(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810696363.1
(22)申请日 2018.06.29
(71)申请人 机械科学研究总院海西（福建）分院
有限公司
地址 365050 福建省三明市高新技术产业
开发区金沙园
申请人 福建三钢闽光股份有限公司
(72)发明人 李元文 沈涛 潘建洲 程伟晶
林劲松 林华春 汪洋 林柄松
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 汤东凤
(51)Int.Cl.
G01N 1/04(2006.01)
(54)发明名称自动取样机器人、包含其的棒材自动取样设备及取样方法(57)摘要本发明公开了自动取样机器人、包含其的棒材自动取样设备及取样方法。本发明的自动取样机器人，包括机械手臂，割炬，抓手，安装底座，视觉系统，所述割炬和所述抓手与所述机械手臂的腕部相连，所述视觉系统设置于安装底座上。本发明的棒材自动取样设备，其包括冷床，还包括桁架、移动轨道，所述桁架设置在所述冷床的一侧，所述桁架位于冷床上方的一端设置成悬挑结构，并设有斜撑，所述移动轨道设置于桁架上，所述自动取样机器人设置于移动轨道上。本发明设计一个带机器视觉系统的智能化、自动化设备，以代替人工进行棒材螺纹钢的自动取样和在线分析检测工作，消除了人为因素的干扰，提高了工作的稳定性，可靠性， 重复性和可执行性。权利要求书1页 说明书3页 附图5页CN 108593332 A 2018.09.28
C N 108593332
A
1.一种自动取样机器人（1），其特征在于：包括机械手臂（101），割炬（102），抓手（103），安装底座（104），视觉系统（105），所述割炬（102）和所述抓手（103）与所述机械手臂（101）的腕部相连，所述视觉系统（105）设置于安装底座（104）上。
2.一种包含权利要求1的自动取样机器人（1）的棒材自动取样设备，其包括冷床（2），其特征在于：还包括桁架（3）、移动轨道（4），所述桁架（3）设置在所述冷床（2）的一侧，所述桁架（3）位于冷床（2）上方的一端设置成悬挑结构，并设有斜撑，所述移动轨道（4）设置于桁架
（3）上，所述自动取样机器人（1）设置于移动轨道（4）上。
3.根据权利要求2所述的一种棒材自动取样设备，其特征在于：还包括冷却水槽（5）、定长切断设备（6）、分析检测设备（7）、样品收集设备（8）、电控系统（9），所述桁架（3）上还设有一个工作平台（301），所述冷却水槽（5）、定长切断设备（6）、分析检测设备（7）、样品收集设备（8）和电控系统（9）设置于所述工作平台（301）上。 4.根据权利要求3所述的一种棒材自动取样设备，其特征在于：所述的电控系统（9）包括电控柜、PLC控制器、电机、电机控制器。
5.一种棒材自动取样方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：自动取样机器人（1）移至冷床（1）上方的样品采集区域的，将棒材切割成样品初样；S2：自动取样机器人（1）将样品初样移至冷却水槽（5）中进行冷却；
S3：自动取样机器人（1）将已冷却的样品初样移至定长切断设备（6），定长切断设备（6）将已冷却
的样品初样切割成样品终样；
S4：自动取样机器人（1）将样品终样移至分析检测设备（7），分析检测设备（7）对样品终样的尺寸进行分析检测；
S5：自动取样机器人（1）将尺寸符合要求的样品终样移至品收集设备（8），样品收集设备（8）对尺寸符合要求的样品终样进行集中收集。
6.根据权利要求5所述的一种棒材自动取样方法，其特征在于：将棒材切割成样品初样之前，所述抓手103将已冷却的螺纹钢抓起并经过机械手臂101多次转动，再由机器视觉系统105最终确定商标位置。
7.根据权利要求5所述的一种棒材自动取样方法，其特征在于：所述样品初样的设定值比所述样品终样的设置值长0.15m -0.25m。
权 利 要 求 书1/1页CN 108593332 A
自动取样机器人、包含其的棒材自动取样设备及取样方法
技术领域
[0001]本发明涉及自动取样机器人、包含其的棒材自动取样设备及取样方法，属于自动化设备领域。
背景技术
[0002]目前，棒材厂螺纹钢检测样品的采集工作都是由人工手动来完成，并且为了提前发现成品缺陷，减少废品量，检测样品的采集工作大多在冷床区域进行。冷床上的样品采集区域，螺纹钢还处于高温状态下，钢温约有800℃，空气温度也超过了100℃，作业环境恶劣。并且由于螺纹钢表面带肋不光滑的结构特性以及冷床结构特点，螺纹钢在进入冷床的运行过程中存在飞溅伤人的危险性，容易引发人员伤亡的事故。
[0003]螺纹钢米重的检测目前有两种方式：一种是人工过秤后由人工反馈到轧钢生产区；另一种是人工过秤后自动反馈到轧钢生产区。这些方法在样品的定长切制及称重过程中均需要人工的参与；螺纹钢截面尺寸及表面缺陷的分析检测，目前都是由人工进行操作，当发现问题后，仍旧依赖人工才能反馈到轧钢生产区进行相应调整。
发明内容
[0004]（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供自动取样机器人、包含其的棒材自动取样设备及取样方法，以改善上述背景技术中提出的情况。
[0005]（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自动取样机器人，包括机械手臂，割炬，抓手，安装底座，视觉系统，所述割炬和所述抓手与所述机械手臂的腕部相连，所述视觉系统设置于安装底座上。
[0006]一种包含自动取样机器人的棒材自动取样设备，其包括冷床，还包括桁架、移动轨道，所述桁架设置在所述冷床的一侧，所述桁架位于冷床上方的一端设置成悬挑结构，并设有斜撑，所述移动轨道设置于桁架上，所述自动取样机器人设置于移动轨道上。
[0007]进一步的，还包括冷却水槽、定长切断设备、分析检测设备、样品收集设备、电控系统，所述桁架上还设有一个工作平台，所述冷却水槽、定长切断设备、分析检测设备、样品收集设备和电控系统设置于所述工作平台上。
[0008]进一步的，所述的电控系统包括电控柜、PLC控制器、电机、电机控制器。
[0009]一种棒材自动取样方法，包括如下步骤：
S1：自动取样机器人移至冷床上方的样品采集区域的，将棒材切割成样品初样；
S2：自动取样机器人将样品初样移至冷却水槽中进行冷却；
S3：自动取样机器人将已冷却的样品初样移至定长切断设备，定长切断设备将已冷却的样品初样切割成样品终样；
S4：自动取样机器人将样品终样移至分析检测设备，分析检测设备对样品终样的尺寸
进行分析检测；
S5：自动取样机器人将尺寸符合要求的样品终样移至品收集设备，样品收集设备对尺寸符合要求的样品终样进行集中收集。
[0010]进一步的，将棒材切割成样品初样之前，所述抓手将已冷却的螺纹钢抓起并经过机械手臂多次转动，再由机器视觉系统最终确定商标位置。
[0011]进一步的，所述样品初样的设定值比所述样品终样的设置值长0.15m-0.25m。[0012]（三）有益效果
本发明的有益效果是：
1、带机器视觉系统的自动取样机器人、包含其的棒材取样设备的投入使用，以代替人工进行棒材螺纹钢的自动取样和在线分析检测工作，消除了人为因素的干扰，提高了工作的稳定性，可靠性，重复性和可执行性。具备将螺纹钢负偏差轧制做到极致的条件。根据棒材产量的差异，在国标允许的范围内每提高0.1%的负偏差率，年经济效益在100万元以上。能严格控制产品质量，降低废品量，具备一定的经济效益。为棒材全线智能化的生产控制提供了基础和条件。
[0013]2、使用棒材自动取样设备，不仅可以降低了工人劳动强度，改善工作条件，还可以减少人工成本，以及降低人员工作的危险性。
附图说明
[0014]图1为本发明自动取样机器人的具体结构图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明俯视图；
图4为本发明左视图；
图5为本发明立体图。
[0015]图中：自动取样机器人1、机械手臂101、割炬102、抓手103、安装底座104、视觉系统105、冷床2、桁架3、工作平台301、移动轨道4、冷却水槽5、定长切断设备6、分析检测设备7、样品收集设备8、电控系统9。
具体实施方式
[0016]如图1-5所示，冷床2设置在桁架3的一侧，两者紧挨着, 取样区域位于冷床2的上方，因此桁架3位于冷床2上方的一端设置成悬挑结构，并设有斜撑，以便于取样。
[0017]冷床2上放置着冷却中待取样的螺纹钢。为了实现螺纹钢自动取样，本发明具体设计了一个自动取样机器人1，包括机械手臂101、割炬102、抓手103、安装底座104和视觉系统105。取样区域紧靠着冷床2的上方，为了实现自动取样机器人1在空中左右移动，完成各工序的衔接，还设计了移动轨道4，移动轨道4设置于桁架3上。自动取样机器人1通过安装底座104与移动轨道4相连，通过移动轨道4将样品输送到各有关的设备上。
[0018]割炬102和抓手103与机械手臂101的腕部相连，由于有时待取样的螺纹钢温度较低，不足以点燃氧炔焰，所以割炬102需具备自动点火功能，自动取样机器人1通过割炬割下一定长度的螺纹钢样品初样，然后通过抓手103抓取样品。螺纹钢其生产规格范围为18mm至40mm，其中小规格的几种螺纹钢是切分轧制而成，因而抓手103需要保证全规格抓取，并且
对小规格的螺纹钢要保证能同时抓取两根以上。轧制25mm的螺纹钢时，螺纹钢在冷床2上冲出的起始位置距离基准位置最远能达到6m以上，所以悬挑结构的尺寸需要长达6m多。[0019]螺纹钢从裙板冲入冷床时，每根在冷床2上的起始位置是不一样的，且每种规格的也是不一样的，有的差距较大，而从冷床2上需要取样的目标是有指定的，且样品初样长度是有要求（约1.35m左右，可微调）的。因此需要判断样品目标及确定长度位置，以提供割炬切割，取样时需要留下产品完整的商标，以供后续分析检测用。因此自动取样机器人1还包括一个视觉系统105，机器视觉系统105安装在底座104上，通过机器视觉系统105确定初样的长度和初样上的商标位置信息，反馈给自动取样机器人1上的相关执行机构。
[0020]桁架3上还设有一个工作平台301，工作平台301上分别设有冷却水槽5、定长切断设备6、分析检测设备7、样品收集设备8、和电控系统9。冷却水槽5用于冷却样品初样。定长切断设备6用于将样品初样按一定长度（约1.16m）和其他技术要求进对其两端进行切断，成为样品终样，商标要完整的留下，并且离端部有一定的距离要求。样品两端切面光滑平整，无毛刺以利于后续分析检测。分析检测设备7对样品终样进行分析检测，得出结果并实时反馈到轧钢生产控制区。样品收集设备8用于收集放置已分析检测完成的样品。电控系统9为按工艺要求完成自动取样及对样品在线分析检测任务的电器硬件和控制程序，包括电控柜、PLC控制器、电机、电机控制器。
[0021]一种棒材自动取样的方法包括如下步骤：
电控系统9接收轧制螺纹钢的规格与检测要求，启动自动取样机器人1，自动取样机器人1从工作平台301移至冷床2上方的样品采集区域，机器视觉系统105寻目标螺纹钢，确定螺纹钢的长度和商标位置，并将信息反馈给电控系统9，自动取样机器人1移动到该螺纹钢的上方，若此刻未能确定商标位置，则抓手103将已冷却的螺纹钢抓起并经过机械手臂101多次转动，再由机器视觉系统105最终确定商标位置，反馈给电控系统9，割炬102在该位置将螺纹钢割断，样品初样的切割长度设定值大于样品终样。
[0022]抓手103将割下的样品初样抓起，移动自动取样机器人1至冷却水槽5的上方，再将初样放入冷却水槽5中冷却。
[0023]完成冷却后，抓手103将样品初样抓起，移动自动取样机器人1至定长切断设备6，并将样品初样放入定长切断设备6中，定长切断设备6切断样品初样成样品终样。
[0024]抓手103再次将样品终样抓出，移动自动取样机器人1至分析检测设备7，并将样品终样放入分析检测设备7中，分析检测设备7对样品终样进行分析检测，并将分析结果反馈到生产决策中心，由生产决策中心做出相对应的决策。
[0025]抓手103将样品终样抓出，移动自动取样机器人1至样品收集设备8中收集，一次工作流程结束，自动取样机器人1在工作平台301上等待下一次流程开始。
[0026]上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细的解释，本发明并不仅仅局限于上述实施例，凡是根据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
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