本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种基于关节机器人的冷轧钢卷卷芯焊接方法。

背景技术：

在冷轧罩式退火工序，钢卷采用立式吊具吊运，为防止钢卷卷芯松动导致卷芯钢带损坏和抽芯故障，必须将钢卷卷芯内圈焊接固定。

目前，国内钢铁生产线钢卷卷芯焊接普遍采用手工电弧焊或手持式远程焊接方式。手工电弧焊焊接，操作人员劳动强度大，人身健康受到危害。采用手持式远程焊接，操作人员劳动强度和人身健康危害得到缓解，但是焊接过程仍然需要操作人员参与。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种基于关节机器人的冷轧钢卷卷芯焊接方法，应用机器人替代人工焊接作业，实现钢卷卷芯焊接自动化和无人化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于关节机器人的冷轧钢卷卷芯焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、在罩式退火前道工序出口步进梁区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：关节机器人、线性滑台、检测单元、焊机；线性滑台安装在步进梁一侧，与钢卷轴心线方向平行，关节机器人安装在线性滑台上，沿钢卷轴心线方向运动，焊机安装在关节机器人手臂末端，实现钢卷端面两侧双工位焊接；检测单元包括钢卷高度检测传感器和钢卷端面检测传感器，采用非接触式测量方式，钢卷高度检测传感器通过支架安装在钢卷上方，钢卷端面位置检测传感器安装在关节机器人底座上。

步骤二、步进梁与关节机器人之间建立动作联锁，步进梁完成一步钢卷运输后，新的钢卷到达焊接卷位，步进梁停止运动等待焊接过程，焊接执行完毕后关节机器人停止运动，等待步进梁完成下一步钢卷运输。

步骤三、钢卷高度检测，检测钢卷轴心线高度为z。钢卷高度检测具体为：采用非接触式测距传感器检测到达钢卷顶端的距离h，传感器标高H，步进梁卷位鞍座角度为a，钢卷轴心线高度为z，z＝(H-h)/(1+sina)。

步骤四、钢卷端面位置检测，根据检测的钢卷端面位置在线性滑台上移动关节机器人至焊接位置。钢卷端面位置检测具体为：自动焊接启动后，线性滑台开始运动，将关节机器人从起点x0运送到钢卷端面一侧，当关节机器人移动到钢卷端部时，钢卷端面检测传感器触发，记录当前滑台坐标x1，关节机器人继续前进500mm～800mm到x2停止运动，准备执行焊接动作。

步骤五、焊接动作示教编程，在焊接卷位选取最大宽度、最小直径的钢卷作，相邻卷位选取最大宽度、最大直径的钢卷，作为参考工况对关节机器人示教编程；

示教安全位置起始点P_HOME(0,0,0)、预焊接点PRE_WELD0(0,L,z0)、焊接点P_WELD0((d+s),L,z0)；其中z0为参考工况下钢卷轴心线高度，s为焊点到钢卷端面距离，d为滑台移动距离，L为直线滑台到步进梁距离；

关节机器人焊接动作采用线性运动方式，首先从P_HOME运动到PRE_WELD0，然后从PRE_WELD0运动到P_WELD0；

焊接完毕后关节机器人从PRE_WELD0返回到PRE_WELD0，再从PRE_WELD0返回到P_HOME点，然后线性滑台运动到中心位置停止，完成一次焊接任务；

按照同样的动作流程，对钢卷另一侧工位的焊接动作进行示教和编程；参考工况下钢卷轴心线高度为z0，实际工况下钢卷轴心线高度为z，修正预焊接点PRE_WELD和焊接点P_WELD位置坐标，实现不同规格钢卷的多工况焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

用机器人替代人进行钢卷卷芯焊接作业，实现了钢卷卷芯焊接的自动化、无人化。将操作人员从繁重的体力劳动中解放出来，为企业节省了人力成本，同时焊接质量和焊接效率都得到了提升。

附图说明

图1是本发明的焊接设备布局示意图；

图2是本发明的钢卷轴心线高度测量示意图；

图3是本发明的钢卷端面位置检测示意图。

其中：1-步进梁鞍座 2-滑台 3-关节机器人 4-钢卷高度检测传感器 5-钢卷端面检测传感器 6-焊机 7-钢卷 8-起始点P_HOME 9-预焊接点PRE_WELD 10-焊接点P_WELD。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种基于关节机器人的冷轧钢卷卷芯焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、如图1所示，在罩式退火前道工序出口步进梁1区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：关节机器人3、线性滑台2、检测单元4和5、焊机6；线性滑台2安装在步进梁1一侧，与钢卷7轴心线方向平行，关节机器3人安装在线性滑台2上，沿钢卷7轴心线方向运动，焊机6安装在关节机器3人手臂末端，实现钢卷端面两侧双工位焊接；检测单元包括钢卷高度检测传感器4和钢卷端面检测传感器5，采用非接触式测量方式，钢卷高度检测传感4器通过支架安装在钢卷上方，钢卷端面位置检测传感器5安装在关节机器人底座上。

步骤二、步进梁1与关节机器3人之间建立动作联锁，步进梁1完成一步钢卷运输后，新的钢卷到达焊接卷位，步进梁1停止运动等待焊接过程，焊接执行完毕后关节机器3人停止运动，等待步进梁1完成下一步钢卷运输。

步骤三、钢卷高度检测，检测钢卷轴心线高度为z。钢卷高度检测具体为：采用非接触式测距传感器检测到达钢卷顶端的距离h，传感器标高H，步进梁卷位鞍座1角度为a，钢卷轴心线高度为z，z＝(H-h)/(1+sina)。

步骤四、钢卷端面位置检测，根据检测的钢卷端面位置在线性滑台2上移动关节机器人3至焊接位置。钢卷端面位置检测具体为：自动焊接启动后，线性滑台2开始运动，将关节机器人3从起点x0运送到钢卷端面一侧，当关节机器人3移动到钢卷端部时，钢卷端面检测传感器触发，记录当前滑台2坐标x1，关节机器人3继续前进500mm～800mm到x2停止运动，准备执行焊接动作。

步骤五、焊接动作示教编程，在焊接卷位选取最大宽度、最小直径的钢卷作，相邻卷位选取最大宽度、最大直径的钢卷，作为参考工况对关节机器人3示教编程；

示教安全位置起始点P_HOME(0,0,0)、预焊接点PRE_WELD0(0,L,z0)、焊接点P_WELD0((d+s),L,z0)；其中z0为参考工况下钢卷轴心线高度，s为焊点到钢卷端面距离，d为滑台移动距离，L为直线滑台到步进梁距离；

关节机器人3焊接动作采用线性运动方式，首先从P_HOME运动到PRE_WELD0，然后从PRE_WELD0运动到P_WELD0；

焊接完毕后关节机器人3从PRE_WELD0返回到PRE_WELD0，再从PRE_WELD0返回到P_HOME点，然后线性滑台2运动到中心位置停止，完成一次焊接任务；

按照同样的动作流程，对钢卷另一侧工位的焊接动作进行示教和编程；参考工况下钢卷轴心线高度为z0，实际工况下钢卷轴心线高度为z，修正预焊接点PRE_WELD和焊接点P_WELD位置坐标，实现不同规格钢卷的多工况焊接。

具体实施例：

钢卷卷芯焊接工艺设计：钢卷宽度500mm～2000mm，钢卷直径1000mm～2000mm，钢带厚度0.3mm～3.0mm；采用电阻点焊焊接，卷芯内圈焊接2～3层，焊点数量2～12个；焊点到钢卷端面距离s＝50mm～200mm，焊点沿卷芯圆周方向均匀分布。

本实施例按以下焊接工艺参数：钢卷宽度1000mm，钢卷直径1200mm，钢带厚度1.0mm；采用电阻点焊焊接，卷芯内圈焊接2层，焊点数量4个；焊点到钢卷端面距离s＝100mm，焊点沿卷芯圆周方向均匀分布。

钢卷高度检测，如图2所示，采用非接触式测距传感器检测到达钢卷顶端的距离h＝1400mm，传感器标高H＝3200mm，步进梁卷位鞍座角度为a＝30°，钢卷轴心线高度为Z，Z＝1200mm。

钢卷端面位置检测，如图3所示，自动焊接启动后，线性滑台2开始运动，将关节机器人3从起点x0运送到钢卷端面一侧，当关节机器人3移动到钢卷端部时，钢卷端面检测传感器5触发，记录当前滑台2坐标x1，关节机器人3继续前进d＝500mm到x2停止运动，焊点到钢卷端面距离100mm，关节机器人3到焊点的距离为600mm。

焊接动作示教编程，在焊接卷位选取最大宽度2000mm、最小直径1000mm的钢卷作，相邻卷位选取最大宽度2000mm、最大直径2000mm的钢卷，作为参考工况对关节机器人3示教编程；如图3所示，示教安全位置点P_HOME坐标(0，0，0)，直线滑台2到步进梁1距离L＝1000mm，钢卷轴心线高度1000，预焊接点PRE_WELD0坐标(0，1000，1000)，关节机器人到焊点的距离为600mm，焊接点P_WELD0坐标(600，1000，1000)；参考工况下钢卷轴心线高度为z0＝1000mm，实际工况下钢卷轴心线高度为z＝1200mm，计算钢卷轴心线高度偏移量OFFSET＝200mm修正预焊接点PRE_WELD坐标(0，1000，1200)和焊接点P_WELD坐标(600，1000，1200)。

关节机器人3焊接动作采用线性运动方式，首先从P_HOME运动到PRE_WELD，然后从PRE_WELD运动到P_WELD；焊接完毕后关节机器人从PRE_WELD返回到PRE_WELD，再从PRE_WELD返回到P_HOME点，然后线性滑台2运动到中心位置停止，完成一次焊接任务。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。