一种安全智能的焊机精度检测方法与流程

本发明属于测量领域，尤其涉及一种利用光学手段对冷轧、硅钢板材生产线焊机的精度进行测试的方法。

背景技术：

在钢铁行业中，冷轧板生产线几乎都采用了自动化焊接设备，其中激光焊机(简称焊机)在主、重要作业线应用很广泛。

在冷轧、硅钢等重要连续机组入口段，均配置了激光焊机设备，焊机设备用于将前行、后行带钢的头尾进行焊接，保证连续生产。

带钢头尾焊缝的质量好坏，与焊机精度的维护有着紧密的联系，焊机的机械精度是带钢产品质量状态稳定的基石。

为了保证焊机的良好工作状态，日常维护中，需要定期对于焊机设备的一系列关键机械精度进行检测，如有异常，及时进行调整。

以申请人企业的冷轧板生产线为例，在实际工作中主要进行定期检测、监控焊机的几个主要关键机械精度如下：

(1)双切剪平行度：

(2)导向轮平行度、夹紧台钳口衬板平行度：

(3)焊接导向轮/预平整轮/平整轮与夹紧台衬板相对高度：

现有技术中，对上述焊机的关键机械精度，需要专业的维护人员，利用百分表、测量尺等检测工具，通过人工方式进行检测、记录。

由于测试精度项目多、焊机区域空间狭小，同时，检测过程需要在不停机不停电，点动模式下进行检测，通常完成上述几个关键精度检测往往需要8-10小时。

焊机状态是焊缝质量保障的前提，现有技术采用人工检测焊机机械精度，存在效率低下、重复测量精度不稳定、人员站位时存在的较大安全隐患等亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全智能的焊机精度检测方法。其采用跨桥式测量组件，利用线性激光传感器对焊机的关键部位进行空间数据的快速采集，通过对坐标和高度数值进行连续、实时的记录，得出焊机的关键机械精度值。能自动、方便、快捷、安全的获取焊机机械精度状态，减少停机时间，实现了安全、高效、可靠的焊机智能检测，有助于实现快速、有效的管理焊机精度，提高焊机的操作/维护水平，保证现场测试人员的人身安全；对于保障带钢产品质量，稳定焊机的状态，提升现场焊机操作/维护水平，具有重要的意义。

本发明的技术方案是：提供一种安全智能的焊机精度检测方法，包括对对焊机关键部位进行测量，得到焊机关键机械精度值，其特征是：

1)制作一个跨桥式测量组件；

跨桥式测量组件的两端设置有支架，两支架之间设置有导向杆、驱动丝杆及由驱动丝杆带动的挂架，在一端的支架上设置有用于驱动丝杆旋转的伺服电机；

在挂架上设置至少一个激光线性测距仪；

在伺服电机的驱动下，所述的驱动丝杆带动挂架及激光线性测距仪，沿着导向杆的方向，在两个支架之间移动；

2)制作标定尺：

所述的标定尺包括基准标尺和测量平尺；

3)将跨桥式测量组件横跨焊机的夹紧台放置；

4)进行测量零位标定，以保证检测作业的测量精度；

5)在伺服电机驱动下，激光线性测距仪扫描待测对象区域，采集被测物体表面不同位置的高度值；

6)通过对测量坐标和高度数值进行连续、实时的记录，得到焊机关键部位的实测空间坐标值；

7)对采集到的数据进行计算、处理、成像，最终以通过pc机的人机交互界面显示测量结果。

其所述的关键机械精度值至少包括剪刀与入出口夹紧台衬板高度差、剪刀侧向/高度方向平行度、导向轮与夹紧台衬板高度差以及导向轮行走平行度。

在所述的挂架上设置两台激光线性测距仪，第一激光线性测距仪与第二激光线性测距仪成90°夹角设置。

所述的伺服电机内置有编码器，采集各个关键部位的相对位移。

具体的，对所述的数据进行计算、处理，包括记录测量全过程被测对象之间的高度差、描绘被测对象的连续差异曲线或者根据直线度偏差值描绘出曲线。

进一步的，在进行测量零位标定时，至少包括下列步骤：

将测量组件横跨放置在入出口夹紧台内；

将轨道作为零位标定基准，将基准标定尺放置在轨道间；

利用基准标定尺标定测量组件水平，得出测量组件激光头移动轨迹的斜率k值，用于后续数据处理；

测量时基准标定尺上部横梁长b1，高度接近夹紧台，测量基准标定尺上部横梁左右两个端部高度值为a1，a2；

则斜率k值，即k＝(a1-a2)/b1；

在后续数据处理中k值将代入到相关数据计算中。

进一步的，对所述剪刀与入出口夹紧台衬板高度差进行测量时，至少包括下列步骤：

激光线性测距仪在伺服电机驱动下，由右至左，扫描入出口夹紧台衬板与剪刀刃口；

测量高度数据为：z1，z2，z3，z4；

同时伺服电机内置编码器采集各个关键点相对位移为：0，l1，l2，l3；

过程计算如下：

①剪刀与夹紧台衬板高度差a-b：(z1-z2)×l1×k；

②剪刀与夹紧台衬板高度差c-d：(z3-z4)×(l3-l2)×k；

③入出口夹紧台衬板高度差a-d：(z1-z4)×l3×k。

进一步的，对所述剪刀侧向/高度方向平行度进行测量时，至少包括下列步骤：

将激光线性测距仪移动至刀片侧上方；

剪刀座随小车沿y轴移动，采集x/z方向空间坐标值x1,x2----xn及z1，z2---zn，经计算得到剪刀侧向、高度方向直线度，即剪刀平行度；

过程计算如下：

①剪刀侧向平行度计算：平均值为

分别计算获得侧向直线度偏差值，即侧向平行度；

②剪刀高度方向平行度计算：平均值为

分别计算获得高度方向直线度偏差值，即高度方向平行度。

进一步的，对所述的导向轮与夹紧台衬板高度差进行测量时，至少包括下列步骤：

将激光线性测距仪的扫描线调整旋转90度，进行测量；

激光线性测距仪在伺服电机驱动下，横向扫描通过导向轮中间区域及入出口夹紧台衬板表面，采集相关空间坐标值：

导向轮高度坐标值：zr1,zr2,...zrn；

夹紧台衬板高度坐标值：zc1,zc2,...zcn；

计算过程如下：

①判定圆顶点位置：zr_max＝max(zr1,zr2...zrn)；

②夹紧台衬板高度值：

③高度差：

进一步的，对所述的导向轮行走平行度进行测量时，至少包括下列步骤：

首先制作、安装测量平尺，测量平尺的长度l的数值范围为d＜l＜d+100，其中d为导向轮直径；

激光线性测距仪扫描线x轴垂直于测量平尺，移动小车带动导向轮平尺慢速移动，经l长区域扫描；

采集激光线性测距仪的线激光与测量平尺外缘交汇点在x方向的空间坐标变化值x1,x2----xn；

计算过程如下：

①导向轮侧向平行度计算：平均值为

分别计算获得侧向直线度偏差值，即平行度。

与现有技术比较，本发明的优点是：

本技术方案采用跨桥式测量组件，利用激光线性测距仪对焊机的关键部位进行空间数据的快速采集，通过对坐标和高度数值进行连续、实时的记录，得出焊机的关键机械精度值；能自动、方便、快捷、安全的获取焊机机械精度状态，减少停机时间，实现了安全、高效、可靠的焊机智能检测，有助于实现快速、有效的管理焊机精度，提高焊机的操作/维护水平，保证现场测试人员的人身安全；对于保障带钢产品质量，稳定焊机的状态，提升现场焊机操作/维护水平，具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明焊机精度检测方法的步骤方框图；

图2是本发明跨桥式测量组件的机械结构示意图；

图3是本发明基准标尺的结构示意图；

图4是本发明测量平尺的结构示意图；

图5是本发明标定尺工作示意图；

图6是本发明剪刀与夹紧台高度差测量示意图；

图7是本发明剪刀平行度测量示意图；

图8是本发明导向轮高度测量示意图；

图9是本发明导向轮高度测量侧视图；

图10是本发明导向轮平行度测量示意图；

图11是本发明导向轮平行度测量侧视图。

图中1为伺服电机，2为支架，3为导向杆，4为挂架，5为丝杆，6为.激光头，7为线性激光，8为基准标尺，9为测量平尺。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了一种安全智能的焊机精度检测方法，包括对对焊机关键部位进行测量，得到焊机关键机械精度值，其发明点在于：

1)制作一个跨桥式测量组件；

跨桥式测量组件的两端设置有支架，两支架之间设置有导向杆、驱动丝杆及由驱动丝杆带动的挂架，在一端的支架上设置有用于驱动丝杆旋转的伺服电机；

在挂架上设置至少一个激光线性测距仪；

在伺服电机的驱动下，所述的驱动丝杆带动挂架及激光线性测距仪，沿着导向杆的方向，在两个支架之间移动；

2)制作标定尺：

所述的标定尺包括基准标尺和测量平尺；

3)将跨桥式测量组件横跨焊机的夹紧台放置；

4)进行测量零位标定，以保证检测作业的测量精度；

5)在伺服电机驱动下，激光线性测距仪扫描待测对象区域，采集被测物体表面不同位置的高度值；

6)通过对测量坐标和高度数值进行连续、实时的记录，得到焊机关键部位的实测空间坐标值；

7)对采集到的数据进行计算、处理、成像，最终以通过pc机的人机交互界面显示测量结果。

本发明的技术方案，利用激光线性测距仪(亦称线性激光传感器或激光头)对焊机关键部位进行空间数据采集，建立数据模型，对采集的空间坐标值进行逻辑、差异对比等算法等数据处理，即可实时地、连续地得到焊机关键机械精度值。

图2中，所述跨桥式测量组件的两端设置有支架2，两支架之间设置有导向杆3、驱动丝杆4及由驱动丝杆带动的挂架5，在一端的支架上设置有用于驱动丝杆旋转的伺服电机1；

在挂架上设置至少一个激光线性测距仪6；

在伺服电机的驱动下，所述的驱动丝杆带动挂架及激光线性测距仪，沿着导向杆的方向，在两个支架之间移动。

图3中，基准标定尺为一个类似矩形的结构，其上部横梁的长度为b1，基部横梁的长度为b2。

图4中，测量平尺的长度l的数值范围为d＜l＜d+100，其中d为导向轮直径。

图5中，在进行测量零位标定时，测量组件横跨放置在入出口夹紧台内，焊机关键精度项均控制在0.02mm内，由于夹紧台内部粉尘等因素无法保证横梁水平度保证在0.02mm/m之内，因此测量组件在工作前需要标定其水平度。

焊机轨道是一切机械精度的基准，设备安装精度保证在1um内，本技术方案中将轨道作为零位标定基准，制作基准标定尺，放置在轨道间，利用标定尺标定测量组件水平，得出测量组件激光头移动轨迹的斜率k值，用于后续数据处理。

标定尺上部横梁长b1，高度接近夹紧台，测量两个端部高度值为a1，a2。

可得出斜率k值，即k＝(a1-a2)/b1。在后续数据处理中k值将代入到相关数据计算中。

图6中，本技术方案在测量剪刀与入出口夹紧台衬板高度差时，激光头在伺服电机驱动下，由右至左，扫描入出口夹紧台衬板与剪刀刃口。

测量高度数据为：z1,z2,z3,z4，同时伺服电机内置编码器采集各个关键点相对位移为：0，l1，l2，l3。

过程计算如下：

①剪刀与夹紧台衬板高度差a-b：(z1-z2)×l1×k

②剪刀与夹紧台衬板高度差c-d：(z3-z4)×(l3-l2)×k

③入出口夹紧台衬板高度差a-d：(z1-z4)×l3×k

注：关键精度项为1-4四个点的数据值，仅具体举例描述，实际从点1至点4区间内，全过程高度差，可通过(z1-zn)×ln-1×k描绘连续差异曲线。

图7中，本技术方案在测量剪刀侧向、高度方向平行度时，将激光头移动至刀片侧上方，剪刀座随小车沿y轴移动，采集x/z方向空间坐标值x1,x2----xn及z1，z2---zn，经计算得到剪刀侧向、高度方向直线度，即剪刀平行度。

具体计算过程如下：

①剪刀侧向平行度计算：平均值为

分别计算获得侧向直线度偏差值，即侧向平行度。

②剪刀高度方向平行度计算：平均值为

分别计算获得高度方向直线度偏差值，即高度方向平行度。

可根据直线度偏差值以上描绘出曲线。

图8和图9中，本技术方案在测量导向轮与夹紧台衬板高度差时，为测量导向轮圆顶点与夹紧台衬板高度差，需将激光头的扫描线(实际上是激光头的激光出光方向)调整、旋转90度，进行测量。测量中首先需寻找到圆顶点空间坐标值，再进行高度对比计算。

具体的，首先激光头在伺服电机驱动下，横向扫描通过导向轮中间区域及入出口夹紧台衬板表面，采集相关空间坐标值：

导向轮高度坐标值：zr1,zr2,...zrn；

夹紧台衬板高度坐标值：zc1,zc2,...zcn；

计算过程如下：

①判定圆顶点位置：zr_max＝max(zr1,zr2...zrn)；

②夹紧台衬板高度值：

③高度差：

图10及图11中，本技术方案在进行导向轮行走平行度测量时，首先制作安装测量平尺，测量平尺的长度l的数值范围为d＜l＜d+100，其中d为导向轮直径。

激光头扫描线x轴垂直于平尺，移动小车带动导向轮平尺慢速移动，经l长区域扫描，采集线激光与平尺外缘交汇点在x方向的空间坐标变化值x1,x2----xn，分析处理得出导向轮平行度值。

具体计算如下：

①导向轮侧向平行度计算：平均值为＝

分别计算x1-,x2-,...xn-，获得侧向直线度偏差值，即平行度。

综上，本技术方案的特点在于：

1.采用跨桥式测量组件，其中配置激光线性测距仪、伺服电机、驱动丝杆，导向杆共同组成；

2.制作标定尺，作业前标定零位是保证测量精度的基础，同时针对不同精度项，配以不同检测方法和过程计算法，完成各关键精度项的检测。

3.可快速检测双切剪刀片平行度(侧面、高度)、夹钳两侧衬板相对高低差、焊接导向轮、预平整轮、平整轮同下夹钳衬板的高度差、焊接导向轮侧平行度和垂直度，检测精度为0.001-0.01mm。

4.按上述方法获取的数据，可利用计算机系统绘制精度状态趋势图，并设置对应阈值，可视化界面，实时存储，可查询历史数据。

与现有技术相比，采用本技术方案的优点在于：

1.可快速、高效测量激光焊机重要精度值，减少停机时间，并及时指导操作、维护人员优化焊机状态；

2.测量数据可大量存储，并进行较大范围趋势分析，促进车间现场管理能力的改善；

3.无需测量时人员进入焊机设备，保障了工作人员的人身安全。

实施例：

应用本技术方案所述的方法，可快速检测焊机主要关键机械精度，实施例如下：

1.测量位置：焊机小车开至ds侧，入出口夹紧台位于剪切位置，即打开位置，钳口打开；将检测测量组件横跨放置入出口夹钳位置，靠近ds侧；调整激光头，将激光头调整至入口夹紧台下衬板上部；

2.测量过程：启动焊接小车，由ds侧向ws侧低速行走，同时开启激光头，小车行走至焊接导向轮位于激光头下部时，停止，激光头由入口夹紧台行走至出口夹紧台，完成夹紧台、导向轮高度位置检测；小车重新启动继续行走至ws侧，激光头旋转90度，伺服电机驱动激光头位于剪刀上方，小车继续移动，直至ws端，完成剪刀水平、高度方向平行度测量；

3.数据计算分析：应用分析软件对采集的数据通过已建立的数据模型，计算相关精度值，人机画面显示各项精度值，并进行状态分析，给予相应提示，完成焊机精度体检。

由于本发明可实现连续、实时、自动、高效地对焊机的关键部位进行空间数据的快速采集，对坐标和高度数值进行连续、实时的记录，能自动、方便、快捷、安全的获取焊机机械精度状态，减少停机时间，实现了安全、高效、可靠的焊机智能检测，有助于实现快速、有效的管理焊机精度，提高焊机的操作/维护水平，保证现场测试人员的人身安全；对于保障带钢产品质量，稳定焊机的工作状态，提升现场焊机操作/维护水平，具有重要的意义。

本发明可广泛用于冷轧、硅钢板材生产线焊机的检测/维护领域。