【全自動焊牌機器人在棒材軋制生產(chǎn)線的應用探究5800字（論文）】

全自動焊牌機器人在棒材軋制生產(chǎn)線的應用研究目錄TOC\o"1-2"\h\u23025全自動焊牌機器人在棒材軋制生產(chǎn)線的應用研究 17350引言 1101551傳統(tǒng)自動焊牌機器人的組成 2321762全自動焊牌機器人系統(tǒng)的構成 312563全自動焊牌機器人系統(tǒng)的實際應用 4188403.1全自動焊牌流程 4189263.2自動控制機器人焊牌 513863.3圖像的分析和定位 6262203.4焊牌信息跟蹤系統(tǒng) 8282084結語 926362參考文獻 9摘要：新余鋼鐵集團有限公司設計開發(fā)全自動焊牌機器人彌補鋼材生產(chǎn)企業(yè)在棒材軋制生產(chǎn)過程中因原有自動焊牌機器人不能與生產(chǎn)線和計量系統(tǒng)融合的不足，該系統(tǒng)的構成為機器人本體、輔助焊牌裝置、圖像定位分析系統(tǒng)、電氣自動化控制系統(tǒng)、焊牌信息跟蹤系統(tǒng)，將其用于棒材軋制生產(chǎn)線，實現(xiàn)了棒材生產(chǎn)的全自動化。關鍵詞：全自動焊牌機器人;棒材軋制生產(chǎn)線;應用研究引言近年來，我國的經(jīng)濟水平有了顯著提高，但在全自動化工業(yè)機器人方面，需要做出更多努力，以跟上國際發(fā)達國家全自動化工業(yè)機器人的發(fā)展。通常，家用機器人很少。全自動焊接機器人在棒材軋制生產(chǎn)中的應用。然而，焊接標志是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，成品鋼的相關信息需要在標志上標記，然后才能入庫和出口。在之前的棒材軋制中，標志焊接是手動進行的，容易出現(xiàn)漏焊、韓語錯誤、卡片掉落等問題；也容易危及焊接人員的人身安全[1]。目前，自動焊接卡系統(tǒng)已經(jīng)開始使用，但機器人只能執(zhí)行焊接工作，與生產(chǎn)線和測量系統(tǒng)沒有交互，因此并不是真正的全自動和無人操作。研究焊接機器人，設計開發(fā)此類機器人，將其用于軋制生產(chǎn)線，并將其與計量系統(tǒng)相關聯(lián)，從而真正實現(xiàn)整體生產(chǎn)的全自動化。在生產(chǎn)自動化領域，機器人技術的應用價值極高，在視覺技術的支持下，工業(yè)機器人可以在操作過程中實現(xiàn)對外部環(huán)境的感知，從而提高機器人技術的應用效果和適應性。以視覺工業(yè)機器人LRMate200iC為例，每只手臂可以以120件/分鐘的速度分揀物品，大大提高了產(chǎn)品分揀速度。激光視覺自動焊接系統(tǒng)也是視覺技術與機器人技術融合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)具有極高的精度，是近年來國內(nèi)外行業(yè)的熱點。手工焊接方法的焊接質(zhì)量將直接受到不同測量人員的影響，并且也容易發(fā)生板材脫落的問題，這將對測量結果的確認和產(chǎn)品形象產(chǎn)生負面影響，人工成本高，焊接順序錯誤，焊接效率低，無法很好地滿足生產(chǎn)需要。以本文研究的棒材廠軋制鋼束的標志焊接為例，為了順利儲存和出口，高效、準確地完成這一環(huán)節(jié)至關重要。諸如錯誤焊接等問題并不少見，這與復雜和惡劣的工作環(huán)境直接相關，焊接過程也有很高的安全隱患。通過引入可視化技術，可以自動實現(xiàn)工業(yè)機器人焊接過程的自動控制，同時也可以實現(xiàn)計量系統(tǒng)與生產(chǎn)線系統(tǒng)的有效交互。這種無人駕駛的全自動焊接工藝非常適合工業(yè)機器人的工作條件，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中應用視覺技術可以確保順利完成可重復、標準化和全自動的焊接操作。視覺技術的應用價值是顯而易見的。1傳統(tǒng)自動焊牌機器人的組成（1）工業(yè)機器人系統(tǒng)包括機器人控制系統(tǒng)和機器人本體兩部分。機器人的主要職責是分類焊接螺柱、分類標志和焊接標志。（2）焊接螺柱分選轉(zhuǎn)移裝置包括焊接螺柱振動板、轉(zhuǎn)移平臺和線性導軌。振動板和線性導軌由振動控制器控制，以控制焊接螺柱的位移，線性導軌和轉(zhuǎn)移臺配有用于焊接螺柱檢測的傳感器。這部分功能是有序地提供焊接螺柱，并將焊接螺柱移動到機器人要獲得的指定位置。（3）視覺定位系統(tǒng)包括服務器、視覺攝像機、光源和視覺軟件系統(tǒng)。主要功能是拍攝鋼束的端面。加工完成后，將最合適的焊接坐標傳遞給機器人進行焊接。機器人焊接完成后，可以判斷焊接質(zhì)量。（4）焊接系統(tǒng)包括焊機、焊槍、吸盤機構、推卸機構、傳感器等，主要功能是機器人利用前臂拾取焊接螺柱，獲取指定標志，緩慢移動到指定的焊接位置，從而控制系統(tǒng)啟動焊機發(fā)電，然后進行標志的焊接。（5）電氣控制系統(tǒng)：具體組成部分有傳感器、電磁閥、磁性開關、交換機、中間繼電器、斷路器、PLC柜體、CPU和配套的IO模塊、電源、插座等。中心部分是電氣柜，其更是整個系統(tǒng)和現(xiàn)場設備進行交互的重要紐帶，類似人體大腦[2]。由于該工藝需要在鋼束兩端安裝焊接卡，因此在每個成品秤后面的運輸鏈焊接站兩側都有一個焊接機器人系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)集中控制，可實現(xiàn)同步焊接或焊接。單端獨立焊接板。棒材產(chǎn)品將有多個固定長度規(guī)格，因此焊接卡機器人系統(tǒng)的一端安裝在稱為移動端的移動平臺上，如圖1所示。移動平臺由伺服電機驅(qū)動，精確定位，確保圖像定位和焊接板動作的可靠性。圖1移動端系統(tǒng)示意圖2全自動焊牌機器人系統(tǒng)的構成由于該工藝需要在鋼束兩端安裝焊接卡，因此在每個成品秤后面的運輸鏈焊接站兩側都有一個焊接機器人系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)集中控制，可實現(xiàn)同步焊接或焊接。單端獨立焊接板。棒材產(chǎn)品將有多個固定長度規(guī)格，因此焊接卡機器人系統(tǒng)的一端安裝在稱為移動端的移動平臺上，如圖1所示。移動平臺由伺服電機驅(qū)動，精確定位，確保圖像定位和焊接板動作的可靠性。為了實現(xiàn)棒材生產(chǎn)的無人化和全自動化，設計開發(fā)了一種全自動焊接標識機器人，實現(xiàn)了自動標識焊接、關聯(lián)生產(chǎn)線和接入計量系統(tǒng)的目標，從而實現(xiàn)了真正的生產(chǎn)自動化。該系統(tǒng)的主要組成部分包括機器人本體、輔助焊盤裝置、圖像定位分析系統(tǒng)、電氣自動化控制系統(tǒng)和焊盤信息跟蹤系統(tǒng)。主要設備包括用于自動打印標志的打印機、配備焊接標志夾具的機器人、用于焊接螺柱的自動輸送裝置、用于采集圖像的攝像裝置和照明裝置。在棒材軋制生產(chǎn)中，有必要將識別牌焊接到鋼束的兩端。因此，焊接機器人系統(tǒng)安裝在每個成品稱重秤后部運輸鏈上焊接站的兩側。由同一電氣控制系統(tǒng)控制，可同時進行焊接，也可在單端進行焊接。在實際生產(chǎn)中，棒材產(chǎn)品的長度不同，但可分為幾種規(guī)格。為此，焊接機器人系統(tǒng)需要設置在可移動的平臺上。這是移動端。伺服電機驅(qū)動移動平臺，控制器用于精確定位，可確保更準確可靠的圖像定位和焊接板動作。3全自動焊牌機器人系統(tǒng)的實際應用3.1全自動焊牌流程當棒材生產(chǎn)完成之后，鋼捆需要進行打捆，接著運送到成本計量秤位置進行稱重，此時計量系統(tǒng)會采集鋼捆的規(guī)格和質(zhì)量，而焊牌信息跟蹤系統(tǒng)可以獲取到這些信息，將其整理成需要焊接標牌上的數(shù)據(jù)，加入到鋼捆的跟蹤隊列之中；鋼捆稱重完畢后，依照順序在成品運輸鏈上運輸，此時電氣自動化控制系統(tǒng)可以接收到來自生產(chǎn)線的運輸鏈信號，可以預測到?jīng)]有進行焊接標牌的鋼捆的具體位置，對該鋼捆進行跟蹤；由系統(tǒng)判定出其已經(jīng)進入到可采集圖像的區(qū)域內(nèi)，相機會自動觸發(fā)，然后采集鋼捆的圖像，并對圖像進行分析與定位，得到鋼捆具體位置信息，將此位置的坐標發(fā)送機器人，此時機器人會拾起焊釘、標牌，進而焊牌。當焊牌結束之后，會有新的標牌信息傳遞給機器人系統(tǒng)，為接下來的作業(yè)做準備，整個流程見圖2。圖2自動焊接流程此時，需要計算兩個距離，一個是焊接卡的目標位置；另一個是極限運動位置。前者是未標記焊接的下一捆鋼束到攝像機視野的具體移動距離；后者是在圖像采集視野中，將至少一束完成標志焊接的鋼束設置為參考對象時的移動。最大距離。計算這兩個距離后，需要將其與運輸鏈的前向距離進行比較。如果前進距離已經(jīng)在目標位置，并且運輸鏈停止，則需要鎖定運輸鏈，并自動打開機器人焊接板。過程如果僅在移動目標的位置，則需要強行鎖定運輸鏈并開始機器人焊接過程。焊接板完成后，運輸鏈才能解鎖，并發(fā)出燈光信號提醒生產(chǎn)線操作人員，使鋼束運輸恢復正常。3.2自動控制機器人焊牌當機器人做焊牌動作的時候，需要以圖像的分析結果和定位結果為依據(jù)，具體是一種坐標，所以，必須將兩個系統(tǒng)不同位置的坐標，做一致性的換算處理。焊接機器人的基本工具坐標系是機頭焊槍頭的位置，此過程中，定位系統(tǒng)需要將兩個像素之間距離和實際距離的換算值Me計算出來，將基準坐標設定成定位系統(tǒng)原點坐標A（X，Y），相對于機器人的工具坐標B（Y,，Z,）進行轉(zhuǎn)換，方法如公式（1）。公式（1）中：△X是圖像定位系統(tǒng)提供的X軸坐標；△Y是圖像定位系統(tǒng)提供的Y軸坐標；Me是攝像機和機器人之間的坐標轉(zhuǎn)換的參數(shù)。當機器人收到真實的焊牌定位的坐標之后，系統(tǒng)可以對機器人的行進路徑進行規(guī)劃，得到最佳運動路線，避免機器人碰撞到其他設備或者地方，還能保持最佳姿態(tài)和最快速度移動到最佳焊接點。3.3圖像的分析和定位在整個自動焊接系統(tǒng)中，圖像分析定位系統(tǒng)的關鍵功能是識別無焊接標志的鋼束，識別鋼束中鋼筋的端面，并定位其位置；它還可以檢測焊接是否已完成。標志鋼束是否合格[3]。對于整個系統(tǒng)來說，這一部分是一個非常關鍵的系統(tǒng)，它對焊接卡標準能否得到保證有很大的保證作用。首先，系統(tǒng)將采集高清圖像，然后對圖像進行預處理，包括標定、濾波、二值化等，然后使用圖像分割算法、特征提取算法、邊緣檢測算法等對鋼束進行識別，模式匹配圖像分析法和粒子分析法可以識別鋼筋的具體位置信息和形狀信息，并對采集到的輪廓圓度和亮度信息進行綜合分析，計算出最佳輪廓。鋼筋坐標。視覺技術負責未焊牌鋼捆分辨、鋼捆鋼棒端面定位、鋼捆焊牌后標牌檢測，視覺技術支持下的圖像定位與分析屬于全自動焊標牌系統(tǒng)的核心構成，直接影響焊牌準確性。在視覺技術支持下，圖像分析與定位系統(tǒng)能夠完成高清圖像采集、校準、濾波等預處理，實際未焊牌的鋼捆準確判別需得到特征提取、邊緣檢測、圖像分割等算法支持，輔以模式匹配、顆粒分析等圖像分析方法，鋼棒外形和具體位置信息將順利識別，信息綜合分析能夠結合圖像中的輪廓、亮度，最終完成鋼棒坐標的綜合效果最優(yōu)獲取。結合鋼捆運行規(guī)律和外形特征，以及標牌的亮度、尺寸等特性，外部約束條件可針對性加入圖像分析算法，不規(guī)則鋼捆端面形狀、環(huán)境光變化等外部因素帶來的影響能夠降到最低，鋼棒截面顏色深淺變化受到的不同軋制處理方法、端面剪切不平影響也能夠有效控制。圖像分析與定位系統(tǒng)在視覺技術支持下能夠?qū)崿F(xiàn)99.8%以上的分捆和定位準確率，系統(tǒng)可靠運行得到保障。圖像分析與定位系統(tǒng)能夠顯示當前系統(tǒng)狀態(tài)、兩端采集圖像、實時定位信息，通過將高精度激光測距傳感器設置于機器人機頭夾具處，系統(tǒng)給出的二維坐標能夠更好得到利用，焊牌可由此選取最突出的一根鋼棒開展，剪切不齊鋼捆與機頭碰撞問題能夠規(guī)避，焊牌的適應性也有效提升。另外，需要總結鋼捆運行規(guī)律和外形特征，結合標牌尺寸以及亮度的特點，進行圖像分析，將一些外部約束條件加入到圖像分析算法中，進而能規(guī)避環(huán)境光變、不規(guī)則的鋼捆端面形狀等一些因素對于具體位置識別產(chǎn)生的影響；還可以避免因為多種軋制的處理方法和端面剪切平整度不夠，造成鋼棒截面的顏色出現(xiàn)深淺變化，而識別準度降低的影響，這樣可以提高分捆、定位識別準確率，焊接系統(tǒng)運行更可靠[4]。圖像分析與定位監(jiān)控界面如圖3所示，通過該界面可顯示兩端采集的圖像、當前系統(tǒng)狀態(tài)及焊牌對應過程中實時分析的識別及定位信息。圖3圖像分析與定位系統(tǒng)界面鑒于圖像定位只能給出二維坐標的情況，機器人頭部夾具還配備了高精度激光測距傳感器，在焊接前從定位坐標中選擇三個點進行測距，并選擇最突出的一個點。采用鋼條焊接，有效避免了機頭與剪切不均的鋼束碰撞，提高了焊接的適應性。在圖像分析及定位的監(jiān)控界面上，可以顯示出采集到的兩端圖像、焊牌過程中的識別信息和定位信息，還有系統(tǒng)當下的狀態(tài)。因為圖像定位僅僅可以提供二維坐標，所以在機器人的機頭夾具位置設置了高精度的激光測距傳感器，可以在焊接標牌之前，從定位的坐標中選擇三個點測量距離，選擇高于其他鋼棒的端面進行焊接，進而防止機器人機頭同不規(guī)則鋼捆端面發(fā)生碰撞，也就能提升焊牌適應性。3.4焊牌信息跟蹤系統(tǒng)在整個生產(chǎn)線中，鋼捆稱重連接著計量系統(tǒng)。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下，計量工作需要以人工方式進行，工人確定稱重數(shù)量，接著手動打印出標牌，手動焊接標牌。這種工作方式的效率非常低，并且工作強度很高，也難免會出現(xiàn)漏焊、錯焊的問題，還可能會焊接不牢固，運輸過程中標牌掉落。為了滿足全自動焊牌機器人系統(tǒng)的控制需要，解決這些問題，實現(xiàn)全部生產(chǎn)的自動化，開始運用全自動焊牌機器人系統(tǒng)，而為實現(xiàn)與計量系統(tǒng)和生產(chǎn)線的連接，需要在原來的焊接機器人系統(tǒng)上增加焊牌信息跟蹤系統(tǒng)[5]。實現(xiàn)了計量系統(tǒng)在鋼捆運輸?shù)匠芋w時的自動稱重、自動生成鋼捆標牌信息并發(fā)送到焊牌系統(tǒng)。通過焊牌系統(tǒng)對所有未焊牌鋼捆進行跟蹤，并自動觸發(fā)焊牌流程，焊牌完成后，將所焊標牌的識別號發(fā)送給計量系統(tǒng)，由計量系統(tǒng)進行相應入庫處理。由此實現(xiàn)整個計量過程的無人化，提高了效率，保證了焊牌的準確性。焊牌總系統(tǒng)可以直接獲取計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，自動生成標牌信息，將此信息傳遞給焊牌信息跟蹤系統(tǒng)。焊牌信息跟蹤系統(tǒng)可以跟蹤全部的沒有進行焊牌的鋼捆，自動地開啟焊牌流程，在焊牌結束之后，還能把焊好的標牌識別號傳給計量系統(tǒng)，計量系統(tǒng)自動進行入庫處理。此外，系統(tǒng)還預留有數(shù)據(jù)接口，可為今后進行全廠計量集中智能管理提供無縫接入的功能。焊牌信息跟蹤系統(tǒng)界面如圖4所示，通過該界面可顯示當前鋼捆跟蹤隊列中所有未焊牌鋼捆的識別號、當前跟蹤的焊牌目標位置和鋼捆實際位置等信息。所以，這樣的計量過程就實現(xiàn)了無人化，計量效率大大提高，焊接準確性也提高[6]。本系統(tǒng)中設置了外在數(shù)據(jù)接口，計量人員可輕松獲得計量數(shù)據(jù)，對于實現(xiàn)全廠的集中計量智能化管理奠定了基礎。圖4鋼捆信息跟蹤界面4結語全自動焊標牌系統(tǒng)自投用以來，經(jīng)過逐步的完善與優(yōu)化，運行良好，焊牌成功率穩(wěn)定