新型帶鋼鋼卷自動焊接機器人的設計與應用

胡雯雯 陸志忠 徐小龍 商 瑩 盛振風 龔小俊

(安徽馬鋼表面技術股份有限公司,安徽 馬鞍山243000)

1 概述

目前在冶金行業帶鋼軋制生產線中,半成品的帶鋼鋼卷內圈會出現松動和下垂,因此帶鋼鋼卷在搬運、開卷或進行下一道工序時,會無法安裝到開卷卷筒上,導致下一步工作無法開展。為了解決內圈松動不利用于搬運、安裝干涉等問題,通常采用人工焊接的方式,但人工焊接需要費時、費力,且焊接質量無法保證,生產效率不能提升,降低了產線自動化水平。為了克服現有技術存在的缺陷與不足,設計制造了一套帶鋼鋼卷自動焊接機器人。

2 帶鋼鋼卷自動焊接機器人結構

帶鋼鋼卷自動焊接機器人機構實施主要由6部分組成,如圖1所示。

圖1 帶鋼鋼卷自動焊接機器人主要實施機構

焊接機器人本體5機構如圖2所示,通過齒輪齒條傳動,X軸電機組件513驅動其底部齒輪帶動滾輪組件58,使其在地軌架部件4上實現整個焊接機器人本體在X軸方向的直線運動。Y軸電機組件511通過聯軸器連接絲杠部件512,實現滑板平臺在直線導軌514上Y軸方向豎直移動。滑板57連接回轉支承55,通過C軸電機組件515驅動,視覺引導機構51、焊鉗組件52、平衡組件53通過連接件54連接回轉支承55,從而實現焊鉗組件52旋轉。

圖2 焊接機器人結構組成

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521一端通過連接件54聯接回轉支承,另一端通過直線導軌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及開啟機構526。平衡框架沿著兩側直線導軌上下移動,用來補償焊槍力對固定框架的沖擊。

圖3 焊接模塊結構組成

3 帶鋼鋼卷自動焊接機器人焊接工作原理

3.1 帶鋼鋼卷1中心位置分析:視覺引導機構51進行激光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 帶鋼鋼卷自動焊接機器人完成位置分析后,向確定位置移動,如圖5所示。

圖5 焊接機器人向確定位置移動

3.3 焊接機器人前端開啟機構526打開,開啟機構526采用連桿機構,通過一個旋轉氣缸從中心往外推動三個展開臂,同時展開臂沿卷曲帶鋼內圈的方向旋轉,焊槍組件繼續向確定位置移動,如圖6所示。

圖6 開啟機構打開

3.4 開啟機構526打開的展開臂將松動的帶鋼內圈卷曲起來,繼續移動,如圖7所示。

圖7 開啟機構將帶鋼內圈卷取

3.5 到達指定位置后,保持卷曲旋轉的同時,前端已伸入內圈的視覺引導機構51進行掃描,分析焊縫位置,如圖8所示,區域內,檢測到一條邊緣。

圖8 視覺引導機構確定焊縫位置

焊縫檢測原理:采用海康VM算法中的匹配工具,選定一個區域,相機處于邊旋轉邊拍照的狀態,焊縫出現在區域中時,相機反饋OK信號,否則反饋NG信號。

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圈。

圖9 固定氣缸伸出固定帶鋼鋼卷內圈

3.7 位置傳感器發出指令通知焊接機器人,焊接機器人通知焊槍頭伸出,完成焊接。

3.8 焊接機器人完成焊接工作,開啟機構526關閉,收回所述焊槍頭及固定氣缸。

3.9 焊接機器人退出帶鋼鋼卷,返回原位。

3.10 視覺引導機構檢測流程。

圖10 檢測流程圖

4 結論

新型帶鋼鋼卷自動焊接機器人的設計結構新穎、配置合理、操作方便、運行可靠,有效提高帶鋼鋼卷焊接效率和焊接質量,加快產線生產節拍,提升生產效率和自動化水平。