钢坯定位测量机械手自动化装置的制作方法

1.本发明属于冶金机电一体化工程设备技术领域，具体涉及一种高精度、可靠调节型、针对高温钢坯利用激光精确测量位置的一种钢坯定位测量机械手自动化装置。


背景技术：

2.火焰清理机在钢坯进行头部预热的过程中，需要人工判定钢坯头部相对于烧嘴对钢坯位置进行定位，费时费力、测量误差大、为了降低由于测量误差引起的浪费，现改进为激光测距装置对钢坯位置进行定位代替人工定位。激光测距仪固定在机械手上，机械手在激光测距时机械臂伸出，测距完成之后撤回，以避让已清理完成的钢坯。该机械手动作范围为二维方向上的伸缩，在工作时必须保证激光测距仪的稳定。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种钢坯定位测量机械手自动化装置。
4.本发明提出的一种钢坯定位测量机械手自动化装置，由机械手、激光测距仪、液压站和控制柜组成，其中：机械手由安装座、两个油缸、大机械臂、小机械臂和三个拉杆组成，其中：大机械臂通过连接轴连接在安装座上，大机械臂一端通过连接轴连接小机械臂，机械小臂另一端连接激光测距仪；第一油缸一端通过连接轴连接在安装座上，另一端通过连接轴连接在大机械臂上，控制第一油缸的伸出与缩回，可带动大机械臂沿绕安装座的连接轴转动；第二油缸一端通过连接轴连接在安装座上，另一端通过连接轴连接在动力臂上，动力臂另一端通过连接轴连接第二拉杆，第二拉杆另一端通过连接轴连接小机械臂，控制第二油缸的伸出与缩回，可带动动力臂转动，从而带动第二拉杆上下移动，最终带动小机械臂以与大机械臂的连接轴转动；第一拉杆通过连接轴连接在安装座上，另一端连接连接板，连接板另一端连接第三拉杆，另一端连接激光测距仪，加装第一拉杆、连接板、第三拉杆起平衡机械臂的作用；通过控制第一油缸、第二油缸的伸出与缩回，从而带动激光测距仪从待机位置到达测量位置，并完成激光测距；液压站由第一液压泵、第二液压泵、第一液压泵电机、第二液压泵电机、油箱、加热器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一比例方向调节阀、第二比例方向调节阀、电磁换向阀、 溢流阀、回油过滤器、高油位计和低油位计组成，油箱内设有高油位计、低油位计和加热器；液压站内设有两条回路，第一条：油箱通过管道分别连接第一液压泵和第二液压泵，第一液压泵和第二液压泵的输出端分别通过管道连接第一比例方向调节阀的输入端，第一比例方向调节阀的输出端通过旁路引压管连接第一压力传感器，第一比例方向调节阀的输出端通过管道连接机械手的第一油缸一端，机械手的第一油缸的另一端液压油通过管道连接第一比例方向调节阀，第一比例调节阀的通过管道连接电磁换向阀，电磁换向阀通过管道连接溢流阀，溢流阀通过管道连接油箱；第二条：油箱通过管道分别连接第一液压泵和第二液压泵，第一液压泵和第二液压泵的的输出端分别通过管道连接第二比例方向调节
阀，第二比例方向调节阀通过管道和旁路引压管连接第二压力传感器，第二比例方向调节阀的输出端通过管道连接机械手的第二油缸一端，机械手的第二油缸的另一端液压油通过管道连接第二比例方向调节阀，第二比例方向调节阀通过管道连接电磁换向阀，电磁换向阀通过管道连接溢流阀，溢流阀通过管道连接油箱；控制柜内装有plc、断路器、接触器、热继电器，控制柜表面设有指示灯和按钮，控制柜内设有控制回路、控制主回路；控制回路的plc分别与指示灯和按钮连接；柜内主回路的第一断路器、第一接触器和第一热继电器依次通过大截面导线相连；柜内主回路的第二断路器、第二接触器和第二热继电器依次通过大截面导线相连；柜内主回路的第三断路器、第三接触器依次通过大截面导线相连；控制柜内的plc通过控制电缆分别与液压站第一压力传感器、第二压力传感器、回油过滤器、高油位计和低油位计连接，将第一压力传感器、第二压力传感器、回油过滤器、高油位计和低油位计的信号反馈给plc；控制柜内的plc通过控制电缆分别与液压站第一比例方向调节阀、第二比例方向调节阀、电磁换向阀和溢流阀连接，plc向这些阀门发送控制信号；柜内主回路的第一热继电器依次通过主回路电缆与液压站第一液压泵电机连接；柜内主回路的第二热继电器依次通过主回路电缆与液压站第二液压泵电机连接；柜内主回路的第三接触器通过主回路电缆与液压站加热器连接；plc通过电缆与机械手上激光测距仪连接，将激光测距信号反馈给plc。
5.本发明中，所述第一油缸和第二油缸均采用液压油缸。
6.本发明中，激光测距仪用于测量到钢坯的距离，激光测距仪参数如下：测量范围：0.2-155 m, 6% 反射率0.2-460 m, 90% 反射率分辨率；0.001-100 mm响应时间：3-384 ms最大表面温度： 1,400℃最大移动速度：128 m/s模拟输出端：4-20 ma。
7.本发明中，第一液压泵和第二液压泵为机械手的第一油缸和第二油缸提供伸出与缩回的动力。液压站油箱内装液压油，为油缸提供动力输出介质，油箱内装有检测油位高、低的油位计，将信号上传至控制柜，可显示油位高、低信号。加热器及温控装置，保证液压油工作在合适的温度范围内。压力传感器采集液压泵输出压力。比例方向调节阀能控制油缸的伸出或缩回，还可通过阀门开度调节来控制液压油缸运动的快慢。油箱上装有检测回油过滤器堵塞的传感器，当回油过滤器堵塞时将信号上传至控制柜，进行堵塞报警显示。
8.本发明中，控制柜内装有plc、断路器、接触器、热继电器，柜面装有指示灯和按钮等元件，通过操作控制柜上按钮可控制液压泵、油箱加热器的运行，plc通过模拟量信号控制液压比例方向调节阀，从而控制输往机械手两台油缸的液压油的方向使机械手完成伸出、停止、缩回等动作，通过调节液压比例方向调节阀开度还能调节机械手动作的快慢。
9.本发明的有益效果在于：本发明主要应用于冶金行业的火焰钢坯清理生产线中预热时的钢坯定位环节，利用机械手和激光测量装置结合plc的高速运算和控制的优点，可实现高精度、快速，高可靠性的定位测量，还具有适应性广，通过选择不同的控制菜单，可对不
同规格的钢坯进行测量。由于自动化程度高，可以不需要人工进行操作，与人工定位相比，大大提高劳动生产效率，降低由于测量误差引起的浪费，节约人力成本和材料成本。
附图说明
10.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明待机位置示意图；图3为本发明移动到中间位置示意图；图4为本发明测量位置示意图；图5为油缸运动曲线图；图６为液压站的结构原理图示；图７为控制柜的结构图示；图8液压站和控制柜与机械手之间的连接关系图；图中标号：1、安装座，2、第一油缸，3、第二油缸，4、第一拉杆，5、大机械臂，6、连接板，7、第二拉杆，8、小机械臂，9、第三拉杆，10、激光测距仪，11、动力臂，12、第一压力传感器，13、第二压力传感器，14、第一比例方向调节阀、15、第二比例方向调节阀，16、溢流阀，17、电磁换向阀，18、第一液压泵，19、第一液压泵电机，20、第二液压泵，21、第二液压泵电机，22、回油过滤器，23、高油位计，24、低油位计，25、加热器，26、油箱，27、plc，28、第一断路器，29、第二断路器，30、第三断路器，31、第一接触器，32、第二接触器，33、第三接触器，34、第一热继电器，35、第二热继电器，36、指示灯，37、按钮。
具体实施方式
11.下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
12.实施例1：测量机械手测量全过程是先由待机位置（见图2）移动到中间位置（图3），再由中间位置移动到测量位置，激光测距仪测量，测量完成后测量机械手先回位到中间位置（图3），再回到待机位置（图2），测量过程结束。图2-图4的角度和油缸伸出长度由作图法得出。
13.测量机械手详细工作过程如下：（1）测量机械手运动至测量位第一步：机械手由待机位置（图2）移动到中间位置（图3）。输送棍子控制系统发出测量命令，第二油缸3先伸出，使小机械臂8沿绕着与大机械臂5的连接轴逆时针转动，并沿着点画线逐渐抬高过输送棍子的高度，可避免激光测距仪10与输送棍子碰撞，转到与大机械臂5夹角约53
°
的位置停止（此时第二油缸3伸出到约898.5mm），如图3。
14.第二步：测量机械手由中间位置（图3）移动到测量位置（图4）。当第二油缸3伸出到约898.5mm时（第二油缸3发出到测量位置信号），第一油缸2开始伸出，使大机械臂5沿绕着与安装座1的连接轴顺时针转动，转到与垂直夹角约41
°
的位置（此时第一油缸2伸出到约1044.2mm），保持第二油缸3固定不动，随着使大机械臂5沿绕着与安装座1的连接轴顺时针转动的增加和大臂右侧第二拉杆7的距离限制作用，使小机械臂8与大机械臂5夹角逐渐增加到约104
°
，此时激光测距仪10被机械手送达到测量位置（第一油缸2发出到测量位置信号）如图4，开始使用激光测距仪10进行激光测距，激光测距仪10将距离4~20ma信号送出。
15.（2）测量机械手回到待机位第一步：输送棍子控制系统发出回待机位命令，第一油缸2先回缩（第二油缸3先缩回，使大机械臂5带动小机械臂8上的激光测距仪10抬高，高过输送棍子的高度，可避免小机械臂8缩回时，激光测距仪10与输送棍子碰撞），保持第二油缸3固定不动，使大机械臂5沿绕着与安装座1的连接轴逆时针转动，转到与垂直夹角约-10
°
的位置（此时第一油缸2完全缩回，发出到待机位置信号）停止。
16.第二步：第二油缸3开始回缩，第二油缸3拉动小机械臂绕着与大机械臂的连接轴顺时针转动到约53
°
（此时第二油缸3完全缩回，发出到待机位置信号），此时激光测距仪10被机械手送回到待机位置，见图2，给输送棍子控制系统发出测量机械手已回待机位信号，输送棍子可以进行钢坯传送，此时测量机械手测距过程结束。
17.plc控制说明：（1）在第一油缸2的收回位置（待机位置）和伸出位置（测量位置）处各安装行程开关一只，当第一油缸2到达待机或测量位置时，行程开关闭合，位置信号送plc， plc控制液压比例方向阀，切断第一油缸2的油路，使第一油缸2停止前进。
18.（2）在第二油缸3的收回位置（待机位置）和伸出位置（测量位置）处各安装行程开关一只，当第二油缸3到达待机或测量位置时，行程开关闭合，位置信号送plc， plc控制液压比例方向阀，切断第二油缸3的油路，使第二油缸3停止前进。
19.（3）plc在控制液压比例方向阀时，通过逐渐加大或减小输出到比例阀的信号电流值，使比例阀逐渐开大或减小，使油缸有一个加速或减速的过程，可避免机械手振动。运动曲线如图5。
20.本发明中，所述第一油缸2或第二油缸3上装设置的行程开关，针对不同的测量对象，位置可进行相应的调整。
21.如图6所示，液压站由第一液压泵18、第二液压泵20、第一液压泵电机19、第二液压泵电机21、油箱26、加热器25、第一压力传感器12、第二压力传感器13、第一比例方向调节阀14、第二比例方向调节阀15、电磁换向阀17、溢流阀16、回油过滤器22、高油位计23、低油位计24以及管道组成，油箱26内装设高油位计23、低油位计24和加热器25。液压站内设有两条回路：（1）油箱26通过管道分别连接第一液压泵18、第二液压泵20，再通过管道连接第一比例方向调节阀14，再通过管道输出，在管道输出口前通过旁路引压管连接第一压力传感器12，管道输出至机械手的第一油缸2，从机械手的第一油缸2返回的液压油通过管道连接第一比例方向调节阀14，再通过管道连接电磁换向阀17，再通过管道连接溢流阀16，再通过管道连接油箱26；（2）油箱26通过管道连接第一液压泵18、第二液压泵20，再通过管道连接第二比例方向调节阀15，再通过管道输出，在管道输出口前通过旁路引压管连接第二压力传感器13，管道输出至机械手的第二油缸3，从机械手的第二油缸3返回的液压油通过管道连接第二比例方向调节阀15，再通过管道连接电磁换向阀17，再通过管道连接溢流阀16，再通过管道连接油箱26。
22.如图7所示，控制柜内装有plc27、第一断路器28、第二断路器29、第三断路器30、第一接触器31、第二接触器32、第三接触器33、第一热继电器34、第二热继电器25、控制柜表面装有指示灯36和按钮37。（1）控制回路的plc27分别与柜面的指示灯36和按钮37连接；（2）柜内主回路的第一断路器28、第一接触器31和第一热继电器34依次通过大截面导线相连；（3）
柜内主回路的第二断路器29、第二接触器32和第二热继电器35依次通过大截面导线相连；（4）柜内主回路的第三断路器30、第三接触器33依次通过大截面导线相连。
23.如图8所示，控制柜与液压站的连接：（1）控制柜内的plc27通过控制电缆与液压站第一压力传感器12、第二压力传感器13、回油过滤器22、高油位计23和低油位计24连接，将上述信号反馈给plc27；（2）控制柜内的plc27通过控制电缆与液压站第一比例方向调节阀14、第二比例方向调节阀15、电磁换向阀17和溢流阀16连接，plc27将得到的信号阀门发送控制信号；（3）柜内主回路的第一热继电器34依次通过主回路电缆与液压站第一液压泵电机19连接；（3）柜内主回路的第一热继电器34依次通过主回路电缆与液压站第二液压泵电机20连接；（4）柜内主回路的第三接触器33通过主回路电缆与液压站加热器25连接。
24.如图8所示，控制柜与机械手的连接：plc27通过电缆与机械手上激光测距仪10连接，将激光测距信号反馈给plc27。
25.如图8所示，液压站与机械手的连接：（1）液压站液压油通过第一比例方向调节阀14，再通过管道输出至机械手的第一油缸2一端，从机械手的第一油缸2另一端返回，再通过管道连接第一比例方向调节阀14，再通过管道连接电磁换向阀17，再通过管道连接溢流阀16，再通过管道返回油箱26；（2）液压站液压油通过第二比例方向调节阀15，再通过管道输出至机械手的第二油缸3一端，从机械手的第二油缸3另一端返回，再通过管道连接第二比例方向调节阀15，再通过管道连接电磁换向阀17，再通过管道连接溢流阀16，再通过管道返回油箱26。

技术特征：
1.一种钢坯定位测量机械手自动化装置，由机械手、激光测距仪、液压站和控制柜组成，其特征在于：机械手由安装座、两个油缸、大机械臂、小机械臂和三个拉杆组成，其中：大机械臂通过连接轴连接在安装座上，大机械臂一端通过连接轴连接小机械臂，机械小臂另一端连接激光测距仪；第一油缸一端通过连接轴连接在安装座上，另一端通过连接轴连接在大机械臂上，控制第一油缸的伸出与缩回，可带动大机械臂沿绕安装座的连接轴转动；第二油缸一端通过连接轴连接在安装座上，另一端通过连接轴连接在动力臂上，动力臂另一端通过连接轴连接第二拉杆，第二拉杆另一端通过连接轴连接小机械臂，控制第二油缸的伸出与缩回，可带动动力臂转动，从而带动第二拉杆上下移动，最终带动小机械臂以与大机械臂的连接轴转动；第一拉杆通过连接轴连接在安装座上，另一端连接连接板，连接板另一端连接第三拉杆，另一端连接激光测距仪，加装第一拉杆、连接板、第三拉杆起平衡机械臂的作用；通过控制第一油缸、第二油缸的伸出与缩回，从而带动激光测距仪从待机位置到达测量位置，并完成激光测距；液压站由第一液压泵、第二液压泵、第一液压泵电机、第二液压泵电机、油箱、加热器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一比例方向调节阀、第二比例方向调节阀、电磁换向阀、 溢流阀、回油过滤器、高油位计和低油位计组成，油箱内设有高油位计、低油位计和加热器；液压站内设有两条回路，第一条：油箱通过管道分别连接第一液压泵和第二液压泵，第一液压泵和第二液压泵的输出端分别通过管道连接第一比例方向调节阀的输入端，第一比例方向调节阀的输出端通过旁路引压管连接第一压力传感器，第一比例方向调节阀的输出端通过管道连接机械手的第一油缸一端，机械手的第一油缸另一端的液压油通过管道连接第一比例方向调节阀，第一比例调节阀的通过管道连接电磁换向阀，电磁换向阀通过管道连接溢流阀，溢流阀通过管道连接油箱；第二条：油箱通过管道分别连接第一液压泵和第二液压泵，第一液压泵和第二液压泵的的输出端分别通过管道连接第二比例方向调节阀，第二比例方向调节阀通过管道和旁路引压管连接第二压力传感器，第二比例方向调节阀的输出端通过管道连接机械手的第二油缸一端，机械手的第二油缸另一端的液压油通过管道连接第二比例方向调节阀，第二比例方向调节阀通过管道连接电磁换向阀，电磁换向阀通过管道连接溢流阀，溢流阀通过管道连接油箱；控制柜内装有plc、断路器、接触器、热继电器，控制柜表面设有指示灯和按钮，控制柜内设有控制回路、控制主回路；控制回路的plc分别与指示灯和按钮连接；柜内主回路的第一断路器、第一接触器和第一热继电器依次通过大截面导线相连；柜内主回路的第二断路器、第二接触器和第二热继电器依次通过大截面导线相连；柜内主回路的第三断路器、第三接触器依次通过大截面导线相连；控制柜内的plc通过控制电缆分别与液压站第一压力传感器、第二压力传感器、回油过滤器、高油位计和低油位计连接，将第一压力传感器、第二压力传感器、回油过滤器、高油位计和低油位计的信号反馈给plc；控制柜内的plc通过控制电缆分别与液压站第一比例方向调节阀、第二比例方向调节阀、电磁换向阀和溢流阀连接，plc向这些阀门发送控制信号；柜内主回路的第一热继电器依次通过主回路电缆与液压站第一液压泵电机连接；柜内主回路的第二热继电器依次通过主回路电缆与液压站第二液压泵电机连接；柜内主回路的第三接触器通过主回路电缆与液压站加热器连接；
plc通过电缆与机械手上激光测距仪连接，将激光测距信号反馈给plc。2.根据权利要求1所述的钢坯定位测量机械手自动化装置，其特征在于：所述第一油缸和第二油缸均采用液压油缸。

技术总结
本发明涉及一种钢坯定位测量机械手自动化装置，由机械手、激光测距仪、液压站和控制柜组成，机械手由安装座、两个油缸、大机械臂、小机械臂和三个拉杆组成，液压站由两个液压泵、两个液压泵电机、油箱、加热器、两个压力传感器、两个比例方向调节阀、电磁换向阀、溢流阀、回油过滤器、高油位计和低油位计组成，控制柜内装有PLC、断路器、接触器、热继电器，控制柜表面设有指示灯和按钮，控制柜内的PLC与液压站两个压力传感器、回油过滤器、高油位计和低油位计、两个比例方向调节阀、电磁换向阀和溢流阀连接，还与机械手上激光测距仪连接，组成自动化控制系统。本发明由于自动化程度高，可以不需要人工进行操作，大大提高劳动生产效率，降低由于测量误差引起的浪费，节约人力成本和材料成本。材料成本。材料成本。


技术研发人员：程煌 章海东
受保护的技术使用者：上海东震冶金工程技术有限公司
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25