CN111763961A - 一种电解炉自动出金属生产线及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动电解出金属生产线及控制方法，所述金属生产线包括阴极自动升降装置、风罩装置、净化装置、加料装置、出炉机械手、电解炉、工作台、金属搬运装置、自动打标计重在线检测分类装置、金属输送装置、上料小车装置、工控机系统，实现了加料装置自动补料及动态加料，机械手出炉及辅助出炉设备的协同运作，金属的制作及标识检测及进一步工艺的处理，以及引入净化装置除尘尾气处理等。本发明在减少工作人员的情况下，使用自动化设备提高工作效率，并使产品全程可追踪，并可实时监督产品状况，在增强对工厂控制，增大了产能，加强对环境的保护力度等条件下，实现了安全、高效、可视化、健康化、自动化并迈向智能化生产。

Description

一种电解炉自动出金属生产线及控制方法

技术领域

本申请属于自动控制技术领域，尤其涉及一种电解炉自动出金属生产线及控制方法。

背景技术

目前的火法冶炼稀土金属生产线普遍存在工作环境差的不足，例如粉尘、废气等污染物多，环境污染大。而对于从事生产的工人来说，工作环境长期处于高温状态，同时粉尘弥漫、噪音嘈杂，并且由于生产线的自动化水平较低，工人的工作强度极大。恶劣的工作环境除了会对工人本身的健康造成损害之外，还会对安全生产造成威胁，例如电解炉的温度很高，长期处于热辐射容易导致工作人员中暑和灼伤皮肤，在出炉过程中，由于劳动强度大，工人的操作失误会造成工伤、火灾和产品损失。另外，由于目前的火法冶炼稀土金属生产线大多采用人工加料、出炉和数据记录，工作效率较低，并且容易出错。因此，火法冶炼稀土金属生产中迫切需要引入自动化生产线，改善工作环境降低工人工作强度的同时，提高整个生产线的信息化水平，实现对生产过程的实时监控以及远距离控制，完成从自动上料、电解炉动态加料、出炉装置阴极自动升降旋转、电解炉风罩自动开闭、自动出炉，再到金属打标、计重、在线检测，最后到金属的归类处理的整套自动工作流程。

发明内容

本发明提出一种电解炉自动出金属生产线，所述电解金属自动化生产线包括：阴极自动升降装置、风罩装置、净化装置、加料装置、出炉机械手、电解炉、工作台、金属搬运装置、自动打标计重在线检测分类装置、金属输送装置、上料小车装置、工控机系统。

所述生产线包括多台电解炉，在每台电解炉的侧面安装一台阴极自动升降装置，所述阴极自动升降装置包括一阴极，所述阴极自动升降装置的阴极可以伸入电解炉中。

每台电解炉的第一侧面安装一风罩装置，所有风罩装置通过管道连通，并通过所述管道汇集到主管道中，所述主管道连接净化装置，所述净化装置包括风机与净化塔等设备，对电解产生的废气进行无害化处理后再排放，以降低对环境的污染。

在电解炉侧面安装有加料装置，所述加料装置的布置方向平行于电解炉的布置方向，每台所述加料装置安装在两台电解炉之间，并向这两台电解炉实施一对二的实时加料。在加料装置的侧面布置有上料小车装置，上料小车装置用于对所述加料装置补充物料。

在电解炉的第二侧面布置有出炉机械手，所述机械手用于电解炉的出炉工作，所述机械手可以在一横梁上移动，所述机械手侧面的东西方向布置有多个工作台，所述工作台对出炉的金属进行铸锭冷却熔盐剥离工作，每一台电解炉配置一工作台。所述工作台的侧面布置有金属搬运装置，所述金属搬运装置将完成铸锭冷却熔盐剥离的金属往下一工序运送，所述金属搬运装置可以在一滑轨上移动，将多个工作台上经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属集中运往自动打标计重在线检测分类装置，所述自动打标计重在线检测分类装置完成对经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属的打标计重在线检测分类工作。自动打标计重在线检测分类装置的侧面布置有一金属输送装置，经过打标计重在线检测分类的金属由金属输送装置送至下一工序，优选的，所述金属输送装置可以采用辊道、板链或者皮带输送装置。

所述阴极自动升降装置将阴极伸入电解炉中，从而实现电解作业，所述阴极自动升降装置包括：升降驱动电机、减速器、齿轮、齿条、伸出臂、横移机构、第一轴承、阴极、第二轴承、升降柱、升降柱安装套管、小同步带轮、大同步带轮、旋转电机、旋转电机座、调节手轮装置、深沟球轴承、角接触球轴承、轴。

所述升降柱安装套管固定在所述电解炉的侧面，所述升降柱套管安装有4组第二轴承，所述第二轴承在升降柱安装套管高度方向上分为上下各两组，使升降柱夹持在4组第二轴承中，并能沿着垂直方向上下移动，升降柱的下端安装在升降柱套管中，并且所述升降柱可以在所述升降柱套管中升降，升降柱的上端与横移机构连接，所述的连接方式为横移机构下方焊接一轴，轴上安装2组深沟球轴承，轴末端靠近大同步带轮处安装一角接触球轴承，再插入开有安装中心孔的升降柱中，所述升降柱的升降从而带动横移机构上下移动，所述升降柱外侧面轴向方向安装有齿条，所述升降柱套管上端面安装有减速器，所述减速器中包括齿轮，所述齿条和所述齿轮相互配合，升降驱动电机安装在地面上，通过链传动或带传动带动减速器工作，通过减速器的减速以及减速器中的齿轮与升降柱上的齿条的配合，升降驱动电机的正反转可实现升降柱在升降柱套管中升降。升降柱与横移装置的升降柱110与横移装置106的下端面焊接轴配合连接，轴上固定安装大同步带轮114，处于横移装置106下端，，旋转电机座上表面还安装有旋转电机，旋转电机同轴安装有小同步带轮，旋转电机带动小同步带轮运动，小同步带轮通过同步带带动大同步带轮转动，实现升降柱和横移机构绕大同步带轮的轴心旋转运动。所述横移机构的4个侧面各安装数个第一轴承；所述伸出臂从横移机构中水平穿过，所述第一轴承对伸出臂进行定位及支撑，所述调节手轮装置的一端固定在横移机构，另一端固定在伸出臂上，通过旋转的调节手轮装置可实现伸出臂的左右横移。

所述风罩装置包括：风罩、第一支座、万向节、气缸、第二支座、风管、导向轴承、风罩滑移机构、风罩支撑套管、槽轮、轨道、风罩支撑杆，锁紧螺丝。所述风罩装置通过气缸的伸缩完成驱动风罩的开启和关闭，气缸的左端安装在第二支座上，第二支座固定在风管的上表面，气缸的右端通过万向节安装在第一支座上，第一支座安装在风罩的上表面。所述风管通过风罩滑移机构与风罩滑动连接，所述风罩滑移机构外形与风管外形一致且尺寸稍大，使得风罩滑移机构的左端可以套在风管上，风罩滑移机构的前后上下四个外表面各安装2个导向轴承，所述导向轴承可以在风管的外壁上滚动，对风管在风罩滑移机构内的滑动提供支撑和导向。所述风罩的底部垂直安装有风罩支撑套管，风罩支撑杆的上端伸入风罩支撑套管中，风罩支撑杆的下端连接槽轮，所述槽轮可以在水平布置的轨道上行走，风罩支撑套管上安装一锁紧螺丝。

所述加料装置包括：真空上料机构、料桶、振动料槽、直线振动送料器、机架、第二级振动送料槽、第一级振动送料槽、X型分料管、称重装置、称重料斗、翻转驱动装置、导料板、驱动装置、翻转料斗。所述真空上料机构安装在料桶上，料桶安装在机架上，料桶的下部具有出料口，所述料桶的出料口下方安装振动料槽，振动料槽安装在直线振动送料器上，直线振动送料器安装在机架上，振动料槽的出料口安装有导料板，导料板的上端与驱动装置连接，导料板的下端为自由端，通过控制驱动装置的运转可以实现导料板的上下运动，以实现振动料槽出料口的开启或关闭，驱动装置安装在机架上。振动料槽的出料口前下方安装一称重料斗，称重料斗可以通过翻转驱动装置实现翻转，所述翻转驱动装置安装在称重料斗的侧面，称重料斗安装在称重装置之上，称重装置固定安装在机架上，称重料斗前下方机架固定安装有一X型分料管，分料管的内部安装一翻转料斗，通过驱动翻转料斗的向不同方向翻转可实现往X分料管中不同料管中投料，X型分料管的出料口下方设置第一级振动送料槽，所述第一级振动送料槽的出料口下方设置第二级振动送料槽，所述第一级振动送料槽和第二级振动送料槽组成两级振动送料槽，以实现粉料的长距离输送。

所述加料装置的加料模式为：所述电解炉的安时计获取电解炉当前的电流值，并通过MODBUS/RTP网络将所述电流值传输至工控机系统，所述工控机系统通过数据库与ERP网络进行数据传输和储存，所述工控机系统计算出目标投料量，并将计算出的所需投料量发送给加料装置400。例如，投料量M'＝E*α，其中E为预定时间段内的安时计的累积量，α为系数值(例如，α的范围为0.5～5.0)。加料装置的称重装置获取实时投料量，工控机系统将目标投料量和实时投料量进行比较，通过改变直线振动送料器的振动频率以改变送料模式，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中，直线振动送料器的振动频率为第一频率，同时导料板向上运动，所述振动料槽出料口开启；在低速模式中，直线振动送料器的振动频率为第二频率，同时导料板向下运动，所述振动料槽出料口关闭。并且第一频率第二频率皆为一频率段。优选地，在加料机控制系统根据投料量进行送料并进行称重时，改变料槽振动器的振动频率以改变送料模式，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中设置料槽振动频率为第一频率,所述第一频率为一频率范围，并且呈先增再匀最后降频变化，同时挡板开启状态，低速模式中设置料槽振动频率为第二频率，同样的第二频率也为一频率范围，变化趋势为先降再匀，同时挡板关闭状态，高速模式和低速模式的切换根据不等式E≤(sv-pv)+A的计算结果控制，其中E表示低速档板关闭重量；A＝ΔT*{(pv-sv)/2}，表示落差重量，其中ΔT为采样时间，所述采样时间设置与落差有关，所述落差为料槽到料斗的高度差，ΔT为该落差做自由落体所需的时间，sv为目标重量，pv为实时重量，(pv-sv)/2为系统利用PID算法，计算得出的单位时间内实时当前料斗的的粉料平均增长速度，此值由于在第一和第二频率的中后期频率都呈匀或降频状态，故计算的理论值即小于实际值，因此保证了加料量始终保证小于需求量，防止了加料过量。优选地，在加料机控制系统根据投料量进行送料并进行精确称重时，当pv≥sv-g时定量给料完成，进入系统判稳阶段，并且只有完成定量后才会进入判稳阶段，其中g为偏差值，进入判稳状态的同时，慢速加料停止，并且等待滞空粉料全部落入料斗中，系统开始计算实际偏差值g实际＝sv-pv，当g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值，判稳完成，否则系统给出数个脉冲使振动器振动数次加入1/2实际偏差值的粉料，振动之后，再一次进入判稳，一直循环，直到满足系统偏差许可。优选地，在不等式E≤(sv-pv)+A成立时保持送料模式为高速模式，在不等式E≤(sv-pv)+A不成立时切换至低速模式，完成低速加料再利用g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值进行判稳，完成最终的称量，实现动态加料。

所述出炉机械手用于将坩埚从电解炉中提出，所述出炉机械手包括：坩埚夹持机构、机械手横移机构、机械手旋转机构、机械手移动机构、机械手纵移机构。所述坩埚夹持机构的侧面连接在机械手横移机构上，所述机械手横移机构从机械手纵移机构中穿过，所述机械手纵移机构不限制机械手横移机构的水平移动，并对机械手横移机构的纵向移动进行限制，机械手纵移机构可带着机械手横移机构作为一个整体纵向移动。

进一步的，所述坩埚夹持机构包括夹持卡爪、力传感器、丝杠螺母副、夹持机构机架、夹持机构驱动电机、连杆。所述夹持卡爪包括三个卡爪，每个卡爪的下端的外形与坩埚的外形相配，每个卡爪的上端与丝杠螺母副连接，每个卡爪的上端和下端通过力传感器连接起来，并且每个卡爪的上端还通过连杆与夹持机构机架连接，所述夹持机构机架上部安装有夹持机构驱动电机，通过夹持机构驱动电机的驱动，结合夹持机构机架和连杆的联动，实现夹持卡爪相对于坩埚夹持机构中心轴线的张开和夹紧。

具体地，所述机械手纵移机构可在一纵梁上纵向移动，所述纵梁上端尾部安装机械手旋转机构，所述机械手旋转机构可驱动纵梁绕纵梁的轴向旋转，从而带动机械手纵移机构、机械手横移机构以及连接在机械手横移机构一端的坩埚夹持机构一起绕纵梁的轴向做旋转运动，所述机械手旋转机构由传动齿轮副传递机械手旋转机构驱动电机的动力，以实现旋转运动。具体地，所述传动齿轮副采用斜齿轮副或螺旋齿轮副。

所述机械手移动机构设置在机械手旋转机构上方，所述机械手旋转机构的尾部安装在机械手移动机构上，通过机械手在机械手移动机构的横梁上移动，从而使出炉机械手移动至不同的工位。所述机械手移动机构包括导向支撑轮、梁、传动链条、链轮、机械手移动机构驱动电机，所述梁采用工字钢悬挂式固定在机械手旋转机构上方，作为机械手移动的轨道，通过8只纵向排布的导向支撑轮和4只横向排布的导向支撑轮相对夹持，将横梁夹于导向支撑轮组成的轮组之间，将机械手悬挂于梁上，并起导向支撑作用。所述机械手的移动通过安装在梁上的机械手移动机构驱动电机驱动，通过传动链条安装在机械手两侧面，并安装在梁两端的两个链轮上，机械手移动机构驱动电机带动链轮转动，链轮带动链条从而实现机械手的移动工位更换；优选地，也可采用梁上安装导轨，并且机械手旋转机构的顶部安装滑块，所述滑块与所述梁上的导轨配合，以替代导向支撑轮，使实现机械手在梁上更为精准且稳定的运动。

结合机械手横移机构、机械手纵移机构、机械手旋转机构以及坩埚夹持机构的横移、纵移、旋转和夹持动作，可使坩埚夹持机构到达指定位置，并对待出炉的坩埚完成夹持并移送指定位置，或者将空坩埚放回电解炉中。更近一步地，本实施例中，工控机系统对机械手的机械手横移机构、机械手纵移机构以及机械手旋转机构采用伺服电机的位置控制模式进行控制，对坩埚夹持机构采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，其中控制阶段在伺服电机的转矩控制模式时，工控机系统结合坩埚夹持机构的夹持卡爪上的力传感器构成PID-PID串联闭环控制，保证夹持工作的可靠性。

根据上述的机械手，本发明提出一种电解金属的出炉方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：使坩埚夹持机构位于电解炉的中心液面正上方，工控机系统发送准备工作指令给机械手，机械手得到准备工作指令后，其机械手旋转机构开始工作，以机械手旋转机构驱动电机的最大转速快速将机械手横移机构、机械手纵移机构绕着纵梁的轴线旋转到电解炉的中心轴线方向，随后机械手横移机构开始运动，使得坩埚夹持机构的中心轴线位于电解炉中心轴线上，值得一提的是，因为电解过程中，阴极始终保持在坩埚内，所以机械手旋转至中心轴线时优选的可以读取原阴极正常工作、并且未升起旋转时候的坐标值，并将其作为一个参考坐标用于修正机械手停止旋转位置，如此可以较为提高夹持寻找坩埚的效率，减少确定坩埚实际位置的整个过程。随后机械手纵移机构开始运动，带动机械手横移机构、坩埚夹持机构向下运动，使坩埚夹持机构的夹持卡爪位于电解炉正上方预定位置(例如相距10-100mm的预定位置)；

步骤二：工控机系统发送夹持指令给机械手，机械手得到夹持指令后，坩埚夹持机构的夹持卡爪贴着阳极片张开并缓慢移动至电解炉的液面下，完成对坩埚的夹持；当电解炉处于正常工作状态下，电解炉中的阳极片越往炉底则消耗的越多，因此阳极片靠近电解炉液面的地方较厚，越往炉底阳极片越来越薄，并且电解炉的炉底空间变大，电解液波动，坩埚会发生移位，坩埚始终处于电解炉的阳极片之间，因此坩埚夹持机构采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，灵活的确定电解炉中坩埚的位置；具体步骤为夹持机构驱动电机以位置控制模式快速将夹持卡爪夹紧，夹持卡爪夹紧后，夹持机构驱动电机切换成转矩控制模式(例如所选电机力矩为3000N.m)，同时夹持机构驱动电机的转速改成慢速转动，机械手纵移机构的驱动电机也改成慢速转动，夹持卡爪下降至炉面以下5-50mm时，停止下降，夹持机构驱动电机进入反向转矩模式，驱动夹持卡爪开始张开，机械手纵移机构再缓慢向下运动，当有夹持卡爪碰触到阳极片时，并且当夹持机构驱动电机达到电机额定力矩的10％作为一限定值，将此输出力矩值设为第一力矩设定值，需要说明的是该比例值是相对于所选伺服电机的额定转矩而言，所述力矩设定值可以根据阳极片的实质情况改变即才有多大比例的力矩作为限定，以及额定力矩多大的电机，具体以不撑破阳极片，但又能使夹持卡爪部分接触阳极片为准或者为保证移动时的稳定性，可以加持一定的力矩；到达第一设定值时，此时夹持机构驱动电机停止运动，机械手纵移机构继续下降，为使夹持机构每次夹持的位置偏差不大，及夹持在坩埚不同的位置影响移动时的稳定性，故机械手纵移机构下降停止的区间范围设定为夹持卡爪的下表面距离坩埚上表面10-60mm，机械手纵移机构停止下降，坩埚夹持机构确定坩埚位置完成。限制夹持机构驱动电机的输出力矩，既可保证夹持卡爪沿着阳极下降，又可防止由于夹持机构驱动电机持续运动，夹持卡爪张开将阳极片顶破。

步骤三：夹持机构驱动电机切换成正向转矩模式，当夹持机构驱动电机输出力矩≤电机额定力矩的70％时，将此输出力矩值设为第二力矩设定值，与第一力矩设定值一样，输出力矩的百分比，取决于额定力矩的大小。因为夹持卡爪与坩埚的外形相互啮合，如果单纯的只是夹持出炉，力矩可以设定的很小，甚至可以在夹持卡爪与坩埚留有间隙的情况下都能实现，但是考虑到后期坩埚可能的倾倒或小幅度振动而使金属液流回电解炉中，设置夹持机构驱动电机的输出力矩为第二力矩设定值，防止坩埚的脱落，并且不会被夹碎或过大变形。在夹持机构驱动电机的驱动下，夹持卡爪开始夹紧，夹持卡爪的三个卡爪中，最先接触坩埚的卡爪将坩埚往未接触坩埚的其他卡爪方向移动(或者最先接触坩埚的卡爪在接触坩埚后停止移动，而未接触坩埚的卡爪继续往坩埚方向移动)，直至夹持卡爪的全部卡爪接触坩埚并继续夹紧坩埚，当夹持机构驱动电机检测到电机输出力矩≥电机额定力矩的70％时，夹持机构驱动电机停止运动。采用这种控制方式可以避免由于坩埚在电解炉中长时间持续高温环境下变脆，夹持卡爪的夹持力度过大而将坩埚夹碎或夹变形，因此夹持卡爪上安装的力传感器向工控机系统发送卡爪的力矩值，工控机根据所述卡爪的力矩值，控制夹持机构驱动电机的输出力矩，构成PID-PID串联闭环控制，控制输出力矩总体误差在±2.5％以内。

步骤四：机械手纵移机构550的驱动电机转速降低，同时机械手纵移机构往上提升，当坩埚下表面距离电解炉上表面不小于100mm时停止提升，并停留预定时长(例如1-10秒)以使坩埚表面的电解液流回电解炉中(具有倾倒装置时晃动或者稍侧倾1-2秒倒出少量电解液)；

步骤五：机械手的坩埚夹持机构夹持着坩埚，机械手横移机构和机械手旋转机构的驱动电机均切换成低转速模式(机械手横移机构的驱动电机不大于500转/分、机械手旋转机构的驱动电机不大于1000转/分)，降低上述驱动电机的转速可以平稳地移送盛满熔融金属的坩埚至位于指定位置的定位机构平台上，所述坩埚放置于定位机构平台上由人工完成将坩埚中的熔融金属倒入模具中，再把坩埚放回定位机构平台上；或者机械手上安装倾倒装置，在不需要人工的情况下将坩埚中的熔融金属倾倒至模具中，并将坩埚恢复水平；

步骤六：坩埚夹持机构夹持坩埚返回液面上方，工控机系统控制机械手横移机构、机械手旋转机构的驱动电机恢复高速模式(转速2000转/分)，机械手上伺服电机均切换至位置控制，将坩埚移送至电解炉中心线与坩埚中心线重合处的熔融金属液面的上方，即快速复位过程，机械手纵移机构带着坩埚快速往下运动，当坩埚下表面距离熔融金属液面5-30mm处，纵移机构转速切换成低速模式继续往下运动(转速1000转/分)，防止坩埚下降速度过快将电解炉中的熔融金属溅出，直至放置至电解炉底，完成将空坩埚放回电解炉中，同时，坩埚夹持机构的驱动电机切换成位置控制模式；

步骤七：空坩埚放回电解炉后，工控机控制系统控制机械手纵移机构向上运动，直到坩埚夹持机构的卡爪距离炉台至少100mm，机械手横移机构、机械手旋转机构配合运作，回到初始位置，等待下一工作指令；凝固在坩埚夹持机构的卡爪上的固态电解金属进行下一次进入电解炉的时候，被液态金属熔化，重新回到电解炉。

重复以上上述完成所有循环动作。

所述自动打标计重在线检测分类装置包括输入装置、组分检测装置、打标机、搬运机械手、称重单元、输出装置、金属收集箱。

其中，所述输入装置用于输送金属至下一工序。进一步地，所述输入装置包括安装架、相机和位置检测装置；所述安装架安装在输入装置金属流入路径的正上方，例如可横跨于整个输入装置上。位置检测装置与相机并排安装在安装架上。

进一步地，相机是CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)相机。相机拍摄当前金属的照片，并将拍摄的照片与预存的金属照片进行比对，所述预存的金属照片为数据库中存储的，拍摄的一系列实际生产过程中合格产品的实际照片，通过搬运机械手夹持金属在水平面的前后方向和左右方向上(即X、Y方向上)移动，最终确定金属上可用于打标的区域，解决了金属某些区域表面缺陷不能打标问题。

所述位置检测装置与相机并排安装在安装架上，作为自动打标计重在线检测分类装置的参考点，即Sp点，该处坐标点已知，搬运机械手夹持厚度不均的金属去接触所述位置检测装置，工控机系统根据位置检测装置提供的基本参考数据，然后计算出金属的打标高度。金属通过输入装置从相机下方缓慢移动，同时相机将拍摄的照片与数据库中预存的合格品金属的照片进行比对，确定金属上用于打标的区域，当打标的区域确定后，搬运机械手在垂直往上运动去碰触位置检测装置上预设的参考点Sp，得出打标的高度，再通过搬运机械手移动至的打标机下进行标识工作。

由于每块金属厚度不均，当金属过薄时，可能超过打标机行程而无法标识，而金属过厚则影响打标，确定打标高度的方法可以先设置一个物理参考点Sp，移送金属去接触该参考点，通过金属表面最先接触的点得出参考数据，然后控制系统通过公式P＝{(Sp-Vp)/S}*Y，在上述公式中，S＝金属在高度方向上的搬运移动速度，Sp＝预设参考点的坐标值，即相对于原点的坐标值；Vp＝预设的参考原点位置坐标值，可以通过通知面板自行设置；Y＝电机惯量，自动计算金属打标的高度位置P，保证打标位置处于同一水平高度，从而解决由于金属表面的凹凸不平、厚度不一致、刻印针有效行程较短，不能在金属表面打标的问题；该方法仅为示例，实际生产中相机拍照、扫描、确定打标区域之后，可以用各种算法实现对机械手的移动控制，只要保证最终打标区域对准打标机即可。

所述组分检测装置布置于输入装置的侧面，所述组分检测装置用于对金属中的各组分含量进行在线检测分析，并将检测分析的各组分含量与合格金属的各组分含量进行对比，所述用于对比数据是由公认的各组分含量比结合实际工艺分类而得，数据皆存于数据库中，得出流入金属的品级；所述组分检测装置可以采用硫碳分析仪，对金属中的C、S等元素含量进行测定，并得出流入金属的品级；优选的还可以选用火花源原子发射光谱仪、激光光谱仪用于在线检测、稀土金属快速分析仪，实现更快速、更准确的在线检测，但要求较高的前期投入。

所述打标机放置在输入装置的正前方，并连接到工控机系统。例如，打标机通过MODBUS/TCP连接到工控机，作为优选方案的打标机采用AP100针式刻印机。

搬运机械手和输入装置并排布置。搬运机械手包括：搬运机械手移动导向装置、搬运机械手升降机构、搬运机械手翻转机构、搬运机械手伸缩机构、搬运机械手夹持卡爪、搬运机械手夹持驱动机构。作为优选，在夹持机械手处于搬运机械手移动导向装置，搬运机械手伸缩机构未伸出，垂直方向搬运机械手升降机构未上升处于最低点时，设置X、Y、Z三轴的坐标都为0。所述搬运机械手升降机构、搬运机械手翻转机构、搬运机械手伸缩机构、搬运机械手夹持卡爪均安装在搬运机械手移动导向装置上。所述搬运机械手移动导向装置实现所述搬运机械手的平移运动，所述搬运机械手升降机构垂直安装在搬运机械手移动导向装置上，实现所述搬运机械手的上下运动；搬运机械手翻转机构的一端固定在搬运机械手升降机构上，另一端连接搬运机械手夹持机构。所述搬运机械手夹持机构包括搬运机械手夹持卡爪、搬运机械手夹持驱动机构；所述搬运机械手夹持驱动机构连接两个搬运机械手夹持卡爪。所述搬运机械手夹持驱动机构可采用双活塞杆气缸，所述搬运机械手夹持驱动机构驱动搬运机械手夹持卡爪的两个夹子相向运动，即以被夹金属为中心，两夹子向缩小间距的方向运动，完成对金属的夹紧和松开动作。所述搬运机械手伸缩机构安装在搬运机械手翻转机构和搬运机械手夹持机构之间，将搬运机械手翻转机构和搬运机械手夹持机构连接起来。作为优选方案，搬运机械手伸缩机构采用伺服电机驱动，结合丝杠螺母副精确传动。

所述称重单元放置在金属流入路径上，并处于打标机的正前方，且与输入装置和打标机位于同一直线上。搬运机械手将完成打标的金属移送到称重单元上进行称重，通过工业网络，称重单元中的称重模块将称取的当前金属的实时重量值传输给工控机系统，工控机系统将当前金属的实时称量值与金属流入前的称量值存入到数据库中，做统一管控，所述称量值数据均可实时导出。

搬运机械手将完成自动化打标和称重的金属放置在输出装置上，输出装置与输入装置在同一水平面的同一直线上，且放置在称重单元的正前方。所述输出装置用于对金属完成在线检测后，通过在线检测的得出结果为金属合格品的向金属输送装置继续输送，而检测结果为金属不合格品的流入金属收集箱，待回炉处理，金属收集箱可以安装工业脚轮，方便移动，所述金属收集箱也可以采用AGV小车上放置收集箱用于金属的收集。更具体地，在在线检测装置的检测下，根据数据的差异范围，对金属更为细致的划分等级，并且该检测结果还可用于修正加料系数。所述划分等级根据金属中的C、S含量进行细分，区间范围人为设定，借助在线检测装置实现，例如硫碳分析仪；也可以通过重量进行划分，优选的的以镨钕合金为例，并且此数据可反馈与自动加料机用于修正加料系数，金属重量与氧化物之间有个理论转化率，以镨钕为例转化镨钕金属转化率为1.175，此时电解炉的运行状态最佳，产品质量最好。利用这个关系，当转化率小于1.1，金属品级为C时，加料参数量设定值需再乘以1.2；当金属转换率处于1.10至1.16之间时，对应B级，加料量乘以1.05-1.1，作为修正后的加料量；当金属转化率大于1.16时，对应A级，加料量基本不变，作为修正后的加料量。

优选地，所述输入装置和输出装置设置导向，具体为沿着输送方向安装在两侧的圆钢，优选的，以数组金属圆钢在流向方向中心轴线对称平行布置，布置于输送装置两侧面，其中最左侧金属圆钢的右侧向外扩张，可使金属在输送过程中更顺畅，位置更精准，方便后期的机械手夹持金属，另外对于放置金属的要求降低，对操作人员的技术水平要求降低。

进一步地，金属输送装置还包括抛丸机、钻熔盐装置、金属清刷装置、金属装桶装置、金属包装装置。所述金属输送装置的北侧依次从东往西布置抛丸机，钻熔盐装置、金属清刷装置，金属输送装置的西侧尾部布置有金属装桶装置、金属包装装置，所述抛丸机、钻熔盐装置、金属清刷装置、金属装桶装置、金属包装装置实现对已完成打标计重在线检测分类的金属依次进行抛丸、钻熔盐、清刷、装桶到包装，可存入仓库等待出货，完善电解生产线的功能，加大生产线的自动化程度。

进一步地，所述金属清刷装置采用自动清刷机，对金属进行清刷处理；所述金属包装装置采用工业机器人进行装桶，所述工业机器人上安装有工业相机，或者在辊道尾部上方横跨辊道安装一工业相机固定架，将工业相机固定在上方，金属流过时所述工业相机扫描刻印码，所述工业相机用于扫描金属上的编码，所述编码为打标机的刻印码，通过识别金属上的该刻印码，可得出金属编码对应的品级，并将金属按照设置的品级进行分类装在不同的金属桶中，所述金属桶堆放在托盘中。优选地，用于金属存放的金属桶以及堆放金属桶的托盘都具有物料编码，工业相机在扫描金属上编码的同时，还扫描金属桶及托盘的物料编码，并将物料编码发送给工控机系统，并存储于数据库中，以方便后期对金属的溯源以及流向追踪。

所述工控系统用于控制整条生产线，所述工控机系统包括：工控机、数据库以及下位控制系统；工控机与数据库可实时交换存储及调取数据，同时工控机、数据库都可以直接与ERP网络进行对接；所述下位控制系统，通过modbus/tcp网络与下位机进行通信，由工控机发出控制指令，下位机接收指令并对生产线的运作进行控制。

为了实现电解槽出金属的全自动化过程，本申请提出一种生产线的生产方法，其基于上述实施例中的生产线，并通过以下步骤实现：

S1、将平行设置4台电解炉编为一组，至少一组电解炉形成一条生产线，电解炉的数量具体可以根据产能需求，以及车间布局实际情况布置数量；

S2、上料小车运载配好的粉料，运至加料装置，真空上料机构对加料装置的料桶进行补料，同时加料装置对电解炉动态加料；

S3、电解炉出金属准备：风罩开启，阴极自动升降装置将阴极向上升起并旋转，出炉机械手准备夹持坩埚；

S4、电解炉出金属：出炉机械手的坩埚夹持机构夹持坩埚出电解炉；

S5、坩埚夹持机构将坩埚内的熔融金属倾倒至模具中，完成铸锭，并夹持坩埚复位至电解炉，阴极自动升降装置将阴极旋转后下降放入电解炉中指定位置，风罩关闭；

S6、铸锭熔盐剥离：对铸锭表面的熔盐进行敲击剥离，并将剥离的熔盐进行回收；

S7、自动打标计重在线检测分类装置对铸锭进行打标、称重和在线检测；

S8、搬运机械手将经过打标、称重和在线检测的铸锭进行分类、收集并输出；

S9、风罩装置将废气输送到净化装置进行处理、除尘，所述净化装置一直开启；

S10、金属输送装置对铸锭进行抛丸、钻熔盐、清刷以及表面处理，工业机器人将经过上述处理的铸锭进行装桶、包装并存储；

S11、重复S1-S10完成循环。

本发明提出一种电解金属自动化生产线及控制方法，所述金属生产线包括阴极自动升降装置、风罩装置、净化装置、加料装置、出炉机械手、电解炉、工作台、金属搬运装置、自动打标计重在线检测分类装置、金属输送装置、上料小车装置、工控机系统，实现了加料装置自动补料及动态加料，机械手出炉及辅助出炉设备的协同运作，金属的制作及标识检测及进一步工艺的处理，以及引入净化装置除尘尾气处理等。本发明通过引入自动化流水线生产模式，结合物联网，改善传统湿法电解稀土金属生产模式，在减少工作人员的情况下，使用自动化设备提高工作效率，并使产品全程可追踪，并可实时监督产品状况，在增强对工厂控制，深度了解工厂运行状态，改善工厂布局，增大产能，加强对环境的保护力度等条件下，安全、高效、可视化、健康化、自动化并迈向智能化生产。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的电解金属自动化生产线的布局图。

图2示意性地示出了阴极自动升降装置的主视图。

图3示意性地示出了阴极自动升降装置的左视图。

图4示意性地示出了阴极自动升降装置的俯视图。

图5示意性地示出了风罩装置的主视图。

图6示意性地示出了风罩装置的左视图。

图7示意性地示出了风罩装置的俯视图。

图8示意性地示出了加料装置的主视图。

图9示意性地示出了加料装置的局部视图。

图10示意性地示出了出炉机械手的主视图。

图11示意性地示出了出炉机械手的局部视图。

图12示意性地示出了自动打标计重在线检测分类装置布局图。

图13示意性地示出了工控系统的大体布局图。

图14示意性地示出了根据本发明优选实施例的电解金属自动化生产线的布局图。

图15示意性地示出了根据本发明优选实施例的电解金属自动化生产线的布局图。

图16示意性地示出了阴极自动升降装置的局部视图。

附图标记说明：100-阴极自动升降装置、101-升降驱动电机、102-减速器、103-齿轮、104-齿条、105-伸出臂、106-横移机构、107-轴承、108-阴极、109-轴承、110-升降柱、111-升降柱安装套管、112-小同步带轮、113-旋转电机、114-大同步带轮、115-旋转电机座、116-调节手轮装置、117-角接触球轴承、118-深沟球轴承、119-轴、200-风罩装置、201-风罩、202-第一支座、203-万向节、204-气缸、205-第二支座、206-风管、207-导向轴承、208-风罩滑移机构、209-风罩支撑套管、210-槽轮、211-轨道、212-风罩支撑杆，213-锁紧螺丝、300-净化装置、400-加料装置、401-真空上料机构、402-料桶、403-振动料槽、404-直线振动送料器、405-机架、406-第二级振动送料槽、407-第一级振动送料槽、408-X型分料管、409-称重装置、410-称重料斗、411-翻转驱动装置、412-导料板、413-驱动装置、414-翻转料斗、500-出炉机械手、511-夹持卡爪、512-力传感器、513-丝杠螺母副、514-夹持机构驱动电机、515-夹持机构机架、516-连杆、520-机械手横移机构、521-机械手横移机构驱动电机、530-机械手旋转机构、531-机械手旋转机构驱动电机、532-传动齿轮副、533-纵梁、540-机械手移动机构、541-导向支撑轮、542-梁、543-传动链条、544-链轮、545-机械手移动机构驱动电机、550-机械手纵移机构、560-坩埚、570-阳极片、600-电解炉、700-工作台、800-金属搬运装置、900-自动打标计重在线检测分类装置、901-输入装置、902-检测装置、903-安装架、904-相机，905-位置检测装置、906-打标机、907-搬运机械手、908-称重单元、909-输出装置、910-搬运机械手移动导向装置、911-搬运机械手升降机构、912-搬运机械手翻转机构、913-搬运机械手伸缩机构、914-搬运机械手夹持卡爪、915-搬运机械手夹持驱动机构、916-金属收集箱、1000-金属输送装置、1100-抛丸机、1200-钻熔盐装置、1300-金属清刷装置、1400-金属装桶装置、1500-金属包装装置、1600-上料小车装置。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“东”、“西”、“南”、“北”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关是基于附图所示的方位或位置关系，便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在第一实施例中，本发明提出一种电解炉自动出金属生产线，图1示意性地示出了根据本实施例的电解金属自动化生产线的布局图。如图1所示，所述电解金属自动化生产线包括：阴极自动升降装置100、风罩装置200、净化装置300、加料装置400、出炉机械手500、电解炉600、工作台700、金属搬运装置800、自动打标计重在线检测分类装置900、金属输送装置1000、上料小车装置1600、工控机系统(未图示)。其中电解炉采用当前最为常用电解炉模式制作，具体工作模式为电解炉中放置坩埚，阳极放置在坩埚侧面4片，阴极插入电解炉中通入大电流实现电解金属工作。

在本实施例中，生产线东西方向布置一组4台电解炉600，在每台电解炉600东或西侧面安装一台阴极自动升降装置100，所述阴极自动升降装置100如图2所示，其包括阴极108，因此，阴极自动升降装置100的阴极108可以伸入电解炉600中。

每台电解炉600的北侧安装一台风罩装置200，所有风罩装置200通过管道连通，并通过所述管道汇集到主管道中，所述主管道连接净化装置300，所述净化装置包括风机与净化塔等设备，对电解产生的废气进行无害化处理后再排放，以降低对环境的污染。

在电解炉600北侧安装有加料装置400，所述加料装置400东西方向布置平行于电解炉600的布置方向，在本实施例中所述加料装置400有两台，每台所述加料装置400安装在两台电解炉北侧中间，并向这两台电解炉实施一对二的实时加料。在加料装置400的北侧东西方向上布置有上料小车装置1600，上料小车装置1600用于对两台加料装置400补充物料。

在电解炉600的南侧东西方向上布置有出炉机械手500，所述机械手500用于电解炉600的出炉工作，所述机械手500可以通过布置的横梁在东西方向上移动，在本实施例中，生产线安装有2台机械手，2台机械手可以同时投入工作，或者两台机械手互为冗余设置。机械手500南侧的东西方向布置4个工作台700，所述工作台700对出炉的金属进行铸锭冷却熔盐剥离工作，每一台电解炉600配置一工作台700。所述工作台700南侧的东西方向布置有金属搬运装置800，所述金属搬运装置800将完成铸锭冷却熔盐剥离的金属往下一工序运送，所述金属搬运装置800可以在设置在东西方向上的滑轨上移动，因此可以将完成4个工作台上经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属集中运往自动打标计重在线检测分类装置900，所述自动打标计重在线检测分类装置900位于所述金属搬运装置800的南侧，呈南北方向布置，所述自动打标计重在线检测分类装置900完成对经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属的打标计重在线检测分类工作。自动打标计重在线检测分类装置900南侧的东西方向布置一金属输送装置1000，经过打标计重在线检测分类的金属由金属输送装置1000送至下一工序，优选的金属输送装置1000可以采用辊道、板链或者皮带输送装置。

下面结合附图对各装置进行更为细致的说明。

如图2为阴极自动升降装置100的主视图，如图3所示为阴极自动升降装置100的左视图，如图4为阴极自动升降装置100的俯视图，如图16为阴极自动升降装置100的局部视图。所述阴极自动升降装置100将阴极108伸入电解炉600中，从而实现电解作业，所述阴极自动升降装置100包括：升降驱动电机101、减速器102、齿轮103、齿条104、伸出臂105、横移机构106、第一轴承107、阴极108、第二轴承109、升降柱110、升降柱安装套管111、小同步带轮112、大同步带轮114、旋转电机113、旋转电机座115、调节手轮装置116、角接触球轴承117、深沟球轴承118、轴119。

所述升降柱安装套管111固定在所述电解炉600的东或西侧面，所述升降柱套管111安装有4组第二轴承109，所述第二轴承109在升降柱安装套管111高度方向上分为上下各两组，使升降柱110夹持在4组第二轴承109中，并能沿着垂直方向上下移动，升降柱110的下端安装在升降柱套管111中，并且所述升降柱110可以在所述升降柱套管111中升降，升降柱110的上端与横移机构106连接，所述的连接方式为横移机构下方焊接一轴119，轴上安装2组深沟球轴承118，轴末端靠近大同步带轮114处安装一角接触球轴承117，再插入开有安装中心孔的升降柱110中，所述升降柱110的升降从而带动横移机构106上下移动，所述升降柱110外侧面轴向方向安装有齿条104，所述升降柱套管111上端面安装有减速器102，所述减速器102中包括齿轮103，所述齿条104和所述齿轮103相互配合，升降驱动电机101安装在地面上，通过链传动或带传动带动减速器102工作，通过减速器102的减速以及减速器102中的齿轮103与升降柱110上的齿条104的配合，升降驱动电机101的正反转可实现升降柱110在升降柱套管111中升降。升降柱110与横移装置106的下端面焊接轴配合连接，轴上固定安装大同步带轮114，处于横移装置106下端，，旋转电机座115焊接在升降柱110外侧，旋转电机座上表面还安装有旋转电机113，旋转电机113同轴安装有小同步带轮112，旋转电机113带动小同步带轮112运动，小同步带轮112通过同步带带动大同步带轮114转动，实现升降柱110和横移机构106绕大同步带轮114的轴心旋转运动。所述横移机构106的4个侧面各安装数个第一轴承107，安装方式如图4、图2所示，展现了单个面的3个第一轴承的具体细节，其余3侧面按展示的布局方式布置，优选的单侧面采用3个或则4个轴承；所述伸出臂105从横移机构106中水平穿过，所述第一轴承107对伸出臂105进行定位及支撑，所述调节手轮装置116的一端固定在横移机构106，另一端固定在伸出臂105上，通过旋转的调节手轮装置116可实现伸出臂105的左右横移。因此，通过工控机系统控制旋转电机113、升降驱动电机101，即可控制将阴极108从电解炉中提起，旋转指定角度，为后期的坩埚出炉做准备。

如图5为风罩装置200的主视图，如图6所示为风罩装置200的左视图，如图7风罩装置200的俯视图。本实施例中的风罩装置200包括：风罩201、第一支座202、万向节203、气缸204、第二支座205、风管206、导向轴承207、风罩滑移机构208、风罩支撑套管209、槽轮210、轨道211、风罩支撑杆212，锁紧螺丝213。所述风罩装置200通过气缸204的伸缩完成驱动风罩201的开启和关闭，气缸204的左端安装在第二支座205上，第二支座205固定在风管206的上表面，气缸204的右端通过万向节203安装在第一支座202上，第一支座202安装在风罩201的上表面。所述风管206通过风罩滑移机构208与风罩201滑动连接，所述风罩滑移机构208外形与风管206外形一致且尺寸稍大，使得风罩滑移机构208的左端可以套在风管206上，风罩滑移机构208的前后上下四个外表面各安装2个导向轴承207，所述导向轴承207可以在风管206的外壁上滚动，对风管206在风罩滑移机构208内的滑动提供支撑和导向。风罩201的左端偏重，容易下坠，因此所述风罩201的底部垂直安装有风罩支撑套管209，风罩支撑杆212的上端伸入风罩支撑套管209中，风罩支撑杆212的下端连接槽轮210，所述槽轮210可以在水平布置的轨道211上行走，风罩支撑套管209上安装一锁紧螺丝213，调节好支撑高度后可锁紧，解决不同环境下的地面高度不平而造成的高低差异问题。

如图8为加料装置400的主视图，如图9为加料装置400的局部视图。所述加料装置400包括：真空上料机构401、料桶402、振动料槽403、直线振动送料器404、机架405、第二级振动送料槽406、第一级振动送料槽407、X型分料管408、称重装置409、称重料斗410、翻转驱动装置411、导料板412、驱动装置413、翻转料斗414。所述真空上料机构401安装在料桶402上，料桶402安装在机架405上，料桶402的下部具有出料口，所述料桶402的出料口下方安装振动料槽403，振动料槽403安装在直线振动送料器404上，直线振动送料器404安装在机架405上，振动料槽403的出料口安装有导料板412，导料板412的上端与驱动装置413连接，导料板412的下端为自由端，通过控制驱动装置413的运转可以实现导料板412的上下运动，以实现振动料槽403出料口的开启或关闭，驱动装置413安装在机架405上。振动料槽403的出料口前下方安装一称重料斗410，称重料斗410可以通过翻转驱动装置411实现翻转，所述翻转驱动装置411安装在称重料斗410的侧面，称重料斗410安装在称重装置409之上，称重装置409固定安装在机架405上，称重料斗410前下方机架固定安装有一X型分料管408，分料管408的内部安装一翻转料斗414，通过驱动翻转料斗414的向不同方向翻转可实现往X分料管408中不同料管中投料，X型分料管408的出料口下方设置第一级振动送料槽407，所述第一级振动送料槽407的出料口下方设置第二级振动送料槽406，所述第一级振动送料槽407和第二级振动送料槽406组成两级振动送料槽，以实现粉料的长距离输送。

本发明的加料装置400的加料模式为：所述电解炉的安时计获取电解炉当前的电流值，并通过MODBUS/RTP网络将所述电流值传输至工控机系统，所述工控机系统通过数据库与ERP网络进行数据传输和储存，所述工控机系统计算出目标投料量(例如，通过已公开的专利申请CN109487301A中公开的方法计算出目标投料量)，并将计算出的所需投料量发送给加料装置400。例如，投料量M'＝E*α，其中E为预定时间段内的安时计的累积量，α为系数值(例如，α的范围为0.5～5.0)。加料装置400的称重装置409获取实时投料量，工控机系统将目标投料量和实时投料量进行比较，通过改变直线振动送料器404的振动频率以改变送料模式，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中，直线振动送料器404的振动频率为第一频率，同时导料板412向上运动，所述振动料槽403出料口开启；在低速模式中，直线振动送料器404的振动频率为第二频率，同时导料板412向下运动，所述振动料槽403出料口关闭。并且第一频率第二频率皆为一频率段。优选地，在加料机控制系统根据投料量进行送料并进行称重时，改变料槽振动器的振动频率以改变送料模式，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中设置料槽振动频率为第一频率,所述第一频率为一频率范围，并且呈先增在匀最后降频变化，同时挡板开启状态，低速模式中设置料槽振动频率为第二频率，同样的第二频率也为一频率范围，变化趋势为先降再匀，同时挡板关闭状态，高速模式和低速模式的切换根据不等式E≤(sv-pv)+A的计算结果控制，其中E表示低速档板关闭重量；A＝ΔT*{(pv-sv)/2}，表示落差重量，其中ΔT为采样时间，所述采样时间设置与落差有关，所述落差为料槽到料斗的高度差，ΔT为该落差做自由落体所需的时间，sv为目标重量，pv为实时重量，(pv-sv)/2为系统利用PID算法，计算得出的单位时间内实时当前料斗的的粉料平均增长速度，此值由于在第一和第二频率的中后期频率都呈匀或降频状态，故计算的理论值即小于实际值，因此保证了加料量始终保证小于需求量，防止了加料过量。

优选地，在加料机控制系统根据投料量进行送料并进行精确称重时，当pv≥sv-g时定量给料完成，进入系统判稳阶段，并且只有完成定量后才会进入判稳阶段，其中g为偏差值，进入判稳状态的同时，慢速加料停止，并且等待滞空粉料全部落入料斗中，系统开始计算实际偏差值g实际＝sv-pv，当g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值，判稳完成，否则系统给出数个脉冲使振动器振动数次加入1/2实际偏差值的粉料，振动之后，再一次进入判稳，一直循环，直到满足系统偏差许可。

优选地，在不等式E≤(sv-pv)+A成立时保持送料模式为高速模式，在不等式E≤(sv-pv)+A不成立时切换至低速模式，完成低速加料再利用g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值进行判稳，完成最终的称量，实现动态加料。

所述出炉机械手500用于将坩埚从电解炉中提出，所述出炉机械手500包括：坩埚夹持机构510、机械手横移机构520、机械手旋转机构530、机械手移动机构540、机械手纵移机构550。所述坩埚夹持机构510的侧面连接在机械手横移机构520上，所述机械手横移机构520从机械手纵移机构550中穿过，所述机械手纵移机构550不限制机械手横移机构520的水平移动，并对机械手横移机构520的纵向移动进行限制，机械手纵移机构550可带着机械手横移机构520作为一个整体纵向移动。

进一步的，所述坩埚夹持机构510包括夹持卡爪511、力传感器512、丝杠螺母副513、夹持机构机架515、夹持机构驱动电机514、连杆516。所述夹持卡爪511包括三个卡爪，每个卡爪的下端的外形与坩埚的外形相配，每个卡爪的上端与丝杠螺母副513连接，每个卡爪的上端和下端通过力传感器512连接起来，并且每个卡爪的上端还通过连杆516与夹持机构机架515连接，所述夹持机构机架515上部安装有夹持机构驱动电机514，通过夹持机构驱动电机514的驱动，结合夹持机构机架515和连杆516的联动，实现夹持卡爪511相对于坩埚夹持机构510中心轴线的张开和夹紧。

具体地，所述机械手纵移机构550可在一纵梁533上纵向移动，所述纵梁533上端尾部安装机械手旋转机构530，所述机械手旋转机构530可驱动纵梁533绕纵梁533的轴向旋转，从而带动机械手纵移机构550、机械手横移机构520以及连接在机械手横移机构520一端的坩埚夹持机构510一起绕纵梁533的轴向做旋转运动，所述机械手旋转机构530由传动齿轮副532传递机械手旋转机构驱动电机531的动力，以实现旋转运动。具体地，所述传动齿轮副532采用斜齿轮副或螺旋齿轮副。

所述机械手移动机构540设置在机械手旋转机构530上方，所述机械手旋转机构530的尾部安装在机械手移动机构540上，通过机械手500在机械手移动机构540的横梁542上移动，从而使出炉机械手500移动至不同的工位，实现一对多作业，即一台出炉机械手500服务多台电解炉600。所述机械手移动机构540，包括导向支撑轮541、梁542、传动链条543、链轮544、机械手移动机构驱动电机545，所述梁542采用工字钢悬挂式固定在机械手旋转机构530上方，作为机械手500移动的轨道，通过8只纵向排布的导向支撑轮541和4只横向排布的导向支撑轮541相对夹持安装如图11所示为单侧布置方式，另一侧按相同方式布置，将横梁542夹于导向支撑轮541组成的轮组之间，将机械手悬挂于梁542上，并起导向支撑作用。所述机械手500的移动通过安装在梁542上的机械手移动机构驱动电机545驱动，通过传动链条543安装在机械手两侧面，并安装在梁542两端的两个链轮544上，机械手移动机构驱动电机545带动链轮544转动，链轮带动链条从而实现机械手500的移动工位更换；优选地，也可采用梁542上安装导轨，并且机械手旋转机构530的顶部安装滑块，所述滑块与所述梁542上的导轨配合，以替代导向支撑轮541，使实现机械手500在梁542上更为精准且稳定的运动。

结合机械手500机械手横移机构520、机械手纵移机构550、机械手旋转机构530以及坩埚夹持机构510的横移、纵移、旋转和夹持动作，可使坩埚夹持机构510到达指定位置，并对待出炉的坩埚完成夹持并移送指定位置，或者将空坩埚放回电解炉中。更近一步地，本实施例中，工控机系统对机械手500的机械手横移机构520、机械手纵移机构550以及机械手旋转机构530采用伺服电机的位置控制模式进行控制，对坩埚夹持机构510采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，其中控制阶段在伺服电机的转矩控制模式时，工控机系统结合坩埚夹持机构510的夹持卡爪511上的力传感器512构成PID-PID串联闭环控制，保证夹持工作的可靠性。

根据上述实施例的机械手500，本发明提出一种电解金属的出炉方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：使坩埚夹持机构510位于电解炉600的中心液面正上方，工控机系统发送准备工作指令给机械手500，机械手500得到准备工作指令后，其机械手旋转机构530开始工作，以机械手旋转机构驱动电机531的最大转速快速将机械手横移机构520、机械手纵移机构550绕着纵梁533的轴线旋转到电解炉600的中心轴线方向，随后机械手横移机构520开始运动，使得坩埚夹持机构510的中心轴线位于电解炉中心轴线上，值得一提的是，因为电解过程中，阴极始终保持在坩埚内，所以机械手旋转至中心轴线时优选的可以读取原阴极正常工作、并且未升起旋转时候的坐标值，并将其作为一个参考坐标用于修正机械手停止旋转位置，如此可以较为提高夹持寻找坩埚的效率，减少确定坩埚实际位置的整个过程。随后机械手纵移机构550开始运动，带动机械手横移机构520、坩埚夹持机构510向下运动，使坩埚夹持机构510的夹持卡爪511位于电解炉600正上方预定位置(例如相距10-100mm的预定位置)；

步骤二：工控机系统发送夹持指令给机械手500，机械手500得到夹持指令后，坩埚夹持机构510的夹持卡爪511贴着阳极片张开并缓慢移动至电解炉600的液面下，完成对坩埚的夹持；当电解炉600处于正常工作状态下，电解炉600中的阳极片越往炉底则消耗的越多，因此阳极片靠近电解炉液面的地方较厚，越往炉底阳极片越来越薄，并且电解炉的炉底空间变大，电解液波动，坩埚会发生移位，坩埚始终处于电解炉的阳极片之间，因此坩埚夹持机构510采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，灵活的确定电解炉中坩埚的位置；具体步骤为夹持机构驱动电机514以位置控制模式快速将夹持卡爪511夹紧，夹持卡爪511夹紧后，夹持机构驱动电机514切换成转矩控制模式(例如所选电机力矩为3000N.m)，同时夹持机构驱动电机514的转速改成慢速转动，机械手纵移机构550的驱动电机也改成慢速转动，夹持卡爪511下降至炉面以下5-50mm时，停止下降，夹持机构驱动电机514进入反向转矩模式，驱动夹持卡爪511开始张开，机械手纵移机构550再缓慢向下运动，当有夹持卡爪511碰触到阳极片时，并且当夹持机构驱动电机514达到电机额定力矩的10％作为一限定值，将此输出力矩值设为第一力矩设定值，需要说明的是该比例值是相对于所选伺服电机的额定转矩而言，所述力矩设定值可以根据阳极片的实质情况改变即才有多大比例的力矩作为限定，以及额定力矩多大的电机，具体以不撑破阳极片，但又能使夹持卡爪511部分接触阳极片为准或者为保证移动时的稳定性，可以加持一定的力矩；到达第一设定值时，此时夹持机构驱动电机514停止运动，机械手纵移机构550继续下降，为使夹持机构每次夹持的位置偏差不大，及夹持在坩埚不同的位置影响移动时的稳定性，故机械手纵移机构下降停止的区间范围设定为夹持卡爪511的下表面距离坩埚上表面10-60mm，机械手纵移机构550停止下降，坩埚夹持机构510确定坩埚位置完成。限制夹持机构驱动电机514的输出力矩，既可保证夹持卡爪511沿着阳极下降，又可防止由于夹持机构驱动电机514持续运动，夹持卡爪511张开将阳极片顶破。

步骤三：夹持机构驱动电机514切换成正向转矩模式，当夹持机构驱动电机514输出力矩≤电机额定力矩的70％时，将此输出力矩值设为第二力矩设定值，与第一力矩设定值一样，输出力矩的百分比，取决于额定力矩的大小。因为夹持卡爪511与坩埚的外形相互啮合，如果单纯的只是夹持出炉，力矩可以设定的很小，甚至可以在夹持卡爪511与坩埚留有间隙的情况下都能实现，但是考虑到后期坩埚可能的倾倒或小幅度振动而使金属液流回电解炉中，设置夹持机构驱动电机514的输出力矩为第二力矩设定值，防止坩埚的脱落，并且不会被夹碎。在夹持机构驱动电机514的驱动下，夹持卡爪511开始夹紧，夹持卡爪511的三个卡爪中，最先接触坩埚的卡爪将坩埚往未接触坩埚的其他卡爪方向移动(或者最先接触坩埚的卡爪在接触坩埚后停止移动，而未接触坩埚的卡爪继续往坩埚方向移动)，直至夹持卡爪511的全部卡爪接触坩埚并继续夹紧坩埚，当夹持机构驱动电机514检测到电机输出力矩≥电机额定力矩的70％时，夹持机构驱动电机514停止运动。采用这种控制方式可以避免由于坩埚在电解炉中长时间持续高温环境下变脆，夹持卡爪511的夹持力度过大而将坩埚夹碎，因此夹持卡爪511上安装的力传感器512向工控机系统发送卡爪的力矩值，工控机根据所述卡爪的力矩值，控制夹持机构驱动电机514的输出力矩，构成PID-PID串联闭环控制，控制输出力矩总体误差在±2.5％以内。在实际操作中，经过长达数月的运行，机械手每次都能完全正确的确定坩埚所在位置，并完成出炉工作，解决了以往的出炉无法准确寻找坩埚位置难题。

步骤四：机械手纵移机构550的驱动电机转速降低，同时机械手纵移机构550往上提升，当坩埚下表面距离电解炉上表面不小于100mm时停止提升，并停留预定时长(例如1-10秒)以使坩埚表面的电解液流回电解炉中(具有倾倒装置时晃动或者稍侧倾1-2秒倒出少量电解液)；

步骤五：机械手500的坩埚夹持机构510夹持着坩埚，机械手横移机构520和机械手旋转机构530的驱动电机均切换成低转速模式(机械手横移机构520的驱动电机不大于500转/分、机械手旋转机构530的驱动电机不大于1000转/分)，降低上述驱动电机的转速可以平稳地移送盛满熔融金属的坩埚至位于指定位置的定位机构平台上，所述坩埚放置于定位机构平台上由人工完成将坩埚中的熔融金属倒入模具中，再把坩埚放回定位机构平台上；或者机械手500上安装倾倒装置，在不需要人工的情况下将坩埚中的熔融金属倾倒至模具中，并将坩埚恢复水平；

步骤六：坩埚夹持机构510夹持坩埚返回液面上方，工控机系统控制机械手横移机构520、机械手旋转机构530的驱动电机恢复高速模式(转速2000转/分)，机械手上伺服电机均切换至位置控制，将坩埚移送至电解炉中心线与坩埚中心线重合处的熔融金属液面的上方，即快速复位过程，机械手纵移机构550带着坩埚快速往下运动，当坩埚下表面距离熔融金属液面5-30mm处，纵移机构转速切换成低速模式继续往下运动(转速1000转/分)，防止坩埚下降速度过快将电解炉中的熔融金属溅出，直至放置至电解炉底，完成将空坩埚放回电解炉中，同时，坩埚夹持机构510的驱动电机切换成位置控制模式；

步骤七：空坩埚放回电解炉后，工控机控制系统控制机械手纵移机构550向上运动，直到坩埚夹持机构510的卡爪距离炉台至少100mm，机械手横移机构520、机械手旋转机构550配合运作，回到初始位置，等待下一工作指令；凝固在坩埚夹持机构510的卡爪上的固态电解金属进行下一次进入电解炉的时候，被液态金属熔化，重新回到电解炉。

重复以上上述完成所有循环动作。

如图12为自动打标计重在线检测分类装置900布局图，所述自动打标计重在线检测分类装置900包括输入装置901、组分检测装置902、打标机906、搬运机械手907、称重单元908、输出装置909、金属收集箱916。

其中，所述输入装置901用于输送金属至下一工序。进一步地，所述输入装置901包括安装架903、相机904和位置检测装置905；所述安装架903安装在输入装置901金属流入路径的正上方，例如可横跨于整个输入装置901上。位置检测装置905与相机904并排安装在安装架903上。

进一步地，相机904是CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)相机。相机904拍摄当前金属的照片，并将拍摄的照片与预存的金属照片进行比对，所述预存的金属照片为数据库中存储的，拍摄的一系列实际生产过程中合格产品的实际照片，通过搬运机械手907夹持金属在水平面的前后方向和左右方向上(即X、Y方向上)移动，最终确定金属上可用于打标的区域，解决了金属某些区域表面缺陷不能打标问题。

所述位置检测装置905与相机904并排安装在安装架903上，作为自动打标计重在线检测分类装置900的参考点，即Sp点，该处坐标点已知，，搬运机械手907夹持厚度不均的金属去接触所述位置检测装置905，工控机系统根据位置检测装置905提供的基本参考数据，然后计算出金属的打标高度。金属通过输入装置901从相机904下方缓慢移动，同时相机904将拍摄的照片与数据库中预存的合格品金属的照片进行比对，确定金属上用于打标的区域，当打标的区域确定后，搬运机械手907在垂直往上运动去碰触位置检测装置905上预设的参考点Sp，得出打标的高度，再通过搬运机械手907移动至的打标机下进行标识工作。具体地，所述搬运机械手907夹持金属移送至相机904下进行拍摄并确定金属上打标的区域，再将金属移送至位置检测装置905，确定金属打标的高度。

由于每块金属厚度不均，当金属过薄时，可能超过打标机行程而无法标识，而金属过厚则影响打标，确定打标高度的方法可以先设置一个物理参考点Sp，移送金属去接触该参考点，通过金属表面最先接触的点得出参考数据，然后控制系统通过公式P＝{(Sp-Vp)/S}*Y，在上述公式中，S＝金属在高度方向上的搬运移动速度，Sp＝预设参考点的坐标值，即相对于原点的坐标值；Vp＝预设的参考原点位置坐标值，可以通过通知面板自行设置；Y＝电机惯量，自动计算金属打标的高度位置P，保证打标位置处于同一水平高度，从而解决由于金属表面的凹凸不平、厚度不一致、刻印针有效行程较短，不能在金属表面打标的问题；该方法仅为示例，实际生产中相机拍照、扫描、确定打标区域之后，可以用各种算法实现对机械手的移动控制，只要保证最终打标区域对准打标机即可。

所述组分检测装置902布置于输入装置901的侧面，所述组分检测装置902用于对金属中的各组分含量进行在线检测分析，并将检测分析的各组分含量与合格金属的各组分含量进行对比，所述用于对比数据是由公认的各组分含量比结合实际工艺分类而得，数据皆存于数据库中，得出流入金属的品级；所述组分检测装置902可以采用硫碳分析仪，对金属中的C、S等元素含量进行测定，并得出流入金属的品级；优选的还可以选用火花源原子发射光谱仪、激光光谱仪用于在线检测、稀土金属快速分析仪，实现更快速、更准确的在线检测，但要求较高的前期投入。

所述打标机906放置在输入装置901的正前方，并连接到工控机系统。例如，打标机906通过MODBUS/TCP连接到工控机，作为优选方案的打标机采用AP100针式刻印机。

搬运机械手907和输入装置901并排布置。搬运机械手907包括：搬运机械手移动导向装置910、搬运机械手升降机构911、搬运机械手翻转机构912、搬运机械手伸缩机构913、搬运机械手夹持卡爪914、搬运机械手夹持驱动机构915。作为优选，在夹持机械手处于搬运机械手移动导向装置910，搬运机械手伸缩机构913未伸出，垂直方向搬运机械手升降机构911未上升处于最低点时，设置X、Y、Z三轴的坐标都为0。所述搬运机械手升降机构911、搬运机械手翻转机构912、搬运机械手伸缩机构913、搬运机械手夹持卡爪914均安装在搬运机械手移动导向装置910上。所述搬运机械手移动导向装置910实现所述搬运机械手907的平移运动，所述搬运机械手升降机构911垂直安装在搬运机械手移动导向装置910上，实现所述搬运机械手907的上下运动；搬运机械手翻转机构912的一端固定在搬运机械手升降机构911上，另一端连接搬运机械手夹持机构。所述搬运机械手夹持机构包括搬运机械手夹持卡爪914、搬运机械手夹持驱动机构915；所述搬运机械手夹持驱动机构915连接两个搬运机械手夹持卡爪914。所述搬运机械手夹持驱动机构915可采用双活塞杆气缸，所述搬运机械手夹持驱动机构915驱动搬运机械手夹持卡爪914的两个夹子相向运动，即以被夹金属为中心，两夹子向缩小间距的方向运动，完成对金属的夹紧和松开动作。所述搬运机械手伸缩机构913安装在搬运机械手翻转机构912和搬运机械手夹持机构之间，将搬运机械手翻转机构912和搬运机械手夹持机构连接起来。作为优选方案，搬运机械手伸缩机构913采用伺服电机驱动，结合丝杠螺母副精确传动。

所述称重单元908放置在金属流入路径上，并处于打标机906的正前方，且与输入装置901和打标机906位于同一直线上。搬运机械手907将完成打标的金属移送到称重单元908上进行称重，通过工业网络，称重单元中的称重模块将称取的当前金属的实时重量值传输给工控机系统，工控机系统将当前金属的实时称量值与金属流入前的称量值存入到数据库中，做统一管控，所述称量值数据均可实时导出。

搬运机械手907将完成自动化打标和称重的金属放置在输出装置909上，输出装置909与输入装置901在同一水平面的同一直线上，且放置在称重单元908的正前方。所述输出装置909用于对金属完成在线检测后，通过在线检测的得出结果为金属合格品的向金属输送装置1000继续输送，而检测结果为金属不合格品的流入金属收集箱916，待回炉处理，金属收集箱916可以安装工业脚轮，方便移动，所述金属收集箱916也可以采用AGV小车上放置收集箱用于金属的收集。更具体地，在在线检测装置的检测下，根据数据的差异范围，对金属更为细致的划分等级，并且该检测结果还可用于修正加料系数。所述划分等级根据金属中的C、S含量进行细分，区间范围人为设定，借助在线检测装置实现，例如硫碳分析仪；也可以通过重量进行划分，优选的的以镨钕合金为例，并且此数据可反馈与自动加料机用于修正加料系数，金属重量与氧化物之间有个理论转化率，以镨钕为例转化镨钕金属转化率为1.175，此时电解炉的运行状态最佳，产品质量最好。利用这个关系，当转化率小于1.1，金属品级为C时，加料参数量设定值需再乘以1.2；当金属转换率处于1.10至1.16之间时，对应B级，加料量乘以1.05-1.1，作为修正后的加料量；当金属转化率大于1.16时，对应A级，加料量基本不变，作为修正后的加料量。

优选地，所述输入装置901和输出装置909设置导向，具体为沿着输送方向安装在两侧的圆钢，优选的，按图12所示，以数组金属圆钢在流向方向中心轴线对称平行布置，布置于输送装置两侧面，其中最左侧金属圆钢的右侧向外扩张，可使金属在输送过程中更顺畅，位置更精准，方便后期的机械手夹持金属，另外对于放置金属的要求降低，对操作人员的技术水平要求降低。

进一步地，如图14所示，金属输送装置1000还包括抛丸机1100、钻熔盐装置1200、金属清刷装置1300、金属装桶装置1400、金属包装装置1500。所述金属输送装置1000的北侧依次从东往西布置抛丸机1100，钻熔盐装置1200、金属清刷装置1300，金属输送装置1000的西侧尾部布置有金属装桶装置1400、金属包装装置1500，所述抛丸机1100、钻熔盐装置1200、金属清刷装置1300、金属装桶装置1400、金属包装装置1500实现对已完成打标计重在线检测分类的金属依次进行抛丸、钻熔盐、清刷、装桶到包装，可存入仓库等待出货，完善电解生产线的功能，加大生产线的自动化程度。

进一步地，所述金属清刷装置1300采用自动清刷机，对金属进行清刷处理；所述金属包装装置1500采用工业机器人进行装桶，所述工业机器人上安装有工业相机，或者在辊道尾部上方横跨辊道安装一工业相机固定架，将工业相机固定在上方，金属流过时所述工业相机扫描刻印码，所述工业相机用于扫描金属上的编码，所述编码为打标机的刻印码，通过识别金属上的该刻印码，可得出金属编码对应的品级，并将金属按照设置的品级进行分类装在不同的金属桶中，所述金属桶堆放在托盘中。优选地，用于金属存放的金属桶以及堆放金属桶的托盘都具有物料编码，工业相机在扫描金属上编码的同时，还扫描金属桶及托盘的物料编码，并将物料编码发送给工控机系统，并存储于数据库中，以方便后期对金属的溯源以及流向追踪。

所述工控系统用于控制整条生产线，如图13所示，所述工控机系统包括：工控机、数据库以及下位控制系统；工控机与数据库可实时交换存储及调取数据，同时工控机、数据库都可以直接与ERP网络进行对接；所述下位控制系统，通过modbus/tcp网络与下位机进行通信，由工控机发出控制指令，下位机接收指令并对生产线的运作进行控制。

为了实现电解槽出金属的全自动化过程，本申请提出一种生产线的生产方法，其基于上述实施例中的生产线，并通过以下步骤实现：

S1、将平行设置4台电解炉600编为一组，至少一组电解炉形成一条生产线，电解炉600的数量具体可以根据产能需求，以及车间布局实际情况布置数量；

S2、上料小车运载配好的粉料，运至加料装置400，真空上料机构401对加料装置400的料桶402进行补料，同时加料装置400对电解炉600动态加料；

S3、电解炉出金属准备：风罩201开启，阴极自动升降装置100将阴极108向上升起并旋转，出炉机械手500准备夹持坩埚；

S4、电解炉出金属：出炉机械手500的坩埚夹持机构510夹持坩埚出电解炉；

S5、坩埚夹持机构510将坩埚内的熔融金属倾倒至模具中，完成铸锭，并夹持坩埚复位至电解炉，阴极自动升降装置100将阴极108旋转后下降放入电解炉600中指定位置，风罩201关闭；

S6、铸锭熔盐剥离：对铸锭表面的熔盐进行敲击剥离，并将剥离的熔盐进行回收；

S7、自动打标计重在线检测分类装置900对铸锭进行打标、称重和在线检测；

S8、搬运机械手907将经过打标、称重和在线检测的铸锭进行分类、收集并输出；

S9、风罩装置200将废气输送到净化装置300进行处理、除尘，所述净化装置300一直开启；

S10、金属输送装置1000对铸锭进行抛丸、钻熔盐、清刷以及表面处理，工业机器人将经过上述处理的铸锭进行装桶、包装并存储；

S11、重复S1-S10完成循环。

以上仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可想到变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内，上述实施例的任何组合都应理解为本发明公开的范围之内。

Claims (23)

1.一种电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述电解金属自动化生产线包括：阴极自动升降装置、风罩装置、净化装置、加料装置、出炉机械手、电解炉、工作台、金属搬运装置、自动打标计重在线检测分类装置、金属输送装置、上料小车装置、工控机系统。

2.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述生产线包括多台电解炉，在每台电解炉的侧面安装一台阴极自动升降装置，所述阴极自动升降装置包括一阴极，所述阴极自动升降装置的阴极可以伸入电解炉中。

3.如权利要求2所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述阴极自动升降装置包括：升降驱动电机、减速器、齿轮、齿条、伸出臂、横移机构、第一轴承、阴极、第二轴承、升降柱、升降柱安装套管、小同步带轮、大同步带轮、旋转电机、旋转电机座、调节手轮装置、深沟球轴承、角接触球轴承、轴；所述升降柱安装套管固定在所述电解炉的侧面，所述升降柱套管安装有4组第二轴承，所述第二轴承在升降柱安装套管高度方向上分为上下各两组，使升降柱夹持在4组第二轴承中，并能沿着垂直方向上下移动，升降柱的下端安装在升降柱套管中，并且所述升降柱可以在所述升降柱套管中升降，升降柱的上端与横移机构连接，所述横移机构下方焊接所述轴，所述轴上安装2组所述深沟球轴承，所述轴的末端靠近大同步带轮处安装所述角接触球轴承，再插入开有安装中心孔的升降柱中，所述升降柱的升降从而带动横移机构上下移动，所述升降柱外侧面安装有齿条，所述升降柱套管上端面安装有减速器，所述减速器中包括齿轮，所述齿条和所述齿轮相互配合，升降驱动电机安装在地面上，通过链传动带动减速器工作，通过减速器的减速以及减速器中的齿轮与升降柱上的齿条的配合，升降驱动电机的正反转可实现升降柱在升降柱套管中升降；升降柱与横移装置的连接端固定安装有大同步带轮，大同步带轮水平固定安装在旋转电机座上表面，旋转电机座上表面还安装有旋转电机，旋转电机同轴安装有小同步带轮，旋转电机带动小同步带轮运动，小同步带轮通过同步带带动大同步带轮转动，实现升降柱和横移机构绕大同步带轮的轴心旋转运动；所述横移机构的4个侧面各安装数个第一轴承；所述伸出臂从横移机构中水平穿过，所述第一轴承对伸出臂进行定位及支撑，所述调节手轮装置的一端固定在横移机构，另一端固定在伸出臂上，通过旋转的调节手轮装置可实现伸出臂的左右横移。

4.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，每台电解炉的第一侧面安装一风罩装置，所有风罩装置通过管道连通，并通过所述管道汇集到主管道中，所述主管道连接净化装置，所述净化装置包括风机与净化塔，对电解产生的废气进行无害化处理后再排放。

5.如权利要求4所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述风罩装置包括：风罩、第一支座、万向节、气缸、第二支座、风管、导向轴承、风罩滑移机构、风罩支撑套管、槽轮、轨道、风罩支撑杆，锁紧螺丝；所述风罩装置通过气缸的伸缩完成驱动风罩的开启和关闭，气缸的左端安装在第二支座上，第二支座固定在风管的上表面，气缸的右端通过万向节安装在第一支座上，第一支座安装在风罩的上表面；所述风管通过风罩滑移机构与风罩滑动连接，所述风罩滑移机构外形与风管外形一致且尺寸稍大，使得风罩滑移机构的左端可以套在风管上，风罩滑移机构的前后上下四个外表面各安装2个导向轴承，所述导向轴承可以在风管的外壁上滚动，对风管在风罩滑移机构内的滑动提供支撑和导向；所述风罩的底部垂直安装有风罩支撑套管，风罩支撑杆的上端伸入风罩支撑套管中，风罩支撑杆的下端连接槽轮，所述槽轮可以在水平布置的轨道上行走，风罩支撑套管上安装一锁紧螺丝。

6.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，在电解炉侧面安装有加料装置，所述加料装置的布置方向平行于电解炉的布置方向，每台所述加料装置安装在两台电解炉之间，并向这两台电解炉实施一对二的实时加料；在加料装置的侧面布置有上料小车装置，上料小车装置用于对所述加料装置补充物料。

7.如权利要求6所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述加料装置包括：真空上料机构、料桶、振动料槽、直线振动送料器、机架、第二级振动送料槽、第一级振动送料槽、X型分料管、称重装置、称重料斗、翻转驱动装置、导料板、驱动装置、翻转料斗；所述真空上料机构安装在料桶上，料桶安装在机架上，料桶的下部具有出料口，所述料桶的出料口下方安装振动料槽，振动料槽安装在直线振动送料器上，直线振动送料器安装在机架上，振动料槽的出料口安装有导料板，导料板的上端与驱动装置连接，导料板的下端为自由端，通过控制驱动装置的运转可以实现导料板的上下运动，以实现振动料槽出料口的开启或关闭，驱动装置安装在机架上；振动料槽的出料口前下方安装一称重料斗，称重料斗可以通过翻转驱动装置实现翻转，所述翻转驱动装置安装在称重料斗的侧面，称重料斗安装在称重装置之上，称重装置固定安装在机架上，称重料斗前下方机架固定安装有一X型分料管，分料管的内部安装一翻转料斗，通过驱动翻转料斗的向不同方向翻转可实现往X分料管中不同料管中投料，X型分料管的出料口下方设置第一级振动送料槽，所述第一级振动送料槽的出料口下方设置第二级振动送料槽，所述第一级振动送料槽和第二级振动送料槽组成两级振动送料槽。

8.如权利要求7所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述加料装置的加料模式为：所述电解炉的安时计获取电解炉当前的电流值，并通过MODBUS/RTP网络将所述电流值传输至工控机系统，所述工控机系统通过数据库与ERP网络进行数据传输和储存，所述工控机系统计算出目标投料量，并将计算出的所需投料量发送给加料装置；加料装置的称重装置获取实时投料量，工控机系统将目标投料量和实时投料量进行比较，通过改变直线振动送料器的振动频率以改变送料模式，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中，直线振动送料器的振动频率为第一频率，同时导料板向上运动，所述振动料槽出料口开启；在低速模式中，直线振动送料器的振动频率为第二频率，同时导料板向下运动，所述振动料槽出料口关闭；并且第一频率第二频率皆为一频率段，其中送料模式包括高速模式和低速模式，在高速模式中设置料槽振动频率为第一频率，同时挡板开启状态，低速模式中设置料槽振动频率为第二频率，同时挡板关闭状态，高速模式和低速模式的切换根据不等式E≤(sv-pv)+A的计算结果控制，其中E表示低速档板关闭重量；A＝ΔT*{(pv-sv)/2}，表示落差重量，其中ΔT为采样时间，所述采样时间设置与落差有关，所述落差为料槽到料斗的高度差，ΔT为该落差做自由落体所需的时间，sv为目标重量，pv为实时重量，(pv-sv)/2为单位时间内实时当前料斗的的粉料平均增长速度，当pv≥sv-g时定量给料完成，进入判稳阶段，并且只有完成定量后才会进入判稳阶段，其中g为偏差值，进入判稳状态的同时，慢速加料停止，并且等待滞空粉料全部落入料斗中，开始计算实际偏差值g实际＝sv-pv，当g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值，判稳完成，否则振动器振动数次加入1/2实际偏差值的粉料，振动之后，再一次进入判稳，一直循环，直到满足系统偏差许可；在不等式E≤(sv-pv)+A成立时保持送料模式为高速模式，在不等式E≤(sv-pv)+A不成立时切换至低速模式，完成低速加料再利用g实际＝sv-pv≤系统允许偏差值进行判稳，完成最终的称量，实现动态加料。

9.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，在电解炉的第二侧面布置有出炉机械手，所述机械手用于电解炉的出炉工作，所述机械手可以在一横梁上移动，所述机械手侧面的东西方向布置有多个工作台，所述工作台对出炉的金属进行铸锭冷却熔盐剥离工作；所述工作台的侧面布置有金属搬运装置，所述金属搬运装置将完成铸锭冷却熔盐剥离的金属往下一工序运送，所述金属搬运装置在一滑轨上移动，将多个工作台上经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属集中运往自动打标计重在线检测分类装置，所述自动打标计重在线检测分类装置完成对经过铸锭冷却熔盐剥离工作的金属的打标计重在线检测分类工作；自动打标计重在线检测分类装置的侧面布置有一金属输送装置，经过打标计重在线检测分类的金属由金属输送装置送至下一工序；所述出炉机械手用于将坩埚从电解炉中提出。

10.如权利要求9所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述出炉机械手包括：坩埚夹持机构、机械手横移机构、机械手旋转机构、机械手移动机构、机械手纵移机构；所述坩埚夹持机构的侧面连接在机械手横移机构上，所述机械手横移机构从机械手纵移机构中穿过，所述机械手纵移机构不限制机械手横移机构的水平移动，并对机械手横移机构的纵向移动进行限制，机械手纵移机构可带着机械手横移机构作为一个整体纵向移动；结合机械手横移机构、机械手纵移机构、机械手旋转机构以及坩埚夹持机构的横移、纵移、旋转和夹持动作，可使坩埚夹持机构到达指定位置，并对待出炉的坩埚完成夹持并移送指定位置，或者将空坩埚放回电解炉中；所述工控机系统对机械手的机械手横移机构、机械手纵移机构以及机械手旋转机构采用伺服电机的位置控制模式进行控制，对坩埚夹持机构采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，其中控制阶段在伺服电机的转矩控制模式时，工控机系统结合坩埚夹持机构的夹持卡爪上的力传感器构成PID-PID串联闭环控制。

11.如权利要求10所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述坩埚夹持机构包括夹持卡爪、力传感器、丝杠螺母副、夹持机构机架、夹持机构驱动电机、连杆；所述夹持卡爪包括三个卡爪，每个卡爪的下端的外形与坩埚的外形相配，每个卡爪的上端与丝杠螺母副连接，每个卡爪的上端和下端通过力传感器连接起来，并且每个卡爪的上端还通过连杆与夹持机构机架连接，所述夹持机构机架上部安装有夹持机构驱动电机，通过夹持机构驱动电机的驱动，结合夹持机构机架和连杆的联动，实现夹持卡爪相对于坩埚夹持机构中心轴线的张开和夹紧；所述机械手纵移机构可在一纵梁上纵向移动，所述纵梁上端尾部安装机械手旋转机构，所述机械手旋转机构可驱动纵梁绕纵梁的轴向旋转，从而带动机械手纵移机构、机械手横移机构以及连接在机械手横移机构一端的坩埚夹持机构一起绕纵梁的轴向做旋转运动，所述机械手旋转机构由传动齿轮副传递机械手旋转机构驱动电机的动力，以实现旋转运动；所述传动齿轮副采用斜齿轮副或螺旋齿轮副；所述机械手移动机构设置在机械手旋转机构上方，所述机械手旋转机构的尾部安装在机械手移动机构上，通过机械手在机械手移动机构的横梁上移动，从而使出炉机械手移动至不同的工位；所述机械手移动机构包括导向支撑轮、梁、传动链条、链轮、机械手移动机构驱动电机，所述梁采用工字钢悬挂式固定在机械手旋转机构上方，作为机械手移动的轨道，通过8只纵向排布的导向支撑轮和4只横向排布的导向支撑轮相对夹持，将横梁夹于导向支撑轮组成的轮组之间，将机械手悬挂于梁上，所述机械手的移动通过安装在梁上的机械手移动机构驱动电机驱动，通过传动链条安装在机械手两侧面，并安装在梁两端的两个链轮上，机械手移动机构驱动电机带动链轮转动，链轮带动链条从而实现机械手的移动工位更换。

12.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述自动打标计重在线检测分类装置包括输入装置、组分检测装置、打标机、搬运机械手、称重单元、输出装置、金属收集箱。

13.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述输入装置用于输送金属至下一工序；所述输入装置包括安装架、相机和位置检测装置；所述安装架安装在输入装置金属流入路径的正上方，位置检测装置与相机并排安装在安装架上。

14.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述组分检测装置布置于输入装置的侧面，所述组分检测装置用于对金属中的各组分含量进行在线检测分析，并将检测分析的各组分含量与合格金属的各组分含量进行对比，得出流入金属的品级。

15.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述称重单元放置在金属流入路径上，并处于打标机的正前方，且与输入装置和打标机位于同一直线上；搬运机械手将完成打标的金属移送到称重单元上进行称重，通过工业网络，称重单元中的称重模块将称取的当前金属的实时重量值传输给工控机系统，工控机系统将当前金属的实时称量值与金属流入前的称量值存入到数据库中，做统一管控，所述称量值数据均可实时导出。

16.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，搬运机械手将完成自动化打标和称重的金属放置在输出装置上，输出装置与输入装置在同一水平面的同一直线上，且放置在称重单元的正前方。

17.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述输出装置用于对金属完成在线检测后，通过在线检测的得出结果为金属合格品的向金属输送装置继续输送，而检测结果为金属不合格品的流入金属收集箱，待回炉处理。

18.如权利要求16所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述搬运机械手和输入装置并排布置；搬运机械手包括：搬运机械手移动导向装置、搬运机械手升降机构、搬运机械手翻转机构、搬运机械手伸缩机构、搬运机械手夹持卡爪、搬运机械手夹持驱动机构；所述搬运机械手升降机构、搬运机械手翻转机构、搬运机械手伸缩机构、搬运机械手夹持卡爪均安装在搬运机械手移动导向装置上；所述搬运机械手移动导向装置实现所述搬运机械手的平移运动，所述搬运机械手升降机构垂直安装在搬运机械手移动导向装置上，实现所述搬运机械手的上下运动；搬运机械手翻转机构的一端固定在搬运机械手升降机构上，另一端连接搬运机械手夹持机构；所述搬运机械手夹持机构包括搬运机械手夹持卡爪、搬运机械手夹持驱动机构；所述搬运机械手夹持驱动机构连接两个搬运机械手夹持卡爪；所述搬运机械手夹持驱动机构可采用双活塞杆气缸，所述搬运机械手夹持驱动机构驱动搬运机械手夹持卡爪的两个夹子相向运动，即以被夹金属为中心，两夹子向缩小间距的方向运动，完成对金属的夹紧和松开动作；所述搬运机械手伸缩机构安装在搬运机械手翻转机构和搬运机械手夹持机构之间，将搬运机械手翻转机构和搬运机械手夹持机构连接起来。

19.如权利要求12所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述位置检测装置与相机并排安装在安装架上，作为自动打标计重在线检测分类装置的参考点，即Sp点，该点的坐标已知，搬运机械手夹持厚度不均的金属去接触所述位置检测装置，工控机系统根据位置检测装置提供的基本参考数据，然后计算出金属的打标高度；金属通过输入装置从相机下方缓慢移动，同时相机将拍摄的照片与数据库中预存的合格品金属的照片进行比对，确定金属上用于打标的区域，当打标的区域确定后，搬运机械手在垂直往上运动去碰触位置检测装置上预设的参考点Sp，得出打标的高度，再通过搬运机械手移动至的打标机下进行标识工作。

20.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述工控系统用于控制整条生产线，所述工控机系统包括：工控机、数据库以及下位控制系统；工控机与数据库可实时交换存储及调取数据，同时工控机、数据库都可以直接与ERP网络进行对接；所述下位控制系统，通过modbus/tcp网络与下位机进行通信，由工控机发出控制指令，下位机接收指令并对生产线的运作进行控制。

21.如权利要求1所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，金属输送装置还包括抛丸机、钻熔盐装置、金属清刷装置、金属装桶装置、金属包装装置；所述金属输送装置的北侧依次从东往西布置抛丸机，钻熔盐装置、金属清刷装置，金属输送装置的西侧尾部布置有金属装桶装置、金属包装装置，所述抛丸机、钻熔盐装置、金属清刷装置、金属装桶装置、金属包装装置实现对已完成打标计重在线检测分类的金属依次进行抛丸、钻熔盐、清刷、装桶到包装；所述金属清刷装置采用自动清刷机，对金属进行清刷处理；所述金属包装装置采用工业机器人进行装桶，所述工业机器人上安装有工业相机，或者在辊道尾部上方横跨辊道安装一工业相机固定架，将工业相机固定在上方，金属流过时所述工业相机扫描刻印码，所述工业相机用于扫描金属上的编码，所述编码为打标机的刻印码，通过识别金属上的该刻印码，可得出金属编码对应的品级，并将金属按照设置的品级进行分类装在不同的金属桶中，所述金属桶堆放在托盘中；用于金属存放的金属桶以及堆放金属桶的托盘都具有物料编码，工业相机在扫描金属上编码的同时，还扫描金属桶及托盘的物料编码，并将物料编码发送给工控机系统，并存储于数据库中，以方便后期对金属的溯源以及流向追踪。

22.一种电解金属的出炉方法，其基于如权利要求11所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述电解金属的出炉方法包括以下步骤：

步骤一：使坩埚夹持机构位于电解炉的中心液面正上方，工控机系统发送准备工作指令给机械手，机械手得到准备工作指令后，其机械手旋转机构开始工作，以机械手旋转机构驱动电机将机械手横移机构、机械手纵移机构绕着纵梁的轴线旋转到电解炉的中心轴线方向，随后机械手横移机构开始运动，使得坩埚夹持机构的中心轴线位于电解炉中心轴线上，随后机械手纵移机构开始运动，带动机械手横移机构、坩埚夹持机构向下运动，使坩埚夹持机构的夹持卡爪位于电解炉正上方预定位置；

步骤二：工控机系统发送夹持指令给机械手，机械手得到夹持指令后，坩埚夹持机构的夹持卡爪贴着阳极片张开并缓慢移动至电解炉的液面下，完成对坩埚的夹持；坩埚夹持机构采用了伺服电机转矩控制和位置控制相结合的控制方式，确定电解炉中坩埚的位置，具体步骤为夹持机构驱动电机以位置控制模式快速将夹持卡爪夹紧，夹持卡爪夹紧后，夹持机构驱动电机切换成转矩控制模式，同时夹持机构驱动电机的转速改成慢速转动，机械手纵移机构的驱动电机也改成慢速转动，夹持卡爪下降至炉面以下5-50mm时，停止下降，夹持机构驱动电机进入反向转矩模式，驱动夹持卡爪开始张开，机械手纵移机构再缓慢向下运动，当有夹持卡爪碰触到阳极片时，并且当夹持机构驱动电机达到电机额定力矩的10％作为一限定值，将此输出力矩值设为第一力矩设定值；到达第一设定值时，此时夹持机构驱动电机停止运动，机械手纵移机构继续下降，机械手纵移机构下降停止的区间范围设定为夹持卡爪的下表面距离坩埚上表面10-60mm，机械手纵移机构停止下降，坩埚夹持机构确定坩埚位置完成；

步骤三：夹持机构驱动电机切换成正向转矩模式，当夹持机构驱动电机输出力矩≤电机额定力矩的70％时，将此输出力矩值设为第二力矩设定值；在夹持机构驱动电机的驱动下，夹持卡爪开始夹紧，夹持卡爪的三个卡爪中，最先接触坩埚的卡爪将坩埚往未接触坩埚的其他卡爪方向移动，直至夹持卡爪的全部卡爪接触坩埚并继续夹紧坩埚，当夹持机构驱动电机检测到电机输出力矩≥电机额定力矩的70％时，夹持机构驱动电机停止运动；

步骤四：机械手纵移机构550的驱动电机转速降低，同时机械手纵移机构往上提升，当坩埚下表面距离电解炉上表面不小于100mm时停止提升，并停留预定时长以使坩埚表面的电解液流回电解炉中；

步骤五：机械手的坩埚夹持机构夹持着坩埚，机械手横移机构和机械手旋转机构的驱动电机均切换成低转速模式，降低上述驱动电机的转速可以平稳地移送盛满熔融金属的坩埚至位于指定位置的定位机构平台上，所述坩埚放置于定位机构平台上由人工完成将坩埚中的熔融金属倒入模具中，再把坩埚放回定位机构平台上；或者机械手上安装倾倒装置，在不需要人工的情况下将坩埚中的熔融金属倾倒至模具中，并将坩埚恢复水平；

步骤六：坩埚夹持机构夹持坩埚返回液面上方，工控机系统控制机械手横移机构、机械手旋转机构的驱动电机恢复高速模式，机械手上伺服电机均切换至位置控制，将坩埚移送至电解炉中心线与坩埚中心线重合处的熔融金属液面的上方，即快速复位过程，机械手纵移机构带着坩埚快速往下运动，当坩埚下表面距离熔融金属液面5-30mm处，纵移机构转速切换成低速模式继续往下运动，防止坩埚下降速度过快将电解炉中的熔融金属溅出，直至放置至电解炉底，完成将空坩埚放回电解炉中，同时，坩埚夹持机构的驱动电机切换成位置控制模式；

步骤七：空坩埚放回电解炉后，工控机控制系统控制机械手纵移机构向上运动，直到坩埚夹持机构的卡爪距离炉台至少100mm，机械手横移机构、机械手旋转机构配合运作，回到初始位置，等待下一工作指令；凝固在坩埚夹持机构的卡爪上的固态熔盐进行下一次进入电解炉的时候，被液态熔盐熔化，重新回到电解炉；

重复以上上述完成所有步骤。

23.一种电解炉自动出金属生产线的控制方法，其基于上述权利要求1-21之一所述的电解炉自动出金属生产线，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

S1、将平行设置4台电解炉编为一组，至少一组电解炉形成一条生产线，电解炉的数量具体可以根据产能需求，以及车间布局实际情况布置数量；

S2、上料小车运载配好的粉料，运至加料装置，真空上料机构对加料装置的料桶进行补料，同时加料装置对电解炉动态加料；

S3、电解炉出金属准备：风罩开启，阴极自动升降装置将阴极向上升起并旋转，出炉机械手准备夹持坩埚；

S4、电解炉出金属：出炉机械手的坩埚夹持机构夹持坩埚出炉；

S5、坩埚夹持机构将坩埚内的熔融金属倾倒至模具中，完成铸锭，并夹持坩埚复位至电解炉，阴极自动升降装置将阴极旋转后下降放入电解炉中指定位置，风罩关闭；

S6、铸锭熔盐剥离：对铸锭表面的熔盐进行敲击剥离，并将剥离的熔盐进行回收；

S7、自动打标计重在线检测分类装置对铸锭进行打标、称重和在线检测；

S8、搬运机械手将经过打标、称重和在线检测的铸锭进行分类、收集并输出；

S9、风罩装置将废气输送到净化装置进行处理、除尘，所述净化装置一直开启；

S10、金属输送装置对铸锭进行抛丸、钻熔盐、清刷以及表面处理，工业机器人将经过上述处理的铸锭进行装桶、包装并存储；

S11、重复S1-S10完成循环。

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