一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置
技术领域
本发明涉及焊接机器人技术领域，具体涉及一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置。
背景技术
在钢铁生产中，企业生产的棒材，交付客户时均是成捆交货，每捆棒材两端都需要粘打标签和悬挂标牌，用于显示棒材的钢种、炉号、规格、长度等信息，相当于棒材的“身份证”，是棒材产品档次的体现，有助于提高棒材产品的附加值，因此受到许多钢铁企业的重视。
悬挂标牌的环节称为钢筋打标环节，目前企业主要采用人工进行定位、焊标。然而，随着生产节奏的加快，打标人员在面对高强度、重复性劳作时，很容易产生疲劳和厌倦情绪，进而导致工作效率变低，出现错焊、漏焊和掉牌等问题，同时高温、高粉尘、高噪音等恶劣环境也会给从业人员带来伤害，这些人工作业面临的问题也制约着企业的进一步发展。
目前在国内极少数棒材厂所实施的自动焊牌装置也基本只能通过机器人完成单一的焊牌作业流程，一方面，没有与产线计量模块进行有效的交互，另一方面，固定后的机器人工作范围有限，针对棒材生产的不同长度规格的钢捆变化，无法真正实现全自动化和无人化标牌焊接作业。
发明内容
针对不同长度规格的棒材，为了解决上述存在的技术难题，在棒材运输链齐头挡板端，定义为固定端，通过固定端焊接机器人及配套设备完成固定端标牌的焊接作业；在棒材另一端，定义为移动端，通过移动一个固定有移动端焊接机器人及配套设备的移动平台完成不同长度规格的移动端标牌的焊接作业；通过设置固定端和移动端的焊接工作独立地由一套PLC控制模块集中控制，可实现同步焊牌或单端独立焊牌，进一步地提供了一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置，采用的技术方案包括：包括标牌信息跟踪模块、固定端标牌供应模块、固定端视觉采集分析模块、固定端焊钉供应模块、固定端焊接机器人、PLC电气控制模块、移动端标牌供应模块、移动端视觉采集分析模块、移动端焊钉供应模块、移动端焊接机器人；
所述的标牌信息跟踪模块，用于获取棒材生产线计量单元的采集数据作为标牌数据，并将其传送至钢捆跟踪队列中存储；其中标牌数据包括但不限于棒材规格、棒材重量、棒材的钢材型号、钢材长度、钢材炉号信息；
所述的固定端标牌供应模块，用于将所述的钢捆跟踪队列中的信息打印在标牌上，将打印完成的标牌进行有序排队、传输到固定端标牌输出口；
所述的固定端视觉采集分析模块，用于识别固定端未焊牌的钢捆，对该钢捆的钢棒端面进行识别和定位焊接位置，对焊牌后的钢捆进行标牌检测；
所述的固定端焊钉供应模块，用于将多个焊钉依次进行排队并传输到固定端焊钉输出口；
所述的固定端焊接机器人，用于将从所述的固定端标牌输出口获取的标牌和所述的固定端焊钉输出口获取的焊钉按照所述的焊接位置焊接在固定端棒材端面上；
所述的移动端标牌供应模块，用于将所述的钢捆跟踪队列中的信息打印在标牌上并将打印完成的标牌进行有序排队并传输到移动端标牌输出口；
所述的移动端视觉采集分析模块，用于分辨出移动端未焊牌的钢捆，对该钢捆的钢棒端面进行识别和定位出焊接位置并对焊牌后的钢捆进行标牌检测；
所述的移动端焊钉供应模块，用于将多个焊钉依次进行排队并传输到移动端焊钉输出口；
所述的移动端焊接机器人，用于将从所述的移动端标牌输出口获取的标牌和所述的移动端焊钉输出口获取的焊钉按照所述的焊接位置焊接在移动端棒材端面上；
所述的PLC电气控制模块，用于接收产线模块的运输链移动信号，获取到所述的焊接位置后，控制所述的固定端焊接机器人和所述的移动端焊接机器人完成标牌焊接；
其中所述的标牌信息跟踪模块、固定端标牌供应模块、固定端视觉采集分析模块、固定端焊钉供应模块、固定端焊接机器人和PLC电气控制模块固定于棒材固定端，所述固定端为棒材运输链齐头挡板端，完成对棒材固定端面的标牌焊接；
所述的移动端标牌供应模块、移动端视觉采集分析模块、移动端焊钉供应模块和移动端焊接机器人固定于棒材移动端的工作平台上，根据不同长度规格的棒材，自动移动工作平台，完成对棒材移动端面的标牌焊接，所述移动端面为棒材运输链齐头挡板端的另一端。
作为改进，所述的棒材移动端工作平台还包括伺服电机，将自动移动工作平台与伺服电机驱动固定连接。
作为改进，所述的标牌信息跟踪模块分别独立地与所述的固定端标牌供应模块和所述的移动端标牌供应模块进行信息交互，其中通过将钢捆跟踪队列中获取的标牌信息独立地传输至固定端标牌供应模块和移动端标牌供应模块。
作为改进，所述的固定端标牌供应模块和移动端标牌供应模块均独立地设置，包括：标牌打印机和标牌输送机构；所述标牌打印机用于将所述的标牌信息跟踪模块中的钢捆跟踪队列信息打印在标牌上；所述标牌输送机构用于将打印好的标牌进行有序排队并输送到固定端标牌输出口和移动端标牌输出口。
作为改进，所述的固定端视觉采集分析模块和移动端视觉采集分析模块均独立地设置，包括：图像采集设备、图像分析处理模块；其中所述图像采集设备，用于采集棒材的固定端面和移动端面图像信息；所述图像分析处理模块，用于对图像采集设备采集的图像进行分析处理，获得钢棒坐标位置。
作为改进，图像分析处理模块获得钢棒坐标位置的方法为：通过将固定端和/或移动端对应的图像采集设备采集的高清图像进行包括但不限于校准、滤波、二值化的预处理，再通过包括但不限于边缘检测、特征提取、图像分割算法判别出实际未焊牌的钢捆，再进行包括但不限于颗粒分析、模式匹配的图像分析方法，识别钢棒具体位置和外形信息，并根据所获得的包括但不限于亮度、轮廓圆度的信息综合分析，获得钢棒坐标位置。
作为改进，所述的图像采集设备包括摄像装置和激光测距传感器，分别独立的通过支架固定安装在固定端面和/或移动端位置；所述摄像装置用于对棒材的端面进行图像采集，得到端面图像；所述激光测距传感器，用于采集棒材的端面到摄像装置的实时距离数据信息。
作为改进，所述固定端焊钉供应模块和移动端焊钉供应模块分别独立地设置，均包括：供料振动盘和空气压缩机；所述供料振动盘，用于响应设定的续钉指令将多个无序的焊钉通过振动进行有序排列；所述空气压缩机，用于将有序排列的焊钉运输到工作指令的焊钉输出口。
作为改进，所述的PLC电气控制模块与所述的固定端焊接机器人和移动端焊接机器人设置为电性连接或无线通讯连接，用于发出工作指令至固定端焊接机器人和/或移动端焊接机器人，对棒材固定端面和/或移动端面进行同步焊牌或单独独立焊牌工作。
作为改进，所述的固定端焊接机器人和移动端焊接机器人分别独立地包括焊枪手臂，通过焊枪手臂独立地与PLC电气控制模块电性连接或无线通讯连接，接收和或执行PLC电气控制模块的工作指令，进行对应焊接机器人工作指令下完成对应焊接位置的焊牌作业。
有益效果：本发明提供一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置，是通过与产线计量模块进行有效的交互，有效的避免了错焊、漏焊的情况出现；通过焊接机器人与机器视觉技术相结合，实现了标牌的精准定位和焊接，避免了高温、高粉尘、高噪音等恶劣环境给从业人员带来的伤害；通过固定端焊接机器人和移动端焊接机器人两套焊接机器人模块，独立地由一套PLC控制模块集中控制，针对不同长度规格的棒材，可实现棒材两端自动同步焊牌或单端独立焊牌，真正实现了棒材厂标牌焊接的全自动化，极大地提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明一实施例中提供的一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置的组成示意图。
图2为本发明一实施例中提供的一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置的工作流程图。
附图标记：标牌信息跟踪模块10、固定端标牌供应模块20、固定端视觉采集分析模块30、固定端焊钉供应模块40、固定端焊接机器人50、移动端标牌供应模块60、移动端视觉采集分析模块70、移动端焊钉供应模块80、移动端焊接机器人90、PLC电气控制模块100。
具体实施方式
下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。
图1为本发明一实施例中提供的一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置的组成示意图，如图1所示，包括标牌信息跟踪模块10、固定端标牌供应模块20、固定端视觉采集分析模块30、固定端焊钉供应模块40、固定端焊接机器人50、PLC电气控制模块100、移动端标牌供应模块60、移动端视觉采集分析模块70、移动端焊钉供应模块80、移动端焊接机器人90。
所述的标牌信息跟踪模块10与产线计量模块通讯，用于获取计量模块采集包括规格、重量等信息，作为标牌数据，并将其加入钢捆跟踪队列中；所述的固定端标牌供应模块20和移动端标牌供应模块60与所述的标牌信息跟踪模块10和PLC电气控制模块100相连相连，用于将所述的钢捆跟踪队列中的信息打印在标牌上并将打印完成的标牌进行有序排队并传输到固定端和移动端标牌输出口；所述的固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70与PLC电气控制模块100相连，用于分辨出固定端和移动端未焊牌的钢捆，对该钢捆的钢棒端面数据进行识别和分析定位出焊接位置，并对焊牌后的钢捆进行标牌检测；所述的固定端焊钉供应模块40和移动端焊钉供应模块80与所述的PLC电气控制模块100相连，用于将多个焊钉依次进行排队并传输到固定端和移动端焊钉输出口；所述的固定端焊接机器人50与PLC电气控制模块100相连，通过所述的焊枪手臂分别从所述的固定端标牌输出口取得标牌和所述的固定端焊钉输出口取得焊钉后，按照所述的焊接位置焊接在固定端棒材端面上。所述的移动端焊接机器人90与PLC电气控制模块100相连，PLC电气控制模块100采集到棒材的长度尺寸后，根据需要移动所述的移动端工作平台到合适位置，移动端焊接机器人90通过所述的焊枪手臂分别从所述的移动端标牌输出口取得标牌和所述的移动端焊钉输出口取得焊钉后，按照所述的焊接位置将标牌焊接在移动端棒材端面上。
在本发明的一个实施例中，图1中的标牌信息跟踪模块10、固定端标牌供应模块20、固定端视觉采集分析模块30、固定端焊钉供应模块40、固定端焊接机器人50和PLC电气控制模块100固定于棒材固定端，固定端焊接机器人50通过PLC电气控制模块100控制从所述的固定端标牌供应模块20取得打印好的标牌和从固定端焊钉供应模块40取得焊钉，根据固定端视觉采集分析模块30采集分析的焊接位置，完成对棒材固定端面的标牌焊接。
在本发明的一个实施例中，图1中的移动端标牌供应模块60、移动端视觉采集分析模块70、移动端焊钉供应模块80和移动端焊接机器人90固定于棒材移动端的工作平台上，PLC电气控制模块100采集到棒材的长度尺寸后，根据需要移动所述的移动端工作平台到合适位置，移动端焊接机器人90通过PLC电气控制模块100控制从所述的移动端标牌供应模块60取得打印好的标牌和从移动端焊钉供应模块80取得焊钉，根据移动端视觉采集分析模块70采集分析的焊接位置，完成对棒材移动端面的标牌焊接。
在本发明的一个实施例中，为了确保移动端图像定位和焊牌动作的可靠性，所述的棒材移动端工作平台由伺服电机驱动进行精确的定位。
在本发明的一个实施例中，图1所述的固定端标牌供应模块20和移动端标牌供应模块60包括标牌打印机和标牌输送机构，标牌打印机分别用于将所述的标牌信息跟踪模块10中的钢捆跟踪队列信息打印在标牌上；标牌输送机构分别用于将打印好的标牌进行有序排队并输送到固定端和移动端标牌输出口。
需要说明的是，标牌打印机可以仅在第一个标牌打印完成后产生一次打印完成指令，之后的标牌打印完成后只需将打印好的标牌输出到标牌输出口即可。
在本发明的一个实施例中，图1所述的固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70包括图像采集设备和图像分析处理模块，图像采集设备分别用于采集固定端和移动端棒材端面的图像信息；图像分析处理模块分别用于将固定端和移动端所述的图像采集设备采集的高清图像进行校准、滤波、二值化等预处理，再通过边缘检测、特征提取、图像分割等算法准确判别出实际未焊牌的钢捆，经颗粒分析、模式匹配等图像分析方法，识别钢棒具体位置和外形信息，并根据所获得的亮度、轮廓圆度等信息综合分析，给出综合效果最好的一组钢棒坐标位置。
在本发明的一个实施例中，为了实现标牌的精准定位，所述的图像采集设备包括摄像装置和激光测距传感器，其中摄像装置优选地为工业相机，激光测距传感器优选地为高精度激光测距传感器，采用工业相机用于对棒材的端面进行图像采集，得到端面图像；高精度激光测距传感器用于采集棒材的端面到工业相机的实时距离数据信息。
在本发明的一个实施例中，图1所述固定端焊钉供应模块40和移动端焊钉供应模块80包括供料振动盘和空气压缩机，供料振动盘分别用于响应所述续钉指令将多个无序的焊钉通过振动进行有序排列；空气压缩机分别用于将有序排列的焊钉运输到所述焊钉输出口。
在本发明的一个实施例中，图1所述的PLC电气控制模块100与所述的固定端标牌供应模块20、固定端视觉采集分析模块30、固定端焊钉供应模块40、固定端焊接机器人50、移动端标牌供应模块60、移动端视觉采集分析模块70、移动端焊钉供应模块80、移动端焊接机器人90相连，可实现不同长度规格棒材固定端面和移动端面同步焊牌或单独独立焊牌。
在本发明的一个实施例中，图1所述的固定端焊接机器人50和移动端焊接机器人90包括焊枪手臂，与所述的PLC电气控制模块100和所述的固定端焊接机器人50或移动端焊接机器人90相连，在PLC电气控制模块100的控制下，跟随固定端焊接机器人50或移动端焊接机器人90依次获取焊钉和标牌，并运动至所述的焊接位置完成标牌焊接作业。
本发明一实施例中提供的一种用于不同规格成品棒材的标牌焊接装置的工作流程图如图2所示，具体如下：
1)当棒材经过剪切、成捆、撞齐等生产工序之后，标牌信息跟踪模块10从产线计量模块获取棒材的标牌信息分别给固定端标牌供应模块20和移动端标牌供应模块60的标牌打印机打印，然后通过标牌输送机构分别将打印好的标牌进行有序排队并输送到固定端和移动端标牌输出口；同时分别向PLC电气控制模块100传输[标牌打印完成]信息，告知PLC电气控制模块100棒材生产已完成、标牌打印已完成；
2)PLC电气控制模块100接收到[标牌打印完成]信息的同时，分别控制固定端焊钉供应模块40和移动端焊钉供应模块80自动排钉并将焊钉传输到焊钉输出口，完成后向PLC电气控制模块100传输[焊钉已就位]信息。
3)当棒材钢捆被依次输送到成品运输链，再由PLC电气控制模块100接收产线模块的运输链移动信号，由此计算出未焊牌钢捆的位置并进行实时跟踪；钢捆跟踪以前一次焊牌时两个端面分别在图像视野中的空间坐标为基准，计算出下一捆未焊牌钢捆的焊牌目标位置和极限移动位置。
4)当钢捆前进距离达到目标位置且运输链停止时，PLC电气控制模块100采集钢捆长度信息根据需要移动固定有移动端焊接机器人90的工作平台到合适位置，自动触发固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70进行图像采集、分析和定位，分别获取钢捆中可焊牌钢捆两端的三维空间位置坐标。PLC电气控制模块100将固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70获取的焊接位置信息经处理后分别发送给固定端焊接机器人50和移动端焊接机器人90，固定端焊接机器人50和移动端焊接机器人90自动执行取标牌、取焊钉、焊标牌的一系列动作。
5)当钢捆前进距离达到极限移动目标位置，则强制锁定运输链停止。
PLC电气控制模块100采集钢捆长度信息根据需要移动固定有移动端焊接机器人90的工作平台到合适位置，自动触发固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70进行图像采集、分析和定位，分别获取钢捆中可焊牌钢捆两端的三维空间位置坐标。PLC电气控制模块100将固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70获取的焊接位置信息经处理后分别发送给固定端焊接机器人50和移动端焊接机器人90，固定端焊接机器人50和移动端焊接机器人90自动执行取标牌、取焊钉、焊标牌的一系列动作。
6)焊牌动作结束后，固定端视觉采集分析模块30和移动端视觉采集分析模块70分别会第一时间再次采集图像以判别是否已将标牌焊在钢捆上，如未检测到标牌，则自动触发重焊流程，并给出一组新的钢捆定位坐标以提高重焊的成功率。如果达到设定重焊次数仍未成功焊牌，则本装置会自动跳过该钢捆，执行对下一捆的焊牌，并自动更新焊牌信息和定位目标，保证整个自动流程不会终止或错乱，同时会在操作画面上提示操作人员对未焊牌钢捆进行补焊。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
