一种冶金测温取样探头的替换系统及替换方法与流程

1.本发明涉及冶金技术，特别涉及一种冶金测温取样探头的替换系统及替换方法。


背景技术：

2.在钢铁冶金流程中的炼钢和连铸等工序中，需要从金属溶液中提取金属溶液样品体，并基于试样分析化学成分等参数。其中，提取金属溶液样品体时，通常是将具有测温取样功能的杆状测温取样探头套接在垂直运动的测温取样枪(以下简称测温枪)上，通过传送机构将测温枪连同测温取样探头插入装载有液态熔融金属的大包中，探头上带有热电偶完成熔融金属温度检测，同时熔融金属经过探头的取样口进入钢模内，当探头离开大包后，金属在钢模内凝固并形成固体试样，该试样取出后需送至分析室检测其化学成分等参数。
3.通常这类测温取样探头主要由两段纸质长圆管组成，分为夹持段与取样段。为了对钢包中的金属成分进行实时分析，必须及时将凝固形成的金属样品体从测温取样探头的取样段中分离出来。目前多采用人工将测温取样探头套接到测温枪上，测温枪带着测温取样探头进入载有熔融金属的大包中完成测温取样作业后抬起，操作人员从测温枪上拔除探头并对取样段纸质管进行敲击，从而取出金属样品体。由于人工操作时取样探头本体多数处于燃烧状态，而且炼钢产生的浓烟和粉尘以及大包的高温对操作人员的身体健康造成损害。
4.现有测温取样探头替换方法，如中国专利申请号cn201922259240.4公开了“一种机器人测温取样自动插拔装置”，其包括取样装置、自动抓取装置、取样棒收纳装置、及待测品收纳装置。针对炼钢测温取样的高作业率和恶劣环境条件情况，结合机器人的运行精度和可编程性的特点，实现了自动取样和收纳的过程。该方案中没有介绍具体的抓取装置结构形式及技术细节。
5.中国专利申请号cn201811613127.5公开“一种测温探头与测温枪自动对接装置”，该自动对接装置包括张角式机械手、平动机械手，二者分别固定在框架上，框架设置在机械手上，两个半锥形板分别固定在张角式机械手的两个夹指上，当张角式机械手的夹指处于夹紧闭合状态时，两个半锥形板对接在一起形成锥形筒，所述锥形筒的轴线与定位板垂直，定位板上安装有位置传感器。该专利中安装的位置传感器不能检测探头在夹爪中的位置，也不能检测测温枪轴线，可能影响对接操作。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种冶金测温取样探头的替换系统及替换方法，可以替代人工套接或拔除此测温取样探头，减少操作人员的劳动强度，降低高危环境对操作人员的健康危害，并提高工作效率。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是：
8.一种冶金测温取样探头的替换系统，设置于用于熔融金属包测温的测温枪处，其包括：六轴机械手、安装于六轴机械手末端的夹取工具、装储测温取样探头的搁置架、将测
温取样探头取样段和夹持段切割分开的剪切机及废料坑或废料箱；其中，
9.所述测温枪处、搁置架、剪切机、废料坑或废料箱分别依次设置于所述六轴机械手回旋范围内的不同方位，其中，废料坑或废料箱设置于测温枪或剪切机附近；
10.所述的测温取样探头为圆杆型，设有取样段和夹持段，其中，夹持段为中空结构，并具有供测温枪插入的开口；所述的测温枪为圆杆型，其头部直径小于枪身直径，且两者之间设有渐变过渡段；
11.所述的夹取工具包括基座、并列设置于基座前端的夹取所述测温取样探头的夹爪、定位爪及位于夹爪和定位爪之间的检测装置，所述所述定位爪的定位空间中心线与所述夹爪的夹持空间中心线为同一轴线，所述检测装置的检测源通过这一轴线。
12.进一步，还包括安全防护围栏，将所述测温枪、六轴机械手、搁置架、剪切机及废料坑或箱包围。
13.优选的，所述的夹爪包括左支撑臂、右支撑臂及可驱动左、右支撑臂做相向运动的平动气缸、分别设置于左、右支撑臂端部的左、右夹持块，左、右夹持块相对的一面中央沿轴向设v形或梯形凹槽；所述左、右夹持块长度为所述测温取样探头夹持段外径的3～4倍。
14.优选的，所述左支撑臂、右支撑臂呈c形结构。
15.优选的，所述左、右夹持块的v形或梯形凹槽内的两侧面均匀间隔设置若干沟槽，优选的，所述沟槽深度为5～10mm，沟槽相邻间距为30～40mm。
16.优选的，所述定位爪包括张角式气缸及设置于张角式气缸两摆臂的左、右定位指，其中，所述左、右定位指分别包括基部及位于基部前端的夹持部，该夹持部呈v形，且其内底部为弧形凹面，优选的，该夹持部v形的两端部内侧面设弧形倒角；所述左、右定位指交叉闭合所围成的定位空间内径与所述测温枪枪身外径匹配，且，所述左、右定位指交叉闭合所围成的定位空间中心线与所述夹爪的左、右夹持块闭合形成的夹持空间中心线为同一直线。
17.优选的，所述的检测装置为非接触式测距传感器，优选为激光传感器。
18.本发明所述的冶金测温取样探头的替换系统的替换方法，其包括如下步骤：
19.1)六轴机械手带动夹取工具靠近测温枪处，利用夹取工具上的检测装置扫描、检测测温枪的位置，然后运动至搁置架处，用夹取工具上的夹爪抓取测温取样探头的夹持段，并利用检测装置确认测温取样探头在夹取工具夹爪中的位置是否位于轴心；
20.2)六轴机械手带动测温取样探头靠近测温枪头部，定位爪的左、右定位指交叉闭合，将测温枪头部包围在二者围成的定位空间中，此后，夹爪抓取测温取样探头套接进入测温枪头部，当测温枪头部进入测温取样探头的夹持段内部至少30mm后，定位爪的左、右定位指放开测温枪，此后六轴机械手带动测温取样探头完成在测温枪上的套接；然后六轴机械手脱离测温枪，测温枪则带动测温取样探头下降进入熔融金属包中检测熔融金属温度并取得熔融金属试样；
21.3)完成测温、取样作业后，测温枪上升，六轴机械手带动夹取工具靠近测温枪上部，定位爪的左、右定位指相向运动将测温枪上部抓住并定位，接着夹爪的左、右夹持块相向运动、夹紧测温取样探头的夹持段，其后，定位爪的左、右定位指放开测温枪，夹爪在六轴机械手带动下将测温取样探头从测温枪上拔除；
22.4)六轴机械手带动夹取工具将测温取样探头的取样段送入剪切机中，切除测温取样探头的取样段后，六轴机械手带动夹取工具将测温取样探头的夹持段部分带到废料坑或
废料箱，同时夹爪的左、右夹持块分开，将测温取样探头的夹持段扔入废料坑或废料箱，六轴机械手返回待机位。
23.优选的，步骤3)夹爪在六轴机械手带动下将测温取样探头从测温枪上拔除后，定位爪的左、右定位指再次闭合，如定位爪的左、右定位指完全闭合，则进一步确认测温取样探头已完全从测温枪上拔除。
24.本发明与现有测温取样探头替换方法相比：
25.中国专利申请号cn201922259240.4公开了“一种机器人测温取样自动插拔装置”，该方案中没有介绍具体的抓取装置结构形式及技术细节，本发明所具有的定位爪和夹爪的结构设计及使用方法均没有提及，也没有公开取样作业后探头处理的方法。
26.中国专利申请号cn201811613127.5公开“一种测温探头与测温枪自动对接装置”。与该公开技术方案相比，本发明闭合时上下布置的定位爪具有更大的定位范围，所以不需要对比方案中所述的半锥形板结构即可更好地定位测温枪；另外，本发明设置在定位爪和夹爪之间的检测装置不仅可以直接地检测到探头处于夹爪中的位置，而且可以利用夹取工具接近测温枪不同方位过程中测量测温枪的轴线姿态和位置。该专利中框架上表面安装的位置传感器与本发明安装位置和检测方法均不同，而且不能检测探头在夹爪中的位置。
27.本发明的有益效果：
28.1)本发明采用六轴机械手配合夹取工具，实现拾取、存储、套接、拔除以及测温取样探头后处理等多个操作，作业面紧凑，效率高，可以连续长时间作业。
29.2)本发明所述夹取工具中定位爪的左、右定位指采用v型结构，其内底部设弧形凹面，定位爪闭合时，左、右定位指呈上下交叉布置，从而以较小的结构尺寸执行较大的定位范围。
30.3)本发明在定位爪和夹爪之间设置检测装置，不仅可以直接地检测到测温取样探头处于夹爪中的位置，而且可以利用夹取工具接近测温枪不同方位的过程中测量测温枪的轴线姿态和端部位置，有效扩展了夹取工具的功能，同时也提高了夹持稳定性和可靠性。
31.4)本发明所述夹取工具中夹爪的左、右夹持块v形或梯形凹槽内的两侧面的设置沟槽，可以有效提高夹持测温取样探头的夹持稳定性，尤其是在完成测温取样后的测温取样探头夹持段表面碳化后，沟槽边沿可以压碎碳化层、沟槽内部可以导出碳渣，从而有效提高夹持块表面的摩擦力。
附图说明
32.图1为本发明所述替换系统的平面布置示意图；
33.图2为本发明实施例中六轴机械手及夹取工具的立体图；
34.图3为本发明实施例中夹取工具的立体图；
35.图4为本发明实施例中夹爪的结构示意图；
36.图5为本发明实施例中夹爪的使用状态示意图；
37.图6为本发明实施例中定位爪的使用状态示意图；
38.图7为本发明实施例中夹取工具夹取测温取样探头准备套接到测温枪上的示意图；
39.图8为本发明实施例中夹取工具夹取测温取样探头准备套接到测温枪上的示意
图；
40.图9为本发明实施例中夹取工具夹取测温取样探头准备套接到测温枪上的示意图；
41.图10为本发明实施例中夹取工具夹取测温取样探头套接到测温枪上的立体图。
具体实施方式
42.参见图1～图7，本发明所述的冶金测温取样探头的替换系统，设置于用于熔融金属包测温的测温枪100处，其包括：六轴机械手1、安装于六轴机械手1末端的夹取工具2、装储测温取样探头200的搁置架3、将测温取样探头200取样段和夹持段切割分开的剪切机4及废料坑或废料箱5；其中，
43.所述测温枪100、搁置架3、剪切机4、废料坑或废料箱5分别依次设置于所述六轴机械手1回旋范围内的不同方位，其中，废料坑或废料箱5设置于测温枪100或剪切机4附近；
44.所述的测温取样探头200为圆杆型，设有取样段201和夹持段202，其中，夹持段202为中空结构，并具有供测温枪100插入的开口；所述的测温枪100为圆杆型，其头部101直径小于枪身102直径，且两者之间设有渐变过渡段103；
45.所述的夹取工具2包括基座21、并列设置于基座21前端的夹取所述测温取样探头200的夹爪22、定位爪23及位于夹爪22和定位爪23之间的检测装置24，所述检测装置24的检测源、所述夹爪22夹持空间的中心线、定位爪23定位空间中心线位于同一轴线。
46.进一步，还包括安全防护围栏6，将所述测温枪100、六轴机械手1、搁置架3、剪切机4及废料坑或废料箱5包围。
47.优选的，所述的夹爪22包括左支撑臂221、右支撑臂222及可驱动左、右支撑臂221、222做相向运动的平动气缸223、分别设置于左、右支撑臂221、222端部的左夹持块224、右夹持块225，左、右夹持块224、225相对的一面中央沿轴向设v形或梯形凹槽2241、2251；所述左、右夹持块224、225长度为所述测温取样探头200夹持段202外径的3～4倍。所述左支撑臂221、右支撑臂222呈c形结构。
48.优选的，所述左、右夹持块224、225的v形或梯形凹槽2241(以左夹持块224为例，下同)内的两侧面均匀间隔设置若干沟槽2242，优选的，所述沟槽2242深度为5～10mm，沟槽相邻间距为30～40mm。
49.优选的，所述的夹取工具2的基座21为一金属框架，其前端面为平面。
50.优选的，所述定位爪23包括张角式气缸231及设置于张角式气缸两摆臂的左定位指232、右定位指233，其中，所述左、右定位指232、233分别包括基部2321(以左定位指232为例，下同)及位于基部2321前端的夹持部2322，该夹持部2322呈v形，且其内底部23221为弧形凹面，优选的，该夹持部2322v形的两端部内侧面设弧形倒角23222；所述左、右定位指232、233交叉闭合所围成的定位空间230与所述测温枪100枪身外径匹配，且，所述左、右定位指232、233交叉闭合所围成的定位空间230的中心线与所述夹爪22的左、右夹持块224、225闭合形成的夹持空间220的中心线为同一轴线，检测装置24的检测源通过这一轴线。
51.优选的，所述的检测装置24为非接触式测距传感器，优选为激光传感器。
52.参见图1～图10，本发明所述的冶金测温取样探头的替换系统的替换方法，其包括如下步骤：
53.1)六轴机械手带动夹取工具靠近测温枪处，利用夹取工具上的检测装置扫描、检测测温枪的位置，然后运动至搁置架处，用夹取工具上的夹爪抓取测温取样探头的夹持段，并利用检测装置确认测温取样探头在夹取工具夹爪中的位置是否位于轴心；
54.2)六轴机械手带动测温取样探头靠近测温枪头部，定位爪的左、右定位指交叉闭合，将测温枪头部包围在二者围成的定位空间中，此后，夹爪抓取测温取样探头套接进入测温枪头部，当测温枪头部进入测温取样探头的夹持段内部至少30mm后，定位爪的左、右定位指放开测温枪，此后六轴机械手带动测温取样探头完成在测温枪上的套接；然后六轴机械手脱离测温枪，测温枪则带动测温取样探头下降进入熔融金属包中检测熔融金属温度并取得熔融金属试样；
55.3)完成测温、取样作业后，测温枪上升，六轴机械手带动夹取工具靠近测温枪上部，定位爪的左、右定位指相向运动将测温枪上部抓住并定位，接着夹爪的左、右夹持块相向运动、夹紧测温取样探头的夹持段，其后，定位爪的左、右定位指放开测温枪，夹爪在六轴机械手带动下将测温取样探头从测温枪上拔除；
56.4)六轴机械手带动夹取工具将测温取样探头的取样段送入剪切机中，切除测温取样探头的取样段后，六轴机械手带动夹取工具将测温取样探头的夹持段部分带到废料坑或废料箱，同时夹爪的左、右夹持块分开，将测温取样探头的夹持段扔入废料坑或废料箱，六轴机械手返回待机位。
57.优选的，步骤3)夹爪在六轴机械手带动下将测温取样探头从测温枪上拔除后，定位爪的左、右定位指再次闭合，如定位爪的左、右定位指完全闭合，则进一步确认测温取样探头已完全从测温枪上拔除。
58.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。