CN107941578A - 一种智能全自动制样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能全自动制样系统和方法，主要包括：大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块、样品瓶输送及存储模块、和工业机器人；工业机器人为机械臂，大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块均沿圆周方向间隔设置在机械臂的工作半径上，通过工业机器人在大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块之间传递样料，可以实现无人值守全自动制样，制备的样品满足化验需求，避免现有人工操作的各种问题。

Description

一种智能全自动制样系统及方法

技术领域

本发明涉及到原燃料质量验收领域，具体应用于采制化全流程智能化系统中的制样环节，是一种实验室化验分析或鉴定质量所需的全自动制样装置，特别适用于铁精矿制样。

背景技术

目前钢铁、煤炭、电力、石油、化工等行业大宗原燃料(如原煤、矿石、合金、辅料等)质量管理工作复杂、繁琐，原燃料资源日益紧缺，价格波动较大，掺杂使假等现象频繁，供应商提出各种质量异议和复检要求，对原燃料的质量管理提出了新的挑战和精细化的要求。采样、制样、化验作为质量验收的三大关键环节，采制化系统的自动化水平直接影响质量验收水平。制样介于采样与化验之间，其主要工作是在不破坏样品代表性的前提下，把采集到的样品粒度逐渐减小，重量也逐步减少，直到制备出符合化验对样品粒度、重量、均匀性等要求的分析样，并保证整体原始样品的物质组分及其含量不变。

目前原燃料的制样多由人工操作单体设备完成，作业环境恶劣，粉尘、噪音、机械伤害等严重危害作业人员的身体健康。并且，物料种类繁多、批量巨大，作业人员劳动强度大，操作过程繁琐。因此，急需一种严格按照质量标准，机械化作业，自动化控制，最大限度减少或者杜绝人为干扰，减轻人员劳动强度，改善作业环境，无人值守的制样装置，实现无人值守全自动制样。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供一种智能全自动制样系统和方法，可以实现无人值守全自动制样，制备的样品满足化验需求，避免现有人工操作的各种问题。

同时，为了避免制样过程水分损失影响分析结果，将全水分分析项目置于全自动制样环节完成，保证全水分分析数据真实、准确、无偏倚。

另外，对于质量异议情况所必须的存查样，也需要在全自动制样环节完成并存储。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种智能全自动制样系统，其特征在于主要包括：大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块、样品瓶输送及存储模块、和工业机器人；工业机器人为机械臂，大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块均沿圆周方向间隔设置在机械臂的工作半径上，所述工作半径以工业机器人竖向支撑点为圆心，以圆心到机械臂的工作端为半径；所述全自动智能制样系统设置为通过工业机器人在大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块之间传递样料，所述样品瓶输送及存储模块与样品瓶封装模块对接；

所述大样缓存输送模块包含链板输送机和密码桶提升机，用于接收来自前期采样的大样；大样放置在密码桶内，通过对密码桶进行排序分批后送至链板输送机，链板输送机将密码桶送至提升机工作区域，读取密码桶的相关信息进行解密开盖，并将空桶自动返回；工业机器人抓取开盖后的密码桶，传递至铁精矿样品制备模块进行倒料；

铁精矿样品制备模块包括干燥单元、对辊单元、混匀/缩分单元、振动磨单元、圆盘磨单元；混匀缩分单元包括混匀装置和定质量缩分装置；大样经过密码桶后先进入干燥单元进行干燥，干燥过程中如出现结块则利用对辊单元将干燥后结块的样料打散破块；随后样料倒入混匀/缩分单元，先进入混匀装置，保障大样充分均匀，后进入定质量缩分装置进行一级缩分得到全水分样、存查样、分析样共用的共用样；共用样由工业机器人送入全水分分析模块，进行全水分分析实验得到全水分含量并上传至数据管理系统；

做完全水分试验的共用样由工业机器人再次送入混匀/缩分单元进行二级缩分，得到存查样和待进一步制备的分析样；存查样由工业机器人传递至样品瓶封装模块；分析样则送入振动磨单元进行充分研磨，经过振动磨单元研磨后的铁精矿进入圆盘磨单元进行进一步粉碎，制备出粒度达到-0.1mm的分析样，出料后的分析样充分混匀，并一分为二，随后待工业机器人送至样品瓶封装模块。

进一步的，样品瓶封装模块设置封盖装置和多个样品瓶，存查样和分析样经工业机器人送至各样品瓶装瓶，之后通过封盖装置封盖形成样品瓶，并将与样品瓶信息对应的样料信息录入该模块的控制系统；样品瓶封盖后密封便于后续样品瓶输送及存储模块输送。

进一步的，大样缓存输送模块输送和缓存密码桶的数量设置为大于12只。

进一步的，振动磨单元的进料和出料均需称量，以确保振动磨内残留量满足要求；所述定质量缩分装置的均匀给料装置采用皮带给料机、料流整形挡板、均匀拨料器中的至少一种。

进一步的，样品瓶能够重复使用，采用芯片、二维码或条形码对样品进行唯一性编码标识，样品瓶封装模块还设置样品瓶理瓶装置，样品瓶空瓶经样品瓶理瓶装置整理排队，待工业机器人抓取后接料；样品瓶封装模块封盖可采用旋盖式或压盖式。

进一步的，样品瓶输送及存储模块主要完成分析样瓶和存查样瓶的发送、接收、排出；由存查样柜和风动送样装置构成，其中：存查样柜自动完成存查样的接收、存放、提取、过期样排出、自动调出样瓶、数据存储和管理功能；风动送样装置包括制样端发送装置、样品瓶接收装置、存查样柜收发装置、弃样接收装置、换向器、动力站、输送管道。

进一步的，样品在完成制备并装瓶成功之前还设置有弃样暂存模块，弃样暂存模块中设置若干暂存样工位，各暂存样工位下料口设有闸门在确定制样成功后再弃样。

进一步的，智能全自动制样系统还设置清洗、吹扫功能单元。

进一步的，全水分分析模块主要包括鼓风干燥箱、托盘升降机构、样品摊平机构；采用具有多工位样品容器的旋转盘进行旋转切换工位，通过托盘升降机构托着样品容器进出鼓风干燥箱实现自动进出样功能，摊平机构实现对样品的均匀摊平。

一种全自动智能制样方法，其特征在于：工业机器人将大样缓存输送模块的大样从密码桶倒出，之后先进入干燥单元进行干燥，干燥过程中如出现结块则利用对辊单元将干燥后结块的样料打散破块；

随后样料倒入混匀/缩分单元，先进入混匀装置，保障大样充分均匀，后进入定质量缩分装置进行一级缩分得到全水分样、存查样、分析样共用的共用样；共用样由工业机器人送入全水分分析模块，进行全水分分析实验得到全水分含量并上传至数据；

做完全水分试验的共用样由工业机器人再次送入混匀/缩分单元进行二级缩分，得到存查样和待进一步制备的分析样；存查样由工业机器人传递至样品瓶封装模块；分析样则送入振动磨单元进行充分研磨，经过振动磨单元研磨后的铁精矿进入圆盘磨单元进行进一步粉碎，制备出粒度达到-0.1mm的分析样，出料后的分析样充分混匀，并一分为二，随后待工业机器人送至样品瓶封装模块进行装瓶封盖；

将样品瓶封装模块完成的分析样瓶和存查样瓶送入样品瓶输送及存储模块，分析样瓶自动输送至实验室进行化验分析，存查样品自动输送至存查样柜，以备为后续质量异议情况发生时启用；弃样暂存模块则将样品制备模块中产生的弃样集中暂存至固定容器中，以备制样系统发生故障、制样失败时启用弃样代替正样，避免因制样设备故障造成样品无法完成质量验收。

本发明利用工业机器人将所有模块无缝连接起来，所有模块无缝对接，真正实现制样环节全流程无人值守智能化操作。机械手可以在其工作半径范围内，停留在任意模块处倒料或接料，替代人工操作的同时，避免样料交叉污染，提高智能化水平和生产效率。

优选的，所述大样缓存输送模块缓存并输送来样至样品制备模块，根据送样量及制样设备生产效率设计缓存工位。

优选的，所述样品制备模块主要包括混匀、缩分、破碎、干燥、研磨等工序，根据样料的品种、粒度、化验需求不同，设计不同的工艺流程，制备出满足不同需求的分析样、存查样、水分样。

优选的，所述全水分分析模块与样品制备模块无缝对接，主要包括烘干和称重工序，根据水分样的厚度、重量要求，以及机械手夹持尺寸设计托盘，根据生产效率需求设计烘干工位，烘干温度和时间均根据国标要求设定。

优选的，所述弃样暂存模块与样品制备模块无缝对接，根据弃样重量、体积设计暂存桶规格，根据制样设备的生产效率设计弃样暂存工位。每个正样完成所有制样流程后，其对应的弃样自动调出送入弃料仓。

优选的，样品瓶封装模块与样品制备模块无缝对接，机械手夹持样品瓶将制备出的分析样和存查样装瓶，并封盖加密。该模块包括封盖、加密、理瓶工序。根据用户需求，可采取旋盖或压盖方式封瓶、芯片或二维码、条形码等加密方式。根据生产效率设计理瓶装置的理瓶数量，根据装瓶样料重量、体积、输送管道尺寸设计样品瓶规格。

优选的，所述样品瓶输送及存储模块与样品瓶封装模块无缝对接。输送方式为风动送样。输送距离允许的条件下，分析样瓶通过风动送样装置输送至实验室，存查样瓶通过风动送样装置输送至存查样柜。根据存储样量及存储时间，设计存查样柜仓位。

附图说明

图1为根据本发明实施例所提供的智能全自动制样系统结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1中铁精矿样品制备模块的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

附图1-4中：1-大样缓存输送模块、2-铁精矿样品制备模块、21-干燥单元、22-对辊单元、23-混匀缩分单元、24-振动磨单元、25-圆盘磨单元、3-全水分分析模块、4-样品瓶封装模块、5-样品瓶输送及存储模块、6-弃样暂存模块、7-工业机器人。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明提供了一种智能全自动制样系统，包括：大样缓存输送模块1-、铁精矿样品制备模块2、全水分分析模块3、样品瓶封装模块4、样品瓶输送及存储模块5、弃样暂存模块6及工业机器人7。采用上述六大模块，通过工业机器人7在各模块间传递样料。

下文依次针对六大模块进行具体阐述。大样缓存输送模块1，包含链板输送机和密码桶提升机。在采样环节收集并处理至粒度为-6mm(表示小于6mm，即6mm以下，在采样环节完成初级破碎至6mm以下，非本系统范围)的大样送至智能全自动制样系统进行样品制备，该模块负责自动接收大样密码桶，智能管控系统软件对密码桶进行排序分批，链板输送机将密码桶送至提升机工作区域，读取密码桶的相关信息进行解密开盖，并将空桶自动返回。该模块输送和缓存密码桶的数量一般大于12只。工业机器人7抓取开盖后的密码桶，传递至下一模块进行倒料。

铁精矿样品制备模块2包括干燥单元21、对辊单元22、混匀缩分单元23、振动磨单元24、圆盘磨单元25；结合铁精矿具体实施例，对该模块进行阐述：

铁精矿样品制备工艺流程(满足10322.1-2014)：干燥单元21→对辊单元22→混匀/缩分单元23→全水分分析模块3→混匀/缩分单元23→振动磨单元24→圆盘磨单元25；

铁精矿具有粒度小(-1mm)、粘性大、水分含量高的特点，制样系统需充分考虑该特点。因此，样料首先进入干燥单元21，去除一定水分，保障后续制样顺利。同时为了保障全水分分析实验的数据真实准确，干燥单元21的水分含量ω_p需计量，且计入全水含量ω_pd中。预干燥后的样料粘性一定程度降低(与后面全水分分析时的完全干燥相比，水分没有完全去除，所以经过预干燥的铁精矿仍含有一定水分，表现为具有一定的粘性)，但一般会出现结块现象，因此，对辊单元22的作用就是将干燥后结块的样料打散破块。随后样料倒入混匀/缩分单元23，先进入混匀装置，保障大样充分均匀，为后道缩分工序提供代表性强的样料，后进入定质量缩分装置进行一级缩分，此装置需设置均匀给料装置，可采用皮带给料机、料流整形挡板、均匀拨料器等机构满足该功能需求。一级缩分出共用样(全水分样、存查样、分析样共用)，共用样由工业机器人7送入全水分分析模块3，之后进行全水分分析实验，得到水分含量ω_d，根据全水分含量计算公式：

ω_pd＝ω_p+(100-ω_p)×ω_d/100

计算出全水分含量，并上传至数据管理系统。做完全水分试验的共用样粘性已不再影响后续制样，无需再进行干燥。工业机器人7将全水分分析模块3出来的样料再次送入混匀/缩分单元23进行二级缩分，得到存查样和待进一步制备的分析样。存查样由工业机器人7传递至样品瓶封装模块4，分析样则送入振动磨单元24进行充分研磨。铁精矿化验粒度要求-0.1mm，为保障出料粒度满足要求，经过振动磨单元24研磨后的铁精矿进入圆盘磨单元25进行进一步粉碎，制备出粒度达到-0.1mm的分析样，出料后的样料需充分混匀，并一分为二，随后待工业机器人7送至样品瓶封装模块4。

全水分分析模块3，该模块主要由鼓风干燥箱(加热功能的箱型容器，用于将物料中的水分烘干)、托盘升降机构、样品摊平机构等组成。采用具有多工位样品容器的旋转盘进行旋转切换工位，通过托盘升降机构托着样品容器进出鼓风干燥箱实现自动进出样功能，摊平机构实现对样品的均匀摊平，鼓风干燥箱对烘干室(烘干室是鼓风干燥箱的工作区，即除去电气控制元件以外的存放试样的空间)持续供热，烘干室温度自动检测，并保持自动恒温功能，干燥温度可调。铁精矿全水分分析满足GB/T211-2007要求。根据系统效率要求，一般烘干工位一般大于12个(烘干工位指的是鼓风干燥箱的工作区——烘干室内一个个存放样品的位置，一个试样放在一个位置叫一个工位，旋转盘将各个工位旋转切换，烘干完成的工位旋转至烘箱出口，刚进入鼓风干燥箱的工位旋转至烘干室内，旋转盘起传递样品的作用)。

样品瓶封装模块4，工业机器人7将样品制备模块2得到的存查样和分析样分别按容量要求进行装瓶(机器人把没有盖子的空瓶送到出料口接料，再拿回封装模块封盖，没有盖子的空瓶在封装模块等待机器人抓取)，之后送至样品瓶封装模块4进行封盖，封盖可采用旋盖式或压盖式，并将样料信息录入，与样品瓶信息对应。样品瓶应密封良好、不易破碎，可重复使用，便于后续风动送样装置输送。样品瓶可采用芯片、二维码或条形码对样品进行编码标识，编码具有唯一性，保证样品在流转环节能够被正确读取(编码规则由智能管控系统给出)。该模块还具有样品瓶理瓶功能，经空瓶整理排队，待工业机器人7抓取后接料。理瓶工位根据系统生产效率计算，一般不少于大样数量的3倍。

样品瓶输送及存储模块5，该模块由存查样柜和风动送样装置构成，其中：存查样柜自动完成存查样的接收、存放、提取、过期样排出、自动调出样瓶、数据存储和管理等功能；风动送样装置与样品瓶封装模块4、存查样柜、化验室等设施无缝连接，主要完成分析样、存查样瓶发送、接收、排出等功能。存查样柜的仓位一般不少于1000个。风动送样装置包括制样端发送装置、样品瓶接收装置、存查样柜收发装置、弃样接收装置、换向器、动力站、输送管道及附件等。

弃样暂存模块6，弃样暂存是指样品在完成制备并装瓶成功之前，制样过程产生的弃样应进行暂存，以备制样失败调取启用，系统在确定制样成功后再弃样。暂存样工位下料口设有闸门。弃样暂存工位一般不少于6个。

优选的，为了避免样料在各个制样单元交叉污染，智能全自动制样系统可增加清洗、吹扫等功能单元。清洗单元可对所有工业机器人7抓取接、倒料的中转容器进行刷洗，配置专用清洗刷。吹扫单元可利用压缩空气，对缩分、研磨、混匀、破碎等环节易积料部位进行吹扫。对于皮带给料机、破碎机、对辊破碎机等设备，配置刮板等清理积料机构。

优选的，为了保证智能全自动制样系统稳定性、可靠性关键模块(样品制备模块2、全水分分析模块3、样品瓶封装模块4等)需设置称量装置，以便随时监控系统是否制样成功，样料残留是否满足系统长期稳定运行要求。特别是样品制备模块的振动磨单元，进料和出料均需称量，以确保振动磨内残留量满足要求。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能全自动制样系统，其特征在于主要包括：大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块、样品瓶输送及存储模块、和工业机器人；工业机器人为机械臂，大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块均沿圆周方向间隔设置在机械臂的工作半径上，所述工作半径以工业机器人竖向支撑点为圆心，以圆心到机械臂的工作端为半径；所述全自动智能制样系统设置为通过工业机器人在大样缓存输送模块、样品制备模块、全水分分析模块、弃样暂存模块、样品瓶封装模块之间传递样料，所述样品瓶输送及存储模块与样品瓶封装模块对接；

所述大样缓存输送模块包含链板输送机和密码桶提升机，用于接收来自前期采样的大样；大样放置在密码桶内，通过对密码桶进行排序分批后送至链板输送机，链板输送机将密码桶送至提升机工作区域，读取密码桶的相关信息进行解密开盖，并将空桶自动返回；工业机器人抓取开盖后的密码桶，传递至铁精矿样品制备模块进行倒料；

铁精矿样品制备模块包括干燥单元、对辊单元、混匀/缩分单元、振动磨单元、圆盘磨单元；混匀缩分单元包括混匀装置和定质量缩分装置；大样经过密码桶后先进入干燥单元进行干燥，干燥过程中如出现结块则利用对辊单元将干燥后结块的样料打散破块；随后样料倒入混匀/缩分单元，先进入混匀装置，保障大样充分均匀，后进入定质量缩分装置进行一级缩分得到全水分样、存查样、分析样共用的共用样；共用样由工业机器人送入全水分分析模块，进行全水分分析实验得到全水分含量并上传至数据管理系统；

做完全水分试验的共用样由工业机器人再次送入混匀/缩分单元进行二级缩分，得到存查样和待进一步制备的分析样；存查样由工业机器人传递至样品瓶封装模块；分析样则送入振动磨单元进行充分研磨，经过振动磨单元研磨后的铁精矿进入圆盘磨单元进行进一步粉碎，制备出粒度达到-0.1mm的分析样，出料后的分析样充分混匀，并一分为二，随后待工业机器人送至样品瓶封装模块。

2.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：样品瓶封装模块设置封盖装置和多个样品瓶，存查样和分析样经工业机器人送至各样品瓶装瓶，之后通过封盖装置封盖形成样品瓶，并将与样品瓶信息对应的样料信息录入该模块的控制系统；样品瓶封盖后密封便于后续样品瓶输送及存储模块输送。

3.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：大样缓存输送模块输送和缓存密码桶的数量设置为大于12只。

4.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：振动磨单元的进料和出料均需称量，以确保振动磨内残留量满足要求；所述定质量缩分装置的均匀给料装置采用皮带给料机、料流整形挡板、均匀拨料器中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：样品瓶能够重复使用，采用芯片、二维码或条形码对样品进行唯一性编码标识，样品瓶封装模块还设置样品瓶理瓶装置，样品瓶空瓶经样品瓶理瓶装置整理排队，待工业机器人抓取后接料；样品瓶封装模块封盖可采用旋盖式或压盖式。

6.根据权利要求5所述的智能全自动制样系统，其特征在于：样品瓶输送及存储模块主要完成分析样瓶和存查样瓶的发送、接收、排出；由存查样柜和风动送样装置构成，其中：存查样柜自动完成存查样的接收、存放、提取、过期样排出、自动调出样瓶、数据存储和管理功能；风动送样装置包括制样端发送装置、样品瓶接收装置、存查样柜收发装置、弃样接收装置、换向器、动力站、输送管道。

7.根据权利要求6所述的智能全自动制样系统，其特征在于：样品在完成制备并装瓶成功之前还设置有弃样暂存模块，弃样暂存模块中设置若干暂存样工位，各暂存样工位下料口设有闸门在确定制样成功后再弃样。

8.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：智能全自动制样系统还设置清洗、吹扫功能单元。

9.根据权利要求1所述的智能全自动制样系统，其特征在于：全水分分析模块主要包括鼓风干燥箱、托盘升降机构、样品摊平机构；采用具有多工位样品容器的旋转盘进行旋转切换工位，通过托盘升降机构托着样品容器进出鼓风干燥箱实现自动进出样功能，摊平机构实现对样品的均匀摊平。

10.一种采用上述权利要求1-8之一所述智能全自动制样系统的智能制样方法，其特征在于：工业机器人将大样缓存输送模块的大样从密码桶倒出，之后先进入干燥单元进行干燥，干燥过程中如出现结块则利用对辊单元将干燥后结块的样料打散破块；

随后样料倒入混匀/缩分单元，先进入混匀装置，保障大样充分均匀，后进入定质量缩分装置进行一级缩分得到全水分样、存查样、分析样共用的共用样；共用样由工业机器人送入全水分分析模块，进行全水分分析实验得到全水分含量并上传至数据；

做完全水分试验的共用样由工业机器人再次送入混匀/缩分单元进行二级缩分，得到存查样和待进一步制备的分析样；存查样由工业机器人传递至样品瓶封装模块；分析样则送入振动磨单元进行充分研磨，经过振动磨单元研磨后的铁精矿进入圆盘磨单元进行进一步粉碎，制备出粒度达到-0.1mm的分析样，出料后的分析样充分混匀，并一分为二，随后待工业机器人送至样品瓶封装模块进行装瓶封盖；

将样品瓶封装模块完成的分析样瓶和存查样瓶送入样品瓶输送及存储模块，分析样瓶自动输送至实验室进行化验分析，存查样品自动输送至存查样柜，以备为后续质量异议情况发生时启用；弃样暂存模块则将样品制备模块中产生的弃样集中暂存至固定容器中，以备制样系统发生故障、制样失败时启用弃样代替正样，避免因制样设备故障造成样品无法完成质量验收。