CN111023829A - 一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火砖的自动铺设领域，具体是一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，包括：弧面行走装置，设置在水泥回转窑下部弧面上，驱动车轮与车身的圆周方向角度可调，实现车轮在不同弧度的曲面上按轨迹行走；耐火砖支撑装置，设置在弧面行走装置上，用于根据窑体半径的不同改变安装数量，驱动弧面行走装置行走适应窑体形状提供支撑；耐火砖上料装置，设置在耐火砖支撑装置上；耐火砖码放装置，设置在弧面行走装置上且与耐火砖上料装置配合，通过视觉识别相机和伺服相机量化铺设检测工艺，有效提高耐火砖的铺设效果，通过宽面敲击装置和窄面敲击装置来消除缝隙额，减少了人为因素对耐火砖铺设品质的影响。
Description
技术领域
本发明涉及耐火砖的自动铺设领域，具体是一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置。
背景技术
传统的水泥回转窑耐火砖铺设工作由人工铺设完成，劳动强度大，水泥窑的砌筑效果也无法有效保障；且长时间在充满水泥熟料粉尘有毒有害的密闭环境中工作，对工人的身体伤害极大；人工砌筑的人数一般8-10人一组，同时还有叉车进出运送耐火砖，正在砌筑中的水泥窑，特别是水泥窑的上半拱，万一出现安全隐患，后果将不堪设想。本发明的自动化铺设装置能代替人工完成绝大部分繁重的劳动，能有效的将工人从此环境中解放，提高了生产安全系数。
现有的耐火砖铺设工艺，靠人工放线校准，消除缝隙靠人工手持橡皮锤敲击，耐火砖的对心度靠工人目测，操作方式十分粗狂，窑体的铺设质量也难以得到有效控制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置。
一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，包括：
弧面行走装置，设置在水泥回转窑下部弧面上，驱动车轮与车身的圆周方向角度可调，实现车轮在不同弧度的曲面上按轨迹行走；
耐火砖支撑装置，设置在弧面行走装置上，用于根据窑体半径的不同改变安装数量，驱动弧面行走装置行走适应窑体形状提供支撑；
耐火砖上料装置，设置在耐火砖支撑装置上，通过弧面行走装置行走并确定选用的耐火砖型号和位置；
耐火砖码放装置，设置在弧面行走装置上且与耐火砖上料装置配合，用于将指定的耐火砖抓取放置至指定位置，并精确识别、校正码放位置并检测耐火砖的码放质量，保证耐火砖间的缝隙、耐火砖与窑体的对心度符合筑窑工艺要求。
所述的耐火砖支撑装置包括设置在弧面行走装置上的支撑架、设置在支撑架上的仿形支撑机构、设置在仿形支撑机构上的支撑气缸。
所述的耐火砖上料装置包括设置在支撑架上用于放置规定型号耐火砖堆的支撑平台、设置在支撑平台上的视觉检测支架、设置在视觉检测支架最上端用于识别区域内的规定型号耐火砖堆型号和位置的视觉识别相机。
所述的耐火砖码放装置包括操作平台、设置在操作平台上的六自由度机械臂、设置在六自由度机械臂上用于抓取耐火砖块的耐火砖专用夹爪、设置在六自由度机械臂上用于安装耐火砖专用夹爪的夹爪安装板、设置在操作平台上用于调节高度，支撑工人进行耐火砖的液压张紧并完成收缝工作的收缝平台。
所述的耐火砖专用夹爪包括夹爪安装板、设置在夹爪安装板上的两组海绵吸盘、设置在夹爪安装板上且与海绵吸盘配合的两组宽面敲击装置和窄面敲击装置、设置在夹爪安装板上正对耐火砖窄面，用于监测耐火砖码放后的缝隙尺寸检测的伺服相机、设置在夹爪安装板中部用于测量耐火砖与窑体中心距离，判断耐火砖的对心度的激光测距装传感器。
所述的宽面敲击装置包括气缸一、与气缸一连接的连杆机构、安装在连杆机构上的敲击块一；所述的窄面敲击装置包括气缸二、与气缸二连接的连杆、安装在连杆上的敲击块二。
所述的弧面行走装置包括位于前端位置处用于实时纠正行走轨迹，确定设备位置的激光循迹导航系统、设置在激光循迹导航系统上的重载弧面行走AGV、设置在回转窑的内壁上且与重载弧面行走AGV配合的平台稳定支撑杆、设置在激光循迹导航系统底部的行走定位支撑杆。
本发明的有益效果是：通过视觉识别相机和伺服相机量化铺设检测工艺，从耐火砖的选用到铺设，再到检测，都是数字化操作，过程可控，结果可靠，能有效提高耐火砖的铺设效果，通过宽面敲击装置和窄面敲击装置来消除缝隙额，操作流程及标准完全一致，极大的减少了人为因素对耐火砖铺设品质的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的立体图；
图3为本发明的耐火砖专用夹爪的立体图；
图4为本发明的宽面敲击装置示意图；
图5为本发明的窄面敲击装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图5所示，一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，包括：
弧面行走装置，设置在水泥回转窑下部弧面上，驱动车轮与车身的圆周方向角度可调，实现车轮在不同弧度的曲面上按轨迹行走；
耐火砖支撑装置，设置在弧面行走装置上，用于根据窑体101半径的不同改变安装数量，驱动弧面行走装置行走适应窑体101形状提供支撑；
耐火砖上料装置，设置在耐火砖支撑装置上，通过弧面行走装置行走并确定选用的耐火砖型号和位置；
耐火砖码放装置，设置在弧面行走装置上且与耐火砖上料装置配合，用于将指定的耐火砖抓取放置至指定位置，并精确识别、校正码放位置并检测耐火砖的码放质量，保证耐火砖间的缝隙、耐火砖与窑体的对心度符合筑窑工艺要求。
通过3D识别相机对窑体101进行扫描，由码放算法计算弧面所需耐火砖和码放位置。
所述的耐火砖支撑装置包括设置在弧面行走装置上的支撑架501、设置在支撑架501上的仿形支撑机构503、设置在仿形支撑机构503上的支撑气缸502。
所述的仿形支撑机构503能根据窑体101半径的不同改变安装数量，适应窑体101形状。
耐火砖在下半拱码放完毕后进行对应上半拱的码放工作，码放与检测流程与下半拱一致；当一块耐火砖码放完成后，仿形支撑机构503中的支撑气缸顶出，完成对应位置耐火砖的支撑固定，一拱中的所有耐火砖铺设完毕后，设备暂停，由人工使用液压顶杆进行该拱耐火砖的张紧并完成收缝工作。
设备初始工作时先行驶到设定开始位置，对窑体101进行3D扫描建模，根据选用的耐火砖参数，进行数字建模，确定窑体101内耐火砖的位置和型号，由耐火砖码放装置在耐火砖上料装置的视觉伺服下，取出相应型号的耐火砖并码放至指定位置。
通过视觉识别相机403和伺服相机307量化铺设检测工艺，从耐火砖的选用到铺设，再到检测，都是数字化操作，过程可控，结果可靠，能有效提高耐火砖的铺设效果，通过宽面敲击装置305和窄面敲击装置306来消除缝隙额，操作流程及标准完全一致，极大的减少了人为因素对耐火砖铺设品质的影响。
所述的耐火砖上料装置包括设置在支撑架501上用于放置规定型号耐火砖堆402的支撑平台401、设置在支撑平台401上的视觉检测支架404、设置在视觉检测支架404最上端用于识别区域内的规定型号耐火砖堆402型号和位置的视觉识别相机403。
所述的耐火砖码放装置包括操作平台301、设置在操作平台301上的六自由度机械臂302、设置在六自由度机械臂302上用于抓取耐火砖块303的耐火砖专用夹爪、设置在六自由度机械臂302上用于安装耐火砖专用夹爪的夹爪安装板309、设置在操作平台301上用于调节高度，支撑工人进行耐火砖的液压张紧并完成收缝工作的收缝平台310。
所述的耐火砖码放装置根据对水泥回转窑窑体101的扫描结果和选用的耐火砖参数，事先建立码放耐火砖的数字模型，然后由耐火砖上料装置确定选用的耐火砖型号和位置，与六自由度机械臂302通讯；六自由度机械臂302将指定的耐火砖抓取放置至指定位置后，宽面敲击装置305和窄面敲击装置306工作，消除码放缝隙；最后伺服相机307检测耐火砖之间的缝隙，激光测距传感器308检测耐火砖与窑体圆心的对心度，检测合格后完成一次码放操作。
所述的耐火砖专用夹爪包括夹爪安装板309、设置在夹爪安装板309上的两组海绵吸盘304、设置在夹爪安装板309上且与海绵吸盘304配合的两组宽面敲击装置305和窄面敲击装置306、设置在夹爪安装板309上正对耐火砖窄面，用于监测耐火砖码放后的缝隙尺寸检测伺服相机307、设置在夹爪安装板309中部用于测量耐火砖与窑体101中心距离，判断耐火砖的对心度的激光测距装传感器308。
所述的视觉伺服相机307和激光测距传感器308能精确识别、校正码放位置并检测耐火砖的码放质量，保证耐火砖间的缝隙、耐火砖与窑体的对心度符合筑窑工艺要求。
所述的宽面敲击装置305包括气缸一3051、与气缸一3051连接的连杆机构3052、安装在连杆机构3052上的敲击块一3053；所述的窄面敲击装置306包括气缸二3061、与气缸二3061连接的连杆3062、安装在连杆3062上的敲击块二3063。
耐火砖到达指定位置后，经宽面敲击装置305和窄面敲击装置306进行两面敲击，消除耐火砖之间的缝隙，通过视觉伺服相机307检测缝隙达到设定标准后显示缝隙合格；再由激光测距传感器308进行耐火砖的对心检测，判定耐火砖的对心度是否达标，达标后显示合格；上述过程有显示不合格的，经在此消除缝隙操作调整，仍然不合格的，设备报警呼叫人工介入。
通过气缸一3051和气缸二3061的伸缩带动安装在连杆机构3052和连杆3062末端的敲击块一3053、敲击块二3063对耐火砖进行敲击，消除耐火砖间的缝隙。
所述的弧面行走装置包括位于前端位置处用于实时纠正行走轨迹，确定设备位置的激光循迹导航系统201、设置在激光循迹导航系统201上的重载弧面行走AGV202、设置在回转窑的内壁上且与重载弧面行走AGV202配合的平台稳定支撑杆203、设置在激光循迹导航系统201底部的行走定位支撑杆204。
当设备停止在指定位置时，平台稳定支撑杆203和行走定位支撑杆204会对行走单元行进刚性定位，提高整个系统的操作精度和重复定位精度，整个定位过程会与激光循迹导航系,201协调工作，确定行走机构在此过程中的位置不发生改变。
收缝完成后，设备启动，开始下一拱的耐火砖铺设工作，循环至六自由度机械臂302工作范围耐火砖铺设完毕，平台稳定支撑杆203收起，设备行走至下一工作段，经激光循迹导航系统201校准位置后停止，再由定位支撑杆204固定设备位置，对待铺设窑体进行3D扫描建模，进行下一位置的铺设工作。
本发明的使用方法：窑体101砌筑所需耐火砖经数据输入到铺设数据库内供数据建模使用，将耐火砖使用叉车送至所述耐火砖上料装置的料盘内，经料盘上方所述的的视觉识别相机403，确定耐火砖的位置和型号，六自由度机械臂302每次抓取耐火砖时，与六自由度机械臂302及时通讯，保障六自由度机械臂302精准抓取所需型号的耐火砖；
耐火砖上料完毕后，所述弧面行走装置将整套设备运输至指定起点后停止，平台稳定支撑杆203和定位支撑杆204依次工作，完成整套系统的定位与支撑，保障耐火砖码放的工作位置的准确和固定；
工作位置确认后，由3D扫描设备对窑体101进行三维扫描建模，根据输入的耐火砖参数，进行整体码放工作的数字计算和建模，确定窑体101内所需码放耐火砖的位置和型号；与六自由度机械臂302通讯，经耐火砖上料装置的视觉识别相机403，取出相应型号的耐火砖并码放至指定位置；
耐火砖到达指定位置后，缝隙尺寸检测伺服相机307和激光测距装传感器308开始识别码放位置并检测耐火砖的码放质量，保证耐火砖间的缝隙符合要求，耐火砖与窑体101的对心度符合项目的工艺要求，若码放质量未达到设定数据，则宽面敲击装置305和窄面敲击装置306进行两面敲击，消除耐火砖之间的缝隙，提高对心度，通过伺服相机307检测缝隙达到设定标准后显示缝隙合格；再由激光测距传感器308进行耐火砖的对心检测，判定耐火砖的对心度是否达标，达标后显示合格；上述过程有显示不合格的，经在此操作调整后仍然不合格的，设备报警呼叫人工介入；
如此循环操作，直至六自由度机械臂302的下半环码放工作结束，开始上半环的码放操作，上半环操作逻辑与下半环一样，只是当一块耐火砖码放完成后，仿形支撑机构503中的支撑气缸顶出，完成对应位置耐火砖的支撑固定，当一个圆拱中的所有耐火砖铺设完毕后，设备暂停，由人工使用液压顶杆对该拱耐火砖进行张紧并完成收缝工作，工人完成操作并退出工作区域后，所述仿形支撑设备中的支撑气缸收回，完成一拱的砌筑工作；
砌筑工作无误，设备启动，开始下一拱的耐火砖铺设工作，循环工作至六自由度机械臂302工作范围耐火砖铺设完毕，平台稳定支撑杆203收起，设备行走至下一工作段，经激光循迹导航系统201校准位置后停止，再由行走定位支撑杆204固定设备位置，对待铺设窑体进行3D扫描建模，进行下一位置的铺设工作，直至工作完成，期间耐火砖出现缺料，则设备暂停并报警，等待叉车进行耐火砖补充后继续工作；
在整个耐火砖码放过程中，工人只需在耐火砖封顶时进入，充分的保障了工人的操作安全；耐火砖的码放操作全部改为机械操作，有效的降低了劳动强度；耐火砖的码放标准也得到数字化，工程质量处于实时监测监控中，工艺的一致性和合格率，去除了人工影响，得到极大的改善。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：包括：
弧面行走装置，设置在水泥回转窑下部弧面上，驱动车轮与车身的圆周方向角度可调，实现车轮在不同弧度的曲面上按轨迹行走；
耐火砖支撑装置，设置在弧面行走装置上，用于根据窑体(101)半径的不同改变安装数量，驱动弧面行走装置行走适应窑体(101)形状提供支撑；
耐火砖上料装置，设置在耐火砖支撑装置上，通过弧面行走装置行走并确定选用的耐火砖型号和位置；
耐火砖码放装置，设置在弧面行走装置上且与耐火砖上料装置配合，用于将指定的耐火砖抓取放置至指定位置，并精确识别、校正码放位置并检测耐火砖的码放质量，保证耐火砖间的缝隙、耐火砖与窑体的对心度符合筑窑工艺要求。
2.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的耐火砖支撑装置包括设置在弧面行走装置上的支撑架(501)、设置在支撑架(501)上的仿形支撑机构(503)、设置在仿形支撑机构(503)上的支撑气缸(502)。
3.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的耐火砖上料装置包括设置在支撑架(501)上用于放置规定型号耐火砖堆(402)的支撑平台(401)、设置在支撑平台(401)上的视觉检测支架(404)、设置在视觉检测支架(404)最上端用于识别区域内的规定型号耐火砖堆(402)型号和位置的视觉识别相机(403)。
4.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的耐火砖码放装置包括操作平台(301)、设置在操作平台(301)上的六自由度机械臂(302)、设置在六自由度机械臂(302)上用于抓取耐火砖块(303)的耐火砖专用夹爪、设置在六自由度机械臂(302)上用于安装耐火砖专用夹爪的夹爪安装板(309)、设置在操作平台(301)上用于调节高度，支撑工人进行耐火砖的液压张紧并完成收缝工作的收缝平台(310)。
5.根据权利要求4所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的耐火砖专用夹爪包括夹爪安装板(309)、设置在夹爪安装板(309)上的两组海绵吸盘(304)、设置在夹爪安装板(309)上且与海绵吸盘(304)配合的两组宽面敲击装置(305)和窄面敲击装置(306)、设置在夹爪安装板(309)上正对耐火砖窄面，用于监测耐火砖码放后的缝隙尺寸检测的伺服相机(307)、设置在夹爪安装板(309)中部用于测量耐火砖与窑体(101)中心距离，判断耐火砖的对心度的激光测距装传感器(308)。
6.根据权利要求5所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的宽面敲击装置(305)包括气缸一(3051)、与气缸一(3051)连接的连杆机构(3052)、安装在连杆机构(3052)上的敲击块一(3053)；所述的窄面敲击装置(306)包括气缸二(3061)、与气缸二(3061)连接的连杆(3062)、安装在连杆(3062)上的敲击块二(3063)。
7.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置，其特征在于：所述的弧面行走装置包括位于前端位置处用于实时纠正行走轨迹，确定设备位置的激光循迹导航系统(201)、设置在激光循迹导航系统(201)上的重载弧面行走AGV(202)、设置在回转窑的内壁上且与重载弧面行走AGV(202)配合的平台稳定支撑杆(203)、设置在激光循迹导航系统(201)底部的行走定位支撑杆(204)。
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| CN201911384207.2A CN111023829A (zh) | 2019-12-28 | 2019-12-28 | 一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置 |
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| CN201911384207.2A CN111023829A (zh) | 2019-12-28 | 2019-12-28 | 一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置 |
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| CN201911384207.2A Pending CN111023829A (zh) | 2019-12-28 | 2019-12-28 | 一种水泥回转窑的耐火砖自动化铺设装置 |
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| CN (1) | CN111023829A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112902660A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-04 | 安徽工业大学 | 一种回转窑窑衬耐火砖破损巡检机器人 |
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2019
- 2019-12-28 CN CN201911384207.2A patent/CN111023829A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112902660A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-04 | 安徽工业大学 | 一种回转窑窑衬耐火砖破损巡检机器人 |
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