新型带钢钢卷自动焊接机器人的设计与应用

胡雯雯 陆志忠 徐小龙 商 莹 盛振风 龚小俊

(安徽马钢表面技术股份有限公司,安徽 马鞍山243000)

1 概述

目前在冶金行业带钢轧制生产线中,半成品的带钢钢卷内圈会出现松动和下垂,因此带钢钢卷在搬运、开卷或进行下一道工序时,会无法安装到开卷卷筒上,导致下一步工作无法开展。为了解决内圈松动不利用于搬运、安装干涉等问题,通常采用人工焊接的方式,但人工焊接需要费时、费力,且焊接质量无法保证,生产效率不能提升,降低了产线自动化水平。为了克服现有技术存在的缺陷与不足,设计制造了一套带钢钢卷自动焊接机器人。

2 带钢钢卷自动焊接机器人结构

带钢钢卷自动焊接机器人机构实施主要由6部分组成,如图1所示。

图1 带钢钢卷自动焊接机器人主要实施机构

焊接机器人本体5机构如图2所示,通过齿轮齿条传动,X轴电机组件513驱动其底部齿轮带动滚轮组件58,使其在地轨架部件4上实现整个焊接机器人本体在X轴方向的直线运动。Y轴电机组件511通过联轴器连接丝杠部件512,实现滑板平台在直线导轨514上Y轴方向竖直移动。滑板57连接回转支承55,通过C轴电机组件515驱动,视觉引导机构51、焊钳组件52、平衡组件53通过连接件54连接回转支承55,从而实现焊钳组件52旋转。

图2 焊接机器人结构组成

焊接模块如图3所示,主要包括焊钳组件52和平衡组件53。固定框架521一端通过连接件54联接回转支承,另一端通过直线导轨523与平衡框架522连接。平衡框架522中安装焊枪头525、气缸组件524及开启机构526。平衡框架沿着两侧直线导轨上下移动,用来补偿焊枪力对固定框架的冲击。

图3 焊接模块结构组成

3 带钢钢卷自动焊接机器人焊接工作原理

3.1 带钢钢卷1中心位置分析:视觉引导机构51进行激光3D扫描,确定钢卷中心,寻找焊接位置,如图4所示。

图4 带钢钢卷中心位置分析

3.2 带钢钢卷自动焊接机器人完成位置分析后,向确定位置移动,如图5所示。

图5 焊接机器人向确定位置移动

3.3 焊接机器人前端开启机构526打开,开启机构526采用连杆机构,通过一个旋转气缸从中心往外推动三个展开臂,同时展开臂沿卷曲带钢内圈的方向旋转,焊枪组件继续向确定位置移动,如图6所示。

图6 开启机构打开

3.4 开启机构526打开的展开臂将松动的带钢内圈卷曲起来,继续移动,如图7所示。

图7 开启机构将带钢内圈卷取

3.5 到达指定位置后,保持卷曲旋转的同时,前端已伸入内圈的视觉引导机构51进行扫描,分析焊缝位置,如图8所示,区域内,检测到一条边缘。

图8 视觉引导机构确定焊缝位置

焊缝检测原理:采用海康VM算法中的匹配工具,选定一个区域,相机处于边旋转边拍照的状态,焊缝出现在区域中时,相机反馈OK信号,否则反馈NG信号。

3.6 确定焊缝位置后,气缸组件524中的固定气缸伸出固定带钢钢卷内圈。

图9 固定气缸伸出固定带钢钢卷内圈

3.7 位置传感器发出指令通知焊接机器人,焊接机器人通知焊枪头伸出,完成焊接。

3.8 焊接机器人完成焊接工作,开启机构526关闭,收回所述焊枪头及固定气缸。

3.9 焊接机器人退出带钢钢卷,返回原位。

3.10 视觉引导机构检测流程。

图10 检测流程图

4 结论

新型带钢钢卷自动焊接机器人的设计结构新颖、配置合理、操作方便、运行可靠,有效提高带钢钢卷焊接效率和焊接质量,加快产线生产节拍,提升生产效率和自动化水平。