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    摘要：應(yīng)用于LF爐的新型機(jī)器人自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)。提升裝置采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，利用機(jī)器人外部軸控制槍桿的下降和提升，精度高，控制方便。行走機(jī)構(gòu)采取水平結(jié)構(gòu)，利用機(jī)器人外部軸控制機(jī)器人的位置，從而使機(jī)器人抓取槍頭及裝卸槍頭更加精確。液面檢測(cè)裝置利用高性能的傳感器，給不同鋼水液面進(jìn)行準(zhǔn)確定位。彈倉(cāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便人工裝取槍頭。整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)方便，擴(kuò)展性高。

    關(guān)鍵詞：機(jī)器人；LF；測(cè)溫取樣；激光檢測(cè)

    Abstract: LLF refining furnace adopts the new robot automatic thermometric 
sampling system. Hoisting device employs the chain structure, using the robot external axes to control the gun davit up and down, which is in high accuracy and easy to control. The slider employs the horizontal structure, using the robot external axes to control the robot position so that the robot can pick and unload the gun much more precisely. Liquid level detection device uses the high-performance sensor to exactly locate different liquid steel. The structure of the gun storage is simple and convenient for manually picking and loading. The whole system is easy to operate, of convenient maintenance, and of high scalability.

    Key words: Robot; LF; Thermometric Sampling; Laser Detection

    隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和科技的進(jìn)步 ，機(jī)器人已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而工業(yè)機(jī)器人更是機(jī)器人大家族中的重要一員。工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等許多先進(jìn)技術(shù)于一體，自1962年第一臺(tái)機(jī)器人在美國(guó)投入使用以來(lái)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。與此同時(shí)，隨著工業(yè)機(jī)器人向更廣更深的方向發(fā)展，以及智能化水平的提高，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他的各個(gè)行業(yè)。

    LF爐(LADLE FURNACE)即鋼包精煉爐，是鋼鐵生產(chǎn)中主要的爐外精煉設(shè)備。在首鋼莫托曼開(kāi)發(fā)的機(jī)器人自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)投入使用之前，LF爐的測(cè)溫取樣全部由人工完成，人工裝卸槍頭，人工啟動(dòng)下槍桿。由于每爐的液面高度不同，下槍的相對(duì)位置不同，導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果不穩(wěn)定，不利于煉鋼過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)督控制，同時(shí)人工控制在生產(chǎn)的效率方面也有明顯的不足。基于上述缺陷，設(shè)計(jì)了機(jī)器人自動(dòng)測(cè)溫采樣系統(tǒng)。系統(tǒng)三維總體布置圖如圖1所示。
                

                                      圖1 總體布置圖
    整個(gè)系統(tǒng)采用雙工位布置，分別應(yīng)用于兩個(gè)LF煉鋼爐，通過(guò)激光測(cè)距設(shè)備把提升裝置的基準(zhǔn)點(diǎn)到液面的距離計(jì)算出，待遠(yuǎn)程給出測(cè)溫、取樣及定氧信號(hào)，機(jī)器人自動(dòng)抓取槍頭，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)把槍頭轉(zhuǎn)載到提升裝置上，再根據(jù)機(jī)器人控制提升裝置外部軸，使槍頭下降到測(cè)距設(shè)備測(cè)出的位置，進(jìn)行測(cè)溫、取樣及定氧，通過(guò)信號(hào)控制，提升裝置上升，機(jī)器人開(kāi)始抓取廢槍?zhuān)旁趶U槍排除槽內(nèi)，依次循環(huán)。

    1 系統(tǒng)布置
           
                        圖2 系統(tǒng)布置圖

       1、MH50機(jī)器人 2、廢槍排除裝置 3、提升裝置 4、彈倉(cāng) 5、機(jī)器人控制柜DX100
       6、行走設(shè)備  7、液面高度檢測(cè)裝置  8、 安全欄等防護(hù)裝置 9、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 
    本系統(tǒng)采用雙工位布置，應(yīng)用于兩個(gè)爐位（見(jiàn)圖2）。主要由2臺(tái)MOTOMAN-MH50機(jī)器人、2套行走機(jī)構(gòu)、2套提升裝置、2套抓手、2套液面高度檢測(cè)裝置、2套廢槍排除裝置、2套彈倉(cāng)和安全欄、1臺(tái)工控機(jī)及1套電控系統(tǒng)構(gòu)成。
MH50機(jī)器人是日本MOTOMAN最新研制的特別適合于搬運(yùn)的新型機(jī)器人（見(jiàn)圖3）。它的動(dòng)作速度、精度及可靠性體現(xiàn)了搬運(yùn)機(jī)器人的先進(jìn)水平。
                    
      MH50機(jī)器人配合以MOTOMAN在2010年全新推出的DX100新型機(jī)器人控制柜，實(shí)現(xiàn)了同級(jí)別的最快動(dòng)作，大大降低了各種應(yīng)用的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。尤以慣性矩大的特點(diǎn)，拓展到了搬運(yùn)領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)其超大的工作半徑（2061mm）也保證了在單個(gè)爐位三個(gè)操作工位均有最佳的姿態(tài)。

    由于現(xiàn)場(chǎng)處在高溫、高粉塵及電磁干擾環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)原有的測(cè)溫取樣系統(tǒng)，存在人為裝槍困難，測(cè)量不準(zhǔn)確，勞動(dòng)力強(qiáng)度大等問(wèn)題。鋼水在精煉過(guò)程中，不同部位的溫度有差異，人工測(cè)溫取樣，存在一定不穩(wěn)定性，操作上很難實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)取樣，最終得到的鋼水溫度不可避免存在偏差。為提高精煉設(shè)備的自動(dòng)化和精細(xì)化程度，滿(mǎn)足高質(zhì)量品種生產(chǎn)的需要。本系統(tǒng)利用先進(jìn)的機(jī)器人替代人為的動(dòng)作，同時(shí)通過(guò)機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)液面高度進(jìn)行檢測(cè)，使整個(gè)系統(tǒng)得到了有效控制。

    此外，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，對(duì)機(jī)器人、控制柜及外部軸進(jìn)行了冷卻，使整個(gè)系統(tǒng)處于安全的操作環(huán)境，提高了系統(tǒng)的安全性。

    2 提升裝置的結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用提升裝置如圖4所示。
                       
                                  圖4   提升裝置
    采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸，使機(jī)器人對(duì)兩個(gè)槍桿可以分別控制。測(cè)溫和取樣頭也可以準(zhǔn)確地到達(dá)液面下相應(yīng)位置。
提升裝置有以下特點(diǎn)：
·2個(gè)回轉(zhuǎn)軸均由機(jī)器人外部軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，定位精度高，滿(mǎn)足機(jī)器人協(xié)調(diào)動(dòng)作需要；
·工字鋼設(shè)計(jì)節(jié)省了空間，有利于雙槍桿布置；
·手輪的設(shè)計(jì)，節(jié)省了維護(hù)時(shí)間；
·鉸鏈結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)更靈活；
·兩個(gè)槍桿為空心結(jié)構(gòu)，便于聯(lián)接導(dǎo)線及氮?dú)饫鋮s；
·槍桿結(jié)構(gòu)為等直徑圓鋼管結(jié)構(gòu)，便于下槍精確定位。

    3 行走機(jī)構(gòu)

    本系統(tǒng)采用了水平行走機(jī)構(gòu)，這種布置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在三個(gè)操作位置的協(xié)調(diào)動(dòng)作。由于采用了機(jī)器人外部軸伺服驅(qū)動(dòng)，可以精確控制槍頭的抓取和裝卸的角度。

    針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境，對(duì)行走機(jī)構(gòu)的滑塊和導(dǎo)軌進(jìn)行了有效防護(hù)，免于金屬粉塵落在導(dǎo)軌面上，有效地避免了滑塊損壞。

    4 液面高度檢測(cè)裝置

    液面高度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
采用專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于冶金行業(yè)的激光測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)鋼水液面高度的測(cè)量，根據(jù)不同的鋼包液面高度，機(jī)器人精確控制提升裝置下槍的深度，提高了測(cè)溫取樣的精度。

    測(cè)量溫度達(dá)到1600℃，測(cè)量距離達(dá)到20m，測(cè)量精度可以達(dá)到±10mm。
            
                                圖5  激光測(cè)距傳感器
    液面高度檢測(cè)裝置的主要特點(diǎn)是：在鋼包到位前先測(cè)量鋼水液面的高度，然后精確地控制測(cè)溫取樣裝置的位置，保證了溫度取樣數(shù)據(jù)的合理性。

    5 彈倉(cāng)

    系統(tǒng)中的彈倉(cāng)利用機(jī)器人變量功能進(jìn)行編程。槍桿間距利用鋼包蓋的內(nèi)徑尺寸和提升裝置兩個(gè)槍桿之間的間距尺寸確定。因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能，所以彈倉(cāng)采取分離式結(jié)構(gòu)，便于機(jī)器人抓取槍頭的示教和在彈倉(cāng)的首端利用傳感器對(duì)槍頭進(jìn)行檢測(cè)。

    6 結(jié)論

    自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)是在鋼鐵冶煉行業(yè)的第一次應(yīng)用，也是在國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)第一次采用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫取樣，根據(jù)客戶(hù)反饋不僅使用效果良好，而且價(jià)格低于引進(jìn)的國(guó)外同類(lèi)型設(shè)備，使測(cè)量結(jié)果可靠穩(wěn)定。

    本文介紹了一種用于冶金行業(yè)的機(jī)器人自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)，著重對(duì)系統(tǒng)的布置形式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、可靠性進(jìn)行了說(shuō)明。此系統(tǒng)開(kāi)辟了機(jī)器人在該領(lǐng)域應(yīng)用的國(guó)內(nèi)先河，在煉鋼自動(dòng)化領(lǐng)域的突破，標(biāo)志著在精煉設(shè)備自動(dòng)化、管理精細(xì)化上邁出了新的步伐，對(duì)提高鋼水溫度控制精度、提高冶煉質(zhì)量、降低原材料消耗和職工勞動(dòng)強(qiáng)度等方面具有重要意義。
    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期