一种方坯缺陷打标系统及方法与流程

1.本发明属于方坯产品自动检测与控制应用领域，具体涉及一种方坯缺陷打标系统及方法。


背景技术：

2.方坯缺陷检测和控制应用中，超声探伤和磁探检测后缺陷打标仍以喷标为主，仅在缺陷长度位置上标识，缺陷修磨只能根据长度位置查找，在周向缺乏定位依据，存在查找失效低，甚至难以找到缺陷的风险。现有的自动打标手段不能精确的定位缺陷位置，影响缺陷的后处理效率，甚至容易找不到缺陷而导致缺陷溜掉。
3.由于正常情况下，小方坯近表缺陷细微且可能隐藏于表面和表面以下，很难直接被检查出来，即使通过技术手段检查出来，如果不能有效标识，缺陷的再次查找和复定位仍然十分困难。缺陷的位置标识，不仅要体现在缺陷长度位置，更要体现在周向上的定位上。
4.申请号为：cn202010348870.3的发明申请，公开了“一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法”，包括沿所述连铸坯运动方向依次设置的编码器、位置感应机构和安装支架；所述安装支架上沿所述连铸坯运动方向依次设有三维成像机构、二维成像机构；所述位置感应机构用以启动所述编码器，所述编码器用以记录所述连铸坯的位置信息；所述安装支架上还设有提升装置，所述三维成像机构沿所述提升装置上下移动；所述安装支架上还设有隔热板，所述二维成像机构、所述三维成像机构均位于所述隔热板的上方，所述连铸坯位于所述隔热板的下方。
5.申请号为：cn202111123476.0的发明申请，公开了“一种缺陷打标方法和系统”，所述系统包括设置在待检测产品上方的视野可以覆盖待检测产品的x轴方向的至少一个摄像装置，待检测产品在传输轴的运动下沿y轴运动，传输轴与编码器连接；所述方法包括：通过至少一个摄像装置采集待检测产品的目标检测图像，根据目标检测图像确定目标缺陷的位置信息；获取编码器读数，根据编码器读数计算运行长度；根据打标装置的位置信息、目标缺陷的位置信息、摄像装置的位置信息以及运行长度，确定目标缺陷是否到达打标装置的预设范围内，若是，则控制打标装置在待检测产品上进行缺陷标记。
6.申请号为：cn200720012998.2的实用新型申请，公开了“一种线扫描式x射线实时成像检测系统缺陷打标器”，在探伤过程中，当检测出工件缺陷时，实时成像系统通过软件计算，控制系统发出控制脉冲到驱动器，驱动电机转动，从而带动气动打标笔移动到缺陷位置上方，自动弹起标记笔头在工件上打上标记点，标记缺陷位置。
7.申请号为：cn 202111049131.5的发明申请，公开了“一种方坯位姿智能检测方法及装置”，通过沿辊道运行方向依次固定安装头尾检测传感器、编码器，可检测方坯在生产和传动过程中产生的长度的位姿变化；通过在方坯横截面上设有若干个垂直且间隔设置的位置传感器，位置传感器与方坯侧面距离均相等，通过测量头至方坯定位点距离的变化值，推算出在位姿变化条件下定位点的实际位置点坐标信息，获得位姿表征值，为方坯打标和修磨缺陷时提供在长度方向及周向的坐标基准，彻底解决了在周向缺乏定位依据，不能依
据方坯的真实位姿进行检测计算，造成查找效率低、漏查缺陷的技术问题。


技术实现要素：

8.为解决以上问题，本发明提供了一种方坯缺陷打标系统及方法，其技术方案具体如下：
9.一种方坯缺陷打标系统，其特征在于包括有：
10.数据处理单元、方坯三维位姿检测单元及三维打标执行单元，
11.所述数据处理单元用以根据方坯三维位姿检测单元检测的数据、完成以实际三维空间位姿为基准的二维到三维的映射、据此确定该方坯的三维空间位姿基准，并据此三维空间位姿基准完成方坯缺陷位的相应三维矢量化表征；
12.所述三维打标执行单元根据方坯三维矢量化表征的缺陷位确定空间运动轨迹，对方坯进行接触式的缺陷打标。
13.根据本发明的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：
14.缺陷位数据以独立于方坯缺陷打标系统的方式、在系统运行之前被确定并储存于数据处理单元。
15.根据本发明的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：
16.所述方坯三维位姿检测单元包括有：
17.用于获取方坯相邻两侧面的二维数据的相机组；
18.用于获取方坯长度信息的光电开关及编码器；
19.根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射；
20.根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定。
21.根据本发明的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：
22.所述三维打标执行单元包括有：
23.可于三维空间动作的打标机器手、
24.与打标机器手柔性连接的打标笔。
25.根据本发明的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：
26.所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；
27.于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。
28.根据本发明的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：
29.于所述系统内还设有对刀单元，所述对刀单元用于对粉笔的磨损情况建立监控。
30.一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
31.根据方坯实际空间位姿建立缺陷位的三维表征，并据此建立三维的打标运动轨迹、以接触式的方式完成打标。
32.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
33.方坯实际空间位姿经由设置的相机组、光电开关及编码器配合设于过程控制机的数据处理单元完成；
34.所述相机组用于获取方坯相邻两侧面的二维数据；
35.所述光电开关与编码器配合、用于获取方坯长度信息；
36.数据处理单元根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定、并以此为基根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射。
37.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
38.缺陷位数据以二维或三维的形式事先存储于过程控制机中。
39.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
40.所述的三维的打标运动轨迹通过设置的打标机器手实现；
41.所述的接触式经由打标机器手带动的打标笔实现。
42.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
43.所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；
44.于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。
45.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
46.通过设置的对刀装置建立对粉笔的磨损情况的监控；
47.当磨损量达到设定的磨损阈值时，由电机驱动移动件，带动推进件和粉笔移动设定的距离。
48.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
49.对刀频率按照设定的频率进行，或按照对已有缺陷的统计量进行。
50.根据本发明的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
51.当对刀频率按照对已有缺陷的统计量进行时，
52.自第一个缺陷位开始，对缺陷长度进行累积统计，当累积量达到设定阈值时，触发对刀报警提示，打标笔经由对刀装置完成磨损计算。
53.本发明提出的一种方坯缺陷打标系统及方法，通过建立三维的缺陷位表征、三维的打标动作以及接触式打标，完成缺陷位的基于实际方坯位姿的精度打标，据此完成打标的方坯，缺陷位置物理可见，可查，可直接用于缺陷修磨的定位标识，省却了缺陷定位精度不高时，缺陷修磨要大范围搜索缺陷或者扩大缺陷修磨范围，本发明使得工序衔接效率提高，缺陷修磨位置更聚焦；避免了在三维物体表面做一维或者二维打标，缺陷定位不明确，实际定位缺陷时确定时间长甚至造成定位错误或者漏掉缺陷的风险。
附图说明
54.图1为本发明说明书中的工作过程示意图；
55.图2为本发明说明书中的系统结构示意图；
56.图3为本发明说明书中的打标笔结构示意图。
57.图中，
58.1-方坯位置检测装置；
59.2-头尾检测光电开关；
60.3-测长编码器；
61.4-打标机器手；
62.5-对刀装置；
63.6-打标笔；
64.7-控制器。
具体实施方式
65.下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种方坯缺陷打标系统及方法作进一步具体说明。
66.一种方坯缺陷打标系统，包括有：
67.数据处理单元、方坯三维位姿检测单元及三维打标执行单元，
68.所述数据处理单元用以根据方坯三维位姿检测单元检测的数据、完成以实际三维空间位姿为基准的二维到三维的映射、据此确定该方坯的三维空间位姿基准，并据此三维空间位姿基准完成方坯缺陷位的相应三维矢量化表征；
69.所述三维打标执行单元根据方坯三维矢量化表征的缺陷位确定空间运动轨迹，对方坯进行接触式的缺陷打标。
70.其中，
71.缺陷位数据以独立于方坯缺陷打标系统的方式、在系统运行之前被确定并储存于数据处理单元。
72.其中，
73.所述方坯三维位姿检测单元包括有：
74.用于获取方坯相邻两侧面的二维数据的相机组；
75.用于获取方坯长度信息的光电开关及编码器；
76.根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射；
77.根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定。
78.其中，
79.所述三维打标执行单元包括有：
80.可于三维空间动作的打标机器手、
81.与打标机器手柔性连接的打标笔。
82.其中，
83.所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；
84.于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。
85.其中，
86.于所述系统内还设有对刀单元，所述对刀单元用于对粉笔的磨损情况建立监控。
87.一种方坯缺陷打标方法，
88.根据方坯实际空间位姿建立缺陷位的三维表征，并据此建立三维的打标运动轨迹、以接触式的方式完成打标。
89.其中，
90.方坯实际空间位姿经由设置的相机组、光电开关及编码器配合设于过程控制机的数据处理单元完成；
91.所述相机组用于获取方坯相邻两侧面的二维数据；
92.所述光电开关与编码器配合、用于获取方坯长度信息；
93.数据处理单元根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定、并以此为基根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射。
94.其中，
95.缺陷位数据以二维或三维的形式事先存储于过程控制机中。
96.其中，
97.所述的三维的打标运动轨迹通过设置的打标机器手实现；
98.所述的接触式经由打标机器手带动的打标笔实现。
99.其中，
100.所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；
101.于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。
102.其中，
103.通过设置的对刀装置建立对粉笔的磨损情况的监控；
104.当磨损量达到设定的磨损阈值时，由电机驱动移动件，带动推进件和粉笔移动设定的距离。
105.其中，
106.对刀频率按照设定的频率进行，或按照对已有缺陷的统计量进行。
107.其中，
108.当对刀频率按照对已有缺陷的统计量进行时，
109.自第一个缺陷位开始，对缺陷长度进行累积统计，当累积量达到设定阈值时，触发对刀报警提示，打标笔经由对刀装置完成磨损计算。
110.工作过程、原理及实施例
111.结合图1对工作原理进行下述阐述；
112.如图2所示，打标系统接收上位机发送的缺陷数据，自己完成方坯的表面的定位，在指定位置完成缺陷标识。主要由以下几部分组成：方坯位置检测装置1、头尾检测光电开关2、测长编码器3、打标机器手4、对刀装置5、打标笔6和控制器7。
113.如图3所示，打标笔部分的结构设置是打标装置的核心部件设置，其由伺服电机、套筒、缓冲套筒、缓冲弹簧、转接座、夹紧弹簧和打标笔组成。
114.伺服电机转动可以推动打标笔相对于缓冲套筒运动，缓冲套筒末端有曲面弹簧，弹簧可以压紧打标笔；打标笔出现磨损时，伺服电机推动打标笔前进，弥补磨损值。缓冲套筒和缓冲弹簧组成了打标机器手的缓冲机构，防止打标动作产生的刚性接触带来的设备损坏。缓冲套筒和套筒构对缓冲弹簧构成预紧力，该压力可以调节，即调整打标笔对打标表面的压力，改善画标效果。
115.打标工作步骤如下：
116.(1)方坯未到打标位置之前，控制器7收到上位机发送的缺陷信息，包括缺陷的位置、大小和缺陷种类；
117.(2)方坯达到打标位置，打标装置完成位置跟踪。打标装置配置头尾位置检测光电开关，方坯头部到达打标装置前的指定位置时，触发光电开关，控制器开始接受编码器位置型号，开始对方坯进行计长，完成长度位置跟踪；
118.(3)在对方坯打标之前，控制器要完成方坯的位姿检测，方坯在运行过程中，由于辊道磨损和方坯材质本身的变形和扭曲，方坯表面的真实位置会在传输过程中上下跳动。采用3d位置传感器进行空间位置测量，对方坯各个面的中心位置进行校正，获得位置基准，上位机发送的标量数据将在这个基准上变成空间矢量值；
119.(4)缺陷位置打标。实时跟踪方坯的位置，当上位机发送的缺陷方坯到达打标装置时，打标机器手带动打标头工作。打标可以实现静态达标和动态打标。
120.静态打标需要方坯停下来，机器手带动打标头做打标动作；该模式需要控制器能够控制方坯传输辊道，且将缺陷停在打标机器手工作范围内；
121.动态打标则是在方坯运行过程中动态实现缺陷标识。控制机精确跟踪方坯的长度位置和空间位置，机器手快速反应，在方坯运转的同时完成标记过程。
122.(5)打标头的位置标定。为了保证达标的精度，以及保证系统工作的稳定性，加入对刀装置，打标头每次或者间隔一定时间，要进行对刀工作，对刀动作能够检测达标头的损耗，对出现达标材料损耗量进行补偿和修正，尤其针对粉笔类画标材料进行损耗补偿和材料缺失报警。
123.本发明提出的一种方坯缺陷打标系统及方法，通过建立三维的缺陷位表征、三维的打标动作以及接触式打标，完成缺陷位的基于实际方坯位姿的精度打标，据此完成打标的方坯，缺陷位置物理可见，可查，可直接用于缺陷修磨的定位标识，省却了缺陷定位精度不高时，缺陷修磨要大范围搜索缺陷或者扩大缺陷修磨范围，本发明使得工序衔接效率提高，缺陷修磨位置更聚焦；避免了在三维物体表面做一维或者二维打标，缺陷定位不明确，实际定位缺陷时确定时间长甚至造成定位错误或者漏掉缺陷的风险。

技术特征：
1.一种方坯缺陷打标系统，其特征在于包括有：数据处理单元、方坯三维位姿检测单元及三维打标执行单元，所述数据处理单元用以根据方坯三维位姿检测单元检测的数据、完成以实际三维空间位姿为基准的二维到三维的映射、据此确定该方坯的三维空间位姿基准，并据此三维空间位姿基准完成方坯缺陷位的相应三维矢量化表征；所述三维打标执行单元根据方坯三维矢量化表征的缺陷位确定空间运动轨迹，对方坯进行接触式的缺陷打标。2.根据权利要求1所述的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：缺陷位数据以独立于方坯缺陷打标系统的方式、在系统运行之前被确定并储存于数据处理单元。3.根据权利要求1所述的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：所述方坯三维位姿检测单元包括有：用于获取方坯相邻两侧面的二维数据的相机组；用于获取方坯长度信息的光电开关及编码器；根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射；根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定。4.根据权利要求1所述的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：所述三维打标执行单元包括有：可于三维空间动作的打标机器手、与打标机器手柔性连接的打标笔。5.根据权利要求4所述的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。6.根据权利要求5所述的一种方坯缺陷打标系统，其特征在于：于所述系统内还设有对刀单元，所述对刀单元用于对粉笔的磨损情况建立监控。7.一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：根据方坯实际空间位姿建立缺陷位的三维表征，并据此建立三维的打标运动轨迹、以接触式的方式完成打标。8.根据权利要求7所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：方坯实际空间位姿经由设置的相机组、光电开关及编码器配合设于过程控制机的数据处理单元完成；所述相机组用于获取方坯相邻两侧面的二维数据；所述光电开关与编码器配合、用于获取方坯长度信息；数据处理单元根据方坯长度信息完成方坯真实空间位姿的确定、并以此为基准根据方坯相邻两侧面的二维数据完成二维到三维的映射。9.根据权利要求7所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：缺陷位数据以二维或三维的形式事先存储于过程控制机中。10.根据权利要求7所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：
所述的三维的打标运动轨迹通过设置的打标机器手实现；所述的接触式经由打标机器手带动的打标笔实现。11.根据权利要求10所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：所述打标笔为粉笔，其通过推进件与电机驱动的移动件连接；于粉笔外周依次设有缓冲套筒及套筒，于缓冲套筒与套筒之间设有缓冲弹簧，所述套筒与打标机器手的转接座连接。12.根据权利要求11所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：通过设置的对刀装置建立对粉笔的磨损情况的监控；当磨损量达到设定的磨损阈值时，由电机驱动移动件，带动推进件和粉笔移动设定的距离。13.根据权利要求12所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：对刀频率按照设定的频率进行，或按照对已有缺陷的统计量进行。14.根据权利要求13所述的一种方坯缺陷打标方法，其特征在于：当对刀频率按照对已有缺陷的统计量进行时，自第一个缺陷位开始，对缺陷长度进行累积统计，当累积量达到设定阈值时，触发对刀报警提示，打标笔经由对刀装置完成磨损计算。

技术总结
一种方坯缺陷打标系统及方法，所述方法根据系统实现方坯实际空间位姿建立缺陷位的三维表征，并据此建立三维的打标运动轨迹、以接触式的方式完成打标。所述系统通过设置的数据处理单元用以根据方坯三维位姿检测单元检测的数据、完成以实际三维空间位姿为基准的二维到三维的映射、据此确定该方坯的三维空间位姿基准，并据此三维空间位姿基准完成方坯缺陷位的相应三维矢量化表征；再结合三维打标执行单元根据方坯三维矢量化表征的缺陷位确定空间运动轨迹，对方坯进行接触式的缺陷打标。本发明的一种方坯缺陷打标系统及方法，通过建立三维的缺陷位表征、三维的打标动作以及接触式打标，完成缺陷位的基于实际方坯位姿的精度打标。标。标。


技术研发人员：杨水山 何永辉 吴振平 李建辉 梁爽 彭铁根
受保护的技术使用者：宝山钢铁股份有限公司
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2023/8/1