CN110976839A - 连铸机上部结构及长水口自动装卸方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸机上部结构，在大包回转台的两个叉臂上呈对角线布置两个立体标记物，对应在受包位附近和浇铸位附近分别布置固定轮廓仪，在受包位附近布置用于扫描钢包底部轮廓的活动轮廓仪。另外还涉及基于该连铸机上部结构的长水口自动装卸方法。通过受包位的立体标记物、固定轮廓仪和活动轮廓仪配合，计算出钢包下水口与立体标记物之间的相对位置关系，通过浇铸位布置的固定轮廓仪实测该立体标记物的位置并计算出钢包下水口与装卸机器人之间的相对位置关系，从而可以实现装卸机器人自动装卸长水口，解决了在浇铸位钢包下水口由于处于高温环境无法直接测量位置的问题。

Description

连铸机上部结构及长水口自动装卸方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，涉及一种连铸机上部结构及基于该连铸机上部结构的长水口自动装卸方法。

背景技术

连铸机浇铸开始后，钢包在受包位由行车放到大包回转台叉臂上，等待回转台将钢包旋转180°到浇铸位，然后由操作工将长水口机械手上的水口对准钢包下水口，利用长水口机械手保持长水口与钢包下水口接触状态，打开滑动水口开始钢水浇铸。等待钢包钢水浇铸完，关闭滑动水口，操作工将长水口机械手与钢包下水口脱离，钢包旋转180°到达受包位，完成一包钢水的浇铸。其核心工序装卸长水口的难度大、频次高，对操作工的操作技巧和操作时间有很高的要求，但大包操作平台上温度高、粉尘大，工作环境恶劣，工人长时间进行手动操作容易受到劳动伤害，并容易因为疲劳导致操作失误，引发生产事故。

一种可以替代人工拆卸水口的方式是使用机器人自动装卸长水口，其关键技术在于测量钢包下水口位置以引导机器人将长水口装卸在其下方，但由于浇铸时钢包下水口的下方是中间包，里面装有高温钢水，难以在其下方直接布置传感器来测量其位置。

发明内容

本发明涉及一种连铸机上部结构及基于该连铸机上部结构的长水口自动装卸方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种连铸机上部结构，包括大包回转台以及布置于大包操作平台上的用于装卸长水口的装卸机器人，所述大包回转台具有受包位和浇铸位，在大包回转台的两个叉臂上分别设置有第一立体标记物并且该两个第一立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第一立体标记物的第一固定轮廓仪，以及在所述受包位附近布置有用于扫描钢包底部轮廓的活动轮廓仪。

作为实施方式之一，在受包位附近布置有扫描机器人，所述活动轮廓仪安装在所述扫描机器人的手臂末端。

作为实施方式之一，在所述受包位一侧构造检测平台，所述活动轮廓仪以及对应侧的第一固定轮廓仪均安设于该检测平台上。

作为实施方式之一，在大包回转台的两个叉臂上还分别设置有第二立体标记物并且该两个第二立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第二立体标记物的第二固定轮廓仪。

作为实施方式之一，所述第一立体标记物布置于对应叉臂的其中一个叉指的前端，所述第二立体标记物布置于对应叉臂的另一叉指的侧边。

作为实施方式之一，该连铸机上部结构还包括用于获取钢包编号的编号获取单元。

本发明还涉及基于上述的连铸机上部结构的长水口自动装卸方法，包括如下步骤：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪的坐标系与受包位侧第一固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA1，通过手眼标定算法计算出装卸机器人的坐标系与浇铸位侧第一固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA2；

钢包被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第一固定轮廓仪获取对应侧第一立体标记物的轮廓数据，计算出受包位侧第一固定轮廓仪与对应侧第一立体标记物之间的相对位置信息D1；通过活动轮廓仪获取钢包底部的轮廓数据，计算出钢包下水口与活动轮廓仪之间的相对位置信息D2；

基于RA1以及D1和D2，计算出钢包下水口与相邻的第一立体标记物之间的相对位置信息D3；

大包回转台将钢包旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第一固定轮廓仪获取对应侧第一立体标记物的轮廓数据，计算出浇铸位侧第一固定轮廓仪与对应侧第一立体标记物之间的相对位置信息D4；

基于RA2以及D3和D4，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D00，根据D00指导装卸机器人的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作。

作为实施方式之一，在大包回转台的两个叉臂上还分别设置第二立体标记物并且该两个第二立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置能够扫描第二立体标记物的第二固定轮廓仪；

所述方法还包括：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪的坐标系与受包位侧第二固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA3，通过手眼标定算法计算出装卸机器人的坐标系与浇铸位侧第二固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA4；

钢包被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第二固定轮廓仪获取对应侧第二立体标记物的轮廓数据，计算出受包位侧第二固定轮廓仪与对应侧第二立体标记物之间的相对位置信息D5；

基于RA3以及D2和D5，计算出钢包下水口与相邻的第二立体标记物之间的相对位置信息D6；

大包回转台将钢包旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第二固定轮廓仪获取对应侧第二立体标记物的轮廓数据，计算出浇铸位侧第二固定轮廓仪与对应侧第二立体标记物之间的相对位置信息D7；

基于RA2、RA4、D3、D4、D6和D7，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D01，根据D01指导装卸机器人的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作；

或者，基于RA4以及D6和D7，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D00'，在D00'与D00之间进行相互校准，或者根据D00'提供装卸机器人的备选动作路径。

作为实施方式之一，所述方法还包括：

将每次计算出的D3数据与钢包编号对应存储；

钢包被放到受包位叉臂上之后，获取该钢包的钢包编号，通过与该钢包所对应的历史D3数据对当前进行的D3计算进行校准，判断当前获得的D3数据是否在正常范围内，若否，则重复进行计算。

作为实施方式之一，所述方法还包括：

将每次计算出的各个相对位置信息与钢包编号对应存储；

将当前获得的各个相对位置信息与历史信息进行对比，对大包回转台的状态进行诊断，判断大包回转台是否存在工作安全隐患，所述大包回转台的状态包括叉臂水平度状况和回转角度到位状况。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过在大包回转台的叉臂上布置第一立体标记物，对应在受包位附近布置活动轮廓仪和第一固定轮廓仪，计算出钢包下水口与第一立体标记物之间的相对位置关系，通过在浇铸位附近布置的第一固定轮廓仪实测该第一立体标记物的位置并计算出钢包下水口与装卸机器人之间的相对位置关系，从而可以实现装卸机器人自动装卸长水口，解决了在浇铸位钢包下水口由于处于高温环境无法直接测量位置的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种连铸机上部结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种连铸机上部结构的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例提供一种连铸机上部结构，包括大包回转台1以及布置于大包操作平台上的用于装卸长水口的装卸机器人3，所述大包回转台1具有受包位和浇铸位，在大包回转台1的两个叉臂上分别设置有第一立体标记物51并且该两个第一立体标记物51呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第一立体标记物51的第一固定轮廓仪52，以及在所述受包位附近布置有用于扫描钢包2底部轮廓的活动轮廓仪4。

上述大包回转台1和装卸机器人3为本领域常规设备，具体结构此处不作赘述。一般而言，受包位和浇铸位相对于大包回转台1的转轴对称设置，即从受包位至浇铸位以及从浇铸位至受包位时大包回转台1需要旋转180°。浇铸位位于连铸中间包正上方，因而不便于从浇铸位下方检测钢包下水口位置。

大包回转台1一般包括两个叉臂，两个叉臂分别位于该大包回转台1的两端，均可承托钢包2。叉臂一般包括两个叉指11，钢包2的两个耳轴承托于两个叉指11的顶部，该两个叉指11围成一个U型槽，与钢包2侧壁适配。

在其中一个实施例中，上述第一立体标记物51布置于其中一个叉指11的前端；在另外的实施例中，上述第一立体标记物51布置于其中一个叉指11的侧边。易于理解地，根据上述第一固定轮廓仪52能够扫描到第一立体标记物51的要求，本领域技术人员容易设定该第一固定轮廓仪52的位置；以第一立体标记物51布置于叉指11前端的情况为例，以受包位侧第一固定轮廓仪52与处于受包位处的叉指11上的第一立体标记物51正对为佳；以受包位侧第一立体标记物51布置于对应侧左边叉指11上的情况为例，则浇铸位侧第一立体标记物51布置于对应侧右边叉指11上。由于两个第一立体标记物51是呈对角线布置的，两个第一立体标记物51不论处于受包位还是处于浇铸位，均能被对应侧的第一固定轮廓仪52扫描到。

易于理解地，上述的活动轮廓仪4是可以相对于大包回转台1或者说相对于大包回转台1上的钢包2而活动的，从而其能够移动至钢包2下方扫描钢包2底部轮廓以及能够离开钢包2下方，一方面灵活度高，便于准确扫描检测钢包下水口的位置轮廓，可以适应不同浇次的钢包下水口位置检测，另一方面，能够更好地保护该活动轮廓仪4，例如可避免已浇完的钢包2底部残余钢水、钢渣损失该活动轮廓仪4。对于该活动轮廓仪4的可活动性，本实施例中，通过机器人实现，即在受包位附近布置有扫描机器人4，所述活动轮廓仪4安装在所述扫描机器人4的手臂末端，灵活性高、响应速度快、工作可重复性高，对活动轮廓仪4的空间定位精准，能够保证钢包下水口位置检测结构的准确性和可靠性。

进一步优选地，在受包位一侧构造检测平台，所述活动轮廓仪4以及对应侧的第一固定轮廓仪52均安设于该检测平台上，尤其便于上述扫描机器人4的布置。另外，该检测平台还可配置为用于操作人员装拆大包滑动水口油缸以及用于对大包回转台1的维护检修等。

在可选的实施例中，上述第一固定轮廓仪52可采用带云台控制的2D激光测距仪、双目立体相机、结构光相机或者3D激光相机，上述活动轮廓仪4可采用2D激光测距仪、双目立体相机、结构光相机或者3D激光相机。

本实施例中，通过在大包回转台1的叉臂上布置第一立体标记物51，对应在受包位附近布置活动轮廓仪4和第一固定轮廓仪52，计算出钢包下水口与第一立体标记物51之间的相对位置关系，通过在浇铸位附近布置的第一固定轮廓仪52实测该第一立体标记物51的位置并计算出钢包下水口与装卸机器人3之间的相对位置关系，从而可以实现装卸机器人3自动装卸长水口，解决了在浇铸位钢包下水口由于处于高温环境无法直接测量位置的问题。

进一步优化上述实施例，如图2，在大包回转台1的两个叉臂上还分别设置有第二立体标记物61并且该两个第二立体标记物61呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第二立体标记物61的第二固定轮廓仪62。两个第二立体标记物61的对角线布置结构以及第二固定轮廓仪62的布置结构可参考上述第一立体标记物51和第一固定轮廓仪52的布置结构，此处从略。可以理解地，以第一立体标记物51与第二立体标记物61分开布置效果更佳，例如二者分别布置于对应侧叉臂的两个叉指11上；更进一步地，如图2，所述第一立体标记物51布置于对应叉臂的其中一个叉指11的前端，所述第二立体标记物61布置于对应叉臂的另一叉指11的侧边，检测结果准确性和可靠性更高。

通过进一步设置上述第二立体标记物61与第二固定轮廓仪62，可提高钢包下水口位置检测结果的准确性，保证装卸机器人3顺利地自动装卸长水口。

同样地，上述第二固定轮廓仪62可采用带云台控制的2D激光测距仪、双目立体相机、结构光相机或者3D激光相机。

在其中一个实施例中，上述第一立体标记物51和第二立体标记物61均可采用如下结构：在对应的平面板上布置一组阵列分布的半球形凸起，以其中一个半球形凸起的球心(也可理解为该半球形凸起在该平面板上的投影的圆心)的位置来表征标记物的位置，由于是阵列分布的半球形凸起，因此与固定轮廓仪的位置匹配度高。当然，其它有规则特征点且特征点位置关系已知的平面或立体图案也适用于本实施例中，例如黑白国际象棋棋盘或者带颜色的立体标定板等。

进一步优化上述实施例，该连铸机上部结构还包括用于获取钢包编号的编号获取单元，该编号获取单元可以采用工业相机拍照方式，也可采用RFID读卡器与设于钢包2上的RFID标签配合的方式，具体安装结构此处不作展开。通过对应编号的钢包2的历史数据可以对当前进行的钢包下水口位置检测结果进行校准，提高钢包下水口位置检测结果的准确性，还可以对大包回转台1的状态进行诊断，判断大包回转台1是否存在工作安全隐患，一定程度上利于大包回转台1安全隐患的排除，可提高连铸机运行的安全性。

本发明实施例还涉及基于上述的连铸机上部结构的长水口自动装卸方法，包括如下步骤：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪4的坐标系与受包位侧第一固定轮廓仪52的坐标系之间的关系矩阵RA1，通过手眼标定算法计算出装卸机器人3的坐标系与浇铸位侧第一固定轮廓仪52的坐标系之间的关系矩阵RA2；

钢包2被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第一固定轮廓仪52获取对应侧第一立体标记物51的轮廓数据，计算出受包位侧第一固定轮廓仪52与对应侧第一立体标记物51之间的相对位置信息D1；通过活动轮廓仪4获取钢包2底部的轮廓数据，计算出钢包下水口与活动轮廓仪4之间的相对位置信息D2；

基于RA1以及D1和D2，计算出钢包下水口与相邻的第一立体标记物51之间的相对位置信息D3；

大包回转台1将钢包2旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第一固定轮廓仪52获取对应侧第一立体标记物51(显然地，该第一立体标记物51与之前被受包位侧第一固定轮廓仪52扫描的第一立体标记物51为同一标记物)的轮廓数据，计算出浇铸位侧第一固定轮廓仪52与对应侧第一立体标记物51之间的相对位置信息D4；

基于RA2以及D3和D4，计算出装卸机器人3与钢包下水口之间的相对位置信息D00，根据D00指导装卸机器人3的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作。

进一步优选地，在上述大包回转台1的两个叉臂上还分别设置第二立体标记物61的实施例中，所述方法还包括：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪4的坐标系与受包位侧第二固定轮廓仪62的坐标系之间的关系矩阵RA3，通过手眼标定算法计算出装卸机器人3的坐标系与浇铸位侧第二固定轮廓仪62的坐标系之间的关系矩阵RA4；

钢包2被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第二固定轮廓仪62获取对应侧第二立体标记物61的轮廓数据，计算出受包位侧第二固定轮廓仪62与对应侧第二立体标记物61之间的相对位置信息D5；

基于RA3以及D2和D5，计算出钢包下水口与相邻的第二立体标记物61之间的相对位置信息D6；

大包回转台1将钢包2旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第二固定轮廓仪62获取对应侧第二立体标记物61的轮廓数据，计算出浇铸位侧第二固定轮廓仪62与对应侧第二立体标记物61之间的相对位置信息D7；

基于RA2、RA4、D3、D4、D6和D7，计算出装卸机器人3与钢包下水口之间的相对位置信息D01，根据D01指导装卸机器人3的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作；

或者，基于RA4以及D6和D7，计算出装卸机器人3与钢包下水口之间的相对位置信息D00'，在D00'与D00之间进行相互校准，或者根据D00'提供装卸机器人3的备选动作路径。

进一步优选地，在上述还设有编号获取单元的实施例中，所述方法还包括：

将每次计算出的D3数据与钢包编号对应存储；

钢包2被放到受包位叉臂上之后，获取该钢包2的钢包编号，通过与该钢包2所对应的历史D3数据对当前进行的D3计算进行校准，判断当前获得的D3数据是否在正常范围内，若否，则重复进行计算。

进一步地，所述方法还包括：

将每次计算出的各个相对位置信息与钢包编号对应存储；

将当前获得的各个相对位置信息与历史信息进行对比，对大包回转台1的状态进行诊断，判断大包回转台1是否存在工作安全隐患，所述大包回转台1的状态包括但不限于叉臂水平度状况和回转角度到位状况，其中，叉臂水平度状况包括大包回转台1长度方向上的水平度情况和大包回转台1宽度方向上的水平度情况，大包回转台1长度方向上的水平度情况诊断对于预防大包回转台1倾覆隐患有重大意义。

需要说明的是，在上述方法中，基于各轮廓仪对标记物的扫描结果而进行的各个相对位置信息的计算算法在轮廓仪应用领域是常规算法，无需另外编程；一般对于钢铁企业而言，上述轮廓仪均为外购器件，上述计算均可在轮廓仪自身控制器中完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连铸机上部结构，包括大包回转台以及布置于大包操作平台上的用于装卸长水口的装卸机器人，所述大包回转台具有受包位和浇铸位，其特征在于：在大包回转台的两个叉臂上分别设置有第一立体标记物并且该两个第一立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第一立体标记物的第一固定轮廓仪，以及在所述受包位附近布置有用于扫描钢包底部轮廓的活动轮廓仪。

2.如权利要求1所述的连铸机上部结构，其特征在于：在受包位附近布置有扫描机器人，所述活动轮廓仪安装在所述扫描机器人的手臂末端。

3.如权利要求1所述的连铸机上部结构，其特征在于：在所述受包位一侧构造检测平台，所述活动轮廓仪以及对应侧的第一固定轮廓仪均安设于该检测平台上。

4.如权利要求1所述的连铸机上部结构，其特征在于：在大包回转台的两个叉臂上还分别设置有第二立体标记物并且该两个第二立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置有能够扫描第二立体标记物的第二固定轮廓仪。

5.如权利要求4所述的连铸机上部结构，其特征在于：所述第一立体标记物布置于对应叉臂的其中一个叉指的前端，所述第二立体标记物布置于对应叉臂的另一叉指的侧边。

6.如权利要求1所述的连铸机上部结构，其特征在于：还包括用于获取钢包编号的编号获取单元。

7.基于权利要求1所述的连铸机上部结构的长水口自动装卸方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪的坐标系与受包位侧第一固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA1，通过手眼标定算法计算出装卸机器人的坐标系与浇铸位侧第一固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA2；

钢包被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第一固定轮廓仪获取对应侧第一立体标记物的轮廓数据，计算出受包位侧第一固定轮廓仪与对应侧第一立体标记物之间的相对位置信息D1；通过活动轮廓仪获取钢包底部的轮廓数据，计算出钢包下水口与活动轮廓仪之间的相对位置信息D2；

基于RA1以及D1和D2，计算出钢包下水口与相邻的第一立体标记物之间的相对位置信息D3；

大包回转台将钢包旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第一固定轮廓仪获取对应侧第一立体标记物的轮廓数据，计算出浇铸位侧第一固定轮廓仪与对应侧第一立体标记物之间的相对位置信息D4；

基于RA2以及D3和D4，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D00，根据D00指导装卸机器人的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在大包回转台的两个叉臂上还分别设置第二立体标记物并且该两个第二立体标记物呈对角线布置，对应在所述受包位附近和浇铸位附近分别布置能够扫描第二立体标记物的第二固定轮廓仪；

所述方法还包括：

通过手眼标定算法计算出活动轮廓仪的坐标系与受包位侧第二固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA3，通过手眼标定算法计算出装卸机器人的坐标系与浇铸位侧第二固定轮廓仪的坐标系之间的关系矩阵RA4；

钢包被放到受包位叉臂上之后，通过受包位侧第二固定轮廓仪获取对应侧第二立体标记物的轮廓数据，计算出受包位侧第二固定轮廓仪与对应侧第二立体标记物之间的相对位置信息D5；

基于RA3以及D2和D5，计算出钢包下水口与相邻的第二立体标记物之间的相对位置信息D6；

大包回转台将钢包旋转至浇铸位之后，通过浇铸位侧第二固定轮廓仪获取对应侧第二立体标记物的轮廓数据，计算出浇铸位侧第二固定轮廓仪与对应侧第二立体标记物之间的相对位置信息D7；

基于RA2、RA4、D3、D4、D6和D7，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D01，根据D01指导装卸机器人的动作路径，完成钢包下水口的安装和拆卸操作；

或者，基于RA4以及D6和D7，计算出装卸机器人与钢包下水口之间的相对位置信息D00'，在D00'与D00之间进行相互校准，或者根据D00'提供装卸机器人的备选动作路径。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将每次计算出的D3数据与钢包编号对应存储；

钢包被放到受包位叉臂上之后，获取该钢包的钢包编号，通过与该钢包所对应的历史D3数据对当前进行的D3计算进行校准，判断当前获得的D3数据是否在正常范围内，若否，则重复进行计算。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将每次计算出的各个相对位置信息与钢包编号对应存储；

将当前获得的各个相对位置信息与历史信息进行对比，对大包回转台的状态进行诊断，判断大包回转台是否存在工作安全隐患，所述大包回转台的状态包括叉臂水平度状况和回转角度到位状况。

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