轮。

螺杆左侧的结构框架上设有与扫描头支架位置对应的伸缩定位限位装置。

旋转步进电机轴后端固定有竖向设置的旋转定位挡片，后方的旋转L支架前部上设有旋转定位限位装置。

控制器固定在结构框架内部上部边缘位置。扫描头的电缆、旋转步进电机电缆、旋转定位限位装置电缆依次绕过旋转中心电缆导向轮、中部电缆导向轮和上部电缆导向轮，向上与伸缩定位限位装置电缆汇成电缆束。

电缆收紧弹簧的一端固定在结构框架内部靠近控制器电缆出口位置的固定处，另一端固定在竖直向上的电缆束上。

旋转中心轴固定在结构框架上，旋转L支架前部通过至少一个轴承设置在旋转中心轴上。

其优点在于：

本技术方案可以解决钢卷标签无法自动读取的问题，实现钢卷吊运全程自动化，无需人工介入的目标，将全面取代人工通过手持机对钢卷标签进行扫描的环节,使得起重机的自动化流程变的更加流畅、完整，可以在整个起重机自动化流程中节省一个人力环节。

附图说明

图1为本发明的机械结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为旋转L支架收起后的结构示意图。

图4为图3的B向的示意图。

图5为系统结构图。

图6为典型应用。

图7为程序框图。

图8为图7上半部局部放大图。

图9为图7下半部局部放大图。

结构框架1、控制器2、伸缩步进电机3、管形螺母4、螺杆5、伸缩定位限位装置6、旋转定位限位装置7、旋转L支架8、旋转L支架尾部9、旋转L支架前部10、螺杆铰接点11、旋转步进电机12、扫描头支架13、旋转定位挡片14、旋转中心轴15、旋转中心电缆导向轮16、中部电缆导向轮17、上部电缆导向轮18、电缆束19、电缆收紧弹簧20、旋转步进电机轴21、轴承22、伸出口23、钳腿24、钢卷25、扫描头26。

具体实施方式

钢卷标签自动读取装置，包括结构框架1,整体为长方体形状，有一个位置、形状和旋转L支架8对应的伸出口23。

结构框架1内部上方靠近边缘处固定设有控制器2。

控制器2下方设有伸缩步进电机3，伸缩步进电机3和控制器2通过电缆连接。

伸缩步进电机3固定在结构框架1内。

伸缩步进电机3轴向下伸出并和竖向设置的管形螺母4上端固定连接。

管形螺母4螺接竖向设置的螺杆5，螺杆5向下伸出管形螺母4。

螺杆5下方设有旋转L支架8，旋转L支架8包括互相垂直设置的旋转L支架尾部9和旋转L支架前部10。

螺杆5下端和旋转L支架尾部9铰接，有螺杆铰接点11。

旋转L支架前部10端头固定设置旋转步进电机12。

旋转步进电机轴21为空心轴。

旋转步进电机轴21前端向前伸出旋转L支架前部10并固定连接有扫描头支架13。扫描头26电缆依次穿过扫描头支架13、旋转步进电机12的空心轴布设。

旋转L支架前部10的中后部通过旋转中心轴15支撑在结构框架1上。

旋转中心轴15固定在结构框架1上，旋转L支架前部10通过至少一个轴承22设置在旋转中心轴15上。

为了增加支撑强度，提高旋转L支架8的稳定性，使用两个轴承22分别设置在旋转L支架前部10两侧的加厚部位将旋转L支架8支撑在旋转中心轴15上。

旋转中心轴15设有旋转中心电缆导向轮16，导向轮16可以在旋转中心轴15上灵活旋转。

旋转L支架前部10还设有中部电缆导向轮17，中部电缆导向轮17轴固定支撑在旋转L支架前部10，位于旋转中心轴15的后方，中部电缆导向轮17可以绕中部电缆导向轮17轴灵活旋转。

结构框架1内部设有上部电缆导向轮18，上部电缆导向轮18轴固定支撑在结构框架1内部，上部电缆导向轮18可以上部电缆导向轮18轴灵活旋转。

在如图1所示的状态，旋转L支架前部10水平时候，中部电缆导向轮17高于旋转中心电缆导向轮16，中部电缆导向轮17和上部电缆导向轮18位于一条竖直直线上。上部电缆导向轮18位于中部电缆导向轮17上方。

螺杆5左侧的结构框架1上设有伸缩定位限位装置6，伸缩定位限位装置6可为接近开关。伸缩定位限位装置6位于上部电缆导向轮18上方。

旋转步进电机轴21后端向后伸出，并固定有竖向设置的旋转定位挡片14。

旋转定位挡片14后方的旋转L支架前部10上固定有旋转定位限位装置7，旋转定位限位装置7可为接近开关。

旋转定位挡片14和旋转定位限位装置7位于旋转步进电机12和旋转中心轴15之间。

扫描头26的电缆、旋转步进电机12电缆、旋转定位限位装置7电缆依次绕过旋转中心电缆导向轮16、中部电缆导向轮17和上部电缆导向轮18，向上与伸缩定位限位装置6电缆汇成电缆束19与控制器2对应连接。

伸缩定位限位装置6位于电缆收紧弹簧20下方的电缆束19左侧。

电缆收紧弹簧20的一端（上端）固定在一个固定处（控制器2的底部），而另一端（下端）固定在竖直向上的电缆束19上，并且保持电缆束19在设备的整个运行过程中都具有一定的拉紧力，如此在旋转L支架8的旋转过程中，电缆将一直紧贴对应的三个电缆导向轮。

如图1所示：固定处、中部电缆导向轮17和上部电缆导向轮18位于一条竖直直线上。

接近开关采用SICK公司产品,型号为:IM18。

控制器2采用ST公司的STM32F407作为主控CPU,采用目前的通用接口元件作为接口输出,采用两个三洋的LV8726芯片分别作为伸缩步进电机3和旋转步进电机12的驱动芯片。

扫描头26采用基恩士的产品，型号为：SR-1000。

从图1和2看：旋转步进电机轴21采用空心轴，扫描头26安装在扫描头支架13内部通过空心轴连接在旋转步进电机12上，由于采用了空心轴，所以扫描头26电缆可以穿过扫描头支架13通过空心轴引出，从而使得扫描头支架13可以在旋转步进电机12的带动下进行360度的旋转，而大幅度降低扫描头26电缆的缠绕和弯折，大大提高了设备的稳定性和可靠性。

在旋转步进电机12的尾部出轴上连接一个旋转定位挡片14，旋转定位挡片14的形状为狭窄的长条形钢片。在旋转定位挡片14处于垂直方向向上的位置时，旋转定位挡片14正好遮挡在旋转定位限位装置7的头部正前方，旋转定位限位装置7采用了接近开关，当其感应头部的正前方（图1中的左侧）被遮挡时将会引起其输出电逻辑的翻转，该逻辑信号将用来作为扫描头支架13旋转角度的确认和校正，可以避免扫描头支架13旋转角度超过360度而导致电缆的过度缠绕造成损伤。

扫描头支架13、旋转步进电机12、旋转定位限位装置7均安装在旋转L支架8上，旋转L支架8可以绕旋转中心（旋转中心轴15）进行90度的旋转。在旋转中心到扫描头支架13的这一段位置中的设备电缆是不会随着旋转L支架的旋转会有所变化，所以这一段的电缆可以通过合理布局和捆扎，固定绕设在旋转中心电缆导向轮16，使电缆不受旋转L支架8的旋转影响，从而提高设备的稳定性和可靠性。

而在旋转L支架尾部9和结构框架1靠近旋转L支架尾部9各设置了一个电缆导向轮（中部电缆导向轮17和上部电缆导向轮18），这两个电缆导向轮的中心线在旋转L支架前部10处于水平位置时，是处于同一竖直的直线中的，并且与控制器2的电缆引出端以及电缆收紧弹簧20的两个固定端都处于同一竖直直线中。电缆收紧弹簧20的上端固定在控制器2的底部，下端固定在电缆束19上，并且保持电缆束19在设备的整个运行过程中都具有一定的拉紧力，如此在旋转L支架8的旋转过程中，电缆将一直紧贴三个电缆导向轮，可以保证电缆在设备的使用中不会因为设备的频繁动作、旋转而导致电缆缠绕，造成电缆受力不均，或者受力过大而出现电缆损坏的情况，进一步保证了设备的可靠性。

在旋转L支架尾部9顶端设置一个螺杆铰接点11，螺杆5的下端尾部一端通过该铰接点与旋转L形8支架形状灵活的可旋转连接。螺杆5另一端通过螺纹连接到管形螺母4上，随着管形螺母4的旋转，螺杆5将伸出或缩进管形螺母4的内部。在管形螺母4的位置不能变动的情况下，螺杆5的伸出或缩进将直接带动旋转L支架8沿着旋转中心进行旋转。管形螺母4的上端与伸缩步进电机3的出轴连接，该连接为固定连接，管形螺母4与伸缩步进电机3的出轴不会出现滑动的情况。伸缩定位限位装置6固定在结构框架1上，其位置正好处于完全收起的旋转L支架7的扫描头支架13上方，并保留一定间隙，该限位也采用接近开关与旋转定位限位装置7为同一型号，即在旋转L支架8收起时，可以被该限位检测到，并传递给控制器2进行检测和处理。控制器2负责两个步进电机的控制以及两个接近开关信号采集，控制器2固定在机构框架1的最顶端。伸缩步进电机3固定在控制器2的下端，伸缩步进电机3的布置要保证螺杆4最大伸出长度可以使旋转L形支架8的90度旋转收起，并且螺杆5在管形螺母4中还有一定的长度裕量。而最小的伸出可以保证旋转L支架8处于水平位置，并且螺杆5不会顶到管形螺母4的最底部。

旋转中心通过一个旋转中心轴15固定在结构框架1上，由于整个旋转L支架8的重量均由旋转中心轴15承受，为了保证旋转L支架8的稳定工作，旋转中心位置必须进行特殊处理，通过加厚旋转中心处旋转L支架8的厚度增强旋转中心的受力强度和增加旋转L支架8的稳定性，通过采用双轴承的措施可以提高旋转L支架8的旋转灵活性和提高稳定性。

从图3上看：旋转L支架8在收起后正好处于竖直的状态，螺杆5和旋转L支架尾部9成90度垂直状态，此状态可保证在旋转L支架8收后整个结构处于一个比较稳定状态，各个铰接部位的受力都不会太大。而结构框架1从外部将整个设备包裹起来，而结构框架1采用的厚重的钢板制作，从而可以保护设备内的精密部件不会因为在设备运行过程中的外界震动甚至碰撞而发生部位变形，而导致设备的损坏。也可以看出三个电缆导向轮的设计可以使得电缆束19在电缆收紧弹簧20的作用下，将紧贴三个电缆导向轮，处于一种稳定的状态，不会因为设备的震动和旋转L支架8的旋转而发生缠绕，出现受力异常的情况。

在图4，B向视图中，旋转L支架8完全收起后整个设备将收到结构框架1的内部，并且旋转L支架8的底部也对结构框架1的伸出口23形成一定程度的密封，从而保护了内部的精密设备不会受到损坏。

扫描头26、伸缩定位限位装置6和旋转定位限位装置7均与控制器2对应连接。伸缩步进电机3和旋转步进电机12均与控制器2对应连接。

控制器2与行车PLC对应连接。控制器2接收行车PLC的指令，然后控制旋伸缩步进电机3和旋转步进电机12的运行，从而控制扫描头支架13旋转和旋转L支架8的伸缩，扫描头26的数据将被控制器2采集，并发送给行车PLC。

本专利的典型应用：由于钢卷25的标签都是粘贴在钢卷25的一侧内孔中，所以本读取装置可以安装在夹钳的钳腿24的两侧的任意一侧，图6中所示的两个位置均可安装本装置，如果钢卷25的标签粘贴不规范，可能随机出现在钢卷25的两端，则需要在两条钳腿24上均安装一套本装置。

本专利的基本工作流程是，当行车PLC发生指令进行钢卷标签扫描时，控制器2接收该指令，控制伸缩步进电机3旋转，将螺杆5收起，旋转L支架8会伸出到结构框架1之外。根据伸缩步进电机3的脉冲数和螺杆5的螺距可以精确控制旋转L支架8的旋转角度。当旋转L支架8处于水平位置时，伸缩步进电机3停止运行。而控制器2将继续控制旋转步进电机12的旋转，由于扫描头支架13与旋转步进电机12通过空心轴连接，所以扫描头支架13将随着旋转步进电机轴21的旋转而旋转。通过精密控制旋转步进电机12的脉冲数可以精确控制扫描头支架13的旋转角度。扫描头支架13每旋转5度,控制器2将向扫描头26发出扫描指令，使得扫描头26处于扫描识别状态。如果扫描成功,则读出扫描结果,反馈给起重机PLC,由于扫描头26具有一个较大的扫描角度，所以随着扫描头支架13的360度旋转，可以将钢卷25一端的内表面进行完全的扫描，从而扫描出钢卷25内孔内粘贴的标签数据。如果扫描头支架13旋转360度后仍然没有扫描到数据,则向起重机PLC反馈一个扫描失败的信息（如果几个读取装置都失败，可能是标签损毁或者粘贴位置不标准，则需要人工进行读取操作）。因扫描头支架13的360度的旋转，所以标签不论粘贴在钢卷内孔的什么位置，只要靠近钢卷25的一端都可以被扫描到。当扫描数据发送完毕或者扫描失败数据发送完毕后，控制器2将控制扫描头支架13反向旋转复位到0度位置，在此过程中，控制器2将实时采集旋转定位限位装置7的状态，一但该限位发生动作后（如图2所示扫描头支架13朝向设置），将校正一下旋转步进电机12的脉冲数，从而保证下一次控制的精准性。在扫描头支架13复位后，控制器2将控制伸缩步进电机3旋转将螺杆5伸出，从而旋转L支架8将收起，在此过程中控制器2将实时采集实时伸缩定位限位装置6的状态，当该限位状态发生反转之后认为旋转L支架8已经复位，并校准伸缩步进电机3的脉冲数，保证下一次控制的精准性。当旋转L支架8复位后，控制器2向行车PLC发出待命的信号，行车PLC在接收到该信号后即可进行下一步的动作。

Claims (7)

1.钢卷标签自动读取装置，包括结构框架（1）, 结构框架（1）有和旋转L支架（8）对应的伸出口（23）；其特征在于：

结构框架（1）支撑有伸缩步进电机（3）；

伸缩步进电机（3）轴向下伸出并和竖向设置的管形螺母（4）上端固定连接；

管形螺母（4）螺接竖向设置的螺杆（5），螺杆（5）向下伸出管形螺母（4）；

螺杆（5）下方设有旋转L支架（8），旋转L支架（8）包括互相垂直设置的旋转L支架尾部（9）和旋转L支架前部（10）；

螺杆（5）下端和旋转L支架尾部（9）铰接；

旋转L支架前部（10）端头固定设置旋转步进电机（12）；

旋转步进电机轴（21）前端向前伸出旋转L支架前部（10）并固定连接有扫描头支架（13）；

扫描头（26）固定设置在扫描头支架（13）内部；

旋转L支架前部（10）通过旋转中心轴（15）支撑在结构框架（1）上。

2.根据权利要求1所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：

旋转步进电机轴（21）为空心轴；扫描头（26）电缆依次穿过扫描头支架（13）、旋转步进电机（12）的空心轴布设；

旋转中心轴（15）设有旋转中心电缆导向轮（16）；

旋转L支架前部（10）还设有中部电缆导向轮（17），位于旋转中心轴（15）的后方；

结构框架（1）内部设有上部电缆导向轮（18）；

螺杆（5）左侧的结构框架（1）上设有与扫描头支架（13）位置对应的伸缩定位限位装置（6）；

旋转步进电机轴（21）后端固定有竖向设置的旋转定位挡片（14），后方的旋转L支架前部（10）上设有旋转定位限位装置（7）；

扫描头（26）的电缆、旋转步进电机（12）电缆、旋转定位限位装置（7）电缆依次绕过旋转中心电缆导向轮（16）、中部电缆导向轮（17）和上部电缆导向轮（18），向上与伸缩定位限位装置（6）电缆汇成电缆束（19）；

电缆收紧弹簧（20）的一端固定在一个固定处，另一端固定在竖直向上的电缆束（19）上。

3.根据权利要求2所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：伸缩定位限位装置（6）位于电缆收紧弹簧（20）下方的电缆束（19）左侧。

4.根据权利要求2所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：当旋转L支架前部（10）水平时，中部电缆导向轮（17）高于旋转中心电缆导向轮（16），上部电缆导向轮（18）位于中部电缆导向轮（17）上方；中部电缆导向轮（17）、上部电缆导向轮（18）和固定处位于一条直线上。

5.根据权利要求2所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：伸缩定位限位装置（6）为接近开关；旋转定位限位装置（7）为接近开关。

6.根据权利要求1所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：旋转中心轴（15）固定在结构框架（1）上，旋转L支架前部（10）通过至少一个轴承（22）设置在旋转中心轴（15）上。

7.根据权利要求6所述的钢卷标签自动读取装置，其特征在于：所述的轴承（22）为两个，两个轴承（22）分别设置在旋转L支架前部（10）两侧的加厚部位将旋转L支架（8）支撑在旋转中心轴（15）上。

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