CN220743649U - 高温钢卷贴标设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温钢卷贴标设备，涉及钢卷贴标技术领域，它包括围设在隔热屏障内机器人、机器人控制柜、PLC控制柜、打印控制柜，机器人末端安装有探测机构和贴标机构，贴标机构末端设有贴标吸头，贴标吸头与真空泵连接，并通过冷凝装置与压缩空气泵相连接；PLC控制柜内的贴标PLC控制器与机器人控制柜内的机器人控制器通过工业总线连接，打印控制柜设置有打印计算机和打印机，贴标PLC控制器通过以太网与打印计算机、视觉计算机、L1控制器连接；L1控制器通过IO连锁释放机器人停止动作信号、触发贴标设备启动命令和发送所贴钢卷的生产编号给贴标PLC控制器。本实用新型解决了现有贴标设备无法在高温钢卷内圈贴标的问题。

Description

高温钢卷贴标设备

技术领域

本实用新型涉及钢卷贴标技术领域，尤其是一种高温钢卷贴标设备。

背景技术

以往的热轧板带生产线成品钢卷，通常需要入库冷却至常温，人工再使用不干胶标签记录钢卷的生产编号、标准、重量等信息，手动粘贴在钢卷的内圈或外圈上。此标签作为下工序物料跟踪、生产溯源的唯一标识非常重要。受标签粘贴温度限制，成品钢卷在库房堆放时间较长，造成库存高层叠堆放，不仅物流压力大，而且人工粘贴带来了粘贴的错误率和粘贴安全等问题。因此开发一种全自动高温钢卷内圈贴标设备十分必要。

现有的钢卷产品贴标设备是采用机器人替代人工贴标工作，它可以在冷却的钢卷外圈上进行贴标，虽然提高了一定的效率和贴标准确率，但目前的钢卷产品贴标设备仍无法实现高温钢卷内圈贴标工作，主要原因在于：1.钢卷内圈直径较小，复杂结构的贴标装置不能适应；2.高温钢卷内圈温度极高，含电子元件设备难以适应；3.钢卷内圈层叠位置难以判断，易造成标签粘贴该位置而掉落；4.贴标设备需跟随钢卷生产线联动，容易出现标签信息错漏或与前后标签重复，导致标签误贴；5.钢卷生产节奏较快，贴标系统难以在短时间内完成钢卷位置判断、内圈层叠位置识别、标签打印、标签粘贴、粘贴效果判断等复杂过程；6.钢卷内圈温度在350℃至750℃范围，高温热贴标签难以粘贴成功；7.贴标机构需深入高温钢卷内圈作业，探测机构需对钢卷内外圈识别，托举机构的机器人需要大的动作幅度，并且机器人等电气设备需要较好隔热防护。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高温钢卷贴标设备，这种设备可以解决现有贴标设备无法在高温钢卷内圈贴标的问题。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：这种高温钢卷贴标设备包括机器人、机器人控制柜、PLC控制柜、打印控制柜、隔热屏障和机器人随动板，所述机器人末端安装有贴标机构和探测机构，所述贴标机构末端设有贴标吸头，所述贴标吸头为适应钢卷内圈的弧形结构，所述贴标吸头与真空泵连接，贴标吸头通过冷凝装置与压缩空气泵相连接；所述机器人控制柜内的机器人控制器控制所述机器人运动，所述PLC控制柜内设置有贴标PLC控制器，所述贴标PLC控制器与所述机器人控制器通过工业总线连接，所述打印控制柜设置有打印计算机和打印机，所述贴标PLC控制器通过以太网与所述打印计算机、视觉计算机、L1控制器连接；

所述L1控制器，通过IO连锁释放机器人停止动作信号、触发贴标设备启动命令和发送所贴钢卷的生产编号给贴标PLC控制器；

所述贴标PLC控制器，利用现场IO采集现场钢卷运输车位置、触发控制机器人动作、探测钢卷的探测信号、控制视觉相机取像、检测标签打印是否完成、控制视觉相机灯光、冷却风机和吸取粘贴气阀；

所述打印计算机，根据收到的钢卷生产编号，向指定的L2服务器数据库查询并读取钢卷标签打印信息，返回数据后触发打印机按照预先设定标签模板打印标签；

所述视觉计算机，控制视觉相机取像；

所述机器人、所述机器人控制柜、所述PLC控制柜、所述打印控制柜、所述真空泵、所述压缩空气泵和所述冷却风机均设于所述隔热屏障内，所述隔热屏障靠近贴标工位的一面开设有操作口，固定于所述机器人第一轴旋转部位的所述机器人随动板与所述操作口相匹配。

上述高温钢卷贴标设备的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：贴标PLC控制器通过PROFI-DP总线与所述机器人连接。

进一步的，所述探测机构的探测头和所述贴标机构的贴标吸头呈180°对称安装，所述探测机构和所述贴标机构中耐温较差的部件被包裹与保护壳内。

进一步的，所述压缩空气泵经所述冷凝装置与所述保护壳相连通。

进一步的，所述探测头采用耐温达220℃以上的高温摆臂开关。

进一步的，所述贴标吸头安装于连接板上，所述连接板通过限位杆与所述保护壳相连接，所述连接板设置有与所述保护壳滑动配合的导杆，所述导杆套装有弹簧。

进一步的，所述隔热屏障包括钢板外壳和夹填在所述钢板外壳内的高温耐热材料，所述高温耐热材料的厚度为5～10cm。

进一步的，所述隔热屏障高出位于所述贴标工位的钢卷20～50 cm。

进一步的，所述机器人的原点位置与所述钢卷运输前进方向夹角为45°～60°。

进一步的，所述机器人控制柜、所述PLC控制柜和所述打印控制柜内安装有空调。

由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本实用新型运行可靠的贴标PLC控制系统进行流程控制，实现贴标系统与生产运输系统的完全融合，在操作人员无需干预的状态下，该系统能实现机器人运行监控、标签有效打印、标签粘贴效果识别等，从而实现设备的全过程全自动化运行；通过设置隔热屏障、机器人随动板和由冷却压缩空气对贴标吸头降温，使设备能在现场高温环境下，能够有效适应连续的生产运行，并实现对高温钢卷的在线贴标。

2、通过过程控制系统的搭建，集成稳定的远程IO技术、PROFIBU-DP总线技术和TCP以太网通讯技术，实现了高温钢卷内圈贴标设备的稳定运行。

3、探测机构和贴标机构的结构和可通入冷却压缩空气的保护壳设置，能确保在高温环境下的连续、可靠贴标。

4、贴标系统的弹性压贴结构，能使吸头有足够的压贴力，又不会对钢卷本身造成损伤。

5、隔热屏障的结构设置，实现贴标设备安装位置温度控制较环境温度高5℃以内。

6、机械安装与钢卷运输前进方向的夹角限定，可避免取值过大易造成与前侧围栏碰撞，取值过小会使机器人将贴标机构深入高温钢卷内圈动作的安全动作距离变小。

7、在机器人控制柜、打印机控制柜内安装空调，进一步保障贴标用核心电子元件的稳定运行。

附图说明

图1是本高温钢卷贴标设备的结构示意图。

图2是探测机构和贴标机构的装配结构示意图。

图3是本高温钢卷贴标设备的系统控制框图。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本实用新型作进一步详述：

图1至图3所示的高温钢卷贴标设备安装于热轧生产运输线，钢卷称重的下一工位，该下一工位作为贴标工位，它主要包括机器人1、机器人控制柜12、隔热屏障3、机器人随动板4、打印控制柜13和PLC控制柜15，机器人1末端安装有探测机构10和贴标机构11，机器人控制柜12内的机器人控制器控制机器人1运动，PLC控制柜15内设置有贴标PLC控制器，贴标PLC控制器与机器人控制器通过工业总线连接，打印控制柜13设置有打印计算机和打印机，贴标PLC控制器通过以太网与L1控制器、打印计算机、视觉计算机连接。其中，L1控制器通过IO连锁释放机器人停止动作信号、触发贴标设备启动命令和发送所贴钢卷的生产编号给贴标PLC控制器；贴标PLC控制器，利用现场IO采集现场钢卷运输车5位置、触发控制机器人动作、探测钢卷的探测信号、控制视觉相机取像、检测标签打印是否完成、控制视觉相机灯光、冷却风机16和吸取粘贴气阀；打印计算机，根据收到的钢卷生产编号，向指定的L2服务器数据库查询并读取钢卷标签打印信息，返回数据后触发打印机按照预先设定标签模板打印标签；视觉计算机，控制视觉相机取像。通过PROFI-DP总线获取机器人位置、动作步序和贴标状态信息等。采用TCP以太网通讯方式获取L1控制器钢卷生产编号、控制打印计算机打印标签、收集视觉识别结果等。

机器人1安装在机器人底座2上，机器人1采用六轴机器人，探测机构10和贴标机构11安装在机器人1第六轴的末端，将探测机构10的探测头和贴标机构11的贴标吸头11-1呈180°对称安装，使两部分装置在进行探测动作、贴标压贴动作时互不干扰。探测机构10探头使用的传感器，采用耐温达220℃的高温摆臂开关，在探测头内部对称冗余安装，当探测杆在机器人的驱动下，向内动作时会触发该开关动作，利用机器人程序记录的该时刻探测工具坐标位置，从而实现对钢卷6尺寸的探测；利用摆臂开关往复精度较高，实现探测机构10和机器人1的整体动作往复精度保持在0.5mm以内，对钢卷6内圈贴标位置进行多次探测，运用线性回归的计算方法可实现内圈层叠超过2mm的稳定探测。贴标机构11的贴标吸头11-1是弧形贴标吸头，表面均匀分布有吸孔的弧形贴标吸头通过气动控制阀连通真空泵7，贴标吸头11-1安装于连接板11-2上，连接板11-2通过限位杆11-3与保护壳17相连接，连接板11-2设置有与保护壳17滑动配合的导杆11-4，导杆11-4套装有弹簧11-5，参见图2。吸取标签时标签吸附着在贴标吸头11-1上，进行标签压贴时，利用贴标吸头11-1头与探测杆的几何空间位置关系，即可转换出机器人在粘贴标签时，压贴的空间位置和角度关系，实现标签准确压贴至钢卷6内圈表面；通过以贴标吸头11-1与钢卷6接触线为中心，贴标吸头11-1在圆弧面往复压贴，从而实现标签的有效粘贴。优选，压缩空气泵9产生的压缩空气除了作为所有启动设备的压力源，还有一路经气泵冷却控制柜8内的冷凝装置通过管路直接吹入贴标吸头11-1内。探测机构10和贴标机构11中耐温较差的部件被包裹与保护壳17内，压缩空气泵9经冷凝装置与保护壳17内腔相连通。标签为市售的能耐温900℃铝合金基材标牌，一面是高温打印涂层，使用专用碳带热转印，另一面有固体胶涂层，在高温下该固体胶会软化形成粘合剂，用于粘合标签与钢卷。机器人1的动作由与其相连接的贴标PLC控制器控制，为了便于控温，机器人控制柜12、打印控制柜13和PLC控制柜15内均设置有空调，保障贴标用核心电子元件的稳定运行；各控制柜内均设有传感器，当机器人驱动温度高时自动预警。在贴标设备和贴标工位之间还设置有隔热屏障3，隔热屏障3呈三面围设结构，PLC控制柜15、打印控制柜13和机器人控制柜12设置在另一面与隔热屏障围合，将机器人1、真空泵7、压缩空气泵9、气泵冷却控制柜8以及冷却风机16围设于该围合空间内，冷却风机16可降低改空间内的环境温度，能充分适用热轧生产环境特点。为了便于出入，在PLC控制柜15、打印控制柜13之间安装安全门14。本实施例的隔热屏障3包括钢板外壳和夹填在钢板外壳内的高温耐热材料，高温耐热材料的厚度为5～10cm；隔热屏障3的防护高度较运输钢卷高出20～50cm，实现贴标设备安装位置温度控制较环境温度高5℃以内。隔热屏障3靠近贴标工位的一面开设有操作口，固定于机器人1第一轴旋转部位的机器人随动板4与操作口相匹配。当机器人1对贴标工位进行位置探测和粘贴标签时，机器人随动板4跟随机器人1第一轴转动，确保机器人1动作时不与隔热屏障发生碰撞，当机器人1工作完成回到原位时，机器人随动板4跟随转动与隔热屏障3形成隔热整体，避免热量辐射至贴标系统。

机器人安装与钢卷运输前进方向成夹角α，α取值为45°至60°之间，取值过大会易造成与前侧隔热屏障碰撞，取值过小会使机器人将贴标机构深入高温钢卷内圈动作的安全动作距离变小。由于生产线钢卷宽度规格从950mm至1950mm，宽度变化带来的机器人工作范围增加，经过反复测试机器人在该角度范围，结合探测装置工具坐标系的偏转，可以有效避开机器人运动时的奇异点（机器人奇异点包含：手腕奇异点为第四轴和第六轴重合，肘关节奇异点第五轴中心点在第一轴和第三轴的平面，肩部奇异点为第五轴中心点在第一轴和第二轴的平面）。

本高温钢卷贴标设备工作过程如下：钢卷到达贴标工位，L1控制器通过IO连锁释放机器人停止动作信号、触发贴标设备启动命令和发送所贴钢卷的生产编号给贴标PLC控制器。贴标PLC控制器收到启动命令后，判断钢卷车是否停稳在贴标工位，机器人是否回到其动作原点，吸取标签的真空泵和压贴标签的压缩空气泵压力是否满足，打印、视觉、机器人是否均在就绪状态。贴标PLC控制器触发机器人运行到吸取标签的等待位置，发送钢卷生产编号给打印计算机，打印计算机根据收到的钢卷生产编号，向指定的L2服务器数据库查询并读取钢卷标签打印信息，打印信息包含产品名称、编号、牌号、规格、重量、生产标准等信息，返回数据后触发打印机按照预先设定标签模板打印标签。贴标PLC控制器等待打印计算机返回打印完成信号，利用自反射型光电开关，检测吸取工位是否有标签。标签到达吸取工位，贴标PLC控制器触发机器人运行至吸取工位抓取标签后，探测钢卷外直径和钢卷端面位置，计算出钢卷卷芯中心线；根据卷芯中心线将探测机构垂直于钢卷深入钢卷内圈指定深度；对钢卷内圈九点钟方向探测该位置是否存在带钢层叠，如钢卷内圈九点钟带钢有层叠，则旋转探测机构对钢卷内圈十点钟方向进行探测；利用探测数据计算九点钟或十点钟位置探测位置是否有带钢层叠。机器人驱动贴标机构对钢卷内圈进行贴标动作，通过适应钢卷内圈的弧形贴标吸头，以触碰钢卷线为圆心，沿着弧线做±6°的往复碾压，同时，压缩空气泵产生的压缩空气一路经冷凝装置降温至25℃后直接吹入弧形贴标吸头内进行冷却，实现高温标签的粘贴；粘贴完成后通过贴标PLC控制器触发视觉灯光打开和视觉相机拍摄抓取标签图像。根据视觉图像读取标签内二维码的生产编号信息与贴标工位钢卷生产编号进行核对，利用图像识别判断标签四角的成像角度，判断是否有卷边等粘贴不牢固等现象。图像识别通过且机器人回到待机原点，贴标PLC控制器释放贴标运输工位停止信号，返回贴标完成信息给L1控制器，并触发贴标工位钢卷向下一工位运输。

在上述贴标过程出现的设备不就绪、粘贴标签识别不通过等信息，通过操作HMI系统向操作人员发出警告，并暂停运行中的设备等待人工处理异常。冷却风机在贴标装置工作时开启，贴标结束半小时后停止。

Claims (10)

1.一种高温钢卷贴标设备，其特征在于：包括机器人、机器人控制柜、PLC控制柜、打印控制柜、隔热屏障和机器人随动板，所述机器人末端安装有探测机构和贴标机构，所述贴标机构末端设有贴标吸头，所述贴标吸头为适应钢卷内圈的弧形结构，所述贴标吸头与真空泵连接，贴标吸头通过冷凝装置与压缩空气泵相连接；所述机器人控制柜内的机器人控制器控制所述机器人运动，所述PLC控制柜内设置有贴标PLC控制器，所述贴标PLC控制器与所述机器人控制器通过工业总线连接，所述打印控制柜设置有打印计算机和打印机，所述贴标PLC控制器通过以太网与所述打印计算机、视觉计算机、L1控制器连接；

所述L1控制器，通过IO连锁释放机器人停止动作信号、触发贴标设备启动命令和发送所贴钢卷的生产编号给贴标PLC控制器；

所述贴标PLC控制器，利用现场IO采集现场钢卷运输车位置、触发控制机器人动作、探测钢卷的探测信号、控制视觉相机取像、检测标签打印是否完成、控制视觉相机灯光、冷却风机和吸取粘贴气阀；

所述打印计算机，根据收到的钢卷生产编号，向指定的L2服务器数据库查询并读取钢卷标签打印信息，返回数据后触发打印机按照预先设定标签模板打印标签；

所述视觉计算机，控制视觉相机取像；

所述机器人、所述机器人控制柜、所述PLC控制柜、所述打印控制柜、所述真空泵、所述压缩空气泵和所述冷却风机均设于所述隔热屏障内，所述隔热屏障靠近贴标工位的一面开设有操作口，固定于所述机器人第一轴旋转部位的所述机器人随动板与所述操作口相匹配。

2.根据权利要求1所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：贴标PLC控制器通过PROFI-DP总线与所述机器人连接。

3.根据权利要求2所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述探测机构的探测头和所述贴标机构的贴标吸头呈180°对称安装，所述探测机构和所述贴标机构中耐温较差的部件被包裹与保护壳内。

4.根据权利要求3所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述压缩空气泵经所述冷凝装置与所述保护壳相连通。

5.根据权利要求4所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述探测头采用耐温达220℃以上的高温摆臂开关。

6.根据权利要求5所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述贴标吸头安装于连接板上，所述连接板通过限位杆与所述保护壳相连接，所述连接板设置有与所述保护壳滑动配合的导杆，所述导杆套装有弹簧。

7.根据权利要求1至6任一项所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述隔热屏障包括钢板外壳和夹填在所述钢板外壳内的高温耐热材料，所述高温耐热材料的厚度为5～10cm。

8.根据权利要求7所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述隔热屏障高出位于所述贴标工位的钢卷20～50 cm。

9.根据权利要求1所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述机器人的原点位置与所述钢卷运输前进方向夹角为45°～60°。

10.根据权利要求1所述的高温钢卷贴标设备，其特征在于：所述机器人控制柜、所述PLC控制柜和所述打印控制柜内安装有空调。