CN113478090A - 一种非接触式机器人激光打标系统及打标方法 - Google Patents

一种非接触式机器人激光打标系统及打标方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种非接触式机器人激光打标系统及打标方法，该激光打标系统包括机器人(1)、机器人(1)机械臂上设测距仪(3)，机械臂末端设激光器(2)。铝垛(4)到位后，启动对焦；测距仪(3)到达铝锭打标面(5)上沿附近时停顿，测出距离l13、l14；机器人(1)带测距仪(3)继续垂直下移适当距离h后再停顿，测出第二个高度处测距仪(3)与铝锭侧面(5)的距离l23、l24。计算四个数据平均值d，得斜面斜率θ，铝锭摆放偏转角度α；取激光器焦距求得焦距差e。将数据给机器人，机器人(1)携带激光器(2)按θ、α、e调整位姿态，精确对焦，完成打标工作。有益效果：精确对焦，有效提高打标成功率。

Description

一种非接触式机器人激光打标系统及打标方法
技术领域
本发明涉及铝锭、锌锭、镁锭连续铸造生产线加工技术领域，具体涉及一种在成型的铝锭上用激光器标刻生产信息的非接触式机器人激光打标系统及打标方法。
技术背景
在铝锭连续铸造生产线中，浇铸的铝锭冷却成型并码垛后，需要在铝垛最上层的铝锭侧面标刻生产信息，但激光标刻需要激光器镜头与打标面精确对焦且平行，而铝锭需要打标的侧面是斜面，且由于浇铸大小误差、码垛误差等原因导致铝锭位姿往往不规整，斜面位置不确定，因而激光器难以精确对焦。传统的接触式打标方法，常由于机械阻塞等原因导致对焦不精确，打标成功率低。针对这一问题，本发明采用工业机器人设计了一套基于铝锭位姿检测的非接触式自动对焦激光打标装置，能够精确对焦，完成打标，有效提高打标成功率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种在成型的铝锭上用激光器标刻生产信息的非接触式机器人激光打标系统及打标方法，其工作原理如下：
铝锭外形为倒槽型，打标面为斜面，可通过三角函数原理测出斜面斜率和铝锭摆放偏转角度。如图4所示，斜面斜率θ可由
Figure BDA0003166066790000011
测算得出；同理，如图5所示，铝锭摆放的左右偏转角度
Figure BDA0003166066790000021
需要打标的位置位于铝垛4最上层边上的铝锭侧面5，将激光器2和两个测距仪3固定在机器人1末端，两测距仪3之间的间距为w。铝垛4到位后，测距仪3随着机器人1从铝垛4前方、最上层铝锭上方的高度垂直向下移动，先在铝锭侧面5即打标面上沿附近停顿，测出此高度处两个测距仪3与铝锭侧面5的距离l13、l14，然后机器人1带测距仪3继续垂直下移适当距离h后再停顿，测出第二个高度处测距仪3与铝锭侧面5的距离l23、l24。
取四个数据按垂直方向距离之差的平均值
Figure BDA0003166066790000022
按水平方向距离之差的平均值
Figure BDA0003166066790000023
则可求得斜面斜率
Figure BDA0003166066790000024
铝锭的摆放偏转角度
Figure BDA0003166066790000025
再取四个距离的平均值
Figure BDA0003166066790000026
与激光器焦距f求差e＝l-f，即为焦距差。进而使机器人1携带激光器2按此数据调整位置姿态，并补偿激光器2镜头与测距仪3安装位置的距离，即可使激光器2与铝锭侧面5平行且精确对焦，完成打标工作。
本发明一种非接触式机器人激光打标系统，包括机器人1、以及机器人1机械臂上设置的测距仪3，所述机器人1机械臂末端设置有激光器2。
1.铝锭外形为倒槽型，打标面为斜面，可通过三角函数原理测出斜面斜率和铝锭摆放偏转角度，如图4所示，斜面斜率θ可由
Figure BDA0003166066790000027
测算得出；同理，如图5所示，铝锭摆放的左右偏转角度
Figure BDA0003166066790000031
2.需要打标的位置位于铝垛4最上层边上的铝锭侧面5，将激光器2和两个测距仪3固定在机器人1末端，两测距仪3之间的间距为w，铝垛4到位后，启动对焦，机器人1带着测距仪3从铝垛4前方、最上层铝锭上方的高度垂直向下移动。
3.测距仪3到达铝锭侧面5上沿附近时停顿，测出此高度处两个测距仪3与铝锭侧面5的距离l13、l14。
4.机器人1带测距仪3继续垂直下移适当距离h后再停顿，测出第二个高度处测距仪3与铝锭侧面5的距离l23、l24。
5.计算四个数据按垂直方向距离之差的平均值d，
Figure BDA0003166066790000032
按水平方向距离之差的平均值
Figure BDA0003166066790000033
则可求得斜面斜率
Figure BDA0003166066790000034
铝锭的摆放偏转角度
Figure BDA0003166066790000035
再取四个距离的平均值
Figure BDA0003166066790000036
与激光器焦距f求差e＝l-f，即为焦距差按水平方向距离之差的平均值t，则可求得斜面斜率θ，铝锭的摆放偏转角度α；再取四个距离的平均值与激光器焦距求得焦距差e。
6.将所测算的数据给机器人1，使机器人1携带激光器2按θ、α、e调整位姿态，并补偿激光器2镜头与测距仪3安装位置的距离，即可使激光器2与铝锭侧面5平行且精确对焦，完成打标工作。
本发明的有益效果：
本发明利用机器人设计开发了非接触式自动对焦激光打标方法，其优势在于先精确测算，再自动对焦，避免了机械接触式打标方法容易出现的对焦不准而打标失败的问题，提高了设备的可靠性，同时，本方法作业全程不与铝垛等工件接触，为非接触式对焦打标，大大提高了设备运行的安全性；另外此方法也可应用到铝锭、锌锭、镁锭等多种金属铸造的标签标刻作业中。
附图说明
图1为本发明一种非接触式机器人激光打标系统的结构示意图。
图2为本发明一种非接触式机器人激光打标系统与铝垛的左视图。
图3为图2的俯视图。
图4为铝锭侧视图中斜面计算原理图。
图5为铝锭俯视图中偏转角度计算原理图。
图中：机器人1、激光器2、测距仪3、铝垛4、铝锭侧面5。
具体实施方式：
以下将结合附图1-5对本发明做进一步的说明。
本发明一种非接触式机器人激光打标系统，包括机器人1、以及机器人1机械臂上设置的测距仪3，所述机器人1机械臂末端设置有激光器2。
本发明一种非接触式机器人激光打标方法，包括以下步骤：
1)铝锭外形为倒槽型，打标面为斜面，可通过三角函数原理测出斜面斜率和铝锭摆放偏转角度,如图4所示，斜面斜率θ可由
Figure BDA0003166066790000041
测算得出；同理，如图5所示，铝锭摆放的左右偏转角度
Figure BDA0003166066790000042
2)需要打标的位置位于铝垛4最上层边上的铝锭侧面5，将激光器2和两个测距仪3固定在机器人1末端，两测距仪3之间的间距为w，铝垛4到位后，启动对焦，机器人1带着测距仪3从铝垛4前方、最上层铝锭上方的高度垂直向下移动。
3)测距仪到达铝锭侧面5上沿附近时停顿，测出此高度处两个测距仪3与铝锭侧面5的距离l13、l14。
4)机器人1带测距仪3继续垂直下移适当距离h后再停顿，测出第二个高度处测距仪3与铝锭侧面5的距离l23、l24。
5)计算四个数据按垂直方向距离之差的平均值d，
Figure BDA0003166066790000051
按水平方向距离之差的平均值
Figure BDA0003166066790000052
则可求得斜面斜率
Figure BDA0003166066790000053
铝锭的摆放偏转角度
Figure BDA0003166066790000054
再取四个距离的平均值
Figure BDA0003166066790000055
与激光器焦距f求差e＝l-f，即为焦距差按水平方向距离之差的平均值t，则可求得斜面斜率θ，铝锭的摆放偏转角度α；再取四个距离的平均值与激光器焦距求得焦距差e。
6)将所测算的数据给机器人1，使机器人1携带激光器2按θ、α、e调整位姿态，并补偿激光器2镜头与测距仪3安装位置的距离，即可使激光器2与铝锭侧面5平行且精确对焦，完成打标工作。
7)标刻结束后机器人带激光器2和测距仪3返回到初始位置，等待下一铝垛到位。

Claims (3)

1.一种非接触式机器人激光打标系统，其特征在于：该激光打标系统包括移动式的机器人(1)、以及移动式的机器人(1)机械臂上设置的测距仪(3)，所述移动式的机器人(1)机械臂末端设置有激光器(2)。
2.如权利要求1所述的一种非接触式机器人激光打标系统，其特征在于：所述的测距仪(3)的数量为两个。
3.如权利要求1或2所述的一种利用非接触式机器人激光打标系统的激光打标方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)铝锭外形为倒槽型，打标面为斜面，通过三角函数原理测出斜面斜率和铝锭摆放偏转角度，斜面斜率θ可由
Figure FDA0003166066780000011
测算得出；铝锭摆放的左右偏转角度
Figure FDA0003166066780000012
2)需要打标的位置位于铝垛(4)最上层边上的铝锭侧面(5)，将激光器(2)和两个测距仪(3)固定在机器人(1)末端，两测距仪(3)之间的间距为w，铝垛(4)到位后，启动对焦，机器人(1)带着测距仪(3)从铝垛(4)前方、最上层铝锭上方的高度垂直向下移动；
3)测距仪(3)到达铝锭侧面(5)上沿附近时停顿，测出此高度处两个测距仪(3)与铝锭侧面(5)的距离l13、l14；
4)机器人(1)带测距仪(3)继续垂直下移适当距离h后再停顿，测出第二个高度处测距仪(3)与铝锭侧面(5)的距离l23、l24；
5)计算四个数据按垂直方向距离之差的平均值d，
Figure FDA0003166066780000013
按水平方向距离之差的平均值
Figure FDA0003166066780000014
则可求得斜面斜率
Figure FDA0003166066780000015
铝锭的摆放偏转角度
Figure FDA0003166066780000021
再取四个距离的平均值
Figure FDA0003166066780000022
与激光器焦距f求差e＝l-f，即为焦距差按水平方向距离之差的平均值t，则可求得斜面斜率θ，铝锭的摆放偏转角度α；再取四个距离的平均值与激光器焦距求得焦距差e；
6)将所测算的数据给机器人(1)，使机器人(1)携带激光器(2)按θ、α、e调整位姿态，并补偿激光器(2)镜头与测距仪(3)安装位置的距离，即可使激光器(2)与铝锭侧面(5)平行且精确对焦，完成打标工作。
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