CN113894178B - 一种卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷取机钢卷内圈带头定位系统，包括安装于卷取机芯轴一侧的一感应限位装置及感应块，用以对卷取机芯轴的旋转感应；设于出口转向辊之前的带钢检测光栅，用以检测穿卷时带头的通过；卷取机脉冲编码器，用以获取带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时及带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数；PLC，接收带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时及带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数，并计算出带头最终的时钟点位。本发明还公开了一种定位方法，通过卷取机脉冲编码器获取的相应读数来计算出卸卷时带头最终所处的时钟点位，具有通用性强，适用有卷取机设备的使用。

Description

一种卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及带头定位技术，尤其涉及一种卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法。

背景技术

目前，取向硅钢精整机组的卷取机内圈带头定位无特殊需求，内圈带头随机点位；出口钢卷小车从卷取机芯轴卸卷至出口钢卷鞍座后，由生产操作人员人工粘贴内圈固定胶带及钢卷信息内标签。而卷取机外圈带尾定位则由卷取机编码器计长(出口剪分切后，出口剪至卷取机芯轴之间的机械固定长度)计算得出，定位在大致9点钟左右位置。在智慧制造的背景下，工业机器人大量被应用，如图1所示，由于工业机器人 1的机械手无法识别钢卷2内圈带头3位置，这就需要基础计算机L1帮助机器人识别带头位置。只有当机器人知道了作业对象(钢卷)的具体内圈带头位置后，才能准确的、有目标性的黏贴内标签及胶带固定内圈带头。因此，为配合工业机器人的高效性，卷取内圈带头自动精算定位成了目前迫切需要解决的技术难点。

公开号为CN104512748A的中国专利公开了一种卷取设备的控制方法及卷取机带头定位系统，其主要是利用带头定位系统使穿带带头精确的定位到指定的橡胶套筒的软区间内。很显然，该技术还不能达到自动精算定位的需求，且无法针对带头和带尾在卸卷时所处的位置进行精确定位。

公开号为CN109093293A的中国专利公开了一种用于冷轧钢卷卷芯焊接的带头寻位方法，其主要是运用光电开关检测带头尾位置，对带头尾进行定位。该技术同样也是单一解决带头进入卷取机位置，未同时考虑带头和带尾在卸卷时所处位置这两个变量之间的关系，因此同样也无法针对带头在卸卷时所处的位置进行精确定位。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法，通过卷取机脉冲编码器获取的相应读数来计算出卸卷时带头最终所处的时钟点位，具有通用性强，适用有卷取机设备的使用。

一方面，一种卷取机钢卷内圈带头定位系统，包括：

安装于卷取机芯轴一侧的一感应限位装置及对应安装于卷取机芯轴外表面的感应块，用以对卷取机芯轴的旋转感应；

设于出口转向辊之前的带钢检测光栅，用以检测穿卷时带头的通过；

卷取机脉冲编码器，用以获取带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时及带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数；

PLC，接收光栅检测信号并控制对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值和感应限位装置的限位感应累加值同时进行清零；接收带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时及带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数，并计算出带头最终的时钟点位。

所述感应限位装置安装于卷取机芯轴传动侧的3点钟位置。

另一方面，一种卷取机钢卷内圈带头定位方法，包括以下步骤：

s1.在卷取机芯轴一侧安装一感应限位装置，在卷取机芯轴外表面安装相应的感应块，用以对卷取机芯轴的旋转感应；

s2.当带头通过出口转向辊之前的带钢检测光栅时，通过PLC同时对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值和感应限位装置的限位感应累加值进行清零；

s3.当清零后芯轴旋转的第一次触发感应限位，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据First限位感应PLG反馈值，并输入PLC；

s4.通过PLC对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值持续清零，直至带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据Stop时PLG反馈值，并输入 PLC；

s5.通过PLC根据First限位感应PLG反馈值与Stop时PLG反馈值计算出带头最终的时钟点位。

所述感应限位装置安装于卷取机芯轴传动侧的3点钟位置。

在s5中，所述的带头最终的时钟点位C的计算公式组如下：

E＝128*n*齿轮比；

式中，A为带头尾定位圈数；

B为A扩大100倍取整后除以100所得余数；

C为内圈带头最终时钟点位；

n为常数，取1、2……；

M为带头穿带至卷筒芯轴瞬间切入点的时钟点位；

N为感应限位安装的实际时钟点位；

E为芯轴旋转一圈的PLG反馈值量纲；

在s4中，所述持续清零的方法为，当限位感应装置的限位感应次数大于等于两次以上后，后续每一次再次旋转感应时，对卷取机脉冲编码器计数进行清零。

在s2中，所述脉冲累加值的累加计算，为仅当卷取机芯轴涨开限位信号到位以及涨开输出阀信号常得电状态下才始终保持相应的累加计算。

采用本发明的一种卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法，通过限位感应装置使卷取机脉冲编码器获取带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时及带尾甩至卷取机定位至 9点钟位置时的脉冲读数，并通过PLC逻辑运算，能基本锁定点位误差在最多差1个点位，即30度左右不到的精度。达到钢卷带头定位位置信息基本准确，机器人内圈贴胶带机标签的功能已实现，满足了工业机器人的需求。

附图说明

图1为工业机器人与钢卷的工作位置示意图；

图2为本发明的带头定位系统的结构原理图。

图中：工业机器人1、钢卷2、带头3、带尾4、卸卷下车5、卷取机芯轴6、感应限位装置7、感应块8、出口转向辊9、PLC11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种卷取机钢卷内圈带头定位方法做进一步的描述。

结合图2所示，本发明的一种卷取机钢卷内圈带头定位系统包括：

安装于卷取机芯轴6一侧的一感应限位装置7及对应安装于卷取机芯轴6外表面的感应块8(图2中的虚线感应块8表示随旋转轨迹)，用以对卷取机芯轴6的旋转感应，即通过上升沿脉冲触发记录芯轴6旋转每一次的感应信号；作为一个实施例，所述感应限位装置7安装于卷取机芯轴6传动侧的3点钟位置(以操作侧方向看)，由于切入点处无任何检测元器件，带头穿至卷取机芯轴6的瞬间切入点时，卷取机脉冲编码器的数据无有效手段得以体现，故，在卷取机芯轴6传动侧安装一感应限位，位置可以是任意时钟点位置,较佳的是安装在3点钟位置(以操作侧方向看)，可用以零位检测。

设于出口转向辊9之前的带钢检测光栅，用以检测穿卷时带头3的通过；

卷取机脉冲编码器，用以获取带头3穿至卷取机芯轴6的瞬间切入点时及带尾4 甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数；

PLC11，(即基础计算机L1)接收光栅检测信号并控制对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值和感应限位装置7的限位感应累加值同时进行清零；接收带头3穿至卷取机芯轴6的瞬间切入点时及带尾4甩至卷取机定位至9点钟位置时的脉冲读数，并计算出带头最终的时钟点位。

本发明的基本原理如下：

1)需要知道每一次带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点(见图2中①位置)的时的卷取机脉冲编码器的脉冲读数，并记录下当前数据①；

2)除了带头位置信息知道以外，还需知道当机组最终分卷分切后，带尾甩至卷取机定位至9点钟位置(见图2中②位置)后，此时的卷取机脉冲编码器的读数，记录下第二次当前数据②；

3)通过PLC将上述数据①和数据②的脉冲数相加后，取512(编码器旋转一圈的脉冲数为128的整数倍，即128n，n为1、2……,本实施例取n取4)乘以齿轮箱的齿轮比后的整圈余数，以时钟为例的12个点钟位置等分，就能精准的计算出卷取内圈带头具体定位位置；(关系式理由：假设检测限位安装于时钟的12点钟点位上，若数据①接近于3840,即相当于整圈左右，故直接累加数据②的值，通过逻辑转化得出最终实际带头点位，所以两者关系式为相加)。

因此，本发明的卷取机钢卷内圈带头定位系统的定位方法包括如下步骤：

s1.在卷取机芯轴一侧安装一感应限位装置，在卷取机芯轴外表面安装相应的感应块，用以对卷取机芯轴的旋转感应；同时，通过卷取机脉冲编码器进行脉冲累加；其中，卷取机脉冲编码器的累加值计算，仅当卷取机芯轴涨开限位信号到位以及涨开输出阀信号常得电状态下才始终保持相应数据计算，即芯轴旋转的脉冲编码器数值发生的变化量。

s2.当带头通过出口转向辊之前的带钢检测光栅时，通过PLC同时对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值和感应限位装置的限位感应累加值进行清零；所述持续清零的方法可采用：当限位感应装置的限位感应次数大于等于两次以上(即卷取机芯轴旋转整圈次数完成一次)后，后续每一次再次旋转感应时，对卷取机脉冲编码器计数进行清零，目的为刨去中间过程，避免累计误差，只取最后不到一整圈的编码器反馈数据值。

s3.当清零后芯轴旋转的第一次触发感应限位，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据First限位感应PLG反馈值，即上述数据①，并输入PLC；

s4.通过PLC对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值持续清零，直至带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据Stop时PLG反馈值，即上述数据②，并输入PLC；

s5.通过PLC根据First限位感应PLG反馈值与Stop时PLG反馈值计算出带头最终的时钟点位。

在s5中，所述的带头最终的时钟点位C的计算公式组如下：

E＝128*n*齿轮比；

式中，A为带头尾定位圈数；

B为A扩大100倍取整后除以100所得余数；

C为内圈带头最终时钟点位；

n为常数，取1、2……(例:在线机组为128*4＝512，故n取4)；

M为带头穿带至卷筒芯轴瞬间切入点的时钟点位，N为感应限位安装的实际时钟点位，齿轮比需根据实际电机的选型决定,例如齿轮比取7.5；

E为芯轴旋转一圈的PLG反馈值量纲,例E＝128*4*7.5＝3840，

该计算公式的逻辑原理如下：

①：起始穿带过程中，带钢运行，芯轴旋转；随着带钢通过出口转向辊的带钢检测光栅，对脉冲累加值和限位感应的累加值进行清零；之后，当第一次芯轴旋转接触感应限位，赋值当前的脉冲编码器反馈数据，计为First限位感应PLG反馈值；固定常数“1600”表示为安装感应限位装置的点位(3点钟)与带头穿入卷取机初始切入点位 (估10点钟)之间折算出的固定脉冲数(编码器一圈512个脉冲及齿轮比取7.5转算出3840——即芯轴卷筒一圈的脉冲数量纲，以时钟12个点位等分，则芯轴旋转的每个点位脉冲数为320，每个点位脉冲数为320乘以5＝1600)；因为感应限位装置安装实际点位相对于带头切入卷取芯轴的点位超前5个点钟位置，所以需对两者相减，得到带头穿至卷取机芯轴的瞬间切入点时的卷取机脉冲编码器的读数。

②：机组最终分卷分切，带尾甩至卷取机芯轴后，此时的卷取机脉冲编码器的读数Stop时PLG反馈值(s2中清零后的计数)。

③：编码器旋转一圈的脉冲数为“512”,乘以卷取机齿轮比“7.5”，得3840,即为实际卷筒旋转一整圈的脉冲数量纲，为防止之前的运算结果出现负数故多算一圈脉冲数，使得最终数值始终为正方向。

④：数据类型转换、并取绝对值。

⑤：之前的计算结果对象为卷取机编码器，需把计算结果对象转换成卷筒芯轴，例如当前为A＝0.8圈。

⑥：将A扩大100倍后取100的余数得B＝80，实际即为刨去整圈后的计算结果量纲。

⑦：将B除以100，乘以12，得C＝10，相当于10点钟位置(点位百分比)。

即将上述①、②、③中数据相加，取512(编码器旋转一圈的脉冲数为512)乘以齿轮比后的余数，再以时钟为例的12个点钟位置等分，就能精准的计算出卷取内圈带头具体定位位置。

上述获得钢卷内圈带头定位位置通过PLC可附加一些连锁条件最终发送给工业机器人，并在HMI画面上显示。

综上所述，采用本发明的卷取机钢卷内圈带头定位系统及其方法，能够锁定带头点位，误差控制在最多差1个点位，即30度左右不到的精度，达到钢卷带头定位位置信息基本准确可靠，实现了工业机器人内圈贴胶带机标签的自动化功能，完全满足了工业机器人的带头定位需求。

Claims (3)

1.一种卷取机钢卷内圈带头定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1.在卷取机芯轴一侧安装一感应限位装置，在卷取机芯轴外表面安装相应的感应块，用以对卷取机芯轴的旋转感应；

s2.当带头通过出口转向辊之前的带钢检测光栅时，通过PLC同时对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值和感应限位装置的限位感应累加值进行清零；

s3.当清零后芯轴旋转的第一次触发感应限位，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据First限位感应PLG反馈值，并输入PLC；

s4.通过PLC对卷取机脉冲编码器的脉冲累加值持续清零，直至带尾甩至卷取机定位至9点钟位置时，赋值当前卷取机脉冲编码器的反馈数据Stop时PLG反馈值，并输入PLC；

s5.通过PLC根据First限位感应PLG反馈值与Stop时PLG反馈值计算出带头最终的时钟点位；

所述感应限位装置安装于卷取机芯轴传动侧的3点钟位置；

在s5中，所述的带头最终的时钟点位C的计算公式组如下：

E＝128*n*齿轮比；

式中，A为带头尾定位圈数；

B为A扩大100倍取整后除以100所得余数；

C为内圈带头最终时钟点位；

n为常数，取1、2……；

M为带头穿带至卷筒芯轴瞬间切入点的时钟点位；

N为感应限位安装的实际时钟点位；

E为芯轴旋转一圈的PLG反馈值量纲。

2.如权利要求1所述的一种卷取机钢卷内圈带头定位方法，其特征在于：在s4中，所述持续清零的方法为，当限位感应装置的限位感应次数大于等于两次后，后续每一次再次旋转感应时，对卷取机脉冲编码器计数进行清零。

3.如权利要求2所述的一种卷取机钢卷内圈带头定位方法，其特征在于：在s2中，所述脉冲累加值的累加计算，为仅当卷取机芯轴涨开限位信号到位以及涨开输出阀信号常得电状态下才始终保持相应的累加计算。

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