CN212871550U - 一种机器人自动测温取样装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人自动测温取样装置及其控制系统，包括设于炉盖上的支撑架，还包括用于安装测温弹的测温探头和用于安装取样弹的取样探头，支撑架上设有摆动杆，其中，测温探头和取样探头均分别通过升降机构安装在摆动杆的一端，升降机构用于使测温探头和取样探头能沿摆动杆往复运动，摆动杆的另一端与支撑架铰接，支撑架上设有能使摆动杆沿铰接处转动的驱动机构；支撑架上还设有应急滑轮机构，应急滑轮机构通过牵引绳与测温探头和取样探头连接。本实用新型的装置应用可降低人工操作的安全风险和劳动强度，提高测温取样的稳定性和精度，并设有应急设备，可降低探头被高温损坏的风险。

Description

一种机器人自动测温取样装置及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及冶金LF炉测温取样的技术领域，更具体地说，它涉及一种机器人自动测温取样装置及其控制系统。

背景技术

LF炉即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。在特种钢生产的流程中为确保连铸坯质量，转炉冶炼好的钢水进入LF炉进行精炼以消除钢水内的杂质。在已有操作情况下，需要人工使用测温枪装置插入LF炉观察孔对钢水进行多次测温，准确判定钢水温度为下一道工序生产提供精确数据，钢水温度根据不同的钢种需保持在1530℃-1590℃之间，过高或过低的钢水温度对后续生产是不利的。同时对钢水成分取样可精准调配钢水合金比例，提高特种钢的成材率和质量。

测温及取样为两道工序，现有的人工测温取样工作要分开进行。炼钢过程主要由人工操作，测温、取样采用手动测温取样方式，完全依靠人工拆装弹及持枪完成操作，劳动效率低下，由于炼钢区域是高温高尘区域，人工测温取样需要工人冒着高温接近LF炉进行测温和取样，LF炉在精炼生产过程钢水会翻滚向炉外喷溅炉渣，还存在此操作易使炉渣喷溅造成人身伤害安全事故。人员测温和取样时不仅要面对高温操作，操作工作环境比较恶劣，工人长期处在高温、高尘的环境下，易对身体造成伤害，不利于安全及稳定生产。另外人工测温由于手持测温枪的位置不同，导致测量数据不稳定。人工测温和取样的方式存在劳动强度大，工作效率低，安全风险高的等不利因素，以上人工操作方法虽有一定防护措施，仍存在较大安全风险性。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种机器人自动测温取样装置。本实用新型的装置应用可降低人工操作的安全风险和劳动强度，提高测温取样的稳定性和精度，并设有应急设备，可降低探头被高温损坏的风险。

本实用新型还提供一种机器人自动测温取样装置的控制系统。本实用新型的系统提升工作效率，既能满足无人化智能操作，亦能通过人工操作提供对应急事故的处理保障，确保特钢生产质量。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种机器人自动测温取样装置，包括设于炉盖上的支撑架，还包括用于安装测温弹的测温探头和用于安装取样弹的取样探头，所述支撑架上设有摆动杆，其中，所述测温探头和取样探头均分别通过升降机构安装在所述摆动杆的一端，所述升降机构用于使测温探头和取样探头能沿摆动杆往复运动，所述摆动杆的另一端与所述支撑架铰接，所述支撑架上设有能使摆动杆沿铰接处转动的驱动机构；所述支撑架上还设有应急滑轮机构，所述应急滑轮机构通过牵引绳与测温探头和取样探头连接。

进一步地，所述应急滑轮机构包括配重块、固设于所述支撑架上的定滑轮以及用于使定滑轮转动的手柄，所述牵引绳一端缠绕定滑轮并与配重块连接，另一端与测温探头和/或取样探头连接。

进一步地，所述配重块为两个且分别通过两条牵引绳与测温探头和取样探头连接，两个所述配重块的重量分别与对应的测温探头和取样探头的重量一致。

进一步地，所述支撑架上对应炉盖的上方设有液位检测仪。

进一步地，所述升降机构包括相联动的第一升降电机和第一牵引链条以及相联动的第二升降电机和第二牵引链条，其中，所述第一牵引链条与测温探头相连接，所述第二牵引链条与取样探头相连接；所述第一升降电机和第二升降电机安装在摆动杆靠近铰接处的一端，所述第一牵引链条和第二牵引链条安装在摆动杆内。

进一步地，所述驱动机构包括驱动电机和推杆，所述推杆的一端与驱动电机相联动，所述推杆的另一端与摆动杆的中部相铰接。

进一步地，所述支撑架上对应测温探头和取样探头的一侧设有测温弹存放架、取样弹存放架和机械臂，所述机械臂用于把测温弹和取样弹分别安装在测温探头和取样探头上。

进一步地，所述炉盖上开设有测温取样口，所述测温取样口倾斜设置且与摆动杆位于工作位时的角度相适配。

一种机器人自动测温取样装置的控制系统，包括操作室和设于支撑架一侧的现场操作箱，所述操作室内设有上位机，所述上位机和现场操作箱均与PLC系统连接，所述PLC系统分别与升降机构、驱动机构、机械臂和液位检测仪信号连接。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、LF炉机器人自动测温取样装置及其控制系统的应用可降低人工操作的安全风险和劳动强度，提高测温取样的稳定性和精度，提升工作效率，确保特钢生产质量。

2、本实用新型的装置通过支撑架固设在炉盖上方的一侧，使测温探头和取样探头能够稳定的置于炉体上方，并在需要时稳定且准确地完成测量，而且通过升降机构和驱动机构的配合，可对装置有所保护，不需要使用时可收纳，减少探头被碰撞或长期处于高温地带的可能。

3、本装置还设有应急保护机构，通过配重块和牵引绳的作用，除了能避免探头伸出时由于链条的磨损断裂而突然地下滑，还能在工作中当构件卡死等突发情况时，能及时通过人工把探头拉出，避免钢水长时间的浸泡而产生高温损坏探头。

4、本实用新型的系统既能满足无人化智能操作，亦能通过人工操作提供对应急事故的处理保障，而且在测量前可通过液位探测仪探测液面位置，提供测量参考和预保护机制。

附图说明

图1是本实用新型一种机器人自动测温取样装置的原位侧视图；

图2是本实用新型一种机器人自动测温取样装置的工作位侧视图；

图3是本实用新型一种机器人自动测温取样装置的俯视图；

图4是本实用新型的摆动杆的正视图；

图5是本实用新型一种机器人自动测温取样装置的控制系统结构示意图。

图中：1、操作室；2、现场操作箱；3、测温弹存放架；4、取样弹存放架；5、机械臂；6、支撑架；7、推杆；8、配重块；9、定滑轮；10、牵引绳；11、第一升降电机；12、摆动杆；13、液位检测仪；14、第一牵引链条；15、测温探头；16、炉盖；17、测温取样口；18、第二升降电机；19、第二牵引链条；20、取样探头；21、光纤网络线；22、上位机；23、PLC系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

值得注意的是，本文所涉及的“上”“下”等方位词均相对于附图视角而定，仅仅只是为了便于描述，不能够理解为对技术方案的限制。

如图1-4所示，一种机器人自动测温取样装置,包括设于炉盖16上的支撑架6，还包括用于安装测温弹的测温探头15和用于安装取样弹的取样探头20，支撑架6上设有摆动杆12，其中，测温探头15和取样探头20均分别通过升降机构安装在摆动杆12的一端，升降机构用于使测温探头15和取样探头20能沿摆动杆12往复运动，摆动杆12的另一端与支撑架6铰接，支撑架6上还设有能使摆动杆12沿铰接处转动的驱动机构；支撑架6上还设有应急滑轮机构，应急滑轮机构通过牵引绳10与测温探头15和取样探头20连接。本实用新型的装置通过支撑架6固设在炉盖16上方的一侧，使测温探头15和取样探头20能够稳定的置于炉体上方，区别于现有技术，可实现双工位的测量，并在需要时稳定且准确地完成单独或同步的测量，而且通过升降机构和驱动机构的配合，可对装置有所保护，不需要使用时可通过控制，把摆动杆12收纳至支撑架6的一侧，远离炉体上方，并可收入摆动杆12内；而使用状态中，摆动杆12倾斜，只需要探头部分伸入炉体内进行测量，从而减少了探头被碰撞或长期处于高温地带的可能。

本装置还设有应急滑轮机构和牵引绳10，应急滑轮机构包括配重块8、固设于所述支撑架6上的定滑轮9及用于转动定滑轮9的手柄，牵引绳10一端缠绕定滑轮并与配重块8连接，另一端与测温探头15和/或取样探头20连接。此处可不设置配重块8，牵引绳10可直接与支撑架6固定连接，但这只能通过应急滑轮机构用于应急拉起探头，而且下放探头时还需要预留牵引绳10的长度。若测温探头15和取样探头20基本是同时工作的情况下，可只设置一组上述的机构，即配重块8通过牵引绳10连接两个探头，同时配重块8的重量为测温探头15和取样探头20的重量之和。而在本实施例中，为了适应测温探头15和取样探头20分开控制时的应急措施，配重块8设置为两个且分别通过两条牵引绳10与测温探头15和取样探头20连接，两个配重块8的重量分别与对应的测温探头15和取样探头20的重量一致。该应急保护的结构作为对两个探头的保护机制，配重块8重量对应探头的重量，使其保持平衡，能避免升降机构磨损而在使用时使两个探头突然地下滑。同时，当控制出现故障，探头在工作中无法收回时，还能通过人工利用手柄转动定滑轮9，从而拉动牵引绳10，在配重块8的辅助下，轻松把探头拉起，避免长期浸泡到钢水中而受高温影响其质量和寿命。

在本实施例中，支撑架6上对应炉盖16的上方设有液位检测仪13。液位检测仪13用于对炉体内液位进行预先的测量，通过使用液位激光检测仪13进行感应，确定液面位置，从而控制测温探头15和取样探头20测量时的下降深度，使测量更加准确、稳定和安全。

在本实施例中，升降机构包括相联动的第一升降电机11和第一牵引链条14以及相联动的第二升降电机18和第二牵引链条19，其中，第一牵引链条14与测温探头15相连接，所述第二牵引链条19与取样探头20相连接；第一升降电机11和第二升降电机18安装在摆动杆12靠近铰接处的一端，第一牵引链条14和第二牵引链条19安装在摆动杆12内。使用电机和链条的配合，能更加稳固和精准地对探头进行控制，而且分别控制测温探头15和取样探头20的测量，以适应双工位的操作机制。驱动机构包括驱动电机和推杆7，推杆7的一端与驱动电机相联动，推杆7的另一端与摆动杆12的中部相铰接。如图1和图2所示，摆动杆12被推杆7控制分别处于原位和工作位的状态，配合升降机构的控制，实现摆动杆12的伸出两个探头及其收纳保护的运动。

在本实施例中，支撑架6上对应测温探头15和取样探头20的一侧设有测温弹存放架3、取样弹存放架4和机械臂5，机械臂5用于把测温弹和取样弹分别安装在测温探头15和取样探头20上。测温弹存放架3、取样弹存放架4分别预存足够的测温弹和取样弹，使用时方便机械臂5对测温弹和取样弹的安装，实现测量全程的自动化。炉盖16上开设有测温取样口17，测温取样口17倾斜设置且与摆动杆12位于工作位时的角度相适配。倾斜设置能使插入探头时，炉中的高温钢水不易飞弹出来，避免对支撑架6以及摆动杆12等设备的高温腐蚀，提高安全性能。

如图5所示，一种机器人自动测温取样装置的控制系统，包括操作室1和设于支撑架6一侧的现场操作箱2，操作室1内设有上位机22，上位机22和现场操作箱2均与PLC系统23连接，PLC系统23分别与升降机构、驱动机构、机械臂5和液位检测仪13信号连接。本实用新型的系统既能满足无人化智能操作，亦能通过人工操作提供对应急事故的处理保障，而且在测量前可通过液位探测仪13探测液面位置，提供测量参考和预保护机制。本实用新型的系统可通过操作室1内的上位机22实现全自动的测量工序，亦可利用现场操作箱2实现人工现场的半自动操作控制。

根据液位检测仪13反馈的液面位置信息，PLC系统23通过升降机构和驱动机构控制测温探头15和取样探头20的下探深度分别为260毫米和400毫米，测温探头15在液面下的滞留时间为4-6秒，取样探头20在液面中的滞留时间为2-4秒。

本实用新型的安装及使用原理为：LF炉机器人自动测温取样系统整个运行是靠PLC系统23采集各反馈信号，程序逻辑判断后发指令驱动运行，是综合机械设备，电气控制，仪表采集，自动化程序控制的系统集成设备。

以精炼炉盖16平台为水平制作一个15米高的支撑架6，设置有9.5米的第一水平工作平台，12.3米的第二水平工作平台和15米的第三水平工作平台三个维修工作平台。

在支撑架6的第三水平工作平台上铰接摆动杆12以及安装测温探头的第一升降电机11和取样探头的第二升降电机18，摆动杆12可以绕安装固定点旋转摆动。

在支撑架6的第三水平工作平台上还安装有一套紧急事故提升装置，该装置有两套定滑轮9、配重块8及两条牵引绳10。两条牵引绳10一端各自固定在测温探头15和取样探头20上，两条牵引绳10另一端绕过各自的一套定滑轮9下垂并系挂各自的配重块8。

在支撑架6的第一水平工作平台顶端安装有液位检测仪13用于检测精炼炉钢水最高液位距离液位检测仪13要在4800毫米与3800毫米之间，当液位检测超过范围时，人工确认是否检测有误，若检测有误或液位检测仪13发生故障可人工目测钢水液位选择手动设定液面。

在支撑架6的第一水平工作平台安装有摆动架电动推杆7，摆动架电动推杆7由伺服电机驱动。摆动架电动推杆7上安装有原位和工作位两个限位，工作位的位置正好在精炼炉盖16的测温取样口17上方1.5米高的安全位置，摆动架电动推杆7在工作时可将摆动杆12从原位推出到工作位。正常自动工作时由摆动架电动推杆7的伺服电机编码器提供原位和工作位数据运行，当编码器故障时或现场操作时由安装的原位和工作位两个限位提供实际位置信号。

在水平平台上及测温取样装置平台6的第一水平工作平台下方安装有机械臂5，机械臂5距离精炼炉盖16的测温取样口17的1.5米处。

工作时机械臂5抓取测温弹和取样弹安装在测温探头15与取样探头20上，通过PLC系统23程序控制摆动架电动推杆7推出摆动杆12至工作位，PLC系统23程序控制第一升降电机11和第二升降电机18正向旋转，降下第一牵引链条14和第二牵引链条19，将测温探头15与取样探头20携带的测温弹和取样弹通过测温取样口17插入到精炼炉钢水液面高位下方进行测温和取样工作，下降高度由第一升降电机11和第二升降电机18的编码器进行计算，测温探头15和取样探头20在钢水液面下探深度分别设置为260毫米和400毫米。测温探头15和取样探头20在钢水中的测温、取样保持的滞留时间分别为5秒和3秒，每次测温、取样全部时间30秒内即可完成。

每次测温、取样工作完成后，PLC系统23发出指令控制第一升降电机11和第二升降电机18反向旋转，提升第一牵引链条14和第二牵引链条19上升，将测温探头15与取样探头20携带的测温弹和取样弹提升至距离精炼炉盖16的测温取样口17上方1.5米高的安全位置，测温探头升降电机11和取样探头升降电机18停止运转。然后推杆7将摆动杆12从工作位伸缩回到原位。

机械臂5分别从测温探头15与取样探头20上拆卸测温弹和取样弹并放置在收集料斗内，测温数据可由测温热电偶检测后通过光纤网络线21传输到PLC系统23并实时显示在操作室1的监控操作画面上位机22上供操作人员记录，取样弹内的钢水样品由操作人员送到化验室检验。

外部各设备及监控操作画面上位机22均通过光纤网络线21与PLC系统23连接通讯和接受反馈信号，并由PLC系统23根据程序发出指令命令外部设备依照程序顺序动作。

在手动模式和紧急事故状态可以使用现场操作箱2解除程序联锁控制，单独操作个体设备动作，如紧急启动第一升降电机11和第二升降电机18带动测温探头15和取样探头20上升避免烧毁设备。本装置PLC系统23的程序是根据现场实际进行调整和完善的。

当摆动杆12内的第一牵引链条14或第二牵引链条19断裂或因外部原因停电时，第一升降电机11或第二升降电机18无法牵引测温探头15或取样探头20上升，在钢水中浸泡时间过长会导致测温枪烧毁。操作人员立即上到支撑架6的第三水平工作平台上手动打开相应的电机抱闸，人工顺时针摇动定滑轮9上的手柄，牵引绳10带动相应测温探头15或取样探头20在各自的钢丝绳配重块8的辅助牵引作用下缓慢上升，直至测温探头15或取样探头20离开钢水液面回到安全位置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种机器人自动测温取样装置，包括设于炉盖（16）上的支撑架（6），还包括用于安装测温弹的测温探头（15）和用于安装取样弹的取样探头（20），其特征在于，所述支撑架（6）上设有摆动杆（12），其中，所述测温探头（15）和取样探头（20）均分别通过升降机构安装在所述摆动杆（12）的一端，所述升降机构用于使测温探头（15）和取样探头（20）能沿摆动杆（12）往复运动，所述摆动杆（12）的另一端与所述支撑架（6）铰接，所述支撑架（6）上设有能使摆动杆（12）沿铰接处转动的驱动机构；所述支撑架（6）上还设有应急滑轮机构，所述应急滑轮机构通过牵引绳（10）与测温探头（15）和取样探头（20）连接。

2.如权利要求1所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述应急滑轮机构包括配重块（8）、固设于所述支撑架（6）上的定滑轮（9）以及用于使定滑轮（9）转动的手柄，所述牵引绳（10）一端缠绕定滑轮（9）并与配重块（8）连接，另一端与测温探头（15）和/或取样探头（20）连接。

3.如权利要求2所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述应急滑轮机构为两套且分别通过两条牵引绳（10）与测温探头（15）和取样探头（20）连接，两个所述配重块（8）的重量分别与对应的测温探头（15）和取样探头（20）的重量一致。

4.如权利要求1或2或3所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述支撑架（6）上对应炉盖（16）的上方设有液位检测仪（13）。

5.如权利要求4所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述升降机构包括相联动的第一升降电机（11）和第一牵引链条（14）以及相联动的第二升降电机（18）和第二牵引链条（19），其中，所述第一牵引链条（14）与测温探头（15）相连接，所述第二牵引链条（19）与取样探头（20）相连接；所述第一升降电机（11）和第二升降电机（18）安装在摆动杆（12）靠近铰接处的一端，所述第一牵引链条（14）和第二牵引链条（19）安装在摆动杆（12）内。

6.如权利要求4所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机和推杆（7），所述推杆（7）的一端与驱动电机相联动，所述推杆（7）的另一端与摆动杆（12）的中部相铰接。

7.如权利要求5或6所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述支撑架（6）上对应测温探头（15）和取样探头（20）的一侧设有测温弹存放架（3）、取样弹存放架（4）和机械臂（5），所述机械臂（5）用于把测温弹和取样弹分别安装在测温探头（15）和取样探头（20）上。

8.如权利要求7所述机器人自动测温取样装置，其特征在于，所述炉盖（16）上开设有测温取样口（17），所述测温取样口（17）倾斜设置且与摆动杆（12）位于工作位时的角度相适配。

9.一种用于控制如权利要求8所述机器人自动测温取样装置的控制系统，其特征在于，包括操作室（1）和设于支撑架（6）一侧的现场操作箱（2），所述操作室（1）内设有上位机（22），所述上位机（22）和现场操作箱（2）均与PLC系统（23）连接，所述PLC系统（23）分别与升降机构、驱动机构、机械臂（5）和液位检测仪（13）信号连接。

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