机器人二维码自动贴标在2#板坯连铸机的应用

韩全军，刘新建

(江阴兴澄特种钢铁有限公司,江苏 江阴 214429)

0 概述

江阴兴澄特钢特板炼钢分厂板坯喷号原来采用电弧喷号机[1]，信息读取及记录主要依靠人工完成。喷号机维护成本高，经常出现故障；人工读取信息量大，劳动强度高，无法满足信息化生产。钢铁厂整个工艺流程及未来智能化生产是国家的产业改造方向，通过机器人应用领域、上位机数据存储、信息系统分析及记录的丰富集成开发，利用现代化的数字标签技术，结合机器人进行自动贴标，同时对数字标签进行自动识别，完整的将板坯相关的生产信息、物流信息、钢种批号等内容记进行录与数据存储，确保生产信息的完整，提高产品质量追溯体系的正确性。同时减少人工记录，使流程更加标准化、智能化、准确化、稳定化，提高生产物流的时效性，提升钢厂的智能化水平。

1 技术要求

原来标识采用电弧加热铝丝，然后通过喷号机喷头书写十二位字符。如图9所示。从标识可以读出少量有限信息，满足一般产品质量追溯要求。原喷号系统经常出现掉字和喷号模糊等现象[2]。

机器人二维码贴标适用于厚板(1400～2600)mm×(200～450)mm及宽板(1600～3250)mm×(150～175)mm，允许贴标工位的时间：15～45 s，贴标位置位于板坯一侧面，距离板坯长度方向距离前端面100～150 mm，各向定位误差≤±5mm，贴标区域表面温度(400～800)℃，标签尺寸100mm×80mm(可定制)，标签信息包含批号、炉号、钢号、规格等,表现形式:条形码、二维码与板坯号。贴标材料要求耐高温标签(≤900 ℃)，标签存储时间要求至少3个月。工作环境要求干燥、清洁压缩空气，空气压力0.4～0.6 MPa，流速3.0 Nm3/min，气源末端要带G1/2内丝接口球阀。

2 系统主要设备和说明

2.1 设备组成

自动贴标控制系统主要包括机器人系统、标签打印系统、标签输送系统、板坯位置定位、标签识别系统、PLC控制系统和安全护栏等组成(图1)。整个系统为以PLC控制系统为中心，通过数据通讯及信号交接与控制，将各模块之间有机的结合在一起，把来自MES系统的数据通过标签打印机、机器人，完整的将板坯信息记录于数字标签，并准确的贴到板坯上。

图1 贴标设备组成

2.2 贴标简要流程

贴标简要流程为：铸坯一次切割——二次切割完毕子坯停止在贴标位——打印标签同步完成——标签输送——取标签——机器人手臂除鳞头贴标部位除鳞结束——贴标标签确认——贴标完成坯料输送到下线辊道。

图2 描述了在连铸工序具体实施示意流程。

图2 板坯贴标实例

2.3 设备介绍

2.3.1 标签打印机

标签打印机是这套系统中的关键设备之一，如图3所示。该标签打印机为重工业型打印机，使用的标签材料为特殊耐高温材料。主要功能是接收来自MES系统发送的板坯物料信息，进行二维码标签打印。二维码尺寸的大小可以进行用户的需要进行调整。尺寸主要考虑便于现场工人识别和成本兼顾。二维码打印完成后通过切刀将二维码标签剪切成预定尺寸大小。

图3 标签打印机

2.3.2 标签输送机

标签输送机的主要功能是将打印出来的清晰合格标签通过传送装置移动到机器人抓手抓取位置，如图4所示。

标签输送机的输送滑台采用伺服电机控制，通过限位装置实现将固定的标签平台精确输送到送到机器人抓取位，同时采用摄像系统对有无标签进行检测判断。

图4 标签输送机

2.3.3 取贴标装置

取贴标装置如图5所示，其主要功能是机器人抓手在固定取标签位置有效成功抓取合格标签，当板坯到喷号位置后，控制系统会指示机器人将抓取的标签移动至板坯侧面喷标位置。整个标签抓取、移动和贴标过程中真空抽气装置一直运行，保证标签不脱落。由于贴标时贴头会有几十秒钟与板坯的直接接触，因此在贴标完成后，需要对贴头进行降温冷却，保证后续抓取的稳定与贴标的可靠。

贴头是直接接触高温钢坯的部位，采用的是耐热纤维材料。同时需要对整个贴标装置位置进行高温防护，避免长时间受高温辐射影响设备使用寿命。

图5 取标签装置

2.3.4 机器人系统

机器人系统主要完成抓取标签及板坯贴标功能。由于现场环境比较差，温度比较高，采用6轴铸造版机器人，采用ABB/KUKA/FANUC/柯马进口品牌，同时对机器人做隔热防护。

机器人是完成控制程序和各个系统设备之间动作的主要设备。通过控制程序分解每一个具体动作，然后设计程序控制每一个三维空间动作。通过工作间模拟和现场测试最终保证准确完成动作指令。机器人为6轴机器人，电源采用3相400V， (50±2)Hz，位置重复精度<0.06 mm，最大臂展半径>2000 mm，防护等级IP54，地面安装。

2.3.5 标签识别装置

标签识别装置如图6所示，其主要功能是对贴标完成的板坯进行识别，确认贴标是否成功，标签是否完好，数据是否准确等信息进行校验与记录。

识别主要采用光学识别，通过识别出的信息与MES传过来的信息进行比对，确保喷标信息无误差。

而二维码在轧钢加热炉装炉之前可以读取铸坯号、炉号、钢种、规格和成份信息。离线板坯还使用手机微信二维码扫描快捷读取信息。

图6 标签识别装置

2.3.6 除磷装置

除鳞装置的主要功能是去除板坯侧面的氧化铁皮，保证标签可以牢固地黏贴在板坯侧面。

除鳞装置安装在贴标头对侧位置。机器人通过摄像定位系统计算铸坯位置，计算出侧面除鳞位置距离，控制机械手贴近铸坯侧面，然后启动电机旋转对板坯贴标处进行打磨除鳞，确保贴标牢固，防止后期贴在氧化铁皮下一起剥落。

3 结束语

机器人智能标签机投用以后，可实现对二维码标签贴标后的二次确认，保证了喷标信息的准确性。并且可以根据下道工序需要增添二维码读取的信息量。机器人贴标运行基本稳定，是国内钢厂首家采用二维码贴标。推动了钢厂智能化改造升级。