CN113086337A - 一种钢卷智能贴标装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种钢卷智能贴标装置及其方法，属于智能工厂智能装备应用领域。解决钢铁厂钢卷贴标作业由人工完成，工作区域危险性高，劳动强度大等问题。本发明通过控制机械臂带动机头运行设定负荷或设定高度，则由真空吸盘取标签，贴标抚辊在钢卷表面滚压，将标签贴在钢卷内外表面。整个工作过程满足生产流程节奏需求，完全替代现场人工操作岗位，提高生产效率、改善人工环境。

Description

一种钢卷智能贴标装置及其方法

技术领域

本发明属于智能工厂智能装备应用领域，特别涉及一种钢卷智能贴标装置，基于机器人技术在冶金生产流程中的智能应用的自动控制系统。

背景技术

以物联网、云计算、大数据等先进技术与智能装备融合应用为特征的智能工厂建设成为驱动钢铁企业提升核心竞争力，形成创新发展机制的主要动力。机器人作为智能制造装备一员，在传统装备智能化改造和升级中发挥着重要作用，机器人的应用能够有效提升效率、提高设备服役能力、减少不合格品率。目前钢铁流程机器人替代率低的关键是很多领域国内机器人技术无法支撑，需要提高和改善机器人的辅助技术、产品在钢铁生产环节的市场应用，并且对流程中的机器人需求进行科学化评估、专业化设计和合理化实施。

机器人系统应用涉及到机械、电子、控制、人工智能、传感器、通讯与网络等多种高新技术的综合集成，以及任务型机器人标准化、模块化、网络化和智能化程度。通过提高机器人多样化感知能力和自适应改善控制品质能力，实现机器人代替人工自动完成控制指令，智能适应生产节奏，形成解决钢铁主业实际需求的一体化解决平台，是智能制造的发展需求和方向。从而促进劳动效率及操作安全性的提升，保障产品质量，提高产线智能化水平，保护一线职工避免高温有毒有害作业。

目前国内钢铁厂钢卷贴标作业基本由人工完成，工作区域危险性高，劳动强度大，属于重复性工作，利用智能装备来完成相关工作是企业发展趋势。在钢卷智能贴标机器人的应用上国内无成型产品可以成品采购或集成借鉴。

发明内容

本发明提供了一种钢卷智能贴标装置及其方法，代替人工自动完成钢卷贴标及标签信息复核作业，提高生产效率、改善人工环境。

一种钢卷智能贴标装置包括标签打印装置、标签剥离装置、机械臂、机头、可编程控制器；所述的标签打印装置、标签剥离装置、机械臂、机头分别与可编程控制器相连接；所述的机头通过法兰与机械臂相连接。

所述的标签打印装置在固定在打印机防护装置内，有较好的密封性，可以防尘。打印时，前门通过气缸打开，机器人取标签，取完标签后，前门关闭。同时防护箱下面可以摆放一些标签及碳带，此外防护箱还装有一个金属盘用于接取人工补打的标签的。

所述的机头包括吸盘，气缸、辊轮、位置检测元件、条形码阅读器等。当标签打印出来后，吸盘下有检测装置，检测吸盘下是否有标签。滚轮用于压滚标签，增加标签粘附度。条形码阅读器用来扫描校验已贴标签的条形码，保证标签信息准确及可识别。

所述的标签打印装置包括标签存储装置，碳带存储装置，标签打印控制器。通过二级管理系统下发钢卷信息，控制器生产标签打印模板，联动控制打印机打出标签。所述的标签剥离装置根据打印装置出标签状态，在打印机头出启动气动系统剥离标签，在打印出标签的同时吹起，配合真空吸盘完成剥离吸取控制。

所述的激光距离传感定位钢卷位置，通过贴标模型程序，判断钢卷的相对位置及卷径。调用机器人曲面控制程序，计算出不同卷径下标签的贴标位置，驱动机器人运动到贴标的指定外圈7-8点钟位置及内圈6点钟位置。调用机头控制模型程序，完成贴标的分离及滚压控制。

所述的标签识别视觉传感器，通过对标签的拍照获取标签图像信息，通过视觉传感器模型程序解析图像信息，将解析的数据传输的二级系统，通过二级管理系统的分析比对，完成对贴标的校验检测。

一种钢卷智能贴标方法，具备以下步骤：

步骤一、钢卷信息采集：钢卷到达贴标鞍座时，通过过程监控程序与二级管理系统通讯，二级管理系统调用模型程序，下发需要贴标的钢卷信息给打印机控制器，打印机控制器暂存数据信息，准备标签的打印；

步骤二、标签的打印及剥离：当完成钢卷信息采集时，贴标系统调用打印模型控制程序，启动打印机控制器打印标签，调用机器人运动控制程序，控制机械臂移动到标签打印装置处，等待标签剥离装置将标签剥离，当标签完成打印剥离后，机头吸取标签准备进行贴标控制；

步骤三、钢卷标签粘贴：当机器人吸取标签后，控制机械臂带动机头运行到钢卷12点位置，通过向钢卷的边缘移动，测量出钢卷外径和钢卷宽度，以及机头和钢卷间精确相对位置。调用机器人模型控制程序技术出贴标位置，控制机械臂带动机头按检测计算出精确位置接近钢卷，找到内外圈贴标位置，贴标抚辊贴紧钢卷，真空系统控制吸盘的吸气，进行滚压粘贴标签，当完成贴标的粘贴后，控制机械臂调整姿态进行标签校验检测，视觉传感器获取标签信息进行核对，完成贴标过程；

步骤四、系统还原：将标签粘贴在钢卷内外圈表面后，机械臂回到初始位置，解除步进梁锁定信号，系统进行信息管理统计并初始化。

所述的贴标完成后，将贴标的过程控制信息传输到可编程控制器，存储贴标过程信息，以便后续数据统计。

本系统实现自动检测和判断钢卷贴标状况，系统自动内外圈贴标及检测核对工作，整个工作过程满足生产流程节奏需求，完全替代现场人工操作岗位。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明系统机械臂实施安装结构图。

图2为本发明系统中机头结构图。

图3为系统过程控制结构图。

一种钢卷智能贴标装置包括标签打印装置、标签剥离装置、机械臂、机头、可编程控制器；

101为机械臂，102为机头，103为标签打印装置，104为标签剥离装置，105为可编程控制器，106为安全防护装置；201为贴标抚辊，202为真空吸盘，203为激光距离传感器，204为标签识别视觉传感器，205为机头防护装置，206为激光距离传感器，207为机头连接装置，208为真空发生器，209为真空系统伸缩气缸。

具体实施方式

本发明提出的一套钢卷智能贴标系统，采用机械臂代替人工通过检测判断自动实现生产流程中贴标工位钢卷贴标及识别处理。

一种钢卷智能贴标装置包括101机械臂，102机头，103标签打印装置，104标签剥离装置，105可编程控制器，106安全防护装置；。所述的机头102通过连接法兰与机械臂101连接。

所述的标签103打印装置包括标签存储装置，碳带存储装置，标签打印控制器。通过二级管理系统下发钢卷信息，控制器生产标签打印模板，联动控制打印机打出标签。所述的104标签剥离装置根据打印装置出标签状态，在打印机头出启动气动系统剥离标签，在打印出标签的同时吹起，配合真空吸盘完成剥离吸取控制。

所述的205激光距离传感定位钢卷位置，通过贴标模型程序，判断钢卷的相对位置及卷径。调用机器人曲面控制程序，计算出不同卷径下标签的贴标位置，驱动机器人运动到贴标的指定外圈7-8点钟位置及内圈6点钟位置。调用机头控制模型程序，完成贴标的分离及滚压控制。

所述的204标签识别视觉传感器，通过对标签的拍照获取标签图像信息，通过视觉传感器模型程序解析图像信息，将解析的数据传输的二级系统，通过二级管理系统的分析比对，完成对贴标的校验检测。

控制单元采用PLC系统，具有控制、检测、保护、报警等功能。本系统的人工监控分两种类型：一类在主控室内通过工控机进行操作，主要完成系统的所有操作与监控及数据趋势的显示等一系列功能。另一类在现场及控制柜操作，主要完成系统的主要设备的现场操作与监控，实现人机互动。控制单元还与主生产线的控制系统进行通讯连接，主要用于步进梁、地辊的连锁控制。

安全防护装置采用栅栏式结构，系统操作工位设置安全光幕与系统连锁，可有效的保证系统的安全运转。

一种钢卷智能贴标的方法，具备以下步骤：

步骤一、钢卷信息采集：钢卷到达贴标鞍座时，通过过程监控程序与二级管理系统通讯，二级管理系统调用模型程序，下发需要贴标的钢卷信息给打印机控制器，打印机控制器暂存数据信息，准备标签的打印；

步骤二、标签的打印及剥离：当完成钢卷信息采集时，贴标系统调用打印模型控制程序，启动打印机控制器打印标签，调用机器人运动控制程序，控制机械臂移动到标签打印装置处，等待标签剥离装置将标签剥离，当标签完成打印剥离后，机头吸取标签准备进行贴标控制；

步骤三、钢卷标签粘贴：当机器人吸取标签后，控制机械臂带动机头运行到钢卷12点位置，通过向钢卷的边缘移动，测量出钢卷外径和钢卷宽度，以及机头和钢卷间精确相对位置。调用机器人模型控制程序技术出贴标位置，控制机械臂带动机头按检测计算出精确位置接近钢卷，找到内外圈贴标位置，贴标抚辊贴紧钢卷，真空系统控制吸盘的吸气，进行滚压粘贴标签，当完成贴标的粘贴后，控制机械臂调整姿态进行标签校验检测，视觉传感器获取标签信息进行核对，完成贴标过程；

步骤四、系统还原：将标签粘贴在钢卷内外圈表面后，机械臂回到初始位置，解除步进梁锁定信号，系统进行信息管理统计并初始化。

系统工作模式包括：

(1)自动模式——通过操作屏或操作箱上的“自动启动”来触发全自动程序，自动模式下智能拆捆带系统会按照预先设计好的时序依次执行拆捆带动作，中间不需要任何人工参与。

(2)半自动模式——对拆捆带系统所负责的操作功能进行几个区域的划分，通过人工对区域设备进行选择，然后选择“半自动启动”来触发选定区域的运行程序，进行一个周期循环动作。

(3)手动模式——对拆捆带系统进行回零位操作。利用机械手自带的示教盒对机械手初始位置进行标定，对捆带收集系统进行回到初始位操作。这种模式用在单独的就地操作，尤其在试验和维护时使用。

(4)紧急停止——急停是一种安全模式，以防止发生危险或者当设备故障或误动时给出安全反应。紧急停止状态下，设备动作被锁定。

Claims (6)

1.一种钢卷智能贴标装置，其特征在于：系统包括标签打印装置、标签剥离装置、机械臂、机头、可编程控制器；所述的标签打印装置、标签剥离装置、机械臂、机头分别与可编程控制器相连接；所述的机头通过法兰与机械臂相连接；

所述的标签打印装置和标签剥离装置放置在贴标机器人工位6号鞍座的驱动侧，完成标签信息的接收及标签的打印，完成对标签剥离控制；

所述的机头配有检测钢卷位置的激光距离传感器、标签识别视觉传感器、真空吸盘、贴标抚辊、短距离激光传感器、真空系统伸缩气缸、真空发生器气动回路及电气回路；所述的激光距离传感器安装在机头侧边线上，用于测量出钢卷上钢带的位置以及机头和钢卷间精确相对位置；所述的标签识别视觉传感器安装在激光距离传感器的同侧，用于识别粘贴在钢卷上的标签信息，复核标签粘贴的准确性；所述的真空系统伸缩气缸安装在机头上板中心线上，用于伸缩带动真空吸盘和贴标抚辊运动；所述的真空吸盘和贴标抚辊分别安装在真空系统伸缩气缸前端伸缩杆上，用于吸取剥离装置剥离出的标签，滚压贴紧标签到钢卷的内外表面；所述的真空发生器气动回路安装在机头的内侧板处，用于连接真空系统伸缩气缸和真空吸盘；所述的电气回路安装在机头的外侧板处，用于连接机头内部传感器远程连锁控制；所述的短距离激光传感器安装在机头的后侧板处，用于检测钢卷宽度，用于机头安全保护；所述的检测钢卷位置的激光距离传感器、标签识别视觉传感器、真空吸盘、贴标抚辊、短距离激光传感器、真空系统伸缩气缸分别与可编程控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的贴标系统，其特征在于：所述的标签打印装置包括标签存储装置、碳带存储装置、标签打印控制器和打印机；通过二级管理系统下发钢卷信息，标签打印控制器生产标签打印模板，联动控制打印机打出标签；所述的标签剥离装置根据打印机出标签状态，在打印机头处启动气动系统剥离标签，在打印出标签的同时吹起，配合真空吸盘完成剥离吸取控制。

3.根据权利要求1所述的贴标系统，其特征在于：所述的激光距离传感器定位钢卷位置，通过贴标模型，判断钢卷的相对位置及卷径；调用机器人曲面控制程序，计算出不同卷径下标签的贴标位置，驱动机器人运动到贴标的指定外圈7-8点钟位置及内圈6点钟位置，完成贴标的分离及滚压控制。

4.根据权利要求1所述的贴标系统，其特征在于：所述的标签识别视觉传感器，通过对标签的拍照获取标签图像信息，通过视觉传感器模型程序解析图像信息，将解析的数据传输的二级系统，通过二级管理系统的分析比对，完成对贴标的校验检测。

5.一种钢卷智能贴标方法，其特征在于：

步骤一、钢卷信息采集：钢卷到达贴标鞍座时，通过过程监控程序与二级管理系统通讯，二级管理系统调用模型程序，下发需要贴标的钢卷信息给打印机控制器，打印机控制器暂存数据信息，准备标签的打印；

步骤二、标签的打印及剥离：当完成钢卷信息采集时，贴标系统调用打印模型控制程序，启动打印机控制器打印标签，调用机器人运动控制程序，控制机械臂移动到标签打印装置处，等待标签剥离装置将标签剥离，当标签完成打印剥离后，机头吸取标签准备进行贴标控制；

步骤三、钢卷标签粘贴：当机器人吸取标签后，控制机械臂带动机头运行到钢卷12点位置，通过向钢卷的边缘移动，测量出钢卷外径和钢卷宽度，以及机头和钢卷间精确相对位置；调用机器人模型控制程序技术出贴标位置，控制机械臂带动机头按检测计算出精确位置接近钢卷，找到内外圈贴标位置，贴标抚辊贴紧钢卷，真空系统控制吸盘的吸气，进行滚压粘贴标签，当完成贴标的粘贴后，控制机械臂调整姿态进行标签校验检测，视觉传感器获取标签信息进行核对，完成贴标过程；

步骤四、系统还原：将标签粘贴在钢卷内外圈表面后，机械臂回到初始位置，解除步进梁锁定信号，系统进行信息管理统计并初始化。

6.根据权利要求5所述的贴标方法，其特征在于：所述的贴标完成后，将贴标的过程控制信息传输到可编程控制器，存储贴标过程信息，以便后续数据统计。

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