CN113828891A

CN113828891A - 一种高精度、高可靠性智能钢坯清理液压机器人装置

Info

Publication number: CN113828891A
Application number: CN202111291344.9A
Authority: CN
Inventors: 陈龙民; 严元敏
Original assignee: Shanghai Dongzhen Metallurgy Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Dongzhen Metallurgy Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2021-12-24

Abstract

本发明涉及一种钢坯火焰清理智能液压机器人装置，由底座、回转支承、下支承关节、机械臂、上支承关节、上支承关节连杆、机械肘、机械肘连杆、机械手关节、机械手、机械手连杆、液压系统、激光测距器、缺陷组织图像识别器、火焰清理器和PLC控制系统组成，通过在线视觉图像，对板坯表面缺陷识别、分析、定位。具备感知与被加工件的距离，精确定位火焰喷嘴位置，智能化处理火焰加工速度、火焰加工深度和火焰加工表面光滑度，使用单一液压动力装置，决定了系统具有高精度、高可靠性，适应于火焰清理的工艺要求和恶劣环境要求。

Description

一种高精度、高可靠性智能钢坯清理液压机器人装置

技术领域

本发明属于智慧冶金机电一体化工程设备技术领域，具体涉及一种高精度、高可靠性智能钢坯清理液压机器人装置。

背景技术

连铸钢坯和铸钢钢锭生产过程中的一个重要工序是进行钢坯或铸锭表面火焰清理。在钢板加工过程中，由于原材料、轧制设备、工艺等多种原因，使钢板表面经常出现伤痕、裂纹、轧痕、划痕、针孔、氧化皮、孔洞、凹坑等缺陷。通过表面火焰清理达到去除表面缺陷目的，从而获得表面光滑致密的高质量钢坯或铸锭。

但是，火焰清理工作环境恶劣、烟尘多、噪音大，在热态清理钢坯时，工件温度高，对周边热辐射严重。火焰清理器反作用力大、振动大、被清理件表面光滑度较差，表面清理深度难以控制。

目前火焰清理的方法有：

（1）传统机械火焰清理

传统机械火焰清理是在生产装置上对可移动或可翻转的钢坯或铸锭在热状态下用火焰清理机进行清理的一种方法。这种方法可清理边长为100~350mm的方钢坯及各种尺寸的板坯和铸锭。这种方法适用于大批量、单一品种的开坯生产。

（2）人工火焰清理

人工火焰清理是用火焰枪清除冷态钢坯或铸锭表面缺陷。火焰枪采用压力为1.2~1.5MPa的氧气和压力为4000~10000Pa的乙炔或焦炉煤气，也有采用天然气的。

下表1是某厂对一个64m²的调合槽采用火焰除锈与人工除锈（包括除净焦油沥青层）的一些技术经济指标对比。

表1：

（3）传统机械火焰清理与人工火焰清理比较

火焰清理机一般设在初轧机之后，剪切机之前。处理时钢坯表面温度为900~1150℃左右，温度越高，火焰清理的效果越好。此法和对冷钢坯进行的手工火焰清理相比有下述特点：

①操作速度极快；

②由于是清理热钢坯，故氧气和燃料的消耗量可节省一半以上；

③清理之后，如需要继续轧制，也可不必再加热；

④用火焰清理钢坯，可得到较为平滑的清理表面，并可控制火焰清理的深度；

⑤操作人员减少；

⑥工作环境改善；

⑦前者仅适合大批量、单一品种生产。

（4）传统机械火焰清理存在的问题

① 人工远距离操作火焰清理器，定位精度差；

② 加工表面光滑度差，表面加工深度难以控制；

③ 机械装置柔性差，加工产品单一化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度、高可靠性智能钢坯火焰清理液压机器人装置。

本发明提出的一种高精度、高可靠性智能钢坯火焰清理液压机器人装置，由底座、回转支承、下支承关节、机械臂、上支承关节、上支承关节连杆、机械肘、机械肘连杆、机械手关节、机械手、机械手连杆、液压运动控制器、激光测距器、缺陷组织图像识别器、火焰清理器和PLC控制系统组成，其中：

底座上方设置回转支承，下支承关节连接回转支承，机械臂下端与下支承关节铰接，上端与上支承关节铰接；机械臂还连接伺服油缸和Y轴编码器，伺服油缸驱动机械臂在垂直方向绕下支承关节的Y轴转动，通过Y轴编码器检测其旋转角度；机械肘末端与上支承关节铰接，前端与机械手关节铰接；机械肘连杆一端连接下支承关节，另一端连接机械肘；下支承关节与伺服油缸铰接，通过该伺服油缸驱动下支承关节旋转，从而通过机械肘连杆，驱动机械肘绕上支承关节的Y轴转动；机械手连杆一端连接上支承关节，另一端连接机械手关节，机械手连杆驱动机械手关节，跟随机械肘绕上支承关节的Y轴转动；机械手连接液压马达，机械手通过液压马达驱动，机械手绕Z轴旋转，机械手连接机械手伺服油缸，通过机械手伺服油缸的驱动，机械手绕Y轴旋转；激光测距器安装于机械手上，位于火焰清理器喷嘴前方，用于实时监测感知火焰清理器喷嘴与被加工表面的距离；缺陷组织图像识别器安装于机械手前端上，激光测距器和缺陷组织图像识别器的信号分别输入计算机的PLC控制系统，PLC控制系统根据激光测距仪测得的数据，以及缺陷组织图像识别器获得钢坯表面缺陷位置及特征，PLC控制系统连接液压运动控制器，PLC控制系统将指令数据输出至液压运动控制器；液压运动控制器根据控制指令，以及液压马达伺服信号、Y轴编码器反馈，合理控制机械手运行速度，防止因惯性产生的机械振动，精确控制火焰清理器的位置。

本发明中，所述机械肘上设有Y轴编码器。

本发明中，所述机械手上设有Z轴编码器。

本发明中，所述机械肘连杆驱动机械肘绕上支承关节的Y轴转动55°-65°。

本发明中，所述机械手由液压马达驱动，绕Z轴旋转±15°。

本发明在钢坯火焰清理工况条件下，与通用机器人比较，液压机器人具有下述特点：

1、适应冶金高温环境连续工作，耐热性好，可靠性较高；

2、适应烟尘量大的工作环境，机械寿命周期长，耐用性高；

3、机械结构刚性高，稳定性好，抗震动，抗冲击载荷性强；

4、系统简单、高效，可维护性好；

5、系统柔性好，适应不同产品范围；

6、具有缺陷图像识别、测距、定位智能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的实施方案一示意图。

图3为本发明的实施方案二示意图。

图中标号：1为底座，2为回转支承，2.1为液压马达，2.2为Z轴编码器，3为下支承关节，3.1为伺服油缸，4为机械臂，4.1为伺服油缸，4.2为Y轴编码器，5为上支承关节，6为上支承关节连杆，7为机械肘，7.1为Y轴编码器，8为机械肘连杆，9为机械手关节，9.1为Y轴编码器，10为机械手，10.1为液压马达，10.2为Z轴编码器，11为机械手连杆，12为液压系统，12.1为运动控制器，13为激光测距器，14为缺陷组织图像识别器，15为火焰清理器，16为PLC控制系统。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

如图1所示，装置由底座1、回转支承2（包括液压马达2.1，Z轴编码器2.2）、下支承关节3（包括伺服油缸3.1，）、机械臂4（包括伺服油缸4.1，Y轴编码器4.2）、上支承关节5、上支承关节连杆6、机械肘7（Y轴编码器7.1）、机械肘连杆8、机械手关节9（Y轴编码器9.1）、机械手10（包括液压马达10.1，Z轴编码器10.2，）、机械手连杆11、液压系统12（包括运动控制器12.1）、激光测距器13、缺陷组织图像识别器14、火焰清理器15和PLC控制系统16等部件组成。

其中，机械臂4下端与下支承关节3铰接，上端与上支承关节5铰接。由伺服油缸4.1驱动机械臂4在垂直方向绕下支承关节3的Y轴转动一定角度（垂直方向±40°）。上支承关节连杆下端与基座连接，上端与上支承关节5铰接。机械肘7末端与上支承关节5铰接，前端与机械手关节9铰接。由伺服油缸3.1驱动下支承关节3绕Y轴转动，通过两端分别与下支承关节3和机械肘7铰接的机械肘连杆8，驱动机械肘7绕上支承关节5的Y轴转动（水平方向±30°）。机械手关节9与机械肘7铰接，通过分别与上支承关节5和机械手关节9铰接的机械手连杆11，驱动机械手关节跟随机械肘7绕上支承关节5的Y轴转动。机械手10可以由液压马达10.1驱动，绕Z轴旋转（±15°），还可以由机械手伺服油缸（10.1）驱动绕机械手的Y轴旋转。激光测距器13实时监测感知火焰清理器喷嘴15与被加工表面的距离。PLC控制系统16根据激光测距仪测得的数据，以及缺陷组织图像识别器14获得的钢坯表面缺陷位置及特征，根据工艺数据库数据，优化机械手空间路径，将指令数据输出至液压运动控制器12.1。液压运动控制器12.1根据控制指令，以及液压伺服信号、系统编码器反馈，合理控制机械系统运行速度，防止因惯性产生的机械振动，精确控制火焰清理器15的位置。

实施方案一：板坯火焰清理

见图2，为了清理板坯的A面，

步骤一，由1#板坯清理输送车将板坯输送至板坯A面待清理起始位置；

步骤二，火焰清理机器人在原始待机位点火，液压马达2.1驱动回转支承2顺时针旋转至板坯A面待清理起始位置，其立面（XOZ面）与输送车轨道方向垂直；

步骤三，液压机器人自动调整图像光源和图像传感器(CCD摄像机)至采样起始位置，随后输送车以一定速度前进一个板坯的距离停车。液压机器人自动调整图像光源和图像传感器(CCD摄像机)至一个板坯分割距离，随后输送车以一定速度后退一个板坯的距离停车。重复上述过程，直至图像传感器采样覆盖整个A面。图像采样时，把板坯表面分割为n个网格，以此确定缺陷位置坐标。视觉表面缺陷检测系统基本组成主要包括图像获取模块、图像处理模块、图像分析模块、数据管理及人机接口模块。根据火焰清理工艺指令进行工作；

步骤四，液压机器人自动调整机械臂，使机械手夹持的火焰喷嘴位置准确定位于板坯加工起始坐标点；

步骤五，火焰燃烧器加压喷焰；

步骤六，轨道输送车开始沿轨道向前移动，直至板坯A面长度方向加工完成，轨道输送车停车，此时完成第一道火焰清理；

步骤七，液压机器人自动调整机械肘6和机械手8的角度，使机械手夹持的火焰清理器喷嘴位置准确定位于板坯加工第二道坐标点；

步骤八，轨道输送车开始沿轨道向后移动，直至板坯A面火焰加工起始位置，轨道输送车停车，此时完成第二道火焰清理。重复上述过程，即可完成清理板坯A面。

为了清理板坯的B面，步骤一，由2#板坯清理输送车将板坯输送至板坯B面待清理起始位置。步骤二，火焰清理机器人在原始待机位点火，液压马达2.1驱动回转支承2逆时针旋转至板坯B面待清理起始位置，其立面（XOZ面）与输送车轨道方向垂直。其余步骤与清理A面相同。

根据视觉表面缺陷识别数据和定位信息，通过控制火焰燃烧器与板坯被加工面的夹角、距离和板坯输送车的移动速度，从而控制加工深度。通过精确定位火焰燃烧器相对于板坯被加工面的位置，精确控制前道火焰加工与后道火焰加工的重叠度（约10mm），从而保证火焰清理表面光滑度。

一个面清理后，可以随时在线进行图像表面缺陷检查。

实施方案二：铸锭火焰清理

如图3，将数个铸锭分别垂直置于铸锭输送车的各个可旋转工作台上，通过图像表面缺陷采样，获得铸锭表面和棱边的缺陷信息数据，由液压火焰清理机器人分别加工位于加工位置的铸锭的四个面和棱边。一个铸锭加工完成后，铸锭输送车将下一个旋转工作台上的铸锭送至加工位置，进行第二个铸锭的四面和棱边清理。此工作方式还可以完成铸锭冒口切除。

Claims

1.一种高精度、高可靠性智能钢坯火焰清理液压机器人装置，由底座、回转支承、下支承关节、机械臂、上支承关节、上支承关节连杆、机械肘、机械肘连杆、机械手关节、机械手、机械手连杆、液压运动控制器、激光测距器、缺陷组织图像识别器、火焰清理器和PLC控制系统组成，其特征在于：

底座上方设置回转支承，下支承关节连接回转支承，机械臂下端与下支承关节铰接，上端与上支承关节铰接；机械臂还连接伺服油缸和Y轴编码器，伺服油缸驱动机械臂在垂直方向绕下支承关节的Y轴转动，通过Y轴编码器检测其旋转角度；上支承关节连杆下端与回转支承铰接，上端与上支承关节铰接；机械肘末端与上支承关节铰接，前端与机械手关节铰接；机械肘连杆一端连接下支承关节，另一端连接机械肘；下支承关节与伺服油缸铰接，通过该伺服油缸驱动下支承关节旋转，从而通过机械肘连杆，驱动机械肘绕上支承关节的Y轴转动；机械手连杆一端连接上支承关节，另一端连接机械手关节，机械手连杆驱动机械手关节，跟随机械肘绕上支承关节的Y轴转动；机械手连接液压马达，机械手通过液压马达驱动，机械手绕Z轴旋转，机械手连接机械手伺服油缸，通过机械手伺服油缸的驱动，机械手绕Y轴旋转；激光测距器安装于机械手上，位于火焰清理器喷嘴前方，用于实时监测感知火焰清理器喷嘴与被加工表面的距离；缺陷组织图像识别器安装于机械手前端上，激光测距器和缺陷组织图像识别器的信号分别输入计算机的PLC控制系统，PLC控制系统根据激光测距仪测得的数据，以及缺陷组织图像识别器获得钢坯表面缺陷位置及特征，PLC控制系统连接液压运动控制器，PLC控制系统将指令数据输出至液压运动控制器；液压运动控制器根据控制指令，以及液压马达伺服信号、Y轴编码器反馈，合理控制机械手运行速度，防止因惯性产生的机械振动，精确控制火焰清理器的位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械肘上设有Y轴编码器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械手上设有Z轴编码器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械肘连杆驱动机械肘绕上支承关节的Y轴转动55°-65°。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械手由液压马达驱动，绕Z轴旋转±15°。