钢卷点焊方法及点焊装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种钢卷点焊方法及点焊装置。

背景技术

在冶金工厂轧钢车间，将钢卷内圈带头点焊有利于后续生产操作。如冷轧钢卷进入罩式退火炉前，钢卷一般采用立式吊具进行吊运，为防止钢卷卷芯松动导致芯部钢卷损坏或抽芯故障，必须要将钢卷内圈带头点焊固定；又如冷轧切边整理机组入口进行拆捆带操作后，需要转动地辊调整钢卷外圈带头位置，以利于后续上开卷机，如果钢卷内圈不固定，则会导致地辊转动时内圈越来越松，造成上开卷机困难；另外，在冷轧车间，有些成品钢卷也需要进行内圈点焊后出库。

目前，将钢卷内圈点焊大多采用手动点焊，该方式操作人员劳动强度大，效率低，且对人身健康会造成一定危害，点焊机器人被越来越多的冶金工厂采用。如图1所示，钢卷内圈点焊机器人一般包含工业机器人1、焊接工具头2、焊机3三大部件。焊接工具头安装在工业机器人第六轴的法兰盘上，由机器人驱动焊接工具头进入钢卷卷芯在点焊操作固定鞍座4完成点焊功能。因其操作方式自动化程度高，对相关检测、计算方法提出了新的要求，尤其是对焊接工具头进入钢卷前的初始位置的定位要求较高，定位的准确度将会直接影响点焊机器人点焊操作的成败和效果。

发明内容

本发明提了一种钢卷点焊方法及点焊装置，旨在于解决焊接工具头进入钢卷前的初始位置的定位问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种钢卷点焊方法，所述钢卷点焊方法包括以下步骤：

S1、钢卷5进入检测开关检测区域时，通过第一测距仪检测钢卷装载装置对应的检测位置，获取第一测量值，且所述第一测距仪的检测方向为所述钢卷装载装置的移动方向；

S2、所述钢卷离开所述检测开关的检测区域时，所述第一测距仪获取第二测量值；

S3、于所述钢卷到达点焊操作固定鞍座后，所述钢卷装载装置停止移动，此时所述第一测距仪获取第三测量值；且所述钢卷的圆柱面正对第二测距仪，通过所述第二测距仪获取第四测量值，且所述第二测距仪的检测方向垂直于钢卷装载装置的移动方向；

S4、根据所述第一测量值、第二测量值、第三测量值及第四测量值计算所述钢卷宽度、所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置以及所述钢卷卷芯高度，所述步骤S4包括：S41、根据所述第一测量值及所述第二测量值计算所述钢卷宽度；

S42、根据所述第一测量值及第三测量值计算所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置；S43、根据所述第四测量值计算所述钢卷卷芯高度；

S5、焊接工具头根据计算的所述钢卷宽度、钢卷端面位置以及钢卷卷芯高度对钢卷的内圈点焊。

作为优选，所述步骤S42包括以下步骤：

当所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时，根据所述检测开关与所述第一测距仪的之间的距离值、所述第一测量值及所述第三测量值计算所述钢卷远离所述第一测距仪的一侧的端面位置。

作为优选，当所述第二激光测距仪位于所述钢卷卷芯下方，且所述点焊操作固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置为线段时，所述步骤S43包括以下步骤：

根据所述钢卷半径计算所述点焊操作固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置至所述钢卷水平中轴线的第一距离；

根据所述钢卷半径计算所述点焊固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置至点焊操作固定鞍座所处水平面的第二距离；

根据所述第一距离及第二距离计算所述钢卷卷芯高度。

作为优选，当所述第二激光测距仪位于所述钢卷卷芯上方，且所述点焊操作固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置为弧面时，所述步骤S43包括以下步骤：

根据所述钢卷半径计算所述第二测距仪到所述钢卷水平中轴线的第三距离；

根据所述第三距离计算所述钢卷卷芯高度。

作为优选，计算所述钢卷半径的步骤包括：根据所述第四测量值计算所述钢卷半径。

作为优选，于所述点焊操作固定鞍座的一侧的支架上安装所述第二测距仪，所述支架的高度不超过所述钢卷卷芯高度。

作为优选，于所述点焊操作固定鞍座的一侧的支架上安装所述第二测距仪，所述支架的高度不低于所述钢卷卷芯高度。

作为优选，于所述检测位置设置有反射板，通过第一测距仪检测所述反射板的位置。

本发明还提供一种钢卷点焊装置，所述钢卷点焊装置包括：

点焊操作固定鞍座，用于固定所述钢卷以对其进行点焊；

钢卷装载装置，用于将所述钢卷运输至点焊操作固定鞍座；

第一测距仪，位于所述钢卷装载装置的一侧，用于检测钢卷装载装置对应的检测位置；

第二测距仪，位于所述点焊操作固定鞍座的一侧，且正对所述钢卷的圆柱面，用于检测所述第二测距仪与所述钢卷外圆面对应位置之间的距离；

检测开关，用于记录所述钢卷进入所述检测开关检测区域的时刻以及所述钢卷移出所述检测开关检测区域的时刻。

作为优选，还包括：反射板，位于所述检测位置，用于接收所述第一测距仪发射的信号。

本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的点焊方法中，通过计算钢卷点焊操作固定鞍座的端面位置及卷芯高度，确定焊接工具头进入钢卷卷芯前的初始水平位置及高度位置，为后续机器人点焊操作提供可靠保障；

(2)本发明提供的点焊方法中，当钢卷半径处于不同范围时，采用不同的计算方法计算钢卷半径，提高钢卷半径计算值和钢卷卷芯计算值的准确度；

(3)本发明提供的点焊装置中，第二测距仪安装于点焊操作固定鞍座的一侧支架上，减少机器人操作时间，提高点焊效率，同时避免影响天车运行或被天车碰撞的风险，使设备运行更可靠。

附图说明

图1为钢卷内圈点焊机器人焊接工具头初始位置图；

图2为本发明提供的钢卷点焊装置的结构示意图；

图3为本发明提供实施例的钢卷点焊装置的部分结构示意图；

图4为本发明提供实施例的钢卷点焊装置的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图2，本发明提供一种钢卷点焊方法。钢卷装载装置将钢卷依次沿第一存放鞍座、第二存放鞍座运送至点焊操作固定鞍座，点焊机器人在点焊操作固定存放鞍座对钢卷进行点焊。在点焊机器人焊接工具头进入钢卷卷芯前，需确定点焊机器人焊接工具头初始位置。本发明实施例提供的点焊方法中，通过计算钢卷位于点焊操作固定鞍座的端面位置，确定焊接工具头进入钢卷卷芯的初始水平位置；根据钢卷半径计算钢卷卷芯高度，确定焊接工具头进入钢卷卷芯前的初始高度位置；通过计算钢卷宽度，确定钢卷焊点位置及焊点个数，为后续机器人点焊操作提供可靠保障。

本发明实施例提供的钢卷点焊方法包括以下步骤：

S1、在钢卷进入检测开关检测区域时刻T1，通过第一测距仪10检测钢卷装载装置8对应的检测位置，获取第一测量值L1，且所述第一测距仪的检测方向为所述钢卷装载装置的移动方向；

优选地，于所述检测位置设置反射板9，通过第一测距仪检测反射板与第一测距仪的距离。

S2、在所述钢卷离开所述检测开关的检测区域的T2时刻，所述第一测距仪获取第二测量值L2。

S3、于所述钢卷到达点焊操作固定鞍座停止运行的T3时刻，通过所述第一测距仪获取第三测量值L3，同时通过第二测距仪测量所述第二测距仪与所述钢卷外圆面对应位置之间的距离，且该距离为第四测量值L4；在钢卷5到达点焊操作固定鞍座4后的T3时刻，所述钢卷装载装置停止移动，此时所述第一测距仪获取第三测量值L3；且所述钢卷的圆柱面正对第二测距仪，通过所述第二测距仪获取第四测量值L4，且所述第二测距仪的检测方向垂直于钢卷装载装置的移动方向；

S4、根据所述第一测量值、第二测量值、第三测量值及第四测量值计算所述钢卷宽度、所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置以及所述钢卷卷芯高度，所述步骤S4包括：

S41、根据所述第一测量值及所述第二测量值计算所述钢卷宽度。具体地，在T1-T2时刻之间，反射板移动的距离为L2-L1。由于钢卷及反射板随钢卷装载装置运动，因此在此时间段，钢卷移动距离为钢卷宽度＝L2-L1；

S42、根据所述第一测量值L1及第三测量值计算所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置。具体地，检测开关与第一测距仪之间的距离为已知量A，因此钢卷端面与反射板的距离＝A-L1，当钢卷位于点焊操作固定鞍座时，此时钢卷远离第一测距仪的一侧的端面位置＝L3+L1-A。

S43、根据所述第四测量值计算所述钢卷卷芯高度。

当钢卷半径R范围较大(450mm-1050mm)，在点焊操作固定鞍座上存放时，半径较大的钢卷和半径较小的钢卷与鞍座接触点不同，因此钢卷卷芯高度H计算方法不同，以提高钢卷半径计算值和钢卷卷芯计算值的准确度。

当所述钢卷半径范围在750mm-1050mm之间时，所述第二测距仪位于所述钢卷卷芯下方，且当所述点焊操作固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置为线段时，通过如下方式计算所述钢卷半径及所述钢卷卷芯高度。

参见图3，已知数值：A、B、C，D，α，求R，H，其中，A为第二测距仪到钢卷垂直中轴线的距离，B为第二测距仪到点焊操作固定鞍座所处水平面的距离，C为第四测量值L4，D为接触线段的延长线与水平面的交点到所述水平面的距离，α为接触线段与所述水平面的夹角。

可根据如下公式计算钢卷半径：

a＝Rcosα(1)

b＝Rsinα·tgα-D(2)

R

其中，a为所述接触线段的中心到钢卷水平中轴线的距离，b为所述接触线段的中心到点焊操作固定鞍座所处水平面的距离，将公式式(1)和公式(2)代入公式式(3)中可得到

R

根据公式(4)可计算得到钢卷半径R；

H＝a+b(5)

根据公式(5)可计算钢卷卷芯高度H。

当所述钢卷半径范围在450mm-750mm之间时，所述第二测距仪位于所述钢卷卷芯上方，且当所述点焊操作固定鞍座与所述钢卷之间的接触位置为弧面时，通过如下方式计算所述钢卷半径及所述钢卷卷芯高度。

参见图4，已知数值：A、B、C，E，F，r，求R，H，其中A为第二测距仪到钢卷垂直中轴线的距离，B为第二测距仪到点焊操作固定鞍座所处水平面的距离，C为第四测量值L4，E为所述弧面的中心到钢卷垂直中轴线的距离，F为所述弧面的中心到点焊操作固定鞍座所处水平面的距离，r为所述弧面的弧面半径。

可根据如下公式计算钢卷半径：

R

其中，a为第二测距仪到钢卷水平中轴线的距离，将公式(6)代入公式(7)可得到

根据公式(8)可计算得到钢卷半径R；

H＝B-a (9)

根据公式(9)可计算钢卷卷芯高度H。

本发明实施例还提供一种钢卷点焊装置，具体地，所述点焊装置包括：点焊操作固定鞍座4，用于固定钢卷5以对其进行点焊；钢卷装载装置8，用于将所述钢卷运输至点焊操作固定鞍座4；第一测距仪10，设置于所述钢卷装载装置8的一侧，用于检测钢卷装载装置8对应的检测位置；第二测距仪6，设置于所述点焊操作固定鞍座4的一侧，且正对所述钢卷的外圆面，用于检测所述第二测距仪6与所述钢卷外圆面对应位置之间的距离；检测开关12，用于记录所述钢卷进入所述检测开关检测区域的时刻以及所述钢卷移出所述检测开关检测区域的时刻。

优选地，所述钢卷点焊装置还包括反射板9，位于所述检测位置，用于接收第一测距仪发射的信号。

可选地，所述钢卷点焊装置包括第一存放鞍座13，第二存放鞍座14，用于存放钢卷。钢卷装载装置将钢卷依次沿第一存放鞍座，第二存放鞍座运输至点焊操作固定鞍座。

可选地，于靠近第二存放鞍座出口设置所述检测开关。

可选地，于所述点焊操作固定鞍座的一侧的支架7上安装所述第二测距仪，减少机器人操作时间，提高点焊效率，同时避免影响天车运行或被天车碰撞的风险，使设备运行更可靠。可选地，所述第一激光测距仪安装于一支架11上。

优选地，当所述钢卷半径范围在750mm-1050mm之间时，所述支架的高度不超过所述钢卷卷芯高度；当所述钢卷半径范围在450mm-750mm之间时，所述支架的高度不低于所述钢卷卷芯高度。

优选地，所述第一测距仪或第二测距仪为激光测距仪。

本发明涉及及冶金技术领域，具体提供了一种钢卷点焊方法，包括以下步骤：S1、钢卷进入检测开关检测区域时，通过第一测距仪检测钢卷装载装置对应的检测位置，获取第一测量值，且所述第一测距仪的检测方向为所述钢卷装载装置的移动方向；S2、所述钢卷离开所述检测开关的检测区域时，所述第一测距仪获取第二测量值；S3、于所述钢卷到达点焊操作固定鞍座后，所述钢卷装载装置停止移动，此时所述第一测距仪获取第三测量值；且所述钢卷的圆柱面正对第二测距仪，通过所述第二测距仪获取第四测量值，且所述第二测距仪的检测方向垂直于钢卷装载装置的移动方向；S4、根据所述第一测量值、第二测量值、第三测量值及第四测量值计算所述钢卷宽度、所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置以及所述钢卷卷芯高度，所述步骤S4包括：S41、根据所述第一测量值及所述第二测量值计算所述钢卷宽度；S42、根据所述第一测量值及第三测量值计算所述钢卷位于所述点焊操作固定鞍座时的端面位置；S43、根据所述第四测量值计算所述钢卷卷芯高度；S5、焊接工具头根据计算的所述钢卷宽度、钢卷端面位置以及钢卷卷芯高度对钢卷的内圈点焊，还提供了一种钢卷点焊装置，包括点焊操作固定鞍座，用于固定所述钢卷以对其进行点焊；钢卷装载装置，用于将所述钢卷运输至点焊操作固定鞍座；第一测距仪，位于所述钢卷装载装置的一侧，用于检测钢卷装载装置对应的检测位置；第二测距仪，位于所述点焊操作固定鞍座的一侧，且正对所述钢卷的圆柱面，用于检测所述第二测距仪与所述钢卷外圆面对应位置之间的距离；检测开关，用于记录所述钢卷进入所述检测开关检测区域的时刻以及所述钢卷移出所述检测开关检测区域的时刻。在本发明提供的钢卷点焊方法中，通过计算钢卷点焊操作固定鞍座的端面位置及卷芯高度，确定焊接工具头进入钢卷卷芯前的初始水平位置及高度位置，为后续机器人点焊操作提供可靠保障。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。