CN113714648A - 一种船舶零件激光打码系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种船舶零件激光打码系统及方法，涉及船舶制造技术领域，以解决现有人工喷码效率低、差错率大、容易导致标识失效或识别错误的问题。一种船舶零件激光打码系统，包括：龙门驱动系统、激光打码器、电控系统和两个导轨系统；所述龙门驱动系统带动所述激光打码器运动，共实现三个方向上的移动；沿着X或Y方向上的移动实现钢板零件的二维码定位打码；沿着Z轴方向上的移动用于保证所述激光打码器对零件表面的对焦；所述导轨系统包括：钢轨、齿条、安装调整支架、防碰撞装置以及托线槽；两个所述导轨系统分为左侧导轨系统和右侧导轨系统，它们结构相同且关于龙门中心线对称；所述安装调整支架位于地面上。
Description
技术领域
本发明涉及船舶制造技术领域，尤其涉及一种船舶零件激光打码系统及方法。
背景技术
船舶制造需要数以万计的零件，为了保证合理准确的制造过程，需要对零件信息进行采集与识别，而零件标识则是零件信息采集与识别的基础。标识的效率与准确性直接影响了船舶制造的效率与最终的质量，目前常用的零件标识方法主要包括人工标识与喷墨标识两种。
人工标识是由工人使用油漆或油墨，根据手册要求将零件编码涂写于钢板上。这种标识方式较为灵活，不受外界条件比如零件设备等的影响。但是人工标识效率较低，且规范性差，差错率高。在船厂露天堆放的环境中人工标识易污损，导致后续加工时识别错误。
喷墨标识是指利用喷码机在钢板表面打印出零件编码的方式，利用给墨滴充电的方式控制油墨的位置，从而打印出特定的编码。这种标识方式速度快，效率高，且运动系统设计较为简单，只需要控制一个方向的运动即可。但此方式对于环境要求较高，且长时间放置容易导致油墨阻塞管道发生故障，设备维护成本较高。在船厂露天堆放的环境中，打印的标识也较易污损。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提出一种船舶零件激光打码系统及方法，以解决现有人工喷码效率低、差错率大、容易导致标识失效或识别错误的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种船舶零件激光打码系统，包括：龙门驱动系统、激光打码器、电控系统和导轨系统；
所述龙门驱动系统包括：左立柱、右立柱、横梁，还包括：X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置；
所述龙门驱动系统带动所述激光打码器实现三个方向上的移动；所述激光打码器沿着X或Y方向上的移动实现钢板零件的二维码定位打码；所述激光打码器沿着Z轴方向上的移动用于保证所述激光打码器对零件表面的对焦；
在所述左立柱和右立柱上各设有一套X轴电机驱动装置，所述X轴驱动装置依靠齿轮齿条机构实现X轴方向的移动；
所述横梁上安装两条滑动轨道，所述Y轴驱动装置依靠齿轮齿条机构实现激光器安装托架沿Y方向的运动；
所述Z轴驱动装置包括：激光器安装托架，所述激光器安装托架上安装有滑动轨道，依靠滚珠丝杠系统实现托架沿Z轴方向的移动；
所述导轨系统包括：钢轨、齿条、安装调整支架、防碰撞装置以及托线槽；两个所述导轨系统分为左侧导轨系统和右侧导轨系统，它们结构相同且关于龙门中心线对称；
所述安装调整支架位于地面上，所述钢轨铺设于所述安装调整支架上，与左立柱、右立柱的承重轮接触用于支撑整个结构；所述齿条布置于所述钢轨侧面，与所述左立柱、右立柱上的驱动电机的齿轮啮合；在两端还设置防碰撞装置；
所述电控系统包括：PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、接触器、变压器、电器开关、工控机和电控箱；所述工控机上安装有控制系统，用于控制所述激光打码器以及PLC控制器；所述PLC控制器与所述伺服驱动器相连，驱动机构朝各个方向的运动；所述电控系统还包括位置传感器和测距传感器，所述位置传感器和测距传感器均与所述PLC控制器相连接，向上位机传输信号。
所述Y轴驱动装置包括：横梁主体、滑动导轨、齿条、Y轴驱动电机；所述滑动导轨和齿条通过螺钉与横梁主体连接固定；所述Y轴驱动电机与滑动导轨的滑动连接板相连接，所述Y轴驱动电机上的齿轮与所述齿条相啮合。
通过控制所述Y轴驱动电机旋转，带动齿轮正、反方向旋转，实现所述激光器安装托架沿Y方向的左右移动，沿Y轴的最大移动速度为0.5m/s，最大行程为5m。
所述X轴驱动装置包括：立柱体、驱动电机、导向轮、驱动齿轮、行程开关和承重轮；所述X轴驱动装置安装在左立柱和右立柱上，所述左立柱的上端面通过螺栓与所述横梁相连接，所述承重轮设置在所述钢轨上；所述驱动电机通过螺栓分别固定在所述左立柱上和所述右立柱，带动齿轮旋转与钢轨上的齿条啮合实现龙门与立柱整体沿X轴移动，沿X轴的最大移动速度达到0.5m/s，最大行程为4.8m。
所述Z轴驱动装置还包括：滑动导轨、滑动导轨安装底板；所述激光打码器通过螺栓固定在所述激光器安装托架上，所述滑动导轨安装底板通过螺栓与所述横梁相连，所述激光器安装托架通过丝杠滑块机构与所述安装底板连接，并实现激光打码器沿Z轴方向的运动，沿Z轴的最大移动速度为30mm/s，最大行程为300mm。
一种船舶零件激光打码方法，所述方法采用上述的船舶零件激光打码系统，该方法包括以下步骤：
首先，将划线作业后的钢板放在所述船舶零件激光打码系统作业平台上，并调整位置，使得钢板的X/Y轴方向与所述船舶零件激光打码系统作业平台的X/Y轴方向平行，并且保证钢板的左上角位于所述船舶零件激光打码系统的物理坐标零点；
在所述工控机上打开打码控制程序，首先导入并解析钢板切割的GEN文件，从中获取零件轮廓信息、零件编号和零件名称信息；以根据零件轮廓自动计算二维码位置坐标；
软件获取相关信息后，启动所述激光打码器进行预打码，所述工控机屏幕上显示拟打码钢板的CAD图样，光标按照打码顺序，分别在各个零件的二维码坐标点位置间移动，模拟实际打码作业动作；
在电脑屏幕模拟演示过程中，如果发现零件的打码位置出错，退回上层界面，重新放置钢板，直到零件的打码位置正确；
在预打印无误后，启动打码作业，所述PLC控制器按照工控机指令，驱动X轴驱动电机和Y轴驱动电机，使所述激光打码器依次运行到各个二维码的设计位置，到达之后，首先驱动Z轴驱动电机进行自动对焦，自动对焦完成后，所述激光打码器开始工作，打印出设计的二维码。
在打码作业完成后，所述船舶零件激光打码系统中的龙门驱动系统、激光打码器、和导轨系统回退到初始位置，准备下一次打码工作。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供的船舶零件激光打码系统及方法，自动化船舶零件打码标识过程，提高了标识效率，防止人工标识导致的错误。采用激光打码方案，避免了船厂露天恶劣环境导致打码失效，难以识别或者识别错误的问题。本船舶零件激光打码系统三自由度的设计方案保证了打码的灵活性，同时沿三个轴的行程均较大，使得本套装置适应于船舶制造过程中各种形状尺寸零件各个位置的标识打码，提升了适应性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种船舶零件激光打码系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种龙门驱动系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种Y轴驱动系统结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种X轴驱动系统结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种Z轴驱动系统结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种导轨系统结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电控系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提供的船舶零件激光打码系统主要由龙门驱动系统1、激光打码器2、导轨系统3、电控系统4组成。
所述龙门驱动系统1主要由左立柱5、右立柱6、横梁7、激光器安装托架8等组成，如图2所示。龙门驱动系统的主要功能是带动激光打码器运动，共可实现三个方向上的移动。沿着X/Y方向上的移动可以实现钢板零件的二维码定位打码，而沿着Z轴方向上的移动主要用于保证激光打码器对零件表面的对焦。龙门左立柱5与右立柱6上各设有一套电机驱动系统，依靠齿轮齿条机构实现龙门沿X方向的移动；横梁7上安装有两条滑动轨道，同样依靠齿轮齿条机构实现激光器安装托架8沿Y方向的运动；激光器安装托架8上安装有滑动轨道，依靠滚珠丝杠系统实现托架沿Z轴方向的移动。
Y轴驱动系统主要由横梁7、Y轴滑动导轨9、齿条10、Y轴驱动电机11等部分构成，如图3所示。滑动导轨9和齿条10通过螺钉与横梁主体连接固定；Y轴驱动电机11与滑动导轨9的滑动连接板相连接，驱动电机11上的齿轮与齿条10相啮合，通过控制电机11旋转，带动齿轮正、反方向旋转，实现激光器安装托架8沿Y方向的左右移动，沿Y轴的最大移动速度达到0.5m/s，最大行程为5m。
X轴驱动系统分为左侧驱动系统与右侧驱动系统，左右两侧驱动系统配置完全相同，关于龙门中心线对称。以左侧驱动系统为例，主要由左立柱5、X轴驱动电机12、导向轮13、驱动齿轮14、行程开关15和承重轮16等部分组成，如图4所示。左立柱5的上端面通过螺栓与横梁7相连接，承重轮16坐落于导轨上，支撑整个装置；X轴驱动电机12通过螺栓固定在左立柱5上，带动驱动齿轮14旋转，与钢轨上的齿条啮合实现机构沿X轴移动，沿X轴的最大移动速度达到0.5m/s，最大行程为4.8m。
Z轴驱动系统主要由激光器安装托架8、Z轴滑动导轨17、滑动导轨安装底板18、Z轴驱动电机19以及激光打码器20等部分构成，如图5所示。激光打码器20通过螺栓固定在激光器安装托架8上，滑动导轨安装底板18同样通过螺栓与横梁7相连。激光器安装托架8通过丝杠滑块机构与滑动导轨安装底板18连接，并实现激光打码器20沿Z轴方向的运动，沿Z轴的最大移动速度为30mm/s,最大行程为300mm。
所述导轨系统分为左侧导轨系统与右侧导轨系统，左右两侧导轨系统配置完全相同，关于龙门中心线对称。以左侧导轨系统为例，主要由钢轨21、齿条22、安装调整支架23以及防碰撞装置24等部分组成，如图6所示。安装调整支架23位于地面上，钢轨21铺设于安装调整支架23上，与承重轮16接触负责支撑整个结构。齿条22布置于钢轨21侧面，与X轴驱动电机12上的驱动齿轮14啮合，实现X轴方向运动。同时，在两端还设计了防碰撞装置24，避免过冲对设备的损害。
所述电控系统主要由PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、接触器、变压器、电器开关、工控机、电控箱等组成，如图7所示。工控机上安装有自主研发的配套的控制系统，负责控制激光打码器以及PLC控制器。PLC控制器与相关伺服驱动器相连，驱动机构朝各个方向的运动；此外，位置传感器与测距传感器亦与PLC控制器相连接，向上位机传输信号。
本船舶零件激光打码系统的使用方法如下：
首先，将划线作业后的钢板放在船舶零件激光打码系统作业平台上，并调整好位置。使得钢板的X/Y轴方向与系统作业平台的X/Y轴方向尽量平行，并且保证钢板的左上角位于本装置标注的物理坐标零点。
在工控机上打开打码控制程序，首先导入并解析钢板切割的GEN文件，从中获取零件轮廓信息、零件编号和零件名称等信息；虽然能够从GEN文件中解析零件重心坐标，但是某些零件的重心并不在零件上，重心坐标并不适宜于作为打码位置。因此软件中还设计集成了算法以根据零件轮廓自动计算二维码位置坐标。
软件获取相关信息后，启动打码机进行预打码。工控机屏幕上显示拟打码钢板的CAD图样，光标按照打码顺序，分别在各个零件的二维码坐标点位置间移动，模拟实际打码作业动作。在电脑屏幕模拟演示过程中，如果发现某个零件的打码位置出错，如出现超出设备的打码作业范围等异常情况，系统报警提示出错信息，此时应退回上层界面，重新放置钢板。
在预打印无误后，即可启动打码作业。PLC控制机按照工控机指令，驱动X/Y轴电机使得激光打码器依次运行到各个二维码的设计位置，到达之后首先驱动Z轴电机进行自动对焦。自动对焦完成后，激光打码器开始工作，打印出设计的二维码。
在打码作业完成后，整个装置回退到初始位置，准备下一次打码工作。
本发明实施例提供的船舶零件激光打码系统及方法，自动化船舶零件打码标识过程，提高了标识效率，防止人工标识导致的错误。采用激光打码方案，避免了船厂露天恶劣环境导致打码失效，难以识别或者识别错误的问题。本船舶零件激光打码系统三自由度的设计方案保证了打码的灵活性，同时沿三个轴的行程均较大，使得本套装置适应于船舶制造过程中各种形状尺寸零件各个位置的标识打码，提升了适应性。
上述实例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种船舶零件激光打码系统，其特征在于，包括：龙门驱动系统、激光打码器、电控系统和导轨系统；
所述龙门驱动系统包括：左立柱、右立柱、横梁，还包括：X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置；
所述龙门驱动系统带动所述激光打码器实现三个方向上的移动；所述激光打码器沿着X或Y方向上的移动实现钢板零件的二维码定位打码；所述激光打码器沿着Z轴方向上的移动用于保证所述激光打码器对零件表面的对焦；
在所述左立柱和右立柱上各设有一套X轴电机驱动装置，所述X轴驱动装置依靠齿轮齿条机构实现X轴方向的移动；
所述横梁上安装两条滑动轨道，所述Y轴驱动装置依靠齿轮齿条机构实现激光器安装托架沿Y方向的运动；
所述Z轴驱动装置包括：激光器安装托架，所述激光器安装托架上安装有滑动轨道，依靠滚珠丝杠系统实现托架沿Z轴方向的移动；
所述导轨系统包括：钢轨、齿条、安装调整支架、防碰撞装置以及托线槽；两个所述导轨系统分为左侧导轨系统和右侧导轨系统，它们结构相同且关于龙门中心线对称；
所述安装调整支架位于地面上，所述钢轨铺设于所述安装调整支架上，与左立柱、右立柱的承重轮接触用于支撑整个结构；所述齿条布置于所述钢轨侧面，与所述左立柱、右立柱上的驱动电机的齿轮啮合；在两端还设置防碰撞装置；
所述电控系统包括：PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、接触器、变压器、电器开关、工控机和电控箱；所述工控机上安装有控制系统，用于控制所述激光打码器以及PLC控制器；所述PLC控制器与所述伺服驱动器相连，驱动机构朝各个方向的运动；所述电控系统还包括位置传感器和测距传感器，所述位置传感器和测距传感器均与所述PLC控制器相连接，向上位机传输信号。
2.根据权利要求1所述的船舶零件激光打码系统，其特征在于，所述Y轴驱动装置包括：横梁主体、滑动导轨、齿条、Y轴驱动电机；所述滑动导轨和齿条通过螺钉与横梁主体连接固定；所述Y轴驱动电机与滑动导轨的滑动连接板相连接，所述Y轴驱动电机上的齿轮与所述齿条相啮合。
3.根据权利要求2所述的船舶零件激光打码系统，其特征在于，通过控制所述Y轴驱动电机旋转，带动齿轮正、反方向旋转，实现所述激光器安装托架沿Y方向的左右移动，沿Y轴的最大移动速度为0.5m/s，最大行程为5m。
4.根据权利要求1所述的船舶零件激光打码系统，其特征在于，所述X轴驱动装置包括：立柱体、驱动电机、导向轮、驱动齿轮、行程开关和承重轮；所述X轴驱动装置安装在左立柱和右立柱上，所述左立柱与所述右立柱的上端面通过螺栓与所述横梁相连接，所述承重轮设置在所述钢轨上；所述驱动电机通过螺栓分别固定在所述左立柱上和所述右立柱上，带动齿轮旋转与钢轨上的齿条啮合实现龙门与立柱整体沿X轴移动，沿X轴的最大移动速度达到0.5m/s，最大行程为4.8m。
5.根据权利要求1所述的船舶零件激光打码系统，其特征在于，所述Z轴驱动装置还包括：滑动导轨、滑动导轨安装底板；所述激光打码器通过螺栓固定在所述激光器安装托架上，所述滑动导轨安装底板通过螺栓与所述横梁相连，所述激光器安装托架通过丝杠滑块机构与所述安装底板连接，并实现激光打码器沿Z轴方向的运动，沿Z轴的最大移动速度为30mm/s，最大行程为300mm。
6.一种船舶零件激光打码方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-5任一项所述的船舶零件激光打码系统，该方法包括以下步骤：
首先，将划线作业后的钢板放在所述船舶零件激光打码系统作业平台上，并调整位置，使得钢板的X/Y轴方向与所述船舶零件激光打码系统作业平台的X/Y轴方向平行，并且保证钢板的左上角位于所述船舶零件激光打码系统的物理坐标零点；
在所述工控机上打开打码控制程序，首先导入并解析钢板切割的GEN文件，从中获取零件轮廓信息、零件编号和零件名称信息；以根据零件轮廓自动计算二维码位置坐标；
软件获取相关信息后，启动所述激光打码器进行预打码，所述工控机屏幕上显示拟打码钢板的CAD图样，光标按照打码顺序，分别在各个零件的二维码坐标点位置间移动，模拟实际打码作业动作；
在电脑屏幕模拟演示过程中，如果发现零件的打码位置出错，退回上层界面，重新放置钢板，直到零件的打码位置正确；
在预打印无误后，启动打码作业，所述PLC控制器按照工控机指令，驱动X轴驱动电机和Y轴驱动电机，使所述激光打码器依次运行到各个二维码的设计位置，到达之后，首先驱动Z轴驱动电机进行自动对焦，自动对焦完成后，所述激光打码器开始工作，打印出设计的二维码。
7.根据权利要求6所述的船舶零件激光打码方法，其特征在于，在打码作业完成后，所述船舶零件激光打码系统中的龙门驱动系统、激光打码器、和导轨系统回退到初始位置，准备下一次打码工作。
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