CN114226279B - 一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，包括控制模块、机械传动模块、电磁吸盘和激光诱导击穿光谱模块，控制模块分别连接机械传动模块、电磁吸盘和激光诱导击穿光谱模块，其中，激光诱导击穿光谱模块包括激光输出单元、光路单元和反馈光接收单元，电磁吸盘开设有用于激光光束传输和等离子体空间约束的孔洞；电磁吸盘抓取废次材，控制模块控制激光输出单元发出激光，经过光路单元后聚焦于废次材表面并烧蚀废次材产生等离子体，等离子体冷却过程中发射特定波长的光线经光路单元后到达反馈光接收单元，控制模块根据反馈数据判定废次材中的合金含量，控制机械传动模块实现分选。与现有技术相比，本发明具有快速、自动化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及钢材加工技术领域，尤其是涉及一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置。
背景技术
钢铁企业或五金加工厂等生产单位在日常生产过程中会产生一定量的不合格钢材产品和切割余料等，这类钢材统称为钢材废次材。如果把钢材废次材直接当作废钢回炉重炼，虽然一定程度上能够降低铁矿石和能源消耗，但并没有最大化发挥废次材的可利用价值。这类钢材可以通过一定的分选措施进行梯次利用，在一些对钢材质量要求不高或者制造小型零部件等场景下使用，相对于直接作为废钢使用，这样的再利用方式更加节约能源和资源，有利于降低碳排放。
然而，上游的生产单位对于这类废次材的管理比较粗放，没有对不同使用价值的废次材进行精细化管理。现有的采用人工粗分选的方式效率比较低，人力成本较高，而且分选结果的可靠性不高，大多依据废次材的形状和来源进行简单分类，缺乏先进的检测手段。也有部分企业通过手持式光谱仪对废次材进行取样检测，然后进行大致的分类，但这样的分选方法一方面人力成本较高，另一方面对废次材的分选不够细致。
合金含量是废次材价值的重要体现，目前，在废次材分选领域没有成熟的技术和装备用于对废次材进行准确的合金含量自动化分选，亟需一种有效的快速的自动化分拣装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速、自动化的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，包括控制模块、机械传动模块、电磁吸盘和激光诱导击穿光谱模块，所述控制模块分别连接机械传动模块、电磁吸盘和激光诱导击穿光谱模块，其中，
所述激光诱导击穿光谱模块包括激光输出单元、光路单元和反馈光接收单元，所述激光输出单元分别连接控制模块和反馈光接收单元，所述反馈光接收单元与控制模块连接；
所述电磁吸盘和机械传动模块与所述光路单元固定连接，所述电磁吸盘开设有用于激光光束传输和等离子体空间约束的孔洞；
所述电磁吸盘抓取废次材，控制模块控制激光输出单元发出激光，经过光路单元后聚焦于废次材表面并烧蚀废次材产生等离子体，等离子体冷却过程中发射特定波长的光线经光路单元后到达反馈光接收单元，控制模块根据反馈数据判定废次材中的合金含量，控制所述机械传动模块实现分选。
进一步地，所述电磁吸盘包括吸盘外壳以及设置于所述吸盘外壳内的铁芯和线圈，所述吸盘外壳下表面贴设有导磁面板。
进一步地，所述激光输出单元包括依次连接的激光器电源、激光器腔体和激光传能光纤，所述激光器电源分别连接控制模块和反馈光接收单元。
进一步地，所述光路单元包括光路保护外壳以及设置于所述光路保护外壳内的用于传输激光的第一路径和用于传输反馈光的第二路径，所述电磁吸盘固定于所述光路保护外壳上，并形成所述第一路径的出口以及所述第二路径的入口。
进一步地，所述光路保护外壳内设置有准直透镜、二向色镜、凸透镜、反射镜和采集透镜，所述准直透镜、二向色镜和凸透镜依次设置组成所述第一路径，所述凸透镜、二向色镜、反射镜和采集透镜组成所述第二路径，所述二向色镜为仅反射激光而其他波长的光直接穿透的光学元件。
进一步地，所述光路保护外壳为金属外壳。
进一步地，所述反馈光接收单元包括相连接的反馈光纤和光谱仪，所述光谱仪分别与激光输出单元和与控制模块连接，响应所述激光输出单元发送的延时触发指令，将反馈数据传输给所述控制模块。
进一步地，所述机械传动模块包括相连接的传动轴和电机，所述传动轴固定于光路单元上，所述电机与控制模块连接。
进一步地，所述传动轴的材质为钢制棒材。
进一步地，所述控制模块包括相连接的计算机和控制器，所述计算机分别连接激光输出单元和反馈光接收单元，所述控制器分别连接电磁吸盘和机械传动模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)首次引入激光诱导击穿光谱技术，结合电磁技术和机械设备技术，实现了不同合金含量废次材的自动化准确分选，降低了人力成本，提高了分选准确率与效率，有利于促进实现废次材大规模的梯次利用，为早日实现碳中和目标贡献力量。
(2)电磁吸盘不仅起到抓取和释放钢材废次材的作用，同时产生的电磁场可以增强等离子体发射光谱信号。电磁吸盘的中心孔洞不仅是光路，同时对产生的等离子体可以起到空间约束增强的作用，有利于提高光谱检测的准确性和检测极限。
(3)传动轴采用45#钢或40Cr等钢制棒材，可以确保工作过程中传动轴不易变形、传动效率高、使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1—钢材废次材，2—传送带，3—反射镜，4—二向色镜，5—电磁吸盘，6—凸透镜，7—光路保护外壳，8—废次材收集筐，9—准直透镜，10—采集透镜，11—传动轴，12—反射光纤，13—激光传能光纤，14—电机，15—激光器PC信号线，16—激光器腔体，17—电机信号线，18—激光器电源，19—计算机，20—光谱仪，21—激光器腔体信号线，22—数据线，23—电磁吸盘信号线，24—控制器，25—光谱仪信号线，26—控制器信号线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
将电磁技术、激光诱导击穿光谱技术以及机械装备技术相结合，提出一种废次材自动化分拣装置，用于对不同合金含量的废次材进行快速、自动化分拣。
如图1所示，本实施例提供一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，包括控制模块、机械传动模块、电磁吸盘5和激光诱导击穿光谱模块，控制模块分别连接机械传动模块、电磁吸盘5和激光诱导击穿光谱模块，其中，激光诱导击穿光谱模块包括激光输出单元、光路单元和反馈光接收单元，激光输出单元分别连接控制模块和反馈光接收单元，反馈光接收单元与控制模块连接；电磁吸盘5和机械传动模块与光路单元固定连接，电磁吸盘5开设有用于激光光束传输和等离子体空间约束的孔洞。该装置将电磁技术、激光诱导击穿光谱技术以及机械装备技术相结合，能够对不同合金含量的废次材进行快速、自动化分拣。
电磁吸盘5包括吸盘外壳以及设置于吸盘外壳内的铁芯和线圈，吸盘外壳下表面贴设有导磁面板，可以在控制模块的控制下抓取和释放下方的废次材1。
激光输出单元包括依次连接的激光器电源18、激光器腔体16和激光传能光纤13，激光器电源18分别连接控制模块和反馈光接收单元。
光路单元包括光路保护外壳7以及设置于光路保护外壳7内的用于传输激光的第一路径和用于传输反馈光的第二路径，电磁吸盘5固定于光路保护外壳7上，并形成第一路径的出口以及第二路径的入口。光路保护外壳7内设置有准直透镜9、二向色镜4、凸透镜6、反射镜3和采集透镜10，准直透镜9、二向色镜4和凸透镜6依次设置组成第一路径，凸透镜6、二向色镜4、反射镜3和采集透镜10组成第二路径，二向色镜4为仅反射激光而其他波长的光直接穿透的光学元件。光路保护外壳7为的材质为合金钢或铝或其他易加工、不易变形的金属材质。
反馈光接收单元包括相连接的反馈光纤12和光谱仪20，光谱仪20分别与激光输出单元和与控制模块连接，光谱仪20通过光谱仪信号线25由激光器电源18延时触发工作光谱仪20响应延时触发指令，将反馈数据传输给控制模块。
机械传动模块包括相连接的传动轴11和电机14，传动轴11固定于光路单元上，电机14与控制模块连接。传动轴11的材质为45#钢或40Cr等钢制棒材，用以确保工作过程中传动轴不易变形、传动效率高、使用寿命长。电机14可以实现正反两个方向的旋转。电磁吸盘5和传动轴11通过焊接或螺丝连接的方式与光路保护外壳7固定，确保工作过程中稳固连接，从而保证光路稳定。
本实施例中，废次材1在传送带2上传输，经过分拣后通过废次材收集筐8收集存储。传送带2的材质为橡胶或PVC等耐磨材料，用以确保较重的钢材废次材在运输过程中不打滑，同时传送带的工作寿命得到保障。
控制模块包括通过控制器信号线26相连接的计算机19和控制器24，计算机19通过激光器PC信号线15与激光器电源18连接，通过数据线22与光谱仪20连接，控制器24通过电磁吸盘信号线与电磁吸盘5连接，通过电机信号线与电机14连接。
上述的装置的使用过程如下：
(1)启动传送带2，将废次材1放在传送带2上向前移动；
(2)计算机19发出抓取和释放指令到控制器24，控制器24控制电磁吸盘5通电，吸盘产生磁性，将下方的废次材迅速吸附到电磁吸盘5上；
(3)废次材被吸附到电磁吸盘5后，通过激光器PC信号线向激光器电源18发出指令，控制激光器腔体16发出固定数量的激光脉冲，激光通过激光传能光纤13进行传导，从光纤出来的激光束通过准直透镜9进行准直，随后经二向色镜反射，再经凸透镜进行聚焦到废次材表面并烧蚀废次材产生等离子体。等离子体冷却过程中发射特定波长的光线沿激光照射光路返回并穿过二向色镜向上传输，再经反射镜反射和采集透镜聚焦，耦合进入光纤12，最终到达光谱仪20狭缝的入口，光谱仪20采集等离子体光谱后将光谱数据传送到计算机19；
(4)计算机19根据内置的标定算法对光谱进行解析，计算出废次材中各合金元素的含量，并根据事先制定的分类标准，判定该废次材的类别以及应该投放的废次材收集筐8编号；
(5)计算机19控制电机14旋转一定的角度，废次材随之旋转到相应的废次材收集筐上方；
(6)计算机19控制电磁吸盘5断电，吸盘失去磁性，废次材掉入下方相应的废次材收集筐8内；
(7)计算机19控制电机14旋转复位，重复步骤(2)，进而循环工作。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，包括控制模块、机械传动模块、电磁吸盘(5)和激光诱导击穿光谱模块，所述控制模块分别连接机械传动模块、电磁吸盘(5)和激光诱导击穿光谱模块，其中，
所述激光诱导击穿光谱模块包括激光输出单元、光路单元和反馈光接收单元，所述激光输出单元分别连接控制模块和反馈光接收单元，所述反馈光接收单元与控制模块连接；
所述电磁吸盘(5)和机械传动模块与所述光路单元固定连接，所述电磁吸盘(5)开设有用于激光光束传输和等离子体空间约束的孔洞；
所述电磁吸盘(5)抓取废次材，控制模块控制激光输出单元发出激光，经过光路单元后聚焦于废次材表面并烧蚀废次材产生等离子体，等离子体冷却过程中发射特定波长的光线经光路单元后到达反馈光接收单元，控制模块根据反馈数据判定废次材中的合金含量，控制所述机械传动模块实现分选。
2.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述电磁吸盘(5)包括吸盘外壳以及设置于所述吸盘外壳内的铁芯和线圈，所述吸盘外壳下表面贴设有导磁面板。
3.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述激光输出单元包括依次连接的激光器电源(18)、激光器腔体(16)和激光传能光纤(13)，所述激光器电源(18)分别连接控制模块和反馈光接收单元。
4.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述光路单元包括光路保护外壳(7)以及设置于所述光路保护外壳(7)内的用于传输激光的第一路径和用于传输反馈光的第二路径，所述电磁吸盘(5)固定于所述光路保护外壳(7)上，并形成所述第一路径的出口以及所述第二路径的入口。
5.根据权利要求4所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述光路保护外壳(7)内设置有准直透镜(9)、二向色镜(4)、凸透镜(6)、反射镜(3)和采集透镜(10)，所述准直透镜(9)、二向色镜(4)和凸透镜(6)依次设置组成所述第一路径，所述凸透镜(6)、二向色镜(4)、反射镜(3)和采集透镜(10)组成所述第二路径，所述二向色镜(4)为仅反射激光而其他波长的光直接穿透的光学元件。
6.根据权利要求4所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述光路保护外壳(7)为金属外壳。
7.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述反馈光接收单元包括相连接的反馈光纤(12)和光谱仪(20)，所述光谱仪(20)分别与激光输出单元和与控制模块连接，响应所述激光输出单元发送的延时触发指令，将反馈数据传输给所述控制模块。
8.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述机械传动模块包括相连接的传动轴(11)和电机(14)，所述传动轴(11)固定于光路单元上，所述电机(14)与控制模块连接。
9.根据权利要求8所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述传动轴(11)的材质为钢制棒材。
10.根据权利要求1所述的钢材废次材合金含量自动检测与分选装置，其特征在于，所述控制模块包括相连接的计算机(19)和控制器(24)，所述计算机(19)分别连接激光输出单元和反馈光接收单元，所述控制器(24)分别连接电磁吸盘(5)和机械传动模块。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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