NO336059B1 - Method and apparatus for cleaning carbon anodes - Google Patents

Method and apparatus for cleaning carbon anodes Download PDF

Info

Publication number
NO336059B1
NO336059B1 NO20121557A NO20121557A NO336059B1 NO 336059 B1 NO336059 B1 NO 336059B1 NO 20121557 A NO20121557 A NO 20121557A NO 20121557 A NO20121557 A NO 20121557A NO 336059 B1 NO336059 B1 NO 336059B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
tool
electrolyte
carbon anode
sensor
cleaning
Prior art date
Application number
NO20121557A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO20121557A1 (en
Inventor
Ingrid Schjølberg
Terje Mugaas
Original Assignee
Sinvent As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinvent As filed Critical Sinvent As
Priority to NO20121557A priority Critical patent/NO336059B1/en
Priority to PCT/NO2013/050229 priority patent/WO2014104896A1/en
Publication of NO20121557A1 publication Critical patent/NO20121557A1/en
Publication of NO336059B1 publication Critical patent/NO336059B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1694Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697Vision controlled systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12Anodes
    • C25C3/125Anodes based on carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06Operating or servicing
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/375673-D vision, stereo vision, with two cameras
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37583Detect separation, cutting, penetration, piercing, break through material
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40428Using rapidly exploring random trees algorithm RRT-algorithm
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40476Collision, planning for collision free path

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

INNLEDNING INTRODUCTION

Denne søknaden vedrører en fremgangsmåte og et apparat for automatisk etter-rengjøring av karbonanoder i aluminiumsproduksjon. This application relates to a method and an apparatus for automatic post-cleaning of carbon anodes in aluminum production.

BAKGRUNN BACKGROUND

Ved aluminiumsproduksjon blir store karbonanoder senket ned i smeltet elektrolytt In aluminum production, large carbon anodes are immersed in molten electrolyte

i reduksjonsceller. Karbonanodene reagerer med oksygenet fra oppløst alumina i elektrolytten og aluminium og CO2blir produsert. Karbonanodene er store rek-tangulære blokker av karbon festet til en jernstruktur. Hver karbonanode er fast-gjort på en anodehenger. Anodehengeren består av et stål-åk med fire bolter som står inn i toppen av anoden og en aluminiumsstang koblet til strukturoverdelen. Karbonanoden blir byttet ut jevnlig som følge av slitasje. in reduction cells. The carbon anodes react with the oxygen from dissolved alumina in the electrolyte and aluminum and CO2 are produced. The carbon anodes are large rectangular blocks of carbon attached to an iron structure. Each carbon anode is attached to an anode hanger. The anode hanger consists of a steel yoke with four bolts that fit into the top of the anode and an aluminum rod connected to the upper part of the structure. The carbon anode is replaced regularly as a result of wear.

En brukt anode kalles en anodestump, eller bare stump. Den består hovedsakelig av karbonrester sammen med en betydelig mengde frosset elektrolytt og alumina på toppen. Denne frosne elektrolytten må fjernes for å resirkulere restkarbonet. Fjerningsprosessen er en delvis automatisert prosess. En anodestump som har gjennomgått rengjøringsprosessen kalles en ren stump. Brukte karbonanoder blir i noen tilfeller ikke tilstrekkelig rengjort og må inspiseres og rengjøres manuelt i en etterrengjøringsprosess. Etter inspeksjon og etterrengjøring blir anodestumpen skilt fra anodehengeren og sendt til resirkulering. A used anode is called an anode stub, or simply stub. It consists mainly of carbon residues along with a significant amount of frozen electrolyte and alumina on top. This frozen electrolyte must be removed to recycle the residual carbon. The removal process is a partially automated process. An anode stub that has undergone the cleaning process is called a clean stub. Used carbon anodes are in some cases not sufficiently cleaned and must be inspected and cleaned manually in a post-cleaning process. After inspection and post-cleaning, the anode stub is separated from the anode hanger and sent for recycling.

N019853325 beskriver rengjøring av anoder med bruk av en robot. En optoelek-tronisk anordning (et kamera) blir anvendt for å styre roboten. En sensor detekterer konturen til restkarbonet under rengjøringen og styrer roboten. Et slagverktøy, skrapeverktøy eller freseverktøy, en vannstråle eller trykkluft blir anvendt. N019853325 describes the cleaning of anodes using a robot. An opto-electronic device (a camera) is used to control the robot. A sensor detects the contour of the residual carbon during cleaning and controls the robot. An impact tool, scraping tool or milling tool, a water jet or compressed air is used.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system og en fremgangsmåte for auto-matisering av etterrengjøring av karbonanoder i aluminiumproduksjon. Den automatiserte fremgangsmåten og systemet tilveiebringer deteksjon av elektrolytt-materiale på den brukte karbonanoden og et avansert robotsystem for å fjerne dette materialet fra den brukte karbonanoden. The present invention provides a system and a method for automating the post-cleaning of carbon anodes in aluminum production. The automated method and system provides detection of electrolyte material on the spent carbon anode and an advanced robotic system for removing this material from the spent carbon anode.

I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et system for etterrengjøring av elektrolytt fra en brukt karbonanode i aluminiumsproduksjon, der systemet omfatter: - en robot med en manipulatorarm utstyrt med et verktøy for fjerning av elektrolytten; In a first aspect, the invention provides a system for post-cleaning electrolyte from a used carbon anode in aluminum production, where the system comprises: - a robot with a manipulator arm equipped with a tool for removing the electrolyte;

- et synssystem, omfattende: - a vision system, comprising:

minst én 3D-sensorfor deteksjon av en tredimensjonal form til en overflate av nevnte karbonanode, og et analysesystem for å identifisere elektrolytten på nevnte karbonanode fra overflatens tredimensjonale form; - en sensor for deteksjon av verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode; og - et styresystem for å styre robotmanipulatorarmen og verktøyet basert på informasjon fra synssystemet og sensoranordningen for deteksjon av verktøygjennom-brudd. at least one 3D sensor for detecting a three-dimensional shape of a surface of said carbon anode, and an analysis system for identifying the electrolyte on said carbon anode from the three-dimensional shape of the surface; - a sensor for detecting tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode; and - a control system for controlling the robot manipulator arm and the tool based on information from the vision system and the sensor device for detecting tool breakthrough.

I en utførelsesform kan sensoren for deteksjon av verktøygjennombrudd omfatte en kraft/dreiemoment-(FT - Force/Torque)-sensor. Alternativt kan sensoren for deteksjon av verktøygjennombrudd omfatte bruk av minst én av en lydsensor og en impedansmåleranordning. In one embodiment, the tool breakthrough detection sensor may comprise a force/torque (FT - Force/Torque) sensor. Alternatively, the tool breakthrough detection sensor may comprise the use of at least one of a sound sensor and an impedance measuring device.

Styresystemet kan omfatte en kraft/dreiemoment-(FT)-sensor for krafttilbakekoblingskontroll, hvor kraft/dreiemoment-(FT)-sensoren detekterer kraftvekselvirkning mellom verktøyet og karbonanoden. Styresystemet kan videre omfatte en bevegelsesplanlegger for baneoptimalisering av bevegelsesbanen til robotmanipulatorarmen og verktøyet i forhold til overflaten av karbonanoden som skal etterren-<g>jøres. The control system may include a force/torque (FT) sensor for force feedback control, where the force/torque (FT) sensor detects force interaction between the tool and the carbon anode. The control system can further comprise a movement planner for path optimization of the movement path of the robot manipulator arm and the tool in relation to the surface of the carbon anode to be cleaned.

Den minst ene 3D-sensoren kan omfatte minst én av strukturert lys-kameraer, stereokameraer, ToF-(Time-of-Flight)-kameraer og 3D laserskannere. Analysesystemet kan tilveiebringe fargedifferensiering og posisjonering av elektrolytten i et koordinatsystem relatert til den tredimensjonale formen til overflaten av karbonanoden som skal rengjøres. The at least one 3D sensor may comprise at least one of structured light cameras, stereo cameras, ToF (Time-of-Flight) cameras and 3D laser scanners. The analysis system can provide color differentiation and positioning of the electrolyte in a coordinate system related to the three-dimensional shape of the surface of the carbon anode to be cleaned.

Verktøyet kan være et mekanisk verktøy valgt fra minst én av et meiselverktøy, et slipeverktøy og et sandblåsingsverktøy. Verktøyholderen kan omfatte minst én vibrasjonsdemper. The tool may be a mechanical tool selected from at least one of a chisel tool, a grinding tool, and a sandblasting tool. The tool holder may comprise at least one vibration damper.

I et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for etterrengjøring av elektrolytt fra en brukt karbonanode i aluminiumsproduksjon, der systemet omfatter en robot med en manipulatorarm utstyrt med et verktøy for fjerning av elektrolytten, idet fremgangsmåten omfatter: - detektering av en tredimensjonal form til en overflate av nevnte karbonanode; - analyse av den tredimensjonale formen og identifisering av posisjoner til elektrolytten på nevnte karbonanode, - styring av robotmanipulatorarm med verktøy basert på den tredimensjonale formen og de identifiserte posisjonene til elektrolytten, og - detektering av verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode for videre styring av robotmanipulatorarm med verktøy. In a second aspect, the invention provides a method for post-cleaning electrolyte from a used carbon anode in aluminum production, where the system comprises a robot with a manipulator arm equipped with a tool for removing the electrolyte, the method comprising: - detecting a three-dimensional shape to a surface of said carbon anode; - analysis of the three-dimensional shape and identification of positions of the electrolyte on said carbon anode, - control of the robot manipulator arm with tools based on the three-dimensional shape and the identified positions of the electrolyte, and - detection of tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode for further control of the robot manipulator arm with tool.

I en utførelsesform kan fremgangsmåten videre omfatte detektering av verktøy-gjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode med bruk av en In one embodiment, the method can further comprise the detection of tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode using a

kraft-dreiemoment-(FT)-sensor anordnet på en endeeffektor på robotmanipulatorarmen. Alternativt kan detektering av verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode utføres ved å anvende en lydsensor eller ved å anvende impedansmålinger mellom verktøyet og den rengjorte karbonanoden. force-torque (FT) sensor mounted on an end effector on the robotic manipulator arm. Alternatively, detection of tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode can be performed by using a sound sensor or by using impedance measurements between the tool and the cleaned carbon anode.

Fremgangsmåten kan videre omfatte identifisering av posisjonene til elektrolytten på nevnte karbonanode gjennom fargedifferensiering. Valg av minst ett verktøy som skal anvendes i etterrengjøringen av karbonanoden kan utføres basert på de identifiserte posisjonene til elektrolytten.Fremgangsmåte kan videre omfatte bruk av en bevegelsesplanlegger for baneoptimalisering av bevegelsesbanen til robotmanipulatorarmen og verktøyet i forhold til overflaten av karbonanoden som skal etterrengjøres. Fremgangsmåten kan videre omfatte generering av en punkt-til-punkt-bane for rengjøring av karbonanoden optimalisert med hensyn til tid. Genereringen av punkt-til-punkt-banen kan være basert på metoden RRT The method can further comprise identification of the positions of the electrolyte on said carbon anode through color differentiation. Selection of at least one tool to be used in the post-cleaning of the carbon anode can be carried out based on the identified positions of the electrolyte. The method can further include the use of a motion planner for path optimization of the movement path of the robot manipulator arm and the tool in relation to the surface of the carbon anode to be post-cleaned. The method may further comprise generating a point-to-point path for cleaning the carbon anode optimized with respect to time. The generation of the point-to-point path can be based on the method RRT

(Rapidly-exploring Random Trees). En kollisjonsfri bane for verktøyet med henblikk på overflaten til karbonanoden som skal rengjøres kan bli generert. En rekke baner kan bli simulert før innledning av etterrengjøringsprosessen og bestemmelse av en faktisk bane basert på rengjøringseffektivitet med hensyn til tid. Bevegelsesbanen som skal følges av verktøyet under rengjøringsprosessen kan bli oppdatert basert på sanntidsdeteksjon av den tredimensjonale formen til karbonanodens overflate. (Rapidly-exploring Random Trees). A collision-free path of the tool with respect to the surface of the carbon anode to be cleaned can be generated. A number of trajectories may be simulated prior to initiating the post-cleaning process and determining an actual trajectory based on cleaning efficiency with respect to time. The path of movement to be followed by the tool during the cleaning process can be updated based on real-time detection of the three-dimensional shape of the carbon anode surface.

Det automatiserte systemet for etterrengjøring av brukte karbonanoder (anode-stumper) gir en rekke fordeler i forhold til den manuelle meislingen i kjent teknikk. • Sikrere etterrengjøring av brukt karbonnode og bedre HMS (Helse, Miljø, Sikkerhet) The automated system for the post-cleaning of used carbon anodes (anode stubs) offers a number of advantages compared to the manual chiseling in the known technique. • Safer post-cleaning of used carbon nodes and better HSE (Health, Environment, Safety)

• Mer effektiv etterrengjøringsprosess • More efficient post-cleaning process

• Raskere responstid og høyere kvalitet for den brukte karbonanoden, ettersom mindre elektrolytt etterlates på stumpene • Færre arbeidere på den faktiske produksjonlinjen, reduserte kostnader Økt produktivitet i anoderengjøringslinjen • Faster response time and higher quality of the spent carbon anode, as less electrolyte is left on the stubs • Fewer workers on the actual production line, reduced costs Increased productivity in the anode cleaning line

Økt nøyaktighet i etterrengjøringen av stumper Increased accuracy in the post-cleaning of stumps

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Eksempler på utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med støtte i de følgende tegningene, hvor: Figur 1a illustrerer et automatisert robotsystem for meisling av brukt karbonanode ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figurene 1b og 1c er flytdiagrammer av en rengjøringsoperasjon ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 2a illustrerer en verktøyholder og et verktøy, en vibrasjonsdemper og en kraftsensor for roboten ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 2b er et bilde av et meiselverktøy anordnet på verktøyholderen med vibrasjonsopptakere, FT-sensorog en adapterplate som kobler verktøyet til robotarmen, i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 3 illustrerer skjematisk et flytdiagram for planlegging av bevegelsesbane for meislingsoperasjonen ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 4 viser en robotmanipulator med en lufthammer som utfører en meislingsoperasjon ifølge et eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse; Figur 5 viser et bilde av et eksperimentelt resultat av meisling utført av robotmanipulatoren fra figur 4 på karbonanode med elektrolytt; Figur 6 viser en graf av kraft (N) som funksjon av tid (s) som detektert av en kraftsensor på roboten vist i figur 4, og viser deteksjon av gjennombrudd til karbonstumpene ifølge et eksempel på utførelse av foreliggende oppfinnelse; og Figur 7 viser en luftsliper anordnet på en robotmanipulator for uttesting av konseptet ifølge foreliggende oppfinnelse. Examples of embodiments of the invention will now be described with support in the following drawings, where: Figure 1a illustrates an automated robot system for chiseling used carbon anodes according to an embodiment of the present invention; Figures 1b and 1c are flowcharts of a cleaning operation according to an embodiment of the present invention; Figure 2a illustrates a tool holder and a tool, a vibration damper and a force sensor for the robot according to an embodiment of the present invention; Figure 2b is an image of a chisel tool arranged on the tool holder with vibration recorders, FT sensor and an adapter plate connecting the tool to the robot arm, in accordance with an embodiment of the present invention; Figure 3 schematically illustrates a flow diagram for planning the path of movement for the chiseling operation according to an embodiment of the present invention; Figure 4 shows a robot manipulator with an air hammer that performs a chiseling operation according to an example of an embodiment of the present invention; Figure 5 shows an image of an experimental result of chiseling performed by the robot manipulator from Figure 4 on carbon anode with electrolyte; Figure 6 shows a graph of force (N) as a function of time (s) as detected by a force sensor on the robot shown in Figure 4, and shows detection of breakthrough to the carbon stumps according to an example of an embodiment of the present invention; and Figure 7 shows an air sander arranged on a robot manipulator for testing the concept according to the present invention.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

Det overordnede konseptet ifølge foreliggende oppfinnelse er illustrert i figur 1a. Robotsystemet i figur 1a tilveiebringer et integrert system med delsystemer for deteksjon og styring. Deteksjon av en tredimensjonal form til den rene karbonstumpen, deteksjon av elektrolytt på den rene karbonstumpen samt deteksjon av verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten avsatt på stumpen tilveiebringes. Informasjon fra deteksjonssystemene blir innmatet til styresystemene, som styrer en manipulatorarm på robotsystemet. The overall concept according to the present invention is illustrated in Figure 1a. The robot system in Figure 1a provides an integrated system with subsystems for detection and control. Detection of a three-dimensional shape of the clean carbon stub, detection of electrolyte on the clean carbon stub, and detection of tool breakthrough through the electrolyte deposited on the stub are provided. Information from the detection systems is fed to the control systems, which control a manipulator arm on the robot system.

I figur 1a er robotmanipulatorarmen i robotsystemet utstyrt med et passende verktøy for fjerning av elektrolytt fra en brukt, ren karbonstump. Et synssystem er tilveiebragt for innsamling og analyse av data. Et verktøysystem sørger for beregning av posisjon til elektrolyttgroper i overflaten av den brukte, rene stumpen og muliggjør deteksjon av bad-materialer og valg av verktøy. En bevegelsesplanlegger genererer en bevegelsesbane for robotmanipulatoren. Videre er robotsystemet utstyrt med en robotstyringsenhet. Robotstyringsenheten tilveiebringer funksjoner for kraft- og posisjonsstyring for robotmanipulatoren samt montering av verktøy. Elektrolyttgjennombrudd blir også detektert av verktøysystemet. Et brukergrensesnitt muliggjør styring av robotsystemet av en operatør. Når den rene karbonstumpen er posisjonert for etterrengjøring, og prosessen innledes, er imid-lertid etterrengjøringsprosedyren fullt automatisert og utføres av robotsystemet. In Figure 1a, the robotic manipulator arm of the robotic system is equipped with a suitable tool for removing electrolyte from a used, clean carbon stub. A vision system is provided for the collection and analysis of data. A tool system ensures the calculation of the position of electrolyte pits in the surface of the used, clean stump and enables the detection of bath materials and the selection of tools. A motion planner generates a motion path for the robot manipulator. Furthermore, the robot system is equipped with a robot control unit. The robot control unit provides functions for force and position control for the robot manipulator as well as tool assembly. Electrolyte breakdown is also detected by the tool system. A user interface enables control of the robot system by an operator. However, when the clean carbon stump is positioned for post-cleaning and the process is initiated, the post-cleaning procedure is fully automated and performed by the robotic system.

Robotsystemet omfatter en robotmanipulator med et passende verktøy. Robotstyringsenheten innbefatter en bevegelsesplanlegger, en banefølger og en kraftstyr-ingsenhet (hybrid styringsenhet). Robotmanipulatoren kan være en alminnelig tilgjengelig industriell manipulator. Industrielle manipulatorer leveres med kommersielle styringsenheter for ledd- og kartesisk styring av manipulatoren. Bevegelsesplanleggeren vil fungere uavhengig av den kommersielle styringsenheten. Den hybride styringsenheten vil generere leddreferanser til den kommersielle styringsenheten for manipulatoren. The robot system comprises a robot manipulator with a suitable tool. The robot control unit includes a motion planner, a path follower and a power control unit (hybrid control unit). The robot manipulator can be a commonly available industrial manipulator. Industrial manipulators are supplied with commercial control units for articulated and Cartesian control of the manipulator. The motion planner will operate independently of the commercial control unit. The hybrid control unit will generate joint references to the commercial control unit for the manipulator.

Bevegelsesplanleggeren vil generere bevegelsesbanen for manipulatorens endeeffektor basert på deteksjon av urene deler av stumpene. Deteksjonssystemet kan bestå av forskjellige typer sensorer. Banefølgeren vil sikre en optimal bevegelse mellom de urene områdene av stumpene og kraftstyringsenheten vil styre manøvreringen. The motion planner will generate the motion path of the manipulator's end effector based on the detection of unclean parts of the stumps. The detection system can consist of different types of sensors. The path follower will ensure optimal movement between the foul areas of the stumps and the power control unit will control the manoeuvre.

Synssystem og identifisering av ikke rengjorte områder Vision system and identification of uncleaned areas

Synssystemet utgjøres av én eller flere 3D-sensorer. Eksempler på slike sensorer er strukturelt lys-kameraer, stereokameraer, ToF-kameraer eller 3D laserskannere. Målingene blir distribuert over et standard grensesnitt, så som CameraLink eller Gigabit Ethernet til en PC for videre analyse, hvor alminnelig tilgjengelig programvare som Scorpion Vision fra Tordivel kan bli anvendt. Resultatet er en 3D-visning av overflaten til stumpen som skal etterrengjøres. Beliggenheten av de urene områdene blir identifisert gjennom fargedifferensiering og posisjonering i et kartesisk koordinatsystem relatert til den tredimensjonale formen til stumpen som skal rengjøres. Den tredimensjonale formen til stumpen og de identifiserte urene områdene blir innmatet til et bevegelsesplanleggersystem for planlegging av robotmanipulatorens bevegelse. Robotmanipulatorens bevegelse planlegges for å oppnå en rask og pålitelig etterrengjøring av stumpen. The vision system consists of one or more 3D sensors. Examples of such sensors are structural light cameras, stereo cameras, ToF cameras or 3D laser scanners. The measurements are distributed over a standard interface, such as CameraLink or Gigabit Ethernet to a PC for further analysis, where commonly available software such as Scorpion Vision from Tordivel can be used. The result is a 3D view of the surface of the stump to be cleaned. The location of the impure areas is identified through color differentiation and positioning in a Cartesian coordinate system related to the three-dimensional shape of the stump to be cleaned. The three-dimensional shape of the stump and the identified impurity areas are fed into a motion planning system for planning the motion of the robot manipulator. The movement of the robot manipulator is planned to achieve a fast and reliable post-cleaning of the stump.

Visuelle målinger blir fortrinnsvis utført av synssystemet i intervaller under rengjør-ingsoperasjonen for å sjekke om anoden er ren nok. Etter en meislingsoperasjon blir anoden skannet av synssystemet for å sjekke om all elektrolytt er fjernet eller om et annet verktøy må anvendes for å rengjøre anoden. Den visuelle informasjonen fra 3D-visningen av overflaten blir således anvendt som tilbakemelding til verktøysystemet for å sikre vellykket fjerning av elektrolytten. Skanning av anoden av synssystemet blir normalt ikke utført under selve rengjøringsoperasjonen, ettersom støv og etterlatenskaper fra rengjøringsoperasjonen ødelegger kvaliteten til den visuelle målingen. Den tredimensjonale formen til stumpen blir også innmatet til verktøysystemet for valg av ett eller flere verktøy som skal anvendes for å rengjøre stumpen. Figur 1 b viser et flytdiagram av etterrengjøringsprosessen for elektrolytt fra et brukt karbonanode. Anoden er satt i posisjon i en anodeholder. Anoden blir skannet av synssystemet, som frembringer en 3D-visning av anoden. De visuelle 3D-dataene fra synssystemet blir analysert i et analysesystem. Områdene med elektrolytt på anoden og anodens kontur detekteres, og en bevegelsesbane skapes mellom de elektrolyttdekkede områdene. Dersom det ikke finnes områder med elektrolytt på karbonanoden, er rengjøringen ferdig. Dersom det finnes områder med elektrolytt på anoden, velges et verktøy for rengjøringsoperasjonen. Deretter opprettes lokale banepunkter basert på det identifiserte elektrolyttområdet og verktøyet valgt for rengjøringsoperasjonen. Deretter utføres rengjøringen av området. Etter at rengjøring av et område er utført av verktøyet, blir anoden skannet på nytt av synssystemet, som frembringer en ny 3D-visning av anoden. Den nye 3D-visningen analyseres for å detektere gjenværende elektrolytt og anodens kontur. Dersom det finnes flere områder med elektrolytt på anoden, velges på nytt et verktøy, lokale banepunkter opprettes basert på de identifiserte gjenværende elektrolyttområdene, og området rengjøres. Prosessen gjentas inntil karbonanoden er tilstrekkelig rengjort. Figur 1c viser et flytdiagram av et eksempel på utførelse av prosessen for rengjøring av et elektrolyttområde på karbonanoden. Dersom området er tilstrekkelig rengjort, er området ferdig. Dersom området ikke er tilstrekkelig rengjort, blir verktøyet beveget til banepunktet for dette området, som opprettet tidligere i skanne- og analysetrinnet. Rengjøringen med verktøyet innledes når verktøyet er i posisjon. Verktøyet beveger seg mot karbonanodens overflate. Visual measurements are preferably performed by the vision system at intervals during the cleaning operation to check if the anode is clean enough. After a chiseling operation, the anode is scanned by the vision system to check if all the electrolyte has been removed or if another tool needs to be used to clean the anode. The visual information from the 3D view of the surface is thus used as feedback to the tool system to ensure successful removal of the electrolyte. Scanning of the anode of the vision system is normally not performed during the actual cleaning operation, as dust and residues from the cleaning operation destroy the quality of the visual measurement. The three-dimensional shape of the stump is also fed to the tool system for selecting one or more tools to be used to clean the stump. Figure 1 b shows a flow diagram of the post-cleaning process for electrolyte from a spent carbon anode. The anode is set in position in an anode holder. The anode is scanned by the vision system, which produces a 3D view of the anode. The visual 3D data from the vision system is analyzed in an analysis system. The areas of electrolyte on the anode and the contour of the anode are detected, and a path of movement is created between the electrolyte covered areas. If there are no areas of electrolyte on the carbon anode, the cleaning is complete. If there are areas of electrolyte on the anode, a tool is selected for the cleaning operation. Local path points are then created based on the identified electrolyte area and the tool selected for the cleaning operation. The area is then cleaned. After cleaning an area is performed by the tool, the anode is rescanned by the vision system, which produces a new 3D view of the anode. The new 3D view is analyzed to detect remaining electrolyte and the contour of the anode. If there are multiple areas of electrolyte on the anode, a tool is reselected, local path points are created based on the identified remaining electrolyte areas, and the area is cleaned. The process is repeated until the carbon anode is sufficiently cleaned. Figure 1c shows a flow diagram of an example of carrying out the process for cleaning an electrolyte area on the carbon anode. If the area is sufficiently cleaned, the area is finished. If the area is not sufficiently cleaned, the tool is moved to the path point for this area, which was created earlier in the scan and analysis step. Cleaning with the tool begins when the tool is in position. The tool moves towards the surface of the carbon anode.

Dersom verktøyet er et slipeverktøy, stilles slipeverktøyet inn til å følge anodens kontur til det neste banepunktet. Sliping utføres inntil det neste banepunktet er nådd. Når neste banepunkt nås, blir verktøyet trukket tilbake. Dersom området ikke er tilstrekkelig rengjort, blir verktøyet igjen beveget til banepunktet. If the tool is a grinding tool, the grinding tool is set to follow the contour of the anode to the next path point. Grinding is carried out until the next path point is reached. When the next path point is reached, the tool is retracted. If the area is not sufficiently cleaned, the tool is again moved to the path point.

Dersom verktøyet er et meiselverktøy, blir meisling utført inntil gjennombrudd detekteres. Deretter blir meiselverktøyet trukket tilbake. Dersom gjennombrudd ikke detekteres i løpet av et spesifisert intervall, blir verktøyet trukket tilbake og ført mot anoden på nytt. Et alternativt verktøy kan også bli valgt, hvoretter det alternative verktøyet blir beveget mot anoden. If the tool is a chisel tool, chiseling is performed until breakthrough is detected. The chisel tool is then retracted. If breakthrough is not detected within a specified interval, the tool is retracted and moved towards the anode again. An alternative tool can also be selected, after which the alternative tool is moved towards the anode.

Dersom området identifiseres som rent, er området ferdig. Som forklart over blir området som skal rengjøres skannet med 3D-synssystemet for å sjekke om det ønskede rengjøringsresultatet ble oppnådd eller ikke. Rengjøring blir utført inntil det ønskede rengjøringsresultatet er oppnådd. If the area is identified as clean, the area is finished. As explained above, the area to be cleaned is scanned with the 3D vision system to check whether the desired cleaning result was achieved or not. Cleaning is carried out until the desired cleaning result is achieved.

Verktøysystem Tool system

Robotsystemet omfatter en robotmanipulator med et passende verktøy for fjerning av elektrolytt fra de rene stumpene. Verktøyet er anbragt i/på en verktøyholder anordnet på en endeeffektor på robotmanipulatoren. Manipuleringen kan bli utført av et mekanisk verktøy. Det mekaniske verktøyet kan f.eks. være et meisel-verktøy, et slipeverktøy eller et sandblåsingsverktøy. Meiselverktøyet kan f.eks. være et luftmeiselverktøy og slipeverktøyet kan f.eks. være et stålslipeverktøy (børste). The robotic system comprises a robotic manipulator with a suitable tool for removing electrolyte from the clean stubs. The tool is placed in/on a tool holder arranged on an end effector on the robot manipulator. The manipulation can be performed by a mechanical tool. The mechanical tool can e.g. be a chisel tool, a grinding tool or a sandblasting tool. The chisel tool can e.g. be an air chisel tool and the grinding tool can e.g. be a steel grinding tool (brush).

Valget av verktøy som skal anvendes for rengjøring av stumpen gjøres av verktøy-systemet etter en analyse av 3D-visningen av stumpens overflate innmatet fra synssystemet. Den tredimensjonale formen til stumpen som skal etterrengjøres blir identifisert og posisjonene til de urene områdene av stumpen identifiseres gjennom fargedifferensiering. Valget av verktøy vil avhenge av mengden elektrolytt på stumpene og kompleksiteten til de urene områdene av stumpen. Et for-håndsdefinert beslutningstre bygget på erfaring blir anvendt for å identifisere det beste verktøyet og dette vil være en del av verktøysystemet. Beslutningstreet anvender en kunnskapsdatabase som bygges opp kontinuerlig basert på erfaring fra tidligere rengjøringsoperasjoner. Kunnskapsdatabasen omfatter sensorinformasjon fra tidligere rengjøringsoperasjoner og koblet med menneskelig kunnskap. Operatørbasert valg av verktøy vil avhenge av det kontaminerte området og denne erfaringen vil bli koblet med bildene tatt av det kontaminerte området. Beslutningstreet kan være en oppslagstabell som sammenlikner sanntids sensorinformasjon med innhold i databasen. The choice of tools to be used for cleaning the stump is made by the tool system after an analysis of the 3D view of the surface of the stump fed in from the vision system. The three-dimensional shape of the stump to be cleaned is identified and the positions of the uncleaned areas of the stump are identified through color differentiation. The choice of tool will depend on the amount of electrolyte on the stumps and the complexity of the impure areas of the stump. A pre-defined decision tree built on experience is used to identify the best tool and this will be part of the tool system. The decision tree uses a knowledge database that is continuously built up based on experience from previous cleaning operations. The knowledge database includes sensor information from previous cleaning operations and linked with human knowledge. Operator-based choice of tools will depend on the contaminated area and this experience will be linked with the images taken of the contaminated area. The decision tree can be a look-up table that compares real-time sensor information with content in the database.

Operasjonen kan bli utført ved anvendelse av en rekke mulige verktøy, inkludert et verktøyutskiftingssystem, og kan bli utført ved anvendelse av ett enkelt verktøy eller et sammensatt multiverktøy. Det sammensatte multiverktøyet kan være spesiallaget for formålet og kan omfatte et antall verktøyelementer, som f.eks. meisel, sliper og børste. The operation can be performed using a number of possible tools, including a tool change system, and can be performed using a single tool or a composite multi-tool. The composite multi-tool can be specially made for the purpose and can include a number of tool elements, such as e.g. chisel, sharpener and brush.

Figur 4 viser et eksempel hvor en lufthammer er koblet til et dempersystem til robotmanipulatorens endeeffektor. Figur 5 viser et eksempel hvor en luftsliper er anordnet på robotens manipulatorarm. Luftsliperen utfører en strykeoperasjon for etterrengjøring av stumpen. Tester ble utført med disse robotene, hvor manipula-torarmen fulgte en forhåndsprogrammert bane. Testene viste at i dette spesifikke tilfellet, elektrolytten ble fjernet med suksess i løpet av sekunder. Roboten var av typen industriell manipulator levert av ABB. Andre typer industrielle manipulatorer kan også bli anvendt. Figure 4 shows an example where an air hammer is connected to a damper system for the robot manipulator's end effector. Figure 5 shows an example where an air grinder is arranged on the robot's manipulator arm. The air sander performs an ironing operation for post-cleaning the stump. Tests were carried out with these robots, where the manipulator arm followed a pre-programmed path. The tests showed that in this specific case, the electrolyte was successfully removed within seconds. The robot was of the industrial manipulator type supplied by ABB. Other types of industrial manipulators can also be used.

Hastigheten til rengjøringsprosessen avhenger av hvor mye elektrolytt som skal rengjøres, verktøyets effektivitet, den ønskede kvaliteten til rengjøringsresultatet, men også av typen sensor som anvendes og målefrekvensen. I dag krever den manuelle rengjøringsprosessen flere årsverk. Bruk av et robotrengjøringssystem vil kreve mindre enn ett årsverk i et gjennomsnittlig aluminiumsverk. The speed of the cleaning process depends on the amount of electrolyte to be cleaned, the efficiency of the tool, the desired quality of the cleaning result, but also on the type of sensor used and the measurement frequency. Today, the manual cleaning process requires several man-years. Using a robotic cleaning system will require less than one man-year in an average aluminum plant.

I dag er etterrengjøringen manuell og i stor grad avhengig av operatørens erfaring. Lag av støv dekker den brukte karbonanoden, og frossen elektrolytt ligger under støvet. Today, post-cleaning is manual and largely dependent on the operator's experience. Layers of dust cover the spent carbon anode, and frozen electrolyte lies beneath the dust.

Etterrengjøringen utføres i dag som en manuell prosess med bruk av tunge manuelle meiselverktøy der hvor urene områder er detektert ved visuell inspeksjon, og resten ved berøringsdeteksjon ettersom frossen elektrolytt føles mykere enn karbonet som danner stumpene. Når meiselverktøyet bryter gjennom den frosne elektrolytten, føles dette tydelig av operatøren og operatøren stanser meislingen. Denne følelsen som oppleves av operatøren ved manuell etterrengjøring er overført til robotløsningen ifølge foreliggende oppfinnelse med bruk av krafttilbake-meldingssensorer. Post-cleaning is currently carried out as a manual process using heavy manual chisel tools where unclean areas are detected by visual inspection, and the rest by touch detection as frozen electrolyte feels softer than the carbon that forms the stubs. When the chisel tool breaks through the frozen electrolyte, this is clearly felt by the operator and the operator stops the chisel. This feeling experienced by the operator during manual post-cleaning is transferred to the robot solution according to the present invention with the use of force feedback sensors.

Figur 2a viser et eksempel på utførelse av en verktøyholder. Verktøyholderen er i denne utførelsesformen utstyrt med en kraft/dreiemomentsensor (FT-sensor) som gir krafttilbakemelding for deteksjon av elektrolyttgjennombrudd. FT-sensoren er av en industriell type og robust i forhold til tøffe miljøer. Sensoren er anordnet på verktøyholderens endeeffektor slik at verktøykreftene linjeføres med sensor-elementene. Adapterplater kobler FT-sensoren til robotendeeffektoren. Adapterplatene er anordnet mellom FT-sensoren, verktøyholderen og vibrasjonsdempe-ren. Adapterplatene er fast festet på robotendeeffektoren. Figure 2a shows an example of the design of a tool holder. In this embodiment, the tool holder is equipped with a force/torque sensor (FT sensor) which provides force feedback for detection of electrolyte breakthrough. The FT sensor is of an industrial type and robust in relation to harsh environments. The sensor is arranged on the end effector of the tool holder so that the tool forces are aligned with the sensor elements. Adapter plates connect the FT sensor to the robot end effector. The adapter plates are arranged between the FT sensor, the tool holder and the vibration damper. The adapter plates are firmly attached to the robot end effector.

FT-sensoren anvendes for tilbakemeldingsbasert kraftstyring av roboten. Dette vil bli forklart senere. Figur 2b er et bilde av et meiselverktøy anordnet på verktøy-holderen som i figur 2a med vibrasjonopptakere, FT-sensor og en adapterplate som kobler verktøyet til robotarmen. The FT sensor is used for feedback-based force control of the robot. This will be explained later. Figure 2b is a picture of a chisel tool arranged on the tool holder as in figure 2a with vibration recorders, FT sensor and an adapter plate that connects the tool to the robot arm.

Kraftige vibrasjoner fra verktøyene, og spesielt fra luftverktøy, kan forårsake Strong vibrations from the tools, and especially from air tools, can cause

hyppig forekomst av feil på robotstyringsenheten, som resulterer i et dårlig resultat av etterrengjøringen. Vibrasjonsdempere er anordnet på robotendeeffektoren for å fjerne disse feilene og muliggjøre presis styring av roboten. I utførelsesformen vist i figurene 2a og 2b er vibrasjonsdemperene i form av parallelle aluminumsplater frequent occurrence of errors on the robot control unit, resulting in a poor result of the post-cleaning. Vibration dampers are provided on the robot end effector to remove these errors and enable precise control of the robot. In the embodiment shown in Figures 2a and 2b, the vibration dampers are in the form of parallel aluminum plates

med gummibaserte vibrasjonsopptakere forbundet med maskinskruer. Andre festemidler enn maskinskruer kan også bli anvendt. De parallelle aluminumsplatene er tilknyttet mellom adapterplatene og verktøyendeeffektoren slik at de with rubber-based vibration recorders connected with machine screws. Fasteners other than machine screws can also be used. The parallel aluminum plates are connected between the adapter plates and the tool end effector so that they

parallelle aluminumsplatene oppstilles vinkelrett på verktøykreftene. Platene kan være tilknyttet med bruk av maskinskruer. De parallelle aluminumsplatene i ut-førelseseksempelet i figur 2b var 88 cm<2>og 1,5 cm tykke. Andre individuelt til-passede vibrasjonsdempere er også tenkelig. the parallel aluminum plates are set up perpendicular to the tool forces. The plates can be attached using machine screws. The parallel aluminum plates in the design example in Figure 2b were 88 cm<2> and 1.5 cm thick. Other individually adapted vibration dampers are also conceivable.

Eksperimenter har blitt utført med og uten vibrasjonsdempere. Vibrasjoner fra luftverktøyene gjorde at roboten stanset som følge av overbelastning. Disse feilene ble ikke lenger observert etter at vibrasjonsdemperene var lagt til. Experiments have been carried out with and without vibration dampers. Vibrations from the air tools caused the robot to stop due to overload. These errors were no longer observed after the vibration dampers were added.

Bevegelsesplanlegger Movement planner

Den tredimensjonale informasjonen om stumpens overflate blir innmatet til bevegelsesplanleggeren for planlegging av bevegelsesbanen til robotarmen som verktøyet er festet til. Bevegelsesplanleggeren dannes av en baneplanlegger for bevegelse av verktøyet langs stumpenes overflater. Konsepter spenner fra manuell til automatisk baneplanlegging med unngåelse av hindringer. Den manuelle baneplanleggingen vil bli utført i fall systemet ikke er i stand til å detektere urene områder. Det vil finne sted en kontinuerlig oppdatering av bevegelsesbanen som skal følges av verktøyet under rengjøringsprosessen basert på sanntidsinforma-sjon fra synssystemet. Synssystemet identifiserer rengjøringsprosessens fremdrift. The three-dimensional information about the surface of the stump is fed to the motion planner for planning the motion path of the robotic arm to which the tool is attached. The motion planner is formed by a path planner for movement of the tool along the surfaces of the stubs. Concepts range from manual to automatic path planning with obstacle avoidance. The manual path planning will be performed in case the system is not able to detect unclean areas. There will be a continuous update of the movement path to be followed by the tool during the cleaning process based on real-time information from the vision system. The vision system identifies the progress of the cleaning process.

Baneplanleggingen som betraktes vil foregå i to deler: The path planning considered will take place in two parts:

- en første del for generering av bevegelsesbaner for rengjøring av urene områder, og - en andre del for optimal baneplanlegging av robotbevegelse mellom de urene områdene. - a first part for generating movement paths for cleaning unclean areas, and - a second part for optimal path planning of robot movement between the unclean areas.

Generering av bevegelsesbaner for rengjøring av urene områder Generation of movement paths for cleaning unclean areas

Den tredimensjonale informasjonen om stumpens overflate tilveiebragt av synssystemet identifiserer de urene områdene av stumpene. Baneplanlegging kan da utføres gjennom analyse av den tredimensjonale informasjonen og generering av punkt-til-punkt-baner. Rengjøringsprosessen vil således være en punkt-til-punkt-bevegelse basert på kontinuerlig oppdatering fra synssystemet, FT-sensoren og verktøysystemmodulen. Dette vil bli forklart nærmere nedenfor. The three-dimensional information about the stump surface provided by the vision system identifies the dirty areas of the stumps. Path planning can then be carried out through analysis of the three-dimensional information and generation of point-to-point paths. The cleaning process will thus be a point-to-point movement based on continuous updating from the vision system, the FT sensor and the tool system module. This will be explained in more detail below.

Optimal baneplanlegging for bevegelse mellom de urene områdene: Optimal path planning for movement between the unclean areas:

Bevegelsen av robotarmen med verktøyet mellom de urene områdene kan betraktes som en punkt-til-punkt-baneplanleggingsoppgave i et miljø med eller uten hindringer. The movement of the robot arm with the tool between the unclean areas can be considered as a point-to-point path planning task in an environment with or without obstacles.

For å etterrengjøre stumpen blir verktøyet bragt frem til de urene områdene av stumpen. Baneoptimalisering med hensyn til tid besørges av baneplanleggeren for å oppnå en effektiv og pålitelig etterrengjøringsprosess. Punkt-til-punkt-baneplanleggingsmetoden kan være basert på RRT (Rapidly-exploring Random Trees). Metoden bygger opp en kollisjonsfri bevegelsesbane ved å anvende tilfeldig samplede punkter fra robotkonfigurasjonsrommet, hvor hvert punkt og banesegment testes mot kollisjonsrommet. Åpen kildekode fra Lavalle kan bli anvendt for testing av bevegelsesbanekonsepter. Forskjellige baner kan bli simulert av bevegelsesplanleggersystemet før den faktiske etterrengjøringsprosessen innledes for robotmanipulatoren. Den faktiske bevegelsesbanen som velges for hver etterrengjøringsprosess blir bestemt basert på rengjøringseffektivitet med henblikk på tid. To clean the stump, the tool is brought to the unclean areas of the stump. Lane optimization with respect to time is provided by the lane planner to achieve an efficient and reliable post-cleaning process. The point-to-point path planning method can be based on Rapidly-exploring Random Trees (RRT). The method builds up a collision-free movement path by using randomly sampled points from the robot configuration space, where each point and path segment is tested against the collision space. Open source code from Lavalle can be used for testing motion path concepts. Different trajectories can be simulated by the motion planner system before the actual post-cleaning process is initiated for the robot manipulator. The actual path of movement selected for each post-cleaning process is determined based on cleaning efficiency with respect to time.

Robotkonfigurasjonsrommet er gitt ved robotoppbygningen og kinematikken til den faktiske roboten som anvendes. Kollisjonsrommet defineres og detekteres av synssystemet. The robot configuration space is given by the robot structure and kinematics of the actual robot used. The collision space is defined and detected by the vision system.

Robotstyringsenhet Robot control unit

Nøyaktig styring av robotmanipulatoren sikrer god kvalitet i etterrengjøringen av stumpene. Den forhåndsdefinerte bevegelsesbanen planlagt av bevegelsesplanleggeren må følges tett for å muliggjøre en rask og pålitelig fjerning av elektrolytten. De identifiserte urene områdene kan dessuten være små. Industrielle roboter har veldig høy nøyaktighet (typisk 0,1 mm), og siden denne fremgangsmåten er basert på bruk av slike roboter vil denne nøyaktigheten oppnås i denne prosessen. Nøyaktigheten er således høyere enn en operatørperson kan oppnå. Precise control of the robot manipulator ensures good quality in the post-cleaning of the stumps. The predefined motion path planned by the motion planner must be followed closely to enable rapid and reliable removal of the electrolyte. The identified impure areas may also be small. Industrial robots have very high accuracy (typically 0.1 mm), and since this method is based on the use of such robots, this accuracy will be achieved in this process. The accuracy is thus higher than an operator can achieve.

Under etterrengjøringsprosessen styres robotmanipulatoren slik at det sikres at robotmanipulatoren følger den forhåndsdefinerte banen. Banefølgingen oppnås gjennom bruk av bevegelseskontroll basert på tilbakemelding fra posisjons- og hastighetsmålinger av bevegelsen til hvert robotledd. Denne funksjonaliteten tilveiebringes av leverandøren av robotstyringsenheten. During the post-cleaning process, the robot manipulator is controlled to ensure that the robot manipulator follows the predefined path. Path following is achieved through the use of motion control based on feedback from position and speed measurements of the movement of each robot joint. This functionality is provided by the supplier of the robot control unit.

Manipuleringsdelen av operasjonen vil være basert på kraftvekselvirkning mellom verktøyet og karbonanoden og/eller en kombinasjon av kraft- og bevegelseskontroll. Kraftvekselvirkningen detekteres av FT-sensoren og styremetodene vil avhenge av verktøyvalget. Et meiselverktøy vil anvende posisjonsstyring av roboten og på/av-kraftstyring. Et slipeverktøy vil anvende kontinuerlig posisjons-og kraftstyring i kaskade. The manipulation part of the operation will be based on force interaction between the tool and the carbon anode and/or a combination of force and motion control. The force interaction is detected by the FT sensor and the control methods will depend on the choice of tool. A chisel tool will use position control of the robot and on/off power control. A grinding tool will use continuous position and force control in cascade.

Læringsstrategier som letter læring vil bli anvendt i krafttilbakemeldingssløyfen og i genereringen av beslutningstreet for valg av verktøy. Learning strategies that facilitate learning will be applied in the force feedback loop and in the generation of the decision tree for tool selection.

Deteksjon av gjennombrudd Breakthrough detection

Flere metoder kan bli anvendt for å detektere gjennombrudd av elektrolytt, for eksempel når tuppen av verktøyet har nådd karbonet. Eksempler på metoder inkluderer bruk av en FT-sensor, lyd eller impedansmålinger. Disse metodene vil bli forklart nærmere nedenfor. Several methods can be used to detect electrolyte breakthrough, for example when the tip of the tool has reached the carbon. Examples of methods include the use of an FT sensor, audio or impedance measurements. These methods will be explained in more detail below.

FT- sensor FT sensor

FT-sensormålinger blir anvendt for å detektere variasjonene i motsatt rettede krefter som vil opptre avhengig av kontakt med karbon eller elektrolytt. Dette er på grunn av forskjellen i densitet mellom de to materialene. Analyse av disse kraft-målingene vil bli anvendt for å detektere når rengjøringsverktøyet har et gjennombrudd gjennom elektrolytten. Informasjonen fra kraftmålingen blir innmatet til robotstyringsenheten. Kraftmålingsprosedyren er vist skjematisk i figur 3. Dersom analysene av kraftmålingen fastslår tilstedeværelse av elektrolytt, fortsetter robotstyringsenheten meislingsoperasjonen. Dersom analysene av kraftmålingen fastslår tilstedeværelse av karbon, stanser robotstyringsenheten meislingsoperasjonen. Når meislingsoperasjonen stanses, blir det området av stumpen som har blitt meislet inspisert av synssystemet. Dersom synssystemet identifiserer stumpen som ren i dette området, blir denne informasjonen innmatet til robot styringsenheten, som velger et passende verktøy og beveger verktøyendeeffekto-ren til neste posisjon i den forhåndsdefinerte banen og begynner meislingsoperasjonen i dette området. FT sensor measurements are used to detect the variations in oppositely directed forces that will occur depending on contact with carbon or electrolyte. This is due to the difference in density between the two materials. Analysis of these force measurements will be used to detect when the cleaning tool has a breakthrough through the electrolyte. The information from the force measurement is fed to the robot control unit. The force measurement procedure is shown schematically in figure 3. If the analyzes of the force measurement establish the presence of electrolyte, the robot control unit continues the chiseling operation. If the analyzes of the force measurement determine the presence of carbon, the robot control unit stops the chiseling operation. When the chiseling operation is stopped, the area of the stump that has been chiseled is inspected by the vision system. If the vision system identifies the stub as clean in this area, this information is fed to the robot control unit, which selects an appropriate tool and moves the tool end effector to the next position in the predefined path and begins the chiseling operation in this area.

Et eksempel på deteksjon av elektrolyttgjennombrudd med bruk av en kraft/dreie-momentsensor er vist i figur 7. Kurven i figur 7 ble produsert ved å anvende robotmanipulatoren med lufthammer som vist i figur 4. Figur 7 viser en graf av kraft (N) som funksjon av tid (s) som detektert av kraftsensoren. Deteksjon av gjennombrudd til karbonstumpene vises med et fall i kurven ved omtrent 20 sekunder, 39 sekunder og 57 sekunder når kraften går til null og blir negativ. Fallene i kurven viser således tilstedeværelse av karbon. An example of electrolyte breakthrough detection using a force/torque sensor is shown in Figure 7. The curve in Figure 7 was produced using the robotic manipulator with an air hammer as shown in Figure 4. Figure 7 shows a graph of force (N) which function of time (s) as detected by the force sensor. Detection of breakthrough to the carbon stubs is shown by a dip in the curve at approximately 20 seconds, 39 seconds and 57 seconds as the force goes to zero and becomes negative. The falls in the curve thus show the presence of carbon.

Lyd Sound

Et ulikt lydmønster detekteres når tuppen av verktøyet bryter gjennom elektrolytten og treffer karbonet. Lyden blir detektert av en mikrofon og innmatet til robotstyringsenheten. A different sound pattern is detected when the tip of the tool breaks through the electrolyte and hits the carbon. The sound is detected by a microphone and fed to the robot control unit.

Impedans Impedance

Impedansmålinger kan bli anvendt ved å måle avvik i elektrisk motstand mellom tuppen av verktøyet og elektrolytten/karbonmaterialene i stumpen. Elektrolytten og karbonmaterialene har forskjellige elektriske egenskaper. Resultatet av impedans-målingen blir innmatet til robotstyringsenheten. Impedance measurements can be used by measuring the difference in electrical resistance between the tip of the tool and the electrolyte/carbon materials in the bit. The electrolyte and the carbon materials have different electrical properties. The result of the impedance measurement is fed to the robot control unit.

Kombinasjon av metoder Combination of methods

Metodene beskrevet over kan kombineres i forskjellige omgivelser ved anvendelse av et Kalman-filter eller andre estimeringsmetoderfor å bedre deteksjonen av gjennombrudd. Alternativt kan gjennombruddsdeteksjonsmetodene bli anvendt i et kaskadet, parallelt eller serielt sett av reguleringssløyfer. Valget av metoder avhenger av verktøyet. For eksempel anvendes lyd bare når meiselverktøy blir anvendt. FT-sensor anvendes i alle løsninger. Kaskadede reguleringssløyfer anvendes i tilfeller hvor det er nødvendig å følge en kontur. En fordel med bruk av kaskadede reguleringssløyfer er realisering av flere reguleringssløyfer basert på forskjellige målinger, for eksempel hastighet og kraft. Parallelle reguleringssløyfer muliggjør bruk av forskjellige målinger i parallell som begge er i stand til å endre systemets tilstand. For eksempel vil lyd og kraftdeteksjon hvor den første sløyfen detekterer gjennombrudd endre systemets tilstand. Seriell styring er når én reguleringssløyfe gir referansen til den neste sløyfen; f.eks. hastighetsstyring og gjennombruddsdeteksjon. The methods described above can be combined in different environments using a Kalman filter or other estimation methods to improve the detection of breakthroughs. Alternatively, the breakthrough detection methods can be used in a cascaded, parallel or serial set of control loops. The choice of methods depends on the tool. For example, sound is only used when chisel tools are used. FT sensor is used in all solutions. Cascaded control loops are used in cases where it is necessary to follow a contour. An advantage of using cascaded control loops is the realization of several control loops based on different measurements, for example speed and power. Parallel control loops enable the use of different measurements in parallel, both of which are capable of changing the state of the system. For example, sound and force detection where the first loop detects a breakthrough will change the state of the system. Serial control is when one control loop provides the reference to the next loop; e.g. speed control and breakthrough detection.

Også i utførelsesformene som anvender lyd, impedansmålinger samt ved kombinasjon av metoder inspiserer synssystemet området når karbon er detektert for å sikre at området rent før verktøyet blir beveget til det neste punktet i den forhåndsdefinerte bevegelsesbanen, som forklart for FT-sensoren. Also in the embodiments that use sound, impedance measurements as well as when combining methods, the vision system inspects the area when carbon is detected to ensure that the area is clean before the tool is moved to the next point in the predefined movement path, as explained for the FT sensor.

Oppfinnelsen er naturligvis ikke på noen som helst måte begrenset til utførelses-formene beskrevet over. Tvert imot vil mange muligheter for modifikasjoner av disse være åpenbare for fagmannen uten å fjerne seg fra den grunnleggende idéen i oppfinnelsen, som definert i de vedføyde kravene. The invention is of course not limited in any way to the embodiments described above. On the contrary, many possibilities for modifications of these will be obvious to the person skilled in the art without departing from the basic idea of the invention, as defined in the appended claims.

Claims (20)

1. System for etterrengjøring av elektrolytt fra en brukt karbonanode i aluminiumsproduksjon, der systemet omfatter: - en robot med manipulatorarm utstyrt med et verktøy for fjerning av elektrolytten; - et synssystem, omfattende: minst én 3D-sensor for deteksjon av en tredimensjonal form til en overflate av nevnte karbonanode, og et analysesystem for å identifisere elektrolytten på nevnte karbonanode fra overflatens tredimensjonale form; - en sensor for deteksjon av verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode; og - et styresystem for styring av robotmanipulatorarmen og verktøyet basert på informasjon fra synssystemet og sensoranordningen for deteksjon av verktøygjennombrudd.1. System for post-cleaning electrolyte from a used carbon anode in aluminum production, where the system comprises: - a robot with a manipulator arm equipped with a tool for removing the electrolyte; - a vision system, comprising: at least one 3D sensor for detecting a three-dimensional shape of a surface of said carbon anode, and an analysis system for identifying the electrolyte on said carbon anode from the three-dimensional shape of the surface; - a sensor for detecting tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode; and - a control system for controlling the robot manipulator arm and the tool based on information from the vision system and the sensor device for detecting tool breakthrough. 2. System ifølge krav 1, hvor sensoren for deteksjon av verktøygjennombrudd omfatter en kraft/dreiemoment-(FT)-sensor.2. System according to claim 1, wherein the tool breakthrough detection sensor comprises a force/torque (FT) sensor. 3. System ifølge krav 1 eller 2, hvor sensoren for deteksjon av verktøy-gjennombrudd omfatter bruk av minst én av en lydsensor og en impedansmåleranordning.3. System according to claim 1 or 2, where the sensor for detection of tool breakthrough comprises the use of at least one of a sound sensor and an impedance measuring device. 4. System ifølge minst ett av kravene 1 -3, hvor styresystemet omfatter en kraft/dreiemoment-(FT)-sensor for krafttilbakekoblingskontroll, hvor kraft/dreiemoment-(FT)-sensoren detekterer kraftvekselvirkning mellom verktøyet og karbonanoden.4. System according to at least one of claims 1 -3, where the control system comprises a force/torque (FT) sensor for force feedback control, where the force/torque (FT) sensor detects force interaction between the tool and the carbon anode. 5. System ifølge minst ett av kravene 1-4, hvor styresystemet videre omfatter en bevegelsesplanlegger for baneoptimalisering av bevegelsesbanen til robotmanipulatorarmen og verktøyet i forhold til overflaten av karbonanoden som skal etterrengjøres.5. System according to at least one of claims 1-4, where the control system further comprises a movement planner for path optimization of the movement path of the robot manipulator arm and the tool in relation to the surface of the carbon anode to be cleaned. 6. System ifølge minst ett av kravene 1 -5, hvor den minst ene 3D-sensoren omfatter minst én av strukturelt lys-kameraer, stereokameraer, ToF-(Time-of-Flight)-kameraer og 3D laserskannere.6. System according to at least one of claims 1-5, where the at least one 3D sensor comprises at least one of structural light cameras, stereo cameras, ToF (Time-of-Flight) cameras and 3D laser scanners. 7. System ifølge minst ett av kravene 1-6, hvor analysesystemet tilveiebringer fargedifferensiering og posisjonering av elektrolytten i et koordinatsystem relatert til den tredimensjonale formen til overflaten av karbonanoden som skal rengjøres.7. System according to at least one of claims 1-6, where the analysis system provides color differentiation and positioning of the electrolyte in a coordinate system related to the three-dimensional shape of the surface of the carbon anode to be cleaned. 8. System ifølge minst ett av kravene 1 -7, hvor verktøyet er et mekanisk verktøy valgt fra minst én av et meiselverktøy, et slipeverktøy og et sandblåsings-verktøy.8. System according to at least one of claims 1-7, where the tool is a mechanical tool selected from at least one of a chisel tool, a grinding tool and a sandblasting tool. 9. System ifølge minst ett av kravene 1-8, hvor verktøyholderen omfatter minst én vibrasjonsdemper.9. System according to at least one of claims 1-8, where the tool holder comprises at least one vibration damper. 10. Fremgangsmåte for etterrengjøring av elektrolytt fra en brukt karbonanode i aluminiumsproduksjon, idet systemet omfatter en robot med en manipulatorarm utstyrt med et verktøy for fjerning av elektrolytten, der fremgangsmåten omfatter å: - detektere en tredimensjonal form til en overflate av nevnte karbonanode; - analysere den tredimensjonale formen og identifisere posisjoner til elektrolytten på nevnte karbonanode, - styre robotmanipulatorarmen med verktøy basert på den tredimensjonale formen og de identifiserte posisjonene til elektrolytten, og - detektere verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode for videre styring av robotmanipulatorarm med verktøy.10. Method for post-cleaning electrolyte from a used carbon anode in aluminum production, the system comprising a robot with a manipulator arm equipped with a tool for removing the electrolyte, where the method comprises: - detecting a three-dimensional shape to a surface of said carbon anode; - analyze the three-dimensional shape and identify positions of the electrolyte on said carbon anode, - control the robot manipulator arm with tools based on the three-dimensional shape and the identified positions of the electrolyte, and - detect tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode for further control of the robot manipulator arm with tools. 11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende å detektere verktøy-gjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode ved å anvende en kraft/dreiemoment-(FT)-sensor anordnet på en endeeffektor på robotmanipulatorarmen.11. Method according to claim 10, further comprising detecting tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode by using a force/torque (FT) sensor arranged on an end effector on the robotic manipulator arm. 12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11, videre omfattende å detektere verktøygjennombrudd gjennom elektrolytten på nevnte karbonanode ved å anvende en lydsensor eller ved å anvende impedansmålinger mellom verktøyet og den rengjorte karbonanoden.12. Method according to claim 10 or 11, further comprising detecting tool breakthrough through the electrolyte on said carbon anode by using a sound sensor or by using impedance measurements between the tool and the cleaned carbon anode. 13. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 10-12, videre omfattende å identifisere posisjonene til elektrolytten på nevnte karbonanode ved hjelp av fargedifferensiering.13. Method according to at least one of claims 10-12, further comprising identifying the positions of the electrolyte on said carbon anode by means of color differentiation. 14. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 10-13, videre omfattende å velge minst ett verktøy som skal anvendes i etterrengjøringen av karbonanoden basert på de identifiserte posisjonene til elektrolytten.14. Method according to at least one of claims 10-13, further comprising selecting at least one tool to be used in the post-cleaning of the carbon anode based on the identified positions of the electrolyte. 15. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 10-14, videre omfattende bruk av en bevegelsesplanlegger for baneoptimalisering av bevegelsesbanen til robotmanipulatorarmen og verktøyet i forhold til overflaten av karbonanoden som skal etterrengjøres.15. Method according to at least one of claims 10-14, further comprising the use of a movement planner for path optimization of the movement path of the robot manipulator arm and the tool in relation to the surface of the carbon anode to be cleaned. 16. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 15, videre omfattende å generere en punkt-til-punkt-bane for rengjøring av karbonanoden optimalisert med hensyn til tid.16. Method according to at least one of claims 15, further comprising generating a point-to-point path for cleaning the carbon anode optimized with respect to time. 17. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 15, videre omfattende å generere punkt-til-punkt-banen basert på metoden Rapidly-exploring Random Trees.17. Method according to at least one of claims 15, further comprising generating the point-to-point path based on the Rapidly-exploring Random Trees method. 18. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 15-17, videre omfattende å generere en kollisjonsfri bane for verktøyet med hensyn til overflaten av karbonanoden som skal rengjøres.18. Method according to at least one of claims 15-17, further comprising generating a collision-free path for the tool with respect to the surface of the carbon anode to be cleaned. 19. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 15-18, videre omfattende å simulere et antall baner før innledning av etterrengjøringsprosessen og bestemmelse av en faktisk bane basert på rengjøringseffektivitet med hensyn til tid.19. Method according to at least one of claims 15-18, further comprising simulating a number of paths before starting the post-cleaning process and determining an actual path based on cleaning efficiency with respect to time. 20. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 15-19, videre omfattende å oppdatere bevegelsesbanen som skal følges av verktøyet under rengjørings-prosessen basert på sanntidsdeteksjon av den tredimensjonale formen til overflaten av karbonanoden.20. Method according to at least one of claims 15-19, further comprising updating the movement path to be followed by the tool during the cleaning process based on real-time detection of the three-dimensional shape of the surface of the carbon anode.
NO20121557A 2012-12-27 2012-12-27 Method and apparatus for cleaning carbon anodes NO336059B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20121557A NO336059B1 (en) 2012-12-27 2012-12-27 Method and apparatus for cleaning carbon anodes
PCT/NO2013/050229 WO2014104896A1 (en) 2012-12-27 2013-12-19 Method and apparatus for cleaning of carbon anodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20121557A NO336059B1 (en) 2012-12-27 2012-12-27 Method and apparatus for cleaning carbon anodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20121557A1 NO20121557A1 (en) 2014-06-30
NO336059B1 true NO336059B1 (en) 2015-05-04

Family

ID=50031473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20121557A NO336059B1 (en) 2012-12-27 2012-12-27 Method and apparatus for cleaning carbon anodes

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO336059B1 (en)
WO (1) WO2014104896A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104264187A (en) * 2014-10-14 2015-01-07 湖南创元铝业有限公司 Device for cleaning materials on electrolysis anode scraps
ES2890827T3 (en) * 2016-02-25 2022-01-24 Zincobre Ingenieria S L Automatic auxiliary crane for maintenance of an electrolysis installation
CN107287621B (en) * 2017-07-07 2023-08-18 新乡宏达冶金振动设备有限公司 Electrolyte cleaning machine
IT201800003462A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-12 Cover Sistemi S R L A ROBOT
CN112827882A (en) * 2021-02-04 2021-05-25 北京英斯派克科技有限公司 Method and device for cleaning carbon electrode by robot platform based on intelligent sensing technology
CN114669517B (en) * 2022-03-14 2023-05-26 济南龙山炭素有限公司 Multifunctional automatic collecting equipment for baked anode carbon blocks

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3151398A1 (en) * 1981-12-24 1983-07-07 Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4670 Lünen METHOD AND DEVICE FOR PRE-CRUSHING ARTIFICIAL CARBON BODIES, IN PARTICULAR ELECTRODES, ANODES AND THE LIKE. FOR ELECTROLYTIC MELTING BATHS
DE3305236C2 (en) * 1983-02-10 1985-11-21 Schweizerische Aluminium Ag, Chippis Device for controlling an impact device of a melt flow electrolysis cell and method for operating the device
AU7079987A (en) * 1987-03-31 1988-09-29 Systemes Et Procedes Industriels Modernes Syprim Cleaning holes in anodes
CN102350421B (en) * 2011-07-15 2013-11-20 北方工业大学 Force position servo control system for automatically cleaning carbon bowl of anode carbon block for aluminum electrolysis

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014104896A1 (en) 2014-07-03
NO20121557A1 (en) 2014-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO336059B1 (en) Method and apparatus for cleaning carbon anodes
US10065217B2 (en) Scraping device and scraping method using robot
JP4235214B2 (en) Apparatus, program, recording medium, and method for creating robot program
WO2017015898A1 (en) Control system for robotic unstacking equipment and method for controlling robotic unstacking
WO2021039829A1 (en) Production system
JP2012223840A (en) Robot system, and inspection method using robot system
JP2017001122A (en) Robot and robot control device with force display function
Teiwes et al. Identifying the potential of human-robot collaboration in automotive assembly lines using a standardised work description
JP6734402B2 (en) Work machine
US20200398424A1 (en) Machine learning apparatus, robot system, and machine learning method of learning state of tool
US20210038045A1 (en) Exterior Wall Maintenance Apparatus
JP2012223839A (en) Robot system, and method for operating robot system
CN110480391A (en) A kind of automatic tool changer suitable for large complicated work pieces process and assembly
CN108161664B (en) Laser scanning polishing system and method
CN111730245A (en) Welding system and casting defect repair welding method
KR20230136805A (en) System and method for automatic car body sanding
CN116274170B (en) Control method, system and related device of laser cleaning equipment
CN110914021A (en) Operating device with an operating device for carrying out at least one work step, and method and computer program
JP7133017B2 (en) END EFFECTOR SELECTION METHOD AND SELECTION SYSTEM
JP6789867B2 (en) Non-defective product collection system and controllers and programs for controlling the system
KR102365739B1 (en) Optimum Grinding Robot Automation System for 3D Kitchen Utensils Using 3D Vision Technology
CN105866133A (en) Cartesian coordinate robot system for automatic feeding and discharging of automatic optical inspection
CN114047053A (en) Test equipment for cement test block
JP7239393B2 (en) Machine tool, behavior type discrimination method, and behavior type discrimination program
CN204256476U (en) A kind of electric control system removing alumina crust block assembly