CN113426847B - 一种钢卷卷尾压装装置和方法 - Google Patents

一种钢卷卷尾压装装置和方法 Download PDF

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    • B21C47/32—Tongs or gripping means specially adapted for reeling operations

Abstract

本发明涉及一种钢卷卷尾压装装置和方法。该钢卷卷尾压装装置中鞍座固定安装在步进梁上；两个旋转地辊鞍座以鞍座为中心对称设置；钢卷置于两个旋转地辊鞍座上；激光雷达传感器安装在旋转云台上；两个旋转地辊鞍座、激光雷达传感器和旋转云台均与处理器电连接。本发明通过采用激光雷达传感器获取钢卷的点云信息；处理器基于轴向点云信息确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角，然后根据夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转，当旋转地辊鞍座旋转角度达到夹角时，控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部，以能够在避免由于钢卷卷尾裸露而导致的安全事故发生的同时，极大的减少了人力的支出，提高了工作效率，进而实现了钢卷卷尾压装的全自动作业。

Description

一种钢卷卷尾压装装置和方法
技术领域
本发明涉及钢卷卷尾处理技术领域，特别是涉及一种钢卷卷尾压装装置和方法。
背景技术
钢卷在开卷后，进入后续加工操作前，需要将翘曲的钢卷卷尾压至钢卷底部。目前上述操作为人工操作，钢卷卷尾的定位只能由人工进行调整，人工手动地旋转地辊鞍座来调整钢卷卷尾地位置，这种人工操作生产效率低，而且存在工作安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢卷卷尾压装装置和方法，能够避免由于钢卷卷尾裸露而导致的安全事故的发生，极大的减少人力的支出，实现全自动作业，提高工作效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种钢卷卷尾压装装置，包括：步进梁、鞍座、两个旋转地辊鞍座、激光雷达传感器、旋转云台和处理器；
所述鞍座固定安装在所述步进梁上；两个所述旋转地辊鞍座以鞍座为中心对称设置；钢卷置于两个所述旋转地辊鞍座上；所述激光雷达传感器安装在所述旋转云台上；两个所述旋转地辊鞍座、所述激光雷达传感器和所述旋转云台均与所述处理器电连接；
所述激光雷达传感器用于在所述旋转云台的带动下对钢卷进行扫描；所述处理器用于根据所述激光雷达传感器的扫描信息确定钢卷卷尾与钢卷底部间的夹角，用于根据确定的钢卷卷尾与钢卷底部间的夹角控制两个所述旋转地辊鞍座带动刚卷旋转；当所述旋转地辊鞍座旋转角度达到所述夹角时，所述处理器还用于控制所述步进梁推动所述鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部；所述钢卷底部为置于两个所述旋转地辊鞍座间钢卷的最低点。
优选地，所述鞍座的形状为马鞍型。
优选地，所述激光雷达传感器的个数至少为两个。
优选地，所述激光雷达传感器为二维激光雷达传感器。
一种钢卷卷尾压装方法，应用于上述提供的钢卷卷尾压装装置中；所述钢卷卷尾压装方法，包括：
采用激光雷达传感器获取钢卷的点云信息；所述点云信息包括轴向点云信息和外圆点云信息；
基于所述轴向点云信息确定每帧点云信息中相邻点云间连线的法线；
基于所述外圆点云信息确定钢卷轴向截面的圆心；
确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离，并根据所述距离确定钢卷卷尾的位置；
采用所述点云信息你和得到钢卷的外圆尺寸；
根据所述钢卷卷尾的位置和所述钢卷的外圆尺寸确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角；
根据所述夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转；
当旋转地辊鞍座旋转角度达到所述夹角时，控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部；所述钢卷底部为置于两个所述旋转地辊鞍座间钢卷的最低点。
优选地，所述确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离，并根据所述距离确定钢卷卷尾的位置，具体包括：
建立第一直角坐标系、第二直角坐标系和第三直角坐标系；所述第一直角坐标系为钢卷截面坐标系；所述第二直角坐标系为旋转云台坐标系；所述第三直角坐标系为激光雷达传感器坐标系；
获取点云在极坐标系中的位置信息；
将所述点云在极坐标系中的位置信息转换至所述第三直角坐标系中；
获取极坐标系与所述第三直角坐标系间的转换关系，第三直角坐标系和所述第二直角坐标系间的转换关系以及第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系；
依据所述极坐标系与所述第三直角坐标系间的转换关系，所述第三直角坐标系和所述第二直角坐标系间的转换关系以及所述第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系，将所述点云在极坐标系中的位置信息转换为点云在所述第一直角坐标系中的位置信息；
根据所述点云在所述第一直角坐标系中的位置信息确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离；
根据所述每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离确定每一帧钢卷卷尾的位置坐标；
对比所述每一帧钢卷卷尾的位置坐标，筛选出最高点坐标；所述最高点坐标即为最终确定的所述钢卷卷尾的位置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的钢卷卷尾压装装置和方法，通过采用激光雷达传感器获取钢卷的点云信息；处理器基于轴向点云信息确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角，然后根据夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转，当旋转地辊鞍座旋转角度达到夹角时，控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部，以能够在避免由于钢卷卷尾裸露而导致的安全事故发生的同时，极大的减少了人力的支出，提高了工作效率，进而实现了钢卷卷尾压装的全自动作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的钢卷卷尾压装装置的结构示意图；
图2为本发明提供的钢卷卷尾压装方法的流程图；
图3本发明提供的钢卷卷尾压装方法的实施架构图；
图4为本发明实施例提供的对钢卷进行逐帧扫描的示意图；
图5为本发明实施例提供的扫描得到的每一帧点云示意图；
图6为本发明实施例第一、第二直角坐标系示意图；
图7为本发明实施例提供的极坐标转换和绕轴转动示意图；
图8为本发明实施例提供的每帧钢卷卷尾定位示意图；
图9为本发明实施例提供的钢卷外圆拟合示意图；
图10为本发明实施例提供的旋转地辊鞍座转动角度的示意图。
符号说明：
1-钢卷，2-步进梁，3-鞍座，4-旋转地辊鞍座，5-激光雷达传感器，6-旋转云台，7-钢卷卷尾。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钢卷卷尾压装装置和方法，能够避免由于钢卷卷尾裸露而导致的安全事故的发生，极大的减少人力的支出，实现全自动作业，提高工作效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的钢卷卷尾压装装置，包括：步进梁2、鞍座3、两个旋转地辊鞍座4、激光雷达传感器5、旋转云台6和处理器(因安装位置可人为设定故在图中未示出)。其中，鞍座3的形状为马鞍型。激光雷达传感器5为二维激光雷达传感器，其个数至少为两个。
鞍座3固定安装在步进梁2上。两个旋转地辊鞍座4以鞍座3为中心对称设置。钢卷1置于两个旋转地辊鞍座4上。激光雷达传感器5安装在旋转云台6上。两个旋转地辊鞍座4、激光雷达传感器5和旋转云台6均与处理器电连接。
激光雷达传感器5用于在旋转云台6的带动下对钢卷1进行扫描。处理器用于根据激光雷达传感器5的扫描信息确定钢卷卷尾7与钢卷底部间的夹角，用于根据确定的钢卷卷尾7与钢卷底部间的夹角控制两个旋转地辊鞍座4带动刚卷旋转。当旋转地辊鞍座4旋转角度达到夹角时，处理器还用于控制步进梁2推动鞍座3将钢卷卷尾7压制到钢卷底部。钢卷底部为置于两个旋转地辊鞍座4间钢卷1的最低点。马鞍型鞍座的上端鞍面的最低点与钢卷1的最低点相对应。
当采用的二维激光雷达传感器是两个时，二维激光雷达传感器在钢卷1左右两侧各有一个，并分别安装在旋转云台6上。在钢卷卷尾7一侧的二维激光雷达传感器负责扫描钢卷卷尾7及其定位，在钢卷1另一侧的二维激光雷达传感器负责扫描钢卷1的外圆，得到外圆的尺寸，利用钢卷卷尾7的位置信息和钢卷1的外圆尺寸，通过数学知识推导，得到钢卷卷尾7和钢卷底部的夹角。钢卷卷尾7沿钢卷1的轴向形状为曲线。
基于本发明上述提供的钢卷卷尾压装装置，本发明还对应提供了一种钢卷卷尾压装方法，以应用于该钢卷卷尾压装装置中。
具体的，如图2所示，本发明提供的钢卷卷尾压装方法包括：
步骤100：采用激光雷达传感器获取钢卷的点云信息。点云信息包括轴向点云信息和外圆点云信息。其中，因二维激光雷达传感器扫描的是一个平面，即激光雷达传感器一帧只能扫描到钢卷一处截面外部尺寸，故需要通过旋转云台带动激光雷达传感器进行旋转，沿着钢卷轴向方向逐帧地扫描钢卷，得到每一帧的点云信息，如图4所示。
步骤101：基于轴向点云信息确定每帧点云信息中相邻点云间连线的法线。
步骤102：基于外圆点云信息确定钢卷轴向截面的圆心。
步骤103：确定每帧点云信息中法线和圆心间的距离，并根据距离确定钢卷卷尾的位置。其中，利用钢卷截面圆心到法线的距离作为钢卷卷尾定位的依据为：(1)相邻两点在钢卷圆周上时，得到的距离最小。(2)相邻两点中有一点落在钢卷卷尾时，得到的距离最大。
步骤104：采用点云信息你和得到钢卷的外圆尺寸。
步骤105：根据钢卷卷尾的位置和钢卷的外圆尺寸确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角。
步骤106：根据夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转。
步骤107：当旋转地辊鞍座旋转角度达到夹角时，控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部。钢卷底部为置于两个旋转地辊鞍座间钢卷的最低点。
基于本发明上述提供的钢卷卷尾压装方法的实施架构如图3所示。
进一步，对如图5所示的每一帧的点云信息进行分析，使得上述步骤103的具体实施过程为：
步骤1030：建立第一直角坐标系、第二直角坐标系和第三直角坐标系。第一直角坐标系为钢卷截面坐标系。第二直角坐标系为旋转云台坐标系。第三直角坐标系为激光雷达传感器坐标系。其中，第一直角坐标系(O-XYZ)和第二直角坐标系(O1-X1Y1Z1)各轴分别相互平行，两坐标系原点间隔(a,b,c)，如图6所示。第二直角坐标系和第三直角坐标系在在初始位置重合。第三直角坐标系O2-X2Y2Z2如图7所示。
步骤1031：获取点云在极坐标系中的位置信息。
步骤1032：将点云在极坐标系中的位置信息转换至第三直角坐标系中。
步骤1033：获取极坐标系与第三直角坐标系间的转换关系，第三直角坐标系和第二直角坐标系间的转换关系以及第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系。实施步骤1033主要是因二维激光雷达传感器采用极坐标系描述点云在平面内的位置信息，故需将点云转换至直角坐标系中。
其中，极坐标系与第三直角坐标系间的转换关系为：
m＝ρ×cosθ
n＝P×sinθ
式中，ρ、θ分别为点云在极坐标系下的极轴和极角，m、n分别为极坐标系对应的直角坐标系O2-X2Y2Z2下x轴和y轴的坐标。
第三直角坐标系和第二直角坐标系间的转换关系为：
Figure BDA0003156597590000071
式中，
Figure BDA0003156597590000072
为第三直角坐标系O2-X2Y2Z2至第二直角坐标系O1-X1Y1Z1的变换矩阵。
第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系为：
Figure BDA0003156597590000073
式中，
Figure BDA0003156597590000074
为第二直角坐标系O1-X1Y1Z1至第一直角坐标系O-XYZ的变换矩阵，a、b、c为第二直角坐标系O1-X1Y1Z1的原点与第一直角坐标系O-XYZ的原点的相对位置，即在x、y、z轴上的偏移量。
基于该步骤，点云坐标信息经过
Figure BDA0003156597590000075
转换至钢卷坐标系下。
步骤1034：依据极坐标系与第三直角坐标系间的转换关系，第三直角坐标系和第二直角坐标系间的转换关系以及第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系，将点云在极坐标系中的位置信息转换为点云在第一直角坐标系中的位置信息。
步骤1035：根据点云在第一直角坐标系中的位置信息确定每帧点云信息中法线和圆心间的距离。
步骤1036：根据每帧点云信息中法线和圆心间的距离确定每一帧钢卷卷尾的位置坐标。
步骤1037：对比每一帧钢卷卷尾的位置坐标，筛选出最高点坐标。最高点坐标即为最终确定的钢卷卷尾的位置。
以下分析都是在钢卷截面上进行，即点云坐标投影至X-Y平面内。分析每一帧点云中相邻两点连线的法线距离钢卷圆心的距离，最大距离对应的点即为每一帧中钢卷卷尾的位置坐标Pi，如图8所示。对比每一帧钢卷卷尾的位置坐标，筛选出最高点坐标，将其作为最终的钢卷卷尾的位置P。
进一步，上述步骤105的具体实施过程为：
在钢卷卷尾另一侧的二维激光雷达传感器，通过扫描钢卷的外圆得到钢卷外圆的局部点云，通过拟合部分点云得到钢卷的外圆尺寸r，如图9所示。
利用渐开线知识，钢卷卷尾P在钢卷外圆上对应C点。为了防止安全事故发生，需将钢卷卷尾压至钢卷底部，即将C点旋转至A点，对应的转角为α+β+γ，α为渐开线压力角，γ为渐开线展角，β为发生线切点与钢卷截面圆底部的夹角，tanα＝α+γ，
Figure BDA0003156597590000081
基于此，B点的位置可以通过结合圆的方程和P点坐标求出。β由A、B两点间圆弧对应的圆心角解出，如图10所示。
旋转地辊鞍座按照转角α+β+γ进行旋转，将钢卷卷尾压至钢卷最低点。到达最低点后停止旋转，完成钢卷卷尾的定位和处理。
上述提供的钢卷卷尾压装方法中的具体实施过程均是以钢卷卷尾在右侧为例进行说明，在实际应用过程中，钢卷卷尾所在位置不受限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种钢卷卷尾压装装置，其特征在于，包括：步进梁、鞍座、两个旋转地辊鞍座、激光雷达传感器、旋转云台和处理器；
所述鞍座固定安装在所述步进梁上；两个所述旋转地辊鞍座以鞍座为中心对称设置；钢卷置于两个所述旋转地辊鞍座上；所述激光雷达传感器安装在所述旋转云台上；两个所述旋转地辊鞍座、所述激光雷达传感器和所述旋转云台均与所述处理器电连接；
所述激光雷达传感器用于在所述旋转云台的带动下对钢卷进行扫描得到点云信息；所述点云信息包括轴向点云信息和外圆点云信息；
所述处理器用于根据所述激光雷达传感器的扫描的点云信息确定钢卷卷尾与钢卷底部间的夹角，用于根据确定的钢卷卷尾与钢卷底部间的夹角控制两个所述旋转地辊鞍座带动刚卷旋转；当所述旋转地辊鞍座旋转角度达到所述夹角时，所述处理器还用于根据所述夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转，当旋转地辊鞍座旋转角度达到所述夹角时，所述处理器控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部；所述钢卷底部为置于两个所述旋转地辊鞍座间钢卷的最低点；
其中，所述处理器用于根据所述激光雷达传感器的扫描的点云信息确定钢卷卷尾与钢卷底部间的夹角的处理过程为：
基于所述轴向点云信息确定每帧点云信息中相邻点云间连线的法线；
基于所述外圆点云信息确定钢卷轴向截面的圆心；
确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离，并根据所述距离确定钢卷卷尾的位置；
采用所述点云信息拟合得到钢卷的外圆尺寸；
根据所述钢卷卷尾的位置和所述钢卷的外圆尺寸确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角。
2.根据权利要求1所述的钢卷卷尾压装装置，其特征在于，所述鞍座的形状为马鞍型。
3.根据权利要求1所述的钢卷卷尾压装装置，其特征在于，所述激光雷达传感器的个数至少为两个。
4.根据权利要求3所述的钢卷卷尾压装装置，其特征在于，所述激光雷达传感器为二维激光雷达传感器。
5.一种钢卷卷尾压装方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的钢卷卷尾压装装置中；所述钢卷卷尾压装方法，包括：
采用激光雷达传感器获取钢卷的点云信息；所述点云信息包括轴向点云信息和外圆点云信息；
基于所述轴向点云信息确定每帧点云信息中相邻点云间连线的法线；
基于所述外圆点云信息确定钢卷轴向截面的圆心；
确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离，并根据所述距离确定钢卷卷尾的位置；
采用所述点云信息拟合得到钢卷的外圆尺寸；
根据所述钢卷卷尾的位置和所述钢卷的外圆尺寸确定钢卷卷尾相对于钢卷底部间的夹角；
根据所述夹角控制两个旋转地辊鞍座带动刚卷旋转；
当旋转地辊鞍座旋转角度达到所述夹角时，控制步进梁推动鞍座将钢卷卷尾压制到钢卷底部；所述钢卷底部为置于两个所述旋转地辊鞍座间钢卷的最低点。
6.根据权利要求5所述的钢卷卷尾压装方法，其特征在于，所述确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离，并根据所述距离确定钢卷卷尾的位置，具体包括：
建立第一直角坐标系、第二直角坐标系和第三直角坐标系；所述第一直角坐标系为钢卷截面坐标系；所述第二直角坐标系为旋转云台坐标系；所述第三直角坐标系为激光雷达传感器坐标系；
获取点云在极坐标系中的位置信息；
将所述点云在极坐标系中的位置信息转换至所述第三直角坐标系中；
获取极坐标系与所述第三直角坐标系间的转换关系，第三直角坐标系和所述第二直角坐标系间的转换关系以及第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系；
依据所述极坐标系与所述第三直角坐标系间的转换关系，所述第三直角坐标系和所述第二直角坐标系间的转换关系以及所述第二直角坐标系和第一直角坐标系间的转换关系，将所述点云在极坐标系中的位置信息转换为点云在所述第一直角坐标系中的位置信息；
根据所述点云在所述第一直角坐标系中的位置信息确定每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离；
根据所述每帧点云信息中所述法线和所述圆心间的距离确定每一帧钢卷卷尾的位置坐标；
对比所述每一帧钢卷卷尾的位置坐标，筛选出最高点坐标；所述最高点坐标即为最终确定的所述钢卷卷尾的位置。
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