CN108444616A - 一种炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统，所述系统包括炉前自动测温取样部分、套管自动拆装部分和系统电控部分；所述套管自动拆装部分由机器人及其抓手、套管弹仓、钢水样品及废套管收集仓和机器视觉系统组成；所述机器视觉系统测量实际测温枪和/或取样枪头部位置，通过与测温枪和/或取样枪的预设坐标对比计算出测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量提供给机器人，以便机器人根据所述变形量控制抓手的位移量，准确安装各套管。在自动测温、取样时，将转炉倾翻到一定角度进行测温取样，避免了传统自动测温需从炉口垂直插入完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统，涉及机器人和机器视觉系统应用于炉内钢水的测温与取样、套管自动装甲的结构设计及开发。所述系统可替代人工完成测温、取样工作，属于智能化、自动化设备设计开发及其在冶炼系统应用的领域。
背景技术
目前大吨位转炉的自动测温取样有进口的设备，他们的工作方式是从转炉炉口顶部垂直插进转炉中进行测温取样的。该进口设备投资大，并且需要对转炉进行大规模的改造，才能安装使用该种顶部插入式的自动设备。目前炼钢LF精炼炉有自动测温取样的自动设备，这种工作方式与大吨位转炉进口自动测温取样设备的工作方式相同，都是从精炼炉口垂直插入炉内完成工作的方式。
自动测温取样系统在测温取样过程中，存在以下几方面问题：当将测温套管装到测温枪时，对插入尺寸精度要求高，太深会破坏套管头部的热电偶，太浅则没有碰到触点，不能将温度信号传到发射装置，而现有技术难以实现该高精度的插入尺寸控制；测温套管、测温保护套管和取样套管的内孔与测温枪，取样枪的外径相差较小，套管与枪对准安装的精确度要求高；测温枪和取样枪头部易弯曲变形，在一定的变形量下，套管与枪头难以准确安装；测温套管、测温保护套管和取样套管的外径存在一定范围的变动，无法可靠抓取。
目前中小吨位的转炉是人工进行测温取样的，这种工作方式是先将转炉倾翻到一定的角度，炉口斜向炉前，人工将测温枪、取样枪插入炉内完成测温、取样工作。同时，由人工完成测温枪、取样枪拆装测温、取样套管的工作。
然而，转炉在倾翻状态下进行测温取样，则测温枪、取样枪存在较长（5.5米以上）的悬臂，在这么长的悬臂下，存在小管径（φ16）的管挠度大、易弯曲问题。现场温度高（转炉的温度可达1700℃以上），钢铁在高温下强度会下降，从而造成测温枪和/或取样枪刚性降低的问题。
工人劳动强度大，存在易受烫伤等的危险因素。由于人工的操作，炉内测温取样的点每次都不一样，且结果不稳定波动较大。
发明内容
本发明的目的是设计一种炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统，用于替代传统的人工测温、取样和套管装拆工作。所述系统包括三大部分子系统，相互配合，能够同时实现自动测温，取样以及套管的自动装拆三大功能；在自动测温取样过程中，通过机器视觉系统准确判断枪头位置，以精准对套管进行抓取并插入对应枪头。
本发明的技术方案如下：
炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统包括：炉前自动测温取样部分、套管自动拆装部分和系统电控部分。
所述炉前自动测温取样部分由纵移装置、翻转装置、翻转安全装置、旋转装置、横移装置和行走小车组成；所述行走小车带动整个所述系统跟随炉前挡火门移动；所述横移装置带动测温枪和/或取样枪左右横移到各个工作位；所述旋转装置实现测温枪和/或取样枪在90°的角度工作位置切换；所述翻转安全装置是对高达6米多的纵移机构的安全防护装置；所述翻转装置用于实现测温枪和/或取样枪从垂直向下位置翻转到与倾翻后转炉炉口相对的工作位置的自动切换；所述纵移装置用于驱动测温枪和/或取样枪进出转炉，实现对钢水的测温取样；
所述套管自动拆装部分由机器人及其抓手、套管弹仓、钢水样品及废套管收集仓和机器视觉系统组成；所述机器人及其抓手用于实现套管按需要拆装，可准确将各套管安装、拆除到相应的位置，所述抓手还用于克服各种套管外径尺寸的波动；所述套管弹仓为机器人提供各种套管；所述钢水样品及废套管收集仓用于采集到的钢水样品收集、使用过的各种套管收集放置与后续的分类使用；所述机器视觉系统测量实际测温枪和/或取样枪头部位置，将所属头部位置与测温枪和/或取样枪的预设坐标进行对比，计算出测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量提供给机器人，以便机器人根据所述变形量控制抓手的位移量，准确安装各套管。
所述系统电控部分包括用于按工艺要求自动进行测温取样的电气硬件和控制程序。
所述系统的各部件之间的连接关系如下：横移装置、机器人及其抓手、套管弹仓、钢水样品及废套管收集仓和机器视觉系统分别与行走小车直接相连，随行走小车左右移动。旋转装置与横移装置相连，随横移装置左右横移。翻转装置与旋转装置相连，随旋转装置90度来回旋转。翻转安全装置与翻转装置相连，是纵移装置的安全防护装置。纵移装置与翻转装置相连，随翻转装置在一定角度内来回翻转。测温枪、取样枪与纵移装置相连，测温枪、取样枪可以分别或者同时随纵移装置纵向来回移动，实现转炉内钢水的测温、取样。
进一步地，所述机器视觉系统包括记忆子系统与计算子系统。所述记忆子系统预先保存有预设坐标集，所述预设做标集包括多个预设坐标点，所述记忆子系统还进一步用于存储测量出的实际测温枪和/或取样枪的头部位置；所述计算子系统将检测到的所述头部位置与所述预设坐标集中的多个所述预设坐标点进行对比，选取与所述头部位置最接近的预设坐标点为基准点，计算出所述测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量传输至机器人。
与现有技术相比，本发明具有以下几方面有益效果：
1.系统能够同时实现自动测温，取样以及套管装拆三大功能；
2.自动测温时，将转炉倾翻到一定角度进行测温取样，避免了传统自动测温需从炉口垂直插入完成，简化了自动测温取样系统的结构，降低自动测温取样难度；
3.设置有机器人，抓手及机器视觉系统，机器视觉系统能够对枪头进行精准定位，以便机器人对套管进行准确定位，抓取与安装；
4.智能化、自动化设备的投入使用，代替人工进行转炉炉前测温取样工作，消除了人为因素的干扰，提高了工作的可靠性、稳定性；
5.为钢水样品全自动检测提供了条件，减少了人为的因素以及生产过程中对人的伤害因素。
附图说明
附图1是炼钢转炉及炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统整体结构立体图；
附图2是炼钢转炉及炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统整体结构的主视图；
附图3是炼钢转炉及炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统结构的右视图；
附图4是炼钢转炉及炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统结构的左视图；
附图5是炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统的立体结构图；
附图6是炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统的俯视图；
附图7是炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统的侧视图。
具体实施方式
如图1-7所示，一种炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统，所述系统包括炉前自动测温取样部分、套管自动拆装部分和系统电控部分。
所述炉前自动测温取样部分由纵移装置3、翻转装置4、翻转安全装置5、旋转装置6、横移装置7和行走小车8组成；所述行走小车8带动整个所述系统跟随炉前挡火门2移动；所述横移装置7带动测温枪13-1和/或取样枪13-2左右横移到各个工作位；所述旋转装置6实现测温枪13-1和/或取样枪13-2在90°的角度工作位置切换；所述翻转安全装置5是对高达6米多的纵移机构的安全防护装置；所述翻转装置4用于实现测温枪13-1和/或取样枪13-2从垂直向下位置翻转到与倾翻后转炉炉口相对的工作位置的自动切换；所述纵移装置3用于驱动测温枪13-1和/或取样枪13-2进出转炉，实现钢水的测温取样；
所述套管自动拆装部分由机器人及其抓手9、套管弹仓10、钢水样品及废套管收集仓11、机器视觉系统12组成；所述机器人及其抓手9用于实现套管按需要拆装，可准确将各套管安装、拆除到相应的位置，所述抓手还用于克服各种套管外径尺寸的波动；所述套管弹仓10为机器人提供各种套管；所述钢水样品及废套管收集仓11用于采集到的钢水样品收集、使用过的各种套管收集放置与后续的分类使用；
所述机器视觉系统12测量出实际测温枪13-1和/或取样枪13-2-2头部位置，将检测到的头部位置与测温枪和/或取样枪13-2-2的预设坐标对比，计算出测温枪和/或取样枪13-2-2头的变形量，并将所述变形量提供给机器人，以便机器人根据所示变形量控制抓手的位移量，准确安装各套管。
所述系统电控部分包括用于按工艺要求自动进行测温取样的电气硬件和控制程序。
所述系统的各部件之间的连接关系如下：横移装置7、机器人及其抓手9、套管弹仓10、钢水样品及废套管收集仓11和机器视觉系统12分别与行走小车8直接相连，随行走小车左右移动。旋转装置6与横移装置7相连，随横移装置左右横移。翻转装置4与旋转装置6相连，随旋转装置90度来回旋转。翻转安全装置5与翻转装置4相连，是纵移装置的安全防护装置。纵移装置3与翻转装置4相连，随翻转装置在一定角度内来回翻转。测温枪13-1、取样枪13-2与纵移装置相连，测温枪、取样枪可以分别或者同时随纵移装置纵向来回移动，实现转炉内钢水的测温、取样。
进一步地，所述机器视觉系统包括记忆子系统与计算子系统。所述记忆子系统预先保存有预设坐标集，所述预设做标集包括多个预设坐标点，所述记忆子系统还进一步用于存储测量出的实际测温枪13-1和/或取样枪13-2的头部位置；所述计算子系统将检测到的所述头部位置与所述预设坐标集中的多个所述预设坐标点进行对比，选取与所述头部位置最接近的预设坐标点为基准点，根据所述基准点计算出所述测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量传输至机器人。
所述炼钢转炉钢水的炉前自动测温与取样系统能够对炉内的钢水进行单独测温或取样，或同时进行测温与取样，其工作原理如下:
炼钢转炉1钢水的炉前自动测温和/或取样的方法包括以下步骤：
S1.炉前下达测温和/或取样的命令;
S2.转炉1倾翻到工艺角度，炉前挡火门2打开一定的尺寸，同时系统行走小车8移动到转炉中轴线附近;
S3.横移装置7带动测温枪13-1和/或取样枪13-2到测温、取样方向工作位;
S4.旋转装置6带动测温枪13-1和/或取样枪13-2旋转90°对着转炉1口;
S5.翻转安全装置5抽出安全销;S6.翻转装置4带动测温枪13-1和/或取样枪13-2翻转到测温取样空间角度工作位置;S7.纵移装置3带着测温枪13-1和/或取样枪13-2伸入转炉1的钢水中成功测出钢水温度或/和取得钢水样品;S8.自动测温和/或取样部分做出逆反的工作过程，直到测温枪13-1和/或取样枪13-2回到套管拆装位;
S9.机器人将取样套管拔出，将其中的样品敲到样品收集仓11中，再将该套管放到废套管收集仓11中的相应位置;
S10.机器人将测温套管拔出并放入废套管收集仓11中的相应位置;
S11.在机器视觉系统12工作位，测出实际测温枪13-1和/或取样枪13-2头部位置，将测出的所述头部位置与测温枪13-1和/或取样枪13-2的预设坐标对比，计算出测温枪13-1和/或取样枪13-2头的变形量，并将所述变形量提供给机器人;
S12.横移装置7将测温枪13-1和/或取样枪13-2带到套管拆装位;
S13.机器人从套管弹仓10中抓取相关的套管安装到对应的枪杆上;
S14.一次工作流程结束，在该位置等待下一次流程开始。
Claims (2)
1.一种炼钢转炉（1）钢水的炉前自动测温与取样系统，所述系统包括炉前自动测温取样部分、套管自动拆装部分和系统电控部分；其特征在于：
所述炉前自动测温取样部分由纵移装置（3）、翻转装置（4）、翻转安全装置（5）、旋转装置（6）、横移装置（7）和行走小车（8）组成；
所述行走小车带动整个所述系统跟随炉前挡火门（2）移动；所述横移装置带动测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）左右横移到各个工作位；所述旋转装置实现测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）在90°的角度工作位置切换；所述翻转安全装置（5）是对高达六米多的纵移机构的安全防护装置；所述翻转装置（4）用于实现测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）从垂直向下位置翻转到与倾翻后转炉炉口相垂直的工作位置的自动切换；所述纵移装置（3）用于驱动测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）进出炼钢转炉（1），实现钢水的测温取样；
所述套管自动拆装部分由机器人及其抓手（9）、套管弹仓（10）、钢水样品及废套管收集仓（11）、机器视觉系统（12）组成；所述机器人及其抓手（9）用于实现套管按需要拆装，可准确将各套管安装、拆除到相应的位置，所述抓手还用于克服各种套管外径尺寸的波动；所述套管弹仓（10）为机器人提供各种套管；所述钢水样品及废套管收集仓（11）用于采集到的钢水样品收集、使用过的各种套管收集放置与后续的分类使用；所述机器视觉系统（12）测量出实际测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）头部位置，将所述头部位置与测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）的预设坐标对比，计算出测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）头的变形量，并将所述变形量提供给机器人（9），以便机器人根据所示变形量控制抓手的位移量，准确安装各套管；
所述系统电控部分包括用于按工艺要求自动进行测温取样的电气硬件和控制程序；
横移装置（7）、机器人及其抓手（9）、套管弹仓（10）、钢水样品及废套管收集仓（11）和机器视觉系统（12）分别与行走小车（8）直接相连，随行走小车左右移动；旋转装置（6）与横移装置（7）相连，随横移装置左右横移；翻转装置（4）与旋转装置（6）相连，随旋转装置90度来回旋转；翻转安全装置（5）与翻转装置（4）相连；纵移装置（3）与翻转装置（4）相连，随翻转装置在一定角度内来回翻转；测温枪（13-1）、取样枪（13-2）与纵移装置相连，测温枪、取样枪可以分别或者同时随纵移装置纵向来回移动，实现转炉内钢水的测温、取样。
2.根据权利要求1所述的一种炼钢转炉（1）钢水的炉前自动测温与取样系统，其特征在于：所述机器视觉系统包括记忆子系统与计算子系统；所述记忆子系统预先保存有预设坐标集，所述预设做标集包括多个预设坐标点，所述记忆子系统还进一步用于存储测量出的实际测温枪（13-1）和/或取样枪（13-2）的头部位置；所述计算子系统根据将检测到的所述头部位置与所述预设坐标集中的多个所述预设坐标点进行对比，选取与所述头部位置最接近的预设坐标点为基准点，根据所述基准点计算出所述测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量传输至机器人。
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