一种钢卷捆带智能拆除系统及其方法与流程

本发明属于智能工厂智能装备应用领域，特别涉及一种钢卷捆带智能拆除系统，基于机器人技术在冶金生产流程中的智能应用的自动控制系统。

背景技术：

以物联网、云计算、大数据等先进技术与智能装备融合应用为特征的智能工厂建设成为驱动钢铁企业提升核心竞争力，形成创新发展机制的主要动力。机器人作为智能制造装备一员，在传统装备智能化改造和升级中发挥着重要作用，机器人的应用能够有效提升效率、提高设备服役能力、减少不合格品率。目前钢铁流程机器人替代率低的关键是很多领域国内机器人技术无法支撑，需要提高和改善机器人的辅助技术、产品在钢铁生产环节的市场应用，并且对流程中的机器人需求进行科学化评估、专业化设计和合理化实施。

机器人系统应用涉及到机械、电子、控制、人工智能、传感器、通讯与网络等多种高新技术的综合集成，以及任务型机器人标准化、模块化、网络化和智能化程度。通过提高机器人多样化感知能力和自适应改善控制品质能力，实现机器人代替人工自动完成控制指令，智能适应生产节奏，形成解决钢铁主业实际需求的一体化解决平台，是智能制造的发展需求和方向。从而促进劳动效率及操作安全性的提升，保障产品质量，提高产线智能化水平，保护一线职工避免高温有毒有害作业。

目前国内钢铁厂钢卷捆带拆除作业基本由人工完成，工作区域危险性高，人工采用手持剪方式剪断钢带，劳动强度大，属于重复性工作，利用智能装备来完成相关工作是企业发展趋势。在钢卷拆捆带机器人的应用上国内无成型产品可以成品采购或集成借鉴。

技术实现要素：

本发明提供了一种钢卷捆带智能拆除系统及其方法，代替人工自动完成钢卷捆带拆除及收集作业，提高生产效率、改善人工环境。

一种钢卷捆带智能拆除系统包括带头位置检测模块、带头方向检测装置、机械臂、机头、可编程控制器、液压站；所述的带头位置检测模块、带头方向检测装置、机械臂、机头分别与可编程控制器相连接；所述的机头通过法兰与机械臂相连接；所述的液压站为机头提供液压动力。

所述的带头方向检测装置放置在捆带拆除工位之前二个鞍座之间的工作侧，完成对鞍座上钢卷进行检测，通过测量出钢卷带尾方向，间接得到带头方向。

所述的机头配有检测钢卷上捆带位置的超声波距离传感器，该传感器安装在机头中心线上，检测距离范围10-200mm；机头还配置激光距离传感器，用于测量出钢卷上钢带的位置以及机头和钢卷间精确相对位置；机头还包括：剪切刀液压缸、夹紧机构液压缸与缓冲气缸；所述的机头定位孔销为插拔式。机头两端各安装一个接近传感器，用于机头保护开头。

所述的系统装置还包括：捆带收集装置和输送装置，捆带收集装置主要是将剪切完的废捆带进行打卷收集，打卷后的废捆带通过传输皮带传送至收集斗指定位置。

所述的带头方向检测装置包括第一旋转电机和第二旋转电机、驱动轴、摆臂机构、伸缩气缸、激光距离传感器和控制器。第二旋转电机与驱动轴连接，驱动轴连接摆臂机构，第一旋转电机，激光传感器和伸缩气缸安装在摆臂机构顶端，伸缩气缸与第一旋转电机固定基架连接，可以推动电机前后移动，激光传感器和第一旋转电机连接，由电机旋转带动进行360度扫描。所述的带头方向检测装置通过伸缩气缸伸入钢卷芯内部，旋转电机匀速正转，由激光测距传感器检测出带尾高度变化，分析出带头方向；用于拆带时主流程控制系统的地辊转动方向控制及旋转台的旋转方向。

所述的带头位置检测模块根据带头方向转动地辊，由边侧激光测距测量出带头位置，将钢卷带头位置控制在5点和7点位置。

一种钢卷捆带智能拆除方法，具备以下步骤：

步骤一、带头方向检测：通过伸缩气缸伸入钢卷芯内部，旋转电机匀速正转，由激光测距传感器检测出带尾高度变化，分析出带头方向；用于拆带时主流程控制系统的地辊转动方向控制及旋转台的旋转方向。如果激光传感器检测钢卷边缘及带尾位置异常，进行异常报警处理。

步骤二、带头位置检测：在钢卷到达拆捆带位时，机械臂带动机头从远处接近钢巻顶部中心位置，测量出钢卷直径、机头和钢卷相对位置。沿钢卷宽度方向移动进行初步测量钢卷表面高度和宽度，当达到设定距离，停止接近钢卷，开始判断捆带位置，根据带头方向转动地辊，由边侧激光测距测量出带头位置，将钢卷带头位置控制在5点和7点位置。

步骤三、剪切捆带：控制机械臂带动机头运行到钢卷12点位置，通过向钢卷的边缘移动，测量出钢卷边缘和捆带的位置，以及机头和钢卷间精确相对位置，控制机械臂带动机头按检测的精确位置接近钢卷，找到捆带位置，贴紧钢卷进行剪切，夹紧机构达到钢卷表面捆带一侧，使锲型铲插入捆带下方，由机械臂抬升机头，当达到设定负荷或设定高度，则由剪切刀液压缸推送剪切刀伸出，将捆带切断。为了防止力矩过大损坏机头和机械臂，缓冲气缸起到保护作用。

步骤四、捆带收集和回收：将剪切的废捆带按平行于捆带收集器开口方向放入操作平面上，捆带导向装置气缸动作由导向柱压住捆带进行固定，机头压紧液压缸收回，放开捆带。缠绕电机旋转将捆带绕成直径约200mm的圆盘后，停止转动，冲压装置液压缸下压，将钢带弯曲成形，即将圆盘带一侧压扁，推送装置气缸复位，捆带掉落滑道上，经滑道滑到传输皮带上，最后输送到收集斗。

步骤五、系统还原：将钢卷上所有捆带完全拆除后，机械臂回到初始位置，解除步进梁锁定信号，系统进行信息管理统计并初始化。

本系统实现自动检测和判断钢卷捆带状况，包括带头位置和带头方向，以及钢卷上单捆带或多捆带的位置和间距，当分析剪切条件满足时，系统自动剪断每条捆带并完成收集工作，整个工作过程满足生产流程节奏需求，完全替代现场人工操作岗位。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明系统机械臂实施安装结构图。

图2为本发明系统中带头方向检测装置结构图。

图3为本发明系统中机头结构图。

图4为本发明系统中液压站结构图。

图5为本发明系统中钢卷捆带回收装置结构图。

图6为本发明系统中钢卷捆带输送装置结构图。

101为带头位置检测模块，102为机械臂，103为机头，104为控制单元，105为液压站，106为安全防护装置，107为带头方向检测装置；201为摆臂机构，202为伸缩气缸，203为第一旋转电机，204为激光距离传感器，205为驱动轴，206为第二旋转电机；301为剪切刀液压缸，302为夹紧机构液压缸与缓冲气缸，303为剪切刀，304为激光距离传感器，305为超声波距离传感器，306为接近传感器，307为锲型铲；401为液压泵，402为阀台；501为冲压装置液压缸，502为压辊，503为移动架，504为推送装置气缸，505为缠绕电机，506为导向装置气缸，507为导向柱；601为传输皮带。

具体实施方式

本发明提出的一套钢卷捆带智能拆除系统，采用机械臂代替人工通过检测判断自动实现生产流程中拆捆带工位钢卷捆带的剪断和收集处理。

一种钢卷捆带智能拆除系统包括带头位置检测模块101、带头方向检测装置107、机械臂102、机头103、控制单元104、液压站105、捆带收集装置和输送装置、安全防护装置106。所述的机头103通过连接法兰与机械臂102连接。

所述的带头方向检测装置包括摆臂机构201、伸缩气缸202、第一旋转电机203和第二旋转电机206、激光距离传感器204、驱动轴205及控制系统等七部分。带头方向检测装置放置在捆带拆除工位之前二个鞍座之间的工作侧，完成对鞍座上钢卷进行检测，通过测量出钢卷带尾方向，间接得到带头方向。

机头通过连接法兰与机械臂102连接。液压和气动平衡的机头，配有传感器检测钢卷上捆带位置，气动平衡用于机头自适应热卷凹形，液压装置用于携带及切断捆带。机头采用剪切刀液压缸301，夹紧机构液压缸与缓冲气缸302。机头定位孔销采用插拔式便于磨损更换剪切刀303，在拆卸工件时不用敲击便可卸下。机头配置传感器包括超声波距离传感器305，该传感器安装在机头中心线上，检测距离范围10--200mm。机头还配置激光距离传感器304可以测量出钢卷上钢带的位置以及机头和钢卷间精确相对位置，控制机械臂带动机头接近钢卷。机头两端各安装一个接近传感器作为机头保护开关306。

系统自带小型独立液压站，包括液压泵401及阀台402，自动控制外供油压的稳定，为机头和捆带收集等液压缸提供稳定的动力能源，主要包括：机头夹紧机构和剪切刀液压缸、捆带收集的冲压装置使用的液压缸。当外供油压低于12mpa，系统自动启动加压泵工作，当达到设定压力后停止工作，通过调节好电磁阀的状态，保证系统正常使用压力。

捆带收集及输送装置的主要功能是对拆捆带机器人剪切完的废捆带进行自动打卷收集，打卷后的废捆带自动通过传输皮带601传送至收集斗指定位置。机械臂动作将剪切的废捆带按平行于捆带收集器开口方向放入操作平面上，捆带导向装置气缸506动作，推动移动架503上的导向柱507压住捆带进行固定，夹紧机构液压缸与缓冲气缸302收回，放开捆带。缠绕电机505旋转将捆带绕成直径约200mm的圆盘后，停止转动，冲压装置液压缸501推动压辊502下压，将钢带弯曲成形，即将圆盘带一侧压扁，推送装置气缸504复位，捆带掉落滑道上，经滑道滑到传输皮带601上，最后输送到收集斗。整体结构包括钢架结构和各检测装置构成。

控制单元采用plc系统，具有控制、检测、保护、报警等功能。本系统的人工监控分两种类型：一类在主控室内通过工控机进行操作，主要完成系统的所有操作与监控及数据趋势的显示等一系列功能。另一类在现场及控制柜内通过触屏操作，主要完成系统的主要设备的现场操作与监控，实现人机互动。控制单元还与主生产线的控制系统进行通讯连接，主要用于步进梁、地辊、旋转台之间的连锁控制，带头方向检测装置与对中装置和步进梁之间的连锁控制。

安全防护装置采用栅栏式结构，系统操作工位设置安全光幕与系统连锁，可有效的保证系统的安全运转。

一种捆带智能拆除的方法，具备以下步骤：

步骤一、带头方向检测。带头方向检测装置通过伸缩气缸伸入钢卷芯内部，旋转电机匀速正转，由激光测距传感器检测出带尾高度变化，分析出带头方向；用于拆带时主流程控制系统的地辊转动方向控制及旋转台的旋转方向。如果传感器检测钢卷边缘及带尾位置异常，进行异常报警处理。

步骤二、带头位置检测。在钢卷到达拆捆带位时，机械臂带动机头从远处接近钢巻顶部中心位置，可测量出钢卷直径、机头和钢卷相对位置。沿钢卷宽度方向移动进行初步测量钢卷表面高度和宽度，当达到设定距离，停止接近钢卷，开始判断捆带位置，根据带头方向转动地辊，由边侧激光测距测量出带头位置，将钢卷带头位置控制在5点和7点位置。

步骤三、剪切捆带。控制机械臂带动机头运行到钢卷12点位置，通过向钢卷的边缘移动，测量出钢卷边缘和捆带的位置，以及机头和钢卷间精确相对位置，控制机械臂带动机头按检测的精确位置接近钢卷，找到捆带位置，贴紧钢卷进行剪切，夹紧机构达到钢卷表面捆带一侧，使锲型铲插入捆带下方，由机械臂抬升机头，当达到设定负荷或设定高度，则由剪切刀液压缸推送剪切刀伸出，将捆带切断。为了防止力矩过大损坏机头和机械臂，缓冲气缸起到保护作用

步骤四、捆带收集和回收。将剪切的废捆带按平行于捆带收集器开口方向放入操作平面上，捆带导向装置气缸动作由压辊压住捆带进行固定，机头压紧液压缸收回，放开捆带。缠绕马达旋转将捆带绕成直径约200mm的圆盘后，停止转动，冲压装置液压缸下压，将钢带弯曲成形，即将圆盘带一侧压扁，推送装置平台气缸复位，捆带掉落滑道上，经滑道滑到传输装置上，最后输送到收集斗。

步骤五、系统还原。将钢卷上所有捆带完全拆除后，机械臂回到初始位置，解除步进梁锁定信号，系统进行信息管理统计并初始化。

系统工作模式包括：

(1)自动模式——通过操作屏或操作箱上的“自动启动”来触发全自动程序，自动模式下智能拆捆带系统会按照预先设计好的时序依次执行拆捆带动作，中间不需要任何人工参与。

(2)半自动模式——对拆捆带系统所负责的操作功能进行几个区域的划分，通过人工对区域设备进行选择，然后选择“半自动启动”来触发选定区域的运行程序，进行一个周期循环动作。

(3)手动模式——对拆捆带系统进行回零位操作。利用机械手自带的示教盒对机械手初始位置进行标定，对捆带收集系统进行回到初始位操作。这种模式用在单独的就地操作，尤其在试验和维护时使用。

(4)紧急停止——急停是一种安全模式，以防止发生危险或者当设备故障或误动时给出安全反应。紧急停止状态下，设备动作被锁定。