专利名称：棒材伺服分钢方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线棒材分钢方法和装置，用以对棒材生产线的棒材自动定支分 钢，以降低分钢误差、提高生产线自动化水平。
背景技术：
按当前国际上通行的标准，轧钢厂生产的棒材要求按规定的支数进行标准化打捆 包装。目前我国众多轧钢厂的棒材生产绝大多数采用人工计数分钢，人工分钢方式容易出 错、效率低，包装质量不能确保要求。一方面人工分钢与棒材全连轧制不配套，成为棒材厂 的生产瓶颈；另一方面，由于包装不能准确支数，使得在市场销售中只能以重量计量，厂家 无法从负公差轧制方面获得经济效益。此外，轧钢厂的工作环境十分恶劣，温度高、辐射大、 危险性高，并且工人劳动强度大。从保护工人生命安全的角度，轧钢厂也必须采取措施降低 工人劳动强度以及改善工人的工作环境。
因此，基于降低工人的劳动强度、提高轧钢厂的生产率和生产效益考虑，自动分钢 系统的研究及应用成为轧钢厂迫切需要解决的重要课题之一。
目前，很多厂家和研究机构投入了大量的人力物力研究棒材自动分钢系统。
中南大学设计了一种液压式的分钢装置，专利号为200310110417. 5，该装置主要 采用液压动力驱动分钢装置在导轨上实现水平方向定位和垂直方向分钢。这种棒材自动分 离方式改变了以前机械式的、缓慢的人工分钢方式，但其水平定位方式精度低、速度慢，达 不到现场工艺的要求。
专利名称为“金属棒材自动分离方法和装置”，专利号为200810056497. 3的专利 公开了自动分钢方法和装置通过一次或多次控制一个分离拨臂或分离拨臂和挡臂插入适 当的位置，来实现对金属棒材端部的初步分离。然后再采集端面信息，根据实际工况进行多 次分离拨臂的动作，完成棒材的分离。该方法分钢过程繁琐，需要分钢装置频繁动作，分钢 动作慢，不能满足高速棒材生产线的要求。
专利名称为“棒材在线自动计数分钢系统”，专利号为201210002751.8的专利公 开了自动计数分钢系统包括端头分钢机、后续完全分钢机和分钢视觉反馈系统，当识别出 前后捆棒材要分离的位置后，分钢楔上升移到分钢位置，顶部的分钢刀插入到棒材分离间 隙内，从而使两捆棒材在端头位置处分开。该方法同样需要多次动作以完成分钢，分钢装置 架构的合理性、连贯性和实用性欠缺，分钢误差大。
而在实际生产过程中，全连轧制的自动化生产方式和精细化的管理模式需要提高 生产线上棒材的分钢速度和分钢精度，必须研制一套可靠分钢系统，来解决这一实际问题。 因此，研究复杂工况下的自动分钢装置具有非常巨大的技术研究价值和实际应用价值。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种棒材在线自动分钢方法和装置，它能够实现 自动分钢，分钢精度高，速度快，能极大提高劳动生产率和经济效益。
本发明是通过以下措施实现上述目标的
一种棒材伺服分钢方法，其特征在于，所述的方法包括
工控机实时采集棒材图像并计数，当计数满支后停止链床并在计数窗口标出分钢 线，工控机把分钢位置值转换成伺服电机需要转动的转圈数和脉冲数通过串口通讯发送到 伺服驱动器对应的转圈寄存器和脉冲寄存器中，发送分钢命令，实现分钢机水平方向上精 确定位；
其后，调用分钢策略使分钢机的分钢刀回转并准确插入棒材中间分钢位置，分钢 机伸缩机构动作，加大棒材之间距离使棒材分开。
所述的伺服分钢方法，其特征是在执行分钢动作之前，利用Blob识别算法识别 出棒材端面Blob，获得Blob相关参数，并利用启发式跟踪方法，实现对生产线上高速运动 的棒材进行实时图像采集、棒材定支计数，以产生分钢信号。
所述的伺服分钢方法，其特征是实施图像采集的相机为线阵相机。
一种棒材伺服分钢装置，其特征在于，所述的装置包括
伺服控制单元PLC控制伺服驱动器实现分钢机水平方向上精确定位和分钢机的 回转伸缩动作，进行分钢。
分钢机位于传送链的外侧和间隔分布于两条传动链中间，并置于滑动导轨上，由 电机-丝杠驱动，所述分钢机包括机体、回转伸缩轴、偏心轴、缓冲气缸和万向联轴器，所述 回转伸缩轴装有分钢刀，用以根据分钢信号对棒材定支分离。
所述的伺服分钢装置，其特征是回转伸缩轴与分钢机体由滚针轴承连接，实现回 转伸缩轴的伸缩动作。
所述的伺服分钢装置，其特征是回转伸缩轴与伺服电机通过万向联轴器联接。
所述的伺服分钢装置，其特征是回转伸缩轴端部有凹槽，分钢刀装于其中，分钢 刀采用硬质合金材料制造。
本发明的有益效果是
本发明对比已有技术有以下显著优点借助于本发明可完成对棒材自动定支分 钢，实现自动化生产，能够避免人工分钢时由于不确定性因素导致的定支分钢不精确。自动 分钢方法从伺服控制方面解决了分钢的技术问题，提高了分钢的精度；自动分钢装置采用 回转伸缩轴实现棒材分离，具有速度快、适应性强、设备简单可靠等优点，可提高生产效率， 减少工人劳动强度，具有巨大的实际应用价值。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地描述。其中
图I本发明计数装置硬件组成示意图2本发明计数分钢装置的原理示意图3本发明自动分钢算法流程图4本发明伺服控制原理框图5本发明分钢机的结构示意图6本发明分钢机的分钢刀结构示意图5中1分钢机机体，2轴承边缘密封盖，3回转伸缩轴，4分钢刀，5偏心套，6深沟球轴承，7偏心轴，8偏心轴轴端挡圈，9铰轴，10滚针轴承，11连接法兰，12缓冲气缸，13 万向联轴器，14气缸支撑座，15伺服电机-减速器。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题是提供一种棒材自动分钢方法和装置，它能够在准确计 数后实现自动定支分钢，分钢精度高，速度快，能够广泛应用和推广。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明包括自动分钢方法和装置，分钢机位于传送链的外侧和间隔分布于两条传 动链中间，利用伺服分钢方法提供的分钢策略控制伺服单元按照计数画面的分钢位置，实 现端部分钢机的精确定位，再控制分钢机的回转伸缩轴使分钢刀插入棒材间的分钢位置， 准确将两捆棒材端部分离。位于链床中间的分钢机起到中间分钢的作用，用来将两捆棒材 端头已经分开的距离依次拉大，直至棒材末端完全分开足够的尺寸。
本发明实例提供了一种棒材自动分钢方法，首先由计数系统实时采集生产线上的 棒材图像，进行图像处理和棒材跟踪，完成棒材的精确计数，然后按照计数画面的分钢位置 调用分钢策略产生分钢信号，并控制伺服驱动单元动作驱动分钢机分钢。自动计数装置组 成示意图如图I所示。
本发明实例的计数装置使用加拿大Spyderf线阵相机，由安装于驱动传送链的电 机轴上的相对式编码器产生相机的线扫描触发信号，采集棒材端部图像。
接着利用Blob识别算法识别出棒材端面Blob，获得Blob相关参数，并利用启发式 跟踪方法，实现对生产线上高速运动的棒材进行实时图像采集、统计棒材数并在图像上标 记棒材序号的功能。
利用Blob算法快速准确提取出棒材图像的端面区域，提取出每一帧图像中棒材 的端面Blob，剔除其他Blob干扰，并且计算出各目标区域的质心，标记出其在当前帧上的序号。
棒材图像进行Blob标记后，需要将各帧图像上同一 Blob区域关联起来，完成棒材 端面的跟踪。
本发明实例计数分钢装置的原理示意图如图2所示，自动分钢算法流程图如图3 所示。
当计数满支后工控机停止链床并将得到的分钢位置在分钢窗口用线标出。接着工 控机把分钢位置值转换成伺服电机I需要转动的转圈数和脉冲数通过串口通讯发送到伺 服驱动器I对应的转圈寄存器和脉冲寄存器中。
工控机给伺服驱动器I发送分钢命令，伺服驱动器I触发伺服电机I按照转圈寄 存器和脉冲寄存器中的值转动，实现分钢机水平方向上精确定位。当伺服电机I到达目标 位置后，伺服驱动器I会自动给工控机返回一个位移值，工控机可以读取这个值与发送的 值进行比较，形成一个精度更高的闭环控制系统。待一切由工控机发出的命令执行完且位 置返回值正确以后，工控机给分钢机发送命令，调用分钢策略，伺服驱动器2驱动伺服电机 2带动回转伸缩轴回转、伸出，让分钢刀对准分钢位置进行端分。然后后续分钢机连续动作， 完成棒材的分离。此时，工控机发出分钢完成信号，分钢机回到初始状态并等待下一次分钢 命令，同时，变频器启动链床电机，开始下一次的计数分钢流程。
本发明实施例提供了一种自动分钢装置，如图4、5、6所示。包括工控机、PLC模 块、伺服单元、变频器和分钢机。
分钢机如图5所示，位于传送链的外侧和间隔分布于两条传动链中间，主要有分 钢机机体I、回转伸缩轴3、偏心轴7、万向联轴器13和缓冲气缸12。回转伸缩轴3由两个滚 针轴承10支撑于分钢机机体I中，回转伸缩轴3通过连接法兰11与万向联轴器13联接， 万向联轴器13由伺服电机-减速器15输入动力，实现回转动作；偏心套5置于分钢机体I 中，通过深沟球轴承6与偏心轴7配合，缓冲气缸12通过铰轴9将运动传递给偏心轴；缓冲 气缸12与分钢机体I通过气缸支撑座14连接。为了防尘，分钢机端部和偏心轴轴端分别 装有轴承边缘密封盖2和挡圈8。实现分钢动作的分钢刀4与回转伸缩轴3通过螺钉联接， 为了分钢机可靠地工作，分钢刀要耐磨耐用和维护方便，采用硬质合金材料制造，如图6所/Jn ο
分钢装置工作过程是
计数完成后，工控机给伺服驱动器I发送分钢命令，实现分钢机水平方向上精确 定位后，工控机通过串口通讯发送指令给PLC单元控制伺服驱动器2，伺服电机2和缓冲气 缸12带动分钢机的分钢刀4对棒材进行端头分钢。此时，由分钢机的伺服电机-减速器15 驱动，回转伸缩轴3转动，当分钢刀4回转到分钢点的最高位置时，缓冲气缸12伸出，通过 铰轴9带动偏心轴7回转，偏心轴7在偏心套5内转动，并带动回转伸缩轴3在分钢机体I 内伸出，分钢刀4推动需要分离的棒材并加大棒材端头之间的距离，实现棒材端头分离。然 后，工控机再控制后续分钢机依次进行中分，直至棒材末端完全分开足够的尺寸。
中分结束后，给工控机一个分钢结束信号，工控机收到分钢结束命令后通过PLC 单元控制变频器启动链床电机，又重新开始下一次自动计数和自动分钢。
以上实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不 能以此限定本专利的保护范围，熟悉此领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进 行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于专利要求范围所界定范 畴内。
权利要求
1.一种棒材伺服分钢方法，其特征在于，所述的方法包括 エ控机实时采集棒材图像并计数，当计数满支后停止链床并在计数窗ロ标出分钢线，エ控机把分钢位置值转换成伺服电机需要转动的转圈数和脉冲数通过串ロ通讯发送分钢命令，实现分钢机水平方向上精确定位； 其后，调用分钢策略使分钢机的分钢刀回转并准确插入棒材中间分钢位置，分钢机伸缩机构动作，加大棒材之间距离使棒材分开。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征是在执行分钢动作之前，利用Blob识别算法识别出棒材端面Blob，获得Blob相关參数，并利用启发式跟踪方法，对生产线上高速运动的棒材进行实时图像采集、棒材定支计数，以产生分钢信号。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征是实施图像采集的相机为线阵相机。
4.一种棒材伺服分钢装置，其特征在于，所述的装置包括 伺服控制单元PLC控制伺服驱动器实现分钢机水平方向上精确定位和分钢机的回转伸缩动作，进行分钢； 分钢机位于传送链的外侧和间隔分布于两条传动链中间，井置于滑动导轨上，由电机-丝杠驱动，所述分钢机包括机体、回转伸缩轴、偏心轴、缓冲气缸和万向联轴器，所述回转伸缩轴轴端装有分钢刀，用以根据分钢信号对棒材定支分离。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是回转伸缩轴由滚针轴承支撑于分钢机机体内，实现回转伸缩轴的伸缩动作。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征是回转伸缩轴与伺服电机通过万向联轴器联接。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征是回转伸缩轴端部有凹槽，分钢刀装于其中，分钢刀采用硬质合金材料制造。
全文摘要
本发明公开了一种棒材伺服分钢方法和装置，其方法包括工控机实时采集棒材端部图像并计数，当计数满支后停止链床并于计数窗口标出分钢线，发送分钢命令，通过伺服闭环控制实现分钢机水平方向上精确定位；其后，调用分钢策略使分钢机的分钢刀插入棒材中间分钢位置，伸缩机构动作使棒材分开。其装置包括位于传送链外侧和间隔分布于两条传动链中间的分钢机，包括机体、回转伸缩轴、偏心轴、缓冲气缸、万向联轴器及分钢刀，用以根据分钢信号对棒材定支分离；伺服控制单元通过点对点通讯方式使PLC模块控制伺服驱动器实现分钢机精确定位和分钢机的分钢动作。借助于本发明可实现在复杂工况下对棒材自动分钢，具有速度快、精度高、适应性强等优点。
文档编号B65B57/20GK102975907SQ20121043452
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者刘国华, 李亮玉, 汪秋贵 申请人:天津工业大学