厂商：首钢莫托曼机器人有限公司
  点击数：5185  发布时间：11-02-21 17:28

应用于LF炉的新型机器人自动测温取样系统。提升装置采用链式结构，利用机器人外部轴控制枪杆的下降和提升，精度高，控制方便。行走机构采取水平结构，利用机器人外部轴控制机器人的位置，从而使机器人抓取枪头及装卸枪头更加精确。液面检测装置利用高性能的传感器，给不同钢水液面进行准确定位。弹仓结构简单，方便人工装取枪头。整个系统维护方便，扩展性高。

    摘要：应用于LF炉的新型机器人自动测温取样系统。提升装置采用链式结构，利用机器人外部轴控制枪杆的下降和提升，精度高，控制方便。行走机构采取水平结构，利用机器人外部轴控制机器人的位置，从而使机器人抓取枪头及装卸枪头更加精确。液面检测装置利用高性能的传感器，给不同钢水液面进行准确定位。弹仓结构简单，方便人工装取枪头。整个系统维护方便，扩展性高。

   关键词：机器人；LF；测温取样；激光检测

    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

    随着社会的飞速发展和科技的进步 ，机器人已经得到了广泛的应用，而工业机器人更是机器人大家族中的重要一员。工业机器人集机械、电子、计算机等许多先进技术于一体，自1962年第一台机器人在美国投入使用以来，已经广泛应用于制造行业的各个领域，大大提高了劳动生产率，降低工人的劳动强度，提高产品质量。与此同时，随着工业机器人向更广更深的方向发展，以及智能化水平的提高，工业机器人已经从传统制造业推广到其他的各个行业。

    LF炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。在首钢莫托曼开发的机器人自动测温取样系统投入使用之前，LF炉的测温取样全部由人工完成，人工装卸枪头，人工启动下枪杆。由于每炉的液面高度不同，下枪的相对位置不同，导致测量的结果不稳定，不利于炼钢过程的质量监督控制，同时人工控制在生产的效率方面也有明显的不足。基于上述缺陷，设计了机器人自动测温采样系统。系统三维总体布置图如图1所示。
          
                   
                                 图1    总体布置图  

    整个系统采用双工位布置，分别应用于两个LF炼钢炉，通过激光测距设备把提升装置的基准点到液面的距离计算出，待远程给出测温、取样及定氧信号，机器人自动抓取枪头，通过行走机构把枪头转载到提升装置上，再根据机器人控制提升装置外部轴，使枪头下降到测距设备测出的位置，进行测温、取样及定氧，通过信号控制，提升装置上升，机器人开始抓取废枪，放在废枪排除槽内，依次循环。

    1 系统布置
  
                     
                                  图2  系统布置图   
    
    1、 MH50机器人 2、废枪排除装置 3、提升装置　 4、弹仓 5、机器人控制柜DX100 

    6、行走机构 7、液面高度检测装置 8、安全栏等防护装置 9、现场设备


    本系统采用双工位布置，应用于两个炉位（见图2）。主要由2台MOTOMAN-MH50机器人、2套行走机构、2套提升装置、2套抓手、2套液面高度检测装置、2套废枪排除装置、2套弹仓和安全栏、1台工控机及1套电控系统构成。
MH50机器人是日本MOTOMAN最新研制的特别适合于搬运的新型机器人（见图3）。它的动作速度、精度及可靠性体现了搬运机器人的先进水平。

    MH50机器人配合以MOTOMAN在2010年全新推出的DX100新型机器人控制柜，实现了同级别的最快动作，大大降低了各种应用的生产周期，提高了生产率。尤以惯性矩大的特点，拓展到了搬运领域的应用。同时其超大的工作半径（2061mm）也保证了在单个炉位三个操作工位均有最佳的姿态。
            
                       

    由于现场处在高温、高粉尘及电磁干扰环境下，现场原有的测温取样系统，存在人为装枪困难，测量不准确，劳动力强度大等问题。钢水在精炼过程中，不同部位的温度有差异，人工测温取样，存在一定不稳定性，操作上很难实现精确定点取样，最终得到的钢水温度不可避免存在偏差。为提高精炼设备的自动化和精细化程度，满足高质量品种生产的需要。本系统利用先进的机器人替代人为的动作，同时通过机器人控制系统对液面高度进行检测，使整个系统得到了有效控制。

    此外，针对现场的环境，对机器人、控制柜及外部轴进行了冷却，使整个系统处于安全的操作环境，提高了系统的安全性。

    2 提升装置的结构

    本系统设计的专用提升装置如图4所示。
        
                         
                               图4  提升装置

    采用两个回转轴，使机器人对两个枪杆可以分别控制。测温和取样头也可以准确地到达液面下相应位置。
提升装置有以下特点：
·2个回转轴均由机器人外部轴电机驱动，定位精度高，满足机器人协调动作需要；
·工字钢设计节省了空间，有利于双枪杆布置；
·手轮的设计，节省了维护时间；
·铰链结构使系统更灵活；
·两个枪杆为空心结构，便于联接导线及氮气冷却；
·枪杆结构为等直径圆钢管结构，便于下枪精确定位。

    3 行走机构

    本系统采用了水平行走机构，这种布置可以实现机器人在三个操作位置的协调动作。由于采用了机器人外部轴伺服驱动，可以精确控制枪头的抓取和装卸的角度。

    针对现场的特殊环境，对行走机构的滑块和导轨进行了有效防护，免于金属粉尘落在导轨面上，有效地避免了滑块损坏。

    4 液面高度检测装置

    液面高度检测装置的设计要点：
采用专门应用于冶金行业的激光测距传感器，实现钢水液面高度的测量，根据不同的钢包液面高度，机器人精确控制提升装置下枪的深度，提高了测温取样的精度。

    测量温度达到1600℃，测量距离达到20m，测量精度可以达到±10mm。
  
                   
                                         图5  激光测距传感器

                                        1.传感器  2.钢包

    液面高度检测装置的主要特点是：在钢包到位前先测量钢水液面的高度，然后精确地控制测温取样装置的位置，保证了温度取样数据的合理性。

    5 弹仓

    系统中的弹仓利用机器人变量功能进行编程。枪杆间距利用钢包盖的内径尺寸和提升装置两个枪杆之间的间距尺寸确定。因为该系统可以实现三个功能，所以弹仓采取分离式结构，便于机器人抓取枪头的示教和在弹仓的首端利用传感器对枪头进行检测。

    6 结论

    自动测温取样系统是在钢铁冶炼行业的第一次应用，也是在国内钢铁行业第一次采用机器人进行自动测温取样，根据客户反馈不仅使用效果良好，而且价格低于引进的国外同类型设备，使测量结果可靠稳定。

    本文介绍了一种用于冶金行业的机器人自动测温取样系统，着重对系统的布置形式、结构特点、可靠性进行了说明。此系统开辟了机器人在该领域应用的国内先河，在炼钢自动化领域的突破，标志着在精炼设备自动化、管理精细化上迈出了新的步伐，对提高钢水温度控制精度、提高冶炼质量、降低原材料消耗和职工劳动强度等方面具有重要意义。

    摘自《自动化博览》2010年第十二期
 

 

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