新型帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡雯雯 陸志忠 徐小龍 商 瑩 盛振風(fēng) 龔小俊

(安徽馬鋼表面技術(shù)股份有限公司,安徽 馬鞍山243000)

1 概述

目前在冶金行業(yè)帶鋼軋制生產(chǎn)線中,半成品的帶鋼鋼卷內(nèi)圈會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和下垂,因此帶鋼鋼卷在搬運(yùn)、開(kāi)卷或進(jìn)行下一道工序時(shí),會(huì)無(wú)法安裝到開(kāi)卷卷筒上,導(dǎo)致下一步工作無(wú)法開(kāi)展。為了解決內(nèi)圈松動(dòng)不利用于搬運(yùn)、安裝干涉等問(wèn)題,通常采用人工焊接的方式,但人工焊接需要費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,且焊接質(zhì)量無(wú)法保證,生產(chǎn)效率不能提升,降低了產(chǎn)線自動(dòng)化水平。為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足,設(shè)計(jì)制造了一套帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人。

2 帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)

帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)施主要由6部分組成,如圖1所示。

圖1 帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人主要實(shí)施機(jī)構(gòu)

焊接機(jī)器人本體5機(jī)構(gòu)如圖2所示,通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng),X軸電機(jī)組件513驅(qū)動(dòng)其底部齒輪帶動(dòng)滾輪組件58,使其在地軌架部件4上實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊接機(jī)器人本體在X軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。Y軸電機(jī)組件511通過(guò)聯(lián)軸器連接絲杠部件512,實(shí)現(xiàn)滑板平臺(tái)在直線導(dǎo)軌514上Y軸方向豎直移動(dòng)?；?7連接回轉(zhuǎn)支承55,通過(guò)C軸電機(jī)組件515驅(qū)動(dòng),視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)51、焊鉗組件52、平衡組件53通過(guò)連接件54連接回轉(zhuǎn)支承55,從而實(shí)現(xiàn)焊鉗組件52旋轉(zhuǎn)。

圖2 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成

焊接模塊如圖3所示,主要包括焊鉗組件52和平衡組件53。固定框架521一端通過(guò)連接件54聯(lián)接回轉(zhuǎn)支承,另一端通過(guò)直線導(dǎo)軌523與平衡框架522連接。平衡框架522中安裝焊槍頭525、氣缸組件524及開(kāi)啟機(jī)構(gòu)526。平衡框架沿著兩側(cè)直線導(dǎo)軌上下移動(dòng),用來(lái)補(bǔ)償焊槍力對(duì)固定框架的沖擊。

圖3 焊接模塊結(jié)構(gòu)組成

3 帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人焊接工作原理

3.1 帶鋼鋼卷1中心位置分析:視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)51進(jìn)行激光3D掃描,確定鋼卷中心,尋找焊接位置,如圖4所示。

圖4 帶鋼鋼卷中心位置分析

3.2 帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人完成位置分析后,向確定位置移動(dòng),如圖5所示。

圖5 焊接機(jī)器人向確定位置移動(dòng)

3.3 焊接機(jī)器人前端開(kāi)啟機(jī)構(gòu)526打開(kāi),開(kāi)啟機(jī)構(gòu)526采用連桿機(jī)構(gòu),通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸從中心往外推動(dòng)三個(gè)展開(kāi)臂,同時(shí)展開(kāi)臂沿卷曲帶鋼內(nèi)圈的方向旋轉(zhuǎn),焊槍組件繼續(xù)向確定位置移動(dòng),如圖6所示。

圖6 開(kāi)啟機(jī)構(gòu)打開(kāi)

3.4 開(kāi)啟機(jī)構(gòu)526打開(kāi)的展開(kāi)臂將松動(dòng)的帶鋼內(nèi)圈卷曲起來(lái),繼續(xù)移動(dòng),如圖7所示。

圖7 開(kāi)啟機(jī)構(gòu)將帶鋼內(nèi)圈卷取

3.5 到達(dá)指定位置后,保持卷曲旋轉(zhuǎn)的同時(shí),前端已伸入內(nèi)圈的視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)51進(jìn)行掃描,分析焊縫位置,如圖8所示,區(qū)域內(nèi),檢測(cè)到一條邊緣。

圖8 視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)確定焊縫位置

焊縫檢測(cè)原理:采用?？礦M算法中的匹配工具,選定一個(gè)區(qū)域,相機(jī)處于邊旋轉(zhuǎn)邊拍照的狀態(tài),焊縫出現(xiàn)在區(qū)域中時(shí),相機(jī)反饋OK信號(hào),否則反饋NG信號(hào)。

3.6 確定焊縫位置后,氣缸組件524中的固定氣缸伸出固定帶鋼鋼卷內(nèi)圈。

圖9 固定氣缸伸出固定帶鋼鋼卷內(nèi)圈

3.7 位置傳感器發(fā)出指令通知焊接機(jī)器人,焊接機(jī)器人通知焊槍頭伸出,完成焊接。

3.8 焊接機(jī)器人完成焊接工作,開(kāi)啟機(jī)構(gòu)526關(guān)閉,收回所述焊槍頭及固定氣缸。

3.9 焊接機(jī)器人退出帶鋼鋼卷,返回原位。

3.10 視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)檢測(cè)流程。

圖10 檢測(cè)流程圖

4 結(jié)論

新型帶鋼鋼卷自動(dòng)焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、配置合理、操作方便、運(yùn)行可靠,有效提高帶鋼鋼卷焊接效率和焊接質(zhì)量,加快產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍,提升生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平。