摘要：應用于LF爐的新型機器人自動(dòng)測溫取樣系統。提升裝置采用鏈式結構，利用機器人外部軸控制槍桿的下降和提升，精度高，控制方便。行走機構采取水平結構，利用機器人外部軸控制機器人的位置，從而使機器人抓取槍頭及裝卸槍頭更加精確。液面檢測裝置利用高性能的傳感器，給不同鋼水液面進(jìn)行準確定位。彈倉結構簡(jiǎn)單，方便人工裝取槍頭。整個(gè)系統維護方便，擴展性高。

   關(guān)鍵詞：機器人；LF；測溫取樣；激光檢測

    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(zhù)社會(huì )的飛速發(fā)展和科技的進(jìn)步 ，機器人已經(jīng)得到了廣泛的應用，而工業(yè)機器人更是機器人大家族中的重要一員。工業(yè)機器人集機械、電子、計算機等許多先進(jìn)技術(shù)于一體，自1962年第一臺機器人在美國投入使用以來(lái)，已經(jīng)廣泛應用于制造行業(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)強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。與此同時(shí)，隨著(zhù)工業(yè)機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)機器人已經(jīng)從傳統制造業(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備。在首鋼莫托曼開(kāi)發(fā)的機器人自動(dòng)測溫取樣系統投入使用之前，LF爐的測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，下槍的相對位置不同，導致測量的結果不穩定，不利于煉鋼過(guò)程的質(zhì)量監督控制，同時(shí)人工控制在生產(chǎn)的效率方面也有明顯的不足?；谏鲜鋈毕?，設計了機器人自動(dòng)測溫采樣系統。系統三維總體布置圖如圖1所示。
          
                   
                                 圖1    總體布置圖  

    整個(gè)系統采用雙工位布置，分別應用于兩個(gè)LF煉鋼爐，通過(guò)激光測距設備把提升裝置的基準點(diǎn)到液面的距離計算出，待遠程給出測溫、取樣及定氧信號，機器人自動(dòng)抓取槍頭，通過(guò)行走機構把槍頭轉載到提升裝置上，再根據機器人控制提升裝置外部軸，使槍頭下降到測距設備測出的位置，進(jìn)行測溫、取樣及定氧，通過(guò)信號控制，提升裝置上升，機器人開(kāi)始抓取廢槍?zhuān)旁趶U槍排除槽內，依次循環(huán)。

    1 系統布置
  
                     
                                  圖2  系統布置圖   
    
    1、 MH50機器人 2、廢槍排除裝置 3、提升裝置　 4、彈倉 5、機器人控制柜DX100 

    6、行走機構 7、液面高度檢測裝置 8、安全欄等防護裝置 9、現場(chǎng)設備


    本系統采用雙工位布置，應用于兩個(gè)爐位（見(jiàn)圖2）。主要由2臺MOTOMAN-MH50機器人、2套行走機構、2套提升裝置、2套抓手、2套液面高度檢測裝置、2套廢槍排除裝置、2套彈倉和安全欄、1臺工控機及1套電控系統構成。
MH50機器人是日本MOTOMAN最新研制的特別適合于搬運的新型機器人（見(jiàn)圖3）。它的動(dòng)作速度、精度及可靠性體現了搬運機器人的先進(jìn)水平。

    MH50機器人配合以MOTOMAN在2010年全新推出的DX100新型機器人控制柜，實(shí)現了同級別的最快動(dòng)作，大大降低了各種應用的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。尤以慣性矩大的特點(diǎn)，拓展到了搬運領(lǐng)域的應用。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)。
            
                       

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

    此外，針對現場(chǎng)的環(huán)境，對機器人、控制柜及外部軸進(jìn)行了冷卻，使整個(gè)系統處于安全的操作環(huán)境，提高了系統的安全性。

    2 提升裝置的結構

    本系統設計的專(zhuān)用提升裝置如圖4所示。
        
                         
                               圖4  提升裝置

    采用兩個(gè)回轉軸，使機器人對兩個(gè)槍桿可以分別控制。測溫和取樣頭也可以準確地到達液面下相應位置。
提升裝置有以下特點(diǎn)：
·2個(gè)回轉軸均由機器人外部軸電機驅動(dòng)，定位精度高，滿(mǎn)足機器人協(xié)調動(dòng)作需要；
·工字鋼設計節省了空間，有利于雙槍桿布置；
·手輪的設計，節省了維護時(shí)間；
·鉸鏈結構使系統更靈活；
·兩個(gè)槍桿為空心結構，便于聯(lián)接導線(xiàn)及氮氣冷卻；
·槍桿結構為等直徑圓鋼管結構，便于下槍精確定位。

    3 行走機構

    本系統采用了水平行走機構，這種布置可以實(shí)現機器人在三個(gè)操作位置的協(xié)調動(dòng)作。由于采用了機器人外部軸伺服驅動(dòng)，可以精確控制槍頭的抓取和裝卸的角度。

    針對現場(chǎng)的特殊環(huán)境，對行走機構的滑塊和導軌進(jìn)行了有效防護，免于金屬粉塵落在導軌面上，有效地避免了滑塊損壞。

    4 液面高度檢測裝置

    液面高度檢測裝置的設計要點(diǎn)：
采用專(zhuān)門(mén)應用于冶金行業(yè)的激光測距傳感器，實(shí)現鋼水液面高度的測量，根據不同的鋼包液面高度，機器人精確控制提升裝置下槍的深度，提高了測溫取樣的精度。

    測量溫度達到1600℃，測量距離達到20m，測量精度可以達到±10mm。
  
                   
                                         圖5  激光測距傳感器

                                        1.傳感器  2.鋼包

    液面高度檢測裝置的主要特點(diǎn)是：在鋼包到位前先測量鋼水液面的高度，然后精確地控制測溫取樣裝置的位置，保證了溫度取樣數據的合理性。

    5 彈倉

    系統中的彈倉利用機器人變量功能進(jìn)行編程。槍桿間距利用鋼包蓋的內徑尺寸和提升裝置兩個(gè)槍桿之間的間距尺寸確定。因為該系統可以實(shí)現三個(gè)功能，所以彈倉采取分離式結構，便于機器人抓取槍頭的示教和在彈倉的首端利用傳感器對槍頭進(jìn)行檢測。

    6 結論

    自動(dòng)測溫取樣系統是在鋼鐵冶煉行業(yè)的第一次應用，也是在國內鋼鐵行業(yè)第一次采用機器人進(jìn)行自動(dòng)測溫取樣，根據客戶(hù)反饋不僅使用效果良好，而且價(jià)格低于引進(jìn)的國外同類(lèi)型設備，使測量結果可靠穩定。

    本文介紹了一種用于冶金行業(yè)的機器人自動(dòng)測溫取樣系統，著(zhù)重對系統的布置形式、結構特點(diǎn)、可靠性進(jìn)行了說(shuō)明。此系統開(kāi)辟了機器人在該領(lǐng)域應用的國內先河，在煉鋼自動(dòng)化領(lǐng)域的突破，標志著(zhù)在精煉設備自動(dòng)化、管理精細化上邁出了新的步伐，對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)強度等方面具有重要意義。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期