WO2021233226A1 - 一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，将激光测距传感器安装于驱动装置的执行机构上，所述驱动装置带动所述激光测距传感器对所述自动测温枪进行分区域扫略，通过计算单元计算得到所述自动测温枪的位置及姿态信息，根据所述自动测温枪的位置及姿态信息，所述执行机构上的手爪对所述自动测温枪实施探头的套接/拔除工序。本发明无需对现有自动测温枪进行改进，只需利用外部传感器进行套接/拔除检测，使得套接/拔除工序准确进行。

Description

一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法 技术领域
本发明涉及冶金行业自动测温枪技术，更具体地说，涉及一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法。
背景技术
冶金区域存在大量自动测温枪，但其所适配探头的套接工序与拔除工序，仍然主要靠人工完成。
冶金区域工作环境恶劣，具有高温及多粉尘的特点，人工作业存在较大的劳动强度及风险。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，无需对现有自动测温枪进行改进，只需利用外部传感器进行套接/拔除检测，使得套接/拔除工序准确进行。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，将激光测距传感器安装于驱动装置的执行机构上，所述驱动装置带动所述激光测距传感器对自动测温枪进行分区域扫描，通过计算单元计算得到所述自动测温枪的位置及姿态信息，根据所述自动测温枪的位置及姿态信息，所述执行机构上的手爪对所述自动测温枪实施探头的套接/拔除工序。
进一步地，所述方法还包括探头套接检测工序和探头拔除检测工序。
进一步地，所述探头套接检测工序包括以下步骤：
1)在所述自动测温枪的外围设置套接设定区域，所述套接设定区域的底部为套接检测设定高度Ⅲ，所述套接设定区域的顶部为套接检测设定高度Ⅱ，所述套接检测设定高度Ⅱ的上方再设置套接检测设定高度Ⅰ，所述自动测温枪的末端位于所述套接设定区域内；
2)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器在所述套接检测设定高度Ⅰ和所述套接检测设定高度Ⅱ上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫描所述自动测温枪，分别得到所述自动测温枪在所述套接检测设定高度Ⅰ和所述套接检测设定高度Ⅱ上的中心点，所述计算单元计算得到由两个中心点所组成的所述自动测温枪轴线的位置及姿态信息；
3)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器沿着步骤2)所得所述自动测温枪轴线的位置及姿态信息向所述套接检测设定高度Ⅲ进行移动扫描，得到所述自动测温枪轴线末端的中心点的位置及姿态信息；
4)根据所述自动测温枪轴线末端的中心点的位置及姿态信息，所述驱动装置带动所述执行机构使所述手爪抓取探头，在所述套接设定区域内将所述探头套接到所述自动测温枪的末端。
进一步地，所述探头拔除检测工序包括以下步骤：
a)在所述自动测温枪的外围设置拔除设定区域，所述拔除设定区域的顶部为拔除检测设定高度Ⅰ，在所述拔除检测设定高度Ⅰ的上方设置拔除检测设定高度Ⅱ，在所述拔除检测设定高度Ⅱ的上方再设置拔除检测设定高度Ⅲ，所述自动测温枪上的探头位于所述拔除设定区域内；
b)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器在所述拔除检测设定高度Ⅰ和所述拔除检测设定高度Ⅱ上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫描所述自动测温枪，分别得到所述自动测温枪在所述拔除检测设定高度Ⅰ和所述拔除检测设定高度Ⅱ上的中心点，所述计算单元计算得到由两个中心点所组成的所述探头轴线的位置及姿态信息；
c)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器沿着步骤2)所得所述探头轴线的位置及姿态信息向所述拔除检测设定高度Ⅲ进行移动扫描，得到所述探头上端面的位置信息；
d)根据所述探头轴线的位置及姿态信息与上端面的位置信息，所述驱动装置带动所述执行机构使所述手爪抓取探头，在所述套接设定区域内将所述探头从所述自动测温枪上进行拔除。
进一步地，所述套接设定区域、所述拔除设定区域均设置为矩形体，且所述套接设定区域、所述拔除设定区域的三条边与所述世界坐标系O-XYZ 的三个坐标轴平行。
进一步地，所述套接检测设定高度Ⅲ位置低于所述自动测温枪的末端位置。
进一步地，所述步骤4)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下沿着所述自动测温枪的末端位置及姿态，和所述自动测温枪轴线的位置及姿态进行套入，实现所述探头的套接。
进一步地，所述步骤4)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下将所述探头套接到所述自动测温枪的末端上一小段后，将所述自动测温枪拉回到轴线与所述世界坐标系O-XYZ的Z轴平行的套接位置，然后进行所述探头的套接。
进一步地，所述拔除检测设定高度Ⅲ位置高于所述自动测温枪上的所述探头的上端面位置。
进一步地，所述步骤d)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下沿着所述探头轴线的位置及姿态进行分离，实现所述探头的拔除。
进一步地，所述步骤d)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下将所述探头拉回到轴线与所述世界坐标系O-XYZ的Z轴平行的拔除位置，然后进行所述探头的拔除。
进一步地，所述驱动装置为六自由度工业机器人。
进一步地，所述手爪的开口度大于所述自动测温枪上探头的外径。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，主要在于此方案在冶金区域实施时，无需对现有自动测温枪进行额外的改进，同时该方法可以增加探头自动套接/拔除工序的稳定性。
附图说明
图1是本发明装置实施例的轴侧示意图；
图2是本发明装置实施例的俯视示意图；
图3是本发明方式实施例探头套接检测的轴侧示意图；
图4是本发明方式实施例探头拔除检测的轴侧示意图；
图5是本发明方式实施例中激光测距传感器扫略自动感温枪截面的俯 视示意图；
图6是本发明方式实施例探头套接检测中步骤2)的示意图；
图7是图6中旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000001
的示意图；
图8是本发明方式实施例探头拔除检测中步骤b)的示意图；
图9是图8中旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000002
的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合图1至图2所示，本发明所提供的一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除装置，采用驱动装置1和计算单元。
驱动装置1通过执行机构2安装有手爪4、激光测距传感器3，激光测距传感器3的激光发射面朝向自动测温枪5。
将激光测距传感器3安装于执行机构2上，一种较佳的实施方式为，将激光测距传感器3安装于手爪4上，且激光测距传感器3的激光发射面与驱动装置1的进给方向垂直设置(正交)。
将手爪4安装于执行机构2上，一种较佳的实施方式为，手爪4可以对圆柱体的自动测温枪5进行抓取，且在被抓取自动测温枪5的轴线方向有一定的长度，以及其开口度大于自动测温枪5上探头6的外径，闭合后在抓取稳定的情况下又不至于把探头6压溃。
驱动装置1需要至少局部六个自由度，一种较佳的实施方式为，驱动装置1选用六自由度工业机器人。
激光测距传感器3将所采集的自动测温枪5位置及姿态信息传输至计算单元，计算单元输出计算结果并驱动驱动装置1，使手爪4抓取自动测温枪5上的探头6。
请结合图3至图9所示，本发明方法包括探头套接检测工序和探头拔除检测工序。
探头套接检测工序包括以下步骤：
1)在自动测温枪5的外围设置套接设定区域7，套接设定区域7的底部面设为套接检测设定高度Ⅲ10，套接设定区域7的顶部面设为套接检测 设定高度Ⅱ9，在套接检测设定高度Ⅱ9的上方再设置套接检测设定高度Ⅰ8，自动测温枪5的末端位于套接设定区域7内；
2)驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器3在套接检测设定高度Ⅰ8上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫略自动测温枪5，扫略时记录激光测距传感器3测量值取得最小值时执行机构2在世界坐标系O-XYZ的位置值，同时参考激光测距传感器3的示数值和所扫略高度自动测温枪5的直径值可以计算出套接检测设定高度Ⅰ8上自动测温枪5截面的中心点Ⅰ(X Ⅰ，Y Ⅰ，Z Ⅰ)；驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器3在套接检测设定高度Ⅱ9上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫略自动测温枪5，扫略时记录激光测距传感器3测量值取得最小值时执行机构2在世界坐标系O-XYZ的位置值，同时参考激光测距传感器3的示数值和所扫略高度自动测温枪5的直径值可以计算出套接检测设定高度Ⅱ9上自动测温枪5截面的中心点Ⅱ(X Ⅱ，Y Ⅱ，Z Ⅱ)。对从(X Ⅱ，Y Ⅱ，Z Ⅱ)指向(X Ⅰ，Y Ⅰ，Z Ⅰ)的向量记作向量B＝(X Ⅱ-X Ⅰ，Y Ⅱ-Y Ⅰ，Z Ⅱ-Z Ⅰ)，简记为向量B＝(b 1，b 2，b 3)。则通过找到可得到向量B的一个向量A＝(a 1，a 2，a 3)，求出其旋转轴R及旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000003
参见图6和图7；
其中，旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000004
为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000005
旋转轴R为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000006
旋转轴R所对应的单位向量R 0为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000007
通过罗德里格旋转公式(Rodrigues’rotation formula)得到由向量A旋转到向量B的旋转矩阵T为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000008
进一步，根据所选取的欧拉角顺序，可以得到对应的欧拉角，从而实现对自动测温枪5轴线的定位；
3)驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器3沿着中心点Ⅰ和中心点Ⅱ确定的自动测温枪5轴线向套接检测设定高度Ⅲ10移动，记录激光测距传感器3测量值取得大跳变(一般跳变至超出激光测距传感器3的测量量程)时执行机构2在坐标系O-XYZ的位置值，同时参考激光测距传感器3的示数值和所扫略高度自动测温枪5的直径值，可以计算出自动测温枪5末端高度上截面的中心点Ⅲ(X Ⅲ，Y Ⅲ，Z Ⅲ)；
4)驱动装置1带动执行机构2使手爪4抓取探头6，将探头6端面的位置与姿态调整到与步骤3)计算所得的自动测温枪5末端位置和姿态相同，在套接设定区域7将探头6套接到自动测温枪5上；
套接方法一：抓取探头6的手爪4在驱动装置1带动下沿着自动测温枪5的末端位置及姿态和自动测温枪5轴线的位置及姿态进行套入，实现套接；
套接方法二：抓取探头6的手爪4在驱动装置1带动下将探头6套接到自动测温枪5上一小段后，将自动测温枪5拉回到轴线与世界坐标系Z轴平行的套接位置，然后进行套接。
探头拔除检测工序包括以下步骤：
a)在自动测温枪5的外围设置拔除设定区域11，拔除设定区域11的顶部为拔除检测设定高度Ⅰ12，在拔除检测设定高度Ⅰ12的上方设置拔除检测设定高度Ⅱ13，在拔除检测设定高度Ⅱ13的上方再设置拔除检测设定高度Ⅲ14，自动测温枪5上的探头6位于拔除设定区域11内；
b)驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器3在拔除检测设定高度Ⅰ12上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫略自动测温枪5，扫略时记录激光测距传感器3测量值取得最小值时执行机构2在世界坐标系O-XYZ的位置值，同时参考激光测距传感器3的示数值和所扫略高度自动测温枪5直径值可以计算出拔除检测设定高度Ⅰ12上自动测温枪5截面的中心点Ⅳ(X Ⅳ，Y Ⅳ，Z Ⅳ)；驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器 3在拔除检测设定高度Ⅱ13上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫略自动测温枪5，扫略时记录激光测距传感器3测量值取得最小值时执行机构2在世界坐标系O-XYZ的位置值，同时参考激光测距传感器3的示数值和所扫略高度探头6的直径值可以计算出拔除检测设定高度Ⅱ13上自动测温枪5截面的中心点Ⅴ(X Ⅴ，Y Ⅴ，Z Ⅴ)。对从(X Ⅳ，Y Ⅳ，Z Ⅳ)指向(X Ⅴ，Y Ⅴ，Z Ⅴ)的向量记作向量D＝(X Ⅳ-X Ⅴ，Y Ⅳ-Y Ⅴ，Z Ⅳ-Z Ⅴ)，简记为向量D＝(d 1，d 2，d 3)。则通过找到可得到向量D的一个向量C＝(c 1，c 2，c 3)，求出其旋转轴R及旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000009
参见图8和图9；
其中，旋转角度
Figure PCTCN2021093839-appb-000010
为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000011
旋转轴R为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000012
旋转轴R所对应的单位向量R0为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000013
通过罗德里格旋转公式(Rodrigues’rotation formula)得到由向量C旋转到向量D的旋转矩阵T为：
Figure PCTCN2021093839-appb-000014
进一步，根据所选取的欧拉角顺序，可以得到对应的欧拉角，从而实现对探头6轴线的定位；
c)驱动装置1带动执行机构2使激光测距传感器3沿着步骤b)确定的探头6轴线向拔除检测设定高度Ⅲ14移动，记录激光测距传感器3测量值取得跳变时执行机构2在坐标系O-XYZ的位置值，可以得到自动测温枪5上的探头6的端面高度值Z Ⅵ；
d)根据步骤c)所得的探头6的端面高度值Z Ⅵ，驱动装置1带动执行 机构2使手爪4调整合适的高度，将手爪4的位置与姿态调整到与由步骤b)和c)计算所得的探头6的位置和姿态相同，使用手爪4抓取探头6，在拔除设定区域11将探头6从自动测温枪5上进行拔除；
拔除方法一：抓取探头6的手爪4在驱动装置1带动下沿着探头6轴线的位置及姿态进行分离，实现拔除；
拔除方法二：抓取探头6的手爪4在驱动装置1带动下将探头6拉回到轴线与世界坐标系Z轴平行的拔除位置，然后进行拔除。
套接设定区域7可以覆盖自动测温枪5的位置及姿态的变化范围，且执行机构2进行步骤2)和3)时需要在套接设定区域7以外的区域或沿着套接设定区域7的包络线进行。一种较佳的实施方式为，套接设定区域7设置为矩形体，且其三条边与世界坐标系O-XYZ的三个坐标轴平行。
套接设定区域7内的套接设定高度应具有以下要求：
1)套接检测设定高度Ⅰ8及套接检测设定高度Ⅱ9应当位于自动测温枪5截面直径较大的区域，且二者不重合；
2)套接检测设定高度Ⅲ10位置低于自动测温枪5的末端位置；
3)套接检测设定高度Ⅰ8、套接检测设定高度Ⅱ9和套接检测设定高度Ⅲ10在Z方向上从高到低可等间距设置。
拔除设定区域11可以覆盖套接探头6后自动测温枪5的位置及姿态的变化范围，且执行机构2进行步骤b)和c)时需要在拔除设定区域11以外的区域或沿着拔除设定区域11的包络线进行。一种较佳的实施方式为，拔除设定区域11设置为矩形体，且其三条边与世界坐标系O-XYZ的三个坐标轴平行。
拔除设定区域11内的套接设定高度应具有以下要求：
1)拔除检测设定高度Ⅰ12及拔除检测设定高度Ⅱ13应当位于套接在自动测温枪5上的探头6的手爪4的待抓取区域附近，且二者不重合；
2)拔除检测设定高度Ⅲ14位置高于套接在自动测温枪5上的探头6的上端面位置；
3)拔除检测设定高度Ⅰ12可低于拔除检测设定高度Ⅱ13。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (13)

  1. 一种冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：将激光测距传感器安装于驱动装置的执行机构上，所述驱动装置带动所述激光测距传感器对自动测温枪进行分区域扫描，通过计算单元计算得到所述自动测温枪的位置及姿态信息，根据所述自动测温枪的位置及姿态信息，所述执行机构上的手爪对所述自动测温枪实施探头的套接/拔除工序。
  2. 如权利要求1所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述方法还包括探头套接检测工序和探头拔除检测工序。
  3. 如权利要求2所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述探头套接检测工序包括以下步骤：
    1)在所述自动测温枪的外围设置套接设定区域，所述套接设定区域的底部为套接检测设定高度Ⅲ，所述套接设定区域的顶部为套接检测设定高度Ⅱ，所述套接检测设定高度Ⅱ的上方再设置套接检测设定高度Ⅰ，所述自动测温枪的末端位于所述套接设定区域内；
    2)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器在所述套接检测设定高度Ⅰ和所述套接检测设定高度Ⅱ上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫描所述自动测温枪，分别得到所述自动测温枪在所述套接检测设定高度Ⅰ和所述套接检测设定高度Ⅱ上的中心点，所述计算单元计算得到由两个中心点所组成的所述自动测温枪轴线的位置及姿态信息；
    3)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器沿着步骤2)所得所述自动测温枪轴线的位置及姿态信息向所述套接检测设定高度Ⅲ进行移动扫描，得到所述自动测温枪轴线末端的中心点的位置及姿态信息；
    4)根据所述自动测温枪轴线末端的中心点的位置及姿态信息，所述驱动装置带动所述执行机构使所述手爪抓取探头，在所述套接设定区域内将所述探头套接到所述自动测温枪的末端。
  4. 如权利要求2所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述探头拔除检测工序包括以下步骤：
    a)在所述自动测温枪的外围设置拔除设定区域，所述拔除设定区域的顶部为拔除检测设定高度Ⅰ，在所述拔除检测设定高度Ⅰ的上方设置拔除检测设定高度Ⅱ，在所述拔除检测设定高度Ⅱ的上方再设置拔除检测设定高度Ⅲ，所述自动测温枪上的探头位于所述拔除设定区域内；
    b)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器在所述拔除检测设定高度Ⅰ和所述拔除检测设定高度Ⅱ上沿着世界坐标系O-XYZ的+Y方向进行移动扫描所述自动测温枪，分别得到所述自动测温枪在所述拔除检测设定高度Ⅰ和所述拔除检测设定高度Ⅱ上的中心点，所述计算单元计算得到由两个中心点所组成的所述探头轴线的位置及姿态信息；
    c)所述驱动装置带动所述执行机构使所述激光测距传感器沿着步骤2)所得所述探头轴线的位置及姿态信息向所述拔除检测设定高度Ⅲ进行移动扫描，得到所述探头上端面的位置信息；
    d)根据所述探头轴线的位置及姿态信息与上端面的位置信息，所述驱动装置带动所述执行机构使所述手爪抓取探头，在所述套接设定区域内将所述探头从所述自动测温枪上进行拔除。
  5. 如权利要求3或4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述套接设定区域、所述拔除设定区域均设置为矩形体，且所述套接设定区域、所述拔除设定区域的三条边与所述世界坐标系O-XYZ的三个坐标轴平行。
  6. 如权利要求3所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述套接检测设定高度Ⅲ位置低于所述自动测温枪的末端位置。
  7. 如权利要求3所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述步骤4)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下沿着所述自动测温枪的末端位置及姿态，和所述自动测温枪轴线的位置及 姿态进行套入，实现所述探头的套接。
  8. 如权利要求3所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述步骤4)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下将所述探头套接到所述自动测温枪的末端上一小段后，将所述自动测温枪拉回到轴线与所述世界坐标系O-XYZ的Z轴平行的套接位置，然后进行所述探头的套接。
  9. 如权利要求4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述拔除检测设定高度Ⅲ位置高于所述自动测温枪上的所述探头的上端面位置。
  10. 如权利要求4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述步骤d)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下沿着所述探头轴线的位置及姿态进行分离，实现所述探头的拔除。
  11. 如权利要求4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述步骤d)中，抓取所述探头的所述手爪在所述驱动装置带动下将所述探头拉回到轴线与所述世界坐标系O-XYZ的Z轴平行的拔除位置，然后进行所述探头的拔除。
  12. 如权利要求3或4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述驱动装置为六自由度工业机器人。
  13. 如权利要求3或4所述的冶金自动测温枪的探头套接/拔除方法，其特征在于：所述手爪的开口度大于所述自动测温枪上探头的外径。
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