一种电炉钢水测温取样机器人测点位置控制方法与流程

1.本发明属于冶金炼钢自动控制和智能机器人控制领域，具体涉及一种电炉钢水测温取样机器人测点位置控制方法。


背景技术：

2.在炼钢作业流程中，钢水测温取样作为保证冶炼过程质量的重要检测手段，广泛存在于炼钢、精炼、连铸等多项作业环节中。测温取样作业面临液态金属熔融区域的高温、飞溅、粉尘等恶劣环境因素，其中电炉钢水测温取样作业位于炉门口，作业环境尤其恶劣。长期以来，钢水测温取样作业由人工手动操作完成，劳动负荷高且具有较高的危险性与不稳定性。随着机器人技术的发展，采用机器人作业系统替代人工测温取样作业，已经逐渐开始在炼钢领域得到应用，并正在不断扩大应用范围。
3.机器人测温取样的主要任务是自动获取炉内钢水准确的测温结果和合格的试样。实现该目标的关键之一是如何将测温取样枪沿着合适的轨迹伸入炉内，在不发生碰撞的条件下准确插入到炉内钢水熔池下最佳位置，以保证合适的深度，获得准确的测量结果。如果发生碰撞或测点过深，容易损坏测枪，如果测点过浅，测量结果容易不准确。
4.电炉炼钢的测温取样口普遍位于炉体侧面炉门处，顶部存在大直径电极，炉盖处于常关状态。电炉人工测温取样作业主要依靠经验来掌握测点位置和深度，存在较大的不确定性，有时会导致测温误差太大，造成重复测量；而目前采用机器人测温取样的钢厂基本上采用的是固定轨迹和测点位置的控制方法。这种方式对于存在炉内钢水量变化大、冶炼中有炉体倾角变化、熔池液面高度变化范围大、炉内耐材厚度变化大等情况的电炉，存在测点深度不确定性风险，容易因此发生测枪烧损、测量不准等异常，影响系统的检测可靠性和稳定性。
5.申请号为：cn 201510126842.6的发明申请，公开了“一种全自动钢水测温取样装置”，包括旋转底座、枪架、小车、枪体、第一电机、第二电机、激光测距仪、存放仓、回收仓和控制台；小车设在枪架上，第一电机通过传动机构与小车连接，枪架通过摆动机构与旋转底座连接，第二电机与旋转底座连接；枪体固定在小车上，枪体上设有可伸缩的枪头，枪头可与探头配合，激光测距仪固定在枪体上；存放仓和回收仓上分别设有多个用于存放新探头的存放位和回收旧探头的回收位，存放位和回收位排列在旋转底座的附近；第一电机、第二电机和激光测距仪分别与控制台连接。
6.申请号为：cn 201010288862.0的发明申请，公开了“一种钢水精确测温取样系统及其方法”，。包括智能机器人系统、自动测温取样枪系统、液面高度检测装置和工业控制计算机，整个系统由工业计算机进行整体控制，首先液面高度检测装置测定钢水液面深度，然后智能机器人负责安装探头，最后自动枪实现自动测温取样。优点在于，通过红外钢水液面测量和伺服位置控制，实现了每一枪测温和取样的准确定位，完全消除了人工测量方式对测量结果造成的系统偶然误差，为提高钢水质量的控制和精度提供了可靠的保障。
7.申请号为：cn 201810229602.2的发明申请，公开了“一种炼钢转炉钢水的炉前自
动测温和/或取样方法”，所述方法采用炼钢转炉炉前自动测温与取样系统进行测温和/或取样，所述系统包括炉前自动测温取样部分、套管自动拆装部分和系统电控部分；所述套管自动拆装部分由机器人及其抓手、套管弹仓、钢水样品及废套管收集仓和机器视觉系统组成；所述机器视觉系统测量实际测温枪和/或取样枪头部位置，通过与测温枪和/或取样枪的预设坐标对比计算出测温枪和/或取样枪头的变形量，并将所述变形量提供给机器人，以便机器人根据所述变形量控制抓手的位移量，准确安装各套管。


技术实现要素：

8.为解决以上问题，本发明提供了一种电炉钢水测温取样机器人测点位置控制方法
9.一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
10.在电炉炉体的倾角限度范围内，根据电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹，据此轨迹并结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进及测枪对目标测点的测温。
11.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
12.机器人测枪的入炉测温轨迹通过对如下关键点的位置确定建立：
13.到达炉口位、进入炉内位、到达熔池上方位。
14.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
15.于机器人测枪端设有感温探头、并据此建立测温仪，通过测温仪配合设置的子程序，通过运行主程序对子程序的调用建立测枪是否到达熔池液面的判定。
16.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
17.所述的结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进，具体为：
18.在测枪到达熔池液面时，记录此刻机器人测枪的三维位置坐标，并将三维位置坐标的z向信息进行与目标深度的求和运算，形成目标测点的z向信息；结合机器人测枪到达熔池液面时的三维位置坐标信息中的x、y信息，完成测枪目标测点的三维位置信息的建立，据此三维位置信息完成测枪的送进。
19.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
20.所述的关键点还包括如下：
21.待机位、正对炉口位、接近炉口位。
22.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
23.所述的关键点还包括有到达最深测点位。
24.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
25.到达炉口位的位置、进入炉内位的位置、到达熔池上方位的位置，具体根据如下确定：
26.p3＝p3
min
+(p3
max-p3
min
)
×
t
27.p4＝p4
min
+(p4
max-p4
min
)
×
t
28.p5＝p5
min
+(p5
max-p5
min
)
×
t
29.上式中，
30.p3：实际到达炉口位的坐标值；
31.p4：实际进入炉内位坐标值；
32.p5：实际到达熔池上方位的坐标值
33.p3
min
：电炉炉体倾角下限时的到达炉口位的坐标值；
34.p3
max
：电炉炉体倾角上限时的到达炉口位的坐标值；
35.p4
min
：电炉炉体倾角下限时的进入炉内位坐标值；
36.p4
max
：电炉炉体倾角上限时的进入炉内位坐标值；
37.p5
min
：电炉炉体倾角下限时的到达熔池上方位的坐标值；
38.p5
max
：电炉炉体倾角上限时的到达熔池上方位的坐标值；
39.t：实际倾斜比例。
40.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
41.首先，根据当前电炉炉体的实际倾角限度，分别在电炉炉体倾角上下限位置，对机器人测枪入炉测温取样轨迹进行坐标信息的示教，
42.然后，在电炉炉体的倾角限度范围内，根据示教及电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹。
43.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
44.于子程序中设有：实时温度值与设定的检测阈值的比较运算线程、升温速率与设定的升温速率阈值的比较运算线程；
45.当同时满足实时温度值大于设定的检测阈值、且升温速率大于设定的升温速率阈值时，判定为测枪到达熔池液面。
46.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
47.于子程序中设置有实时温度值是否超过设定的启动阈值的判定，当实时温度值超过设定的启动阈值时，触发对升温速率的实时计算；否则不触发升温速率的实时计算。
48.根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
49.所述的实际倾斜比例t，根据下式确定：
50.t＝[(a-a
min
)/(a
max-a
min
)]
×
100％，
[0051]
上式中，
[0052]
t：实际倾斜比例；
[0053]
a：实际炉体倾角；
[0054]amin
：当前炉体的倾角下限；
[0055]amax
：当前炉体的倾角上限。
[0056]
根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
[0057]
当目标测点的深度小于等于到达最深测点位的深度时，测温通过对目标测点位的测温进行；
[0058]
当目标测点的深度大于到达最深测点位的深度时，以到达最深测点位作为目标测点位完成测温。
[0059]
根据本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：
[0060]
所述测温仪为热电偶式测温仪。
[0061]
本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，使电炉测温取样机器人携带测枪入炉测量作业更加智能，可根据电炉的炉体角度、炉内钢液面高度等动态炉
况，自适应调整测点位置，从而提高机器人测枪插入钢水液面测量的准确性和可靠性；具有部署简单、成本低、可靠性高、维护方便的特点，提高了电炉机器人测温取样作业的安全性、可靠性以及智能化程度，为降低恶劣环境下的人工劳动负荷，提升钢厂劳动生产效率创造有利条件。
附图说明
[0062]
图1为本发明实施例中的测点位置控制方法流程示意图；
[0063]
图2为本发明实施例中的入炉轨迹坐标确定流程示意图；
[0064]
图3为本发明实施例中的是否到达熔池液面的检测流程示意图；
[0065]
图4为本发明实施例中的炉体倾角＝﹣3
°
时的测枪入炉关键点位示意图；
[0066]
图5为本发明实施例中的炉体倾角＝﹢3
°
时的测枪入炉关键点位示意图；
[0067]
图6为本发明实施例中的炉体倾角＝0
°
时的测枪入炉关键点位示意图；
[0068]
图7为本发明实施例中的温度检测变化曲线示意图；
[0069]
图8为本发明实施例中的测点位置控制系统结构示意图。
[0070]
图中，
[0071]
p0-待机位；
[0072]
p1-正对炉口位；
[0073]
p3-接近炉口位；
[0074]
p4-进入炉内位；
[0075]
p5-到达熔池上方位；
[0076]
p6-到达最低测点位；
[0077]
p
bath-测枪到达熔池液面时的位置；
[0078]
p
trg-目标测点位；
[0079]
1-机器人本体；
[0080]
2-机器人控制单元；
[0081]
3-测枪；
[0082]
4-测温仪；
[0083]
5-感温探头；
[0084]
6-倾角传感器；
[0085]
7-炉体；
[0086]
8-电极。
具体实施方式
[0087]
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种电炉钢水测温取样机器人测点位置控制方法作进一步具体说明。
[0088]
一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，
[0089]
在电炉炉体的倾角限度范围内，根据电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹，据此轨迹并结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进及测枪对目标测点的测温。
[0090]
其中，
[0091]
机器人测枪的入炉测温轨迹通过对如下关键点的位置确定建立：
[0092]
到达炉口位、进入炉内位、到达熔池上方位。
[0093]
其中，
[0094]
于机器人测枪端设有感温探头、并据此建立测温仪，通过测温仪配合设置的子程序，通过运行主程序对子程序的调用建立测枪是否到达熔池液面的判定。
[0095]
其中，
[0096]
所述的结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进，具体为：
[0097]
在测枪到达熔池液面时，记录此刻机器人测枪的三维位置坐标，并将三维位置坐标的z向信息进行与目标深度的求和运算，形成目标测点的z向信息；结合机器人测枪到达熔池液面时的三维位置坐标信息中的x、y信息，完成测枪目标测点的三维位置信息的建立，据此三维位置信息完成测枪的送进。
[0098]
其中，
[0099]
所述的关键点还包括如下：
[0100]
待机位、正对炉口位、接近炉口位。
[0101]
其中，
[0102]
所述的关键点还包括有到达最深测点位。
[0103]
其中，
[0104]
到达炉口位的位置、进入炉内位的位置、到达熔池上方位的位置，具体根据如下确定：
[0105]
p3＝p3
min
+(p3
max-p3
min
)
×
t
[0106]
p4＝p4
min
+(p4
max-p4
min
)
×
t
[0107]
p5＝p5
min
+(p5
max-p5
min
)
×
t
[0108]
上式中，
[0109]
p3：实际到达炉口位的坐标值；
[0110]
p4：实际进入炉内位坐标值；
[0111]
p5：实际到达熔池上方位的坐标值
[0112]
p3
min
：电炉炉体倾角下限时的到达炉口位的坐标值；
[0113]
p3
max
：电炉炉体倾角上限时的到达炉口位的坐标值；
[0114]
p4
min
：电炉炉体倾角下限时的进入炉内位坐标值；
[0115]
p4
max
：电炉炉体倾角上限时的进入炉内位坐标值；
[0116]
p5
min
：电炉炉体倾角下限时的到达熔池上方位的坐标值；
[0117]
p5
max
：电炉炉体倾角上限时的到达熔池上方位的坐标值；
[0118]
t：实际倾斜比例。
[0119]
其中，
[0120]
首先，根据当前电炉炉体的实际倾角限度，分别在电炉炉体倾角上下限位置，对机器人测枪入炉测温取样轨迹进行坐标信息的示教，
[0121]
然后，在电炉炉体的倾角限度范围内，根据示教及电炉的实际倾角确定机器人测
枪的入炉测温取样轨迹。
[0122]
其中，
[0123]
于子程序中设有：实时温度值与设定的检测阈值的比较运算线程、升温速率与设定的升温速率阈值的比较运算线程；
[0124]
当同时满足实时温度值大于设定的检测阈值、且升温速率大于设定的升温速率阈值时，判定为测枪到达熔池液面。
[0125]
其中，
[0126]
于子程序中设置有实时温度值是否超过设定的启动阈值的判定，当实时温度值超过设定的启动阈值时，触发对升温速率的实时计算；否则不触发升温速率的实时计算。
[0127]
其中，
[0128]
所述的实际倾斜比例t，根据下式确定：
[0129]
t＝[(a-a
min
)/(a
max-a
min
)]
×
100％，
[0130]
上式中，
[0131]
t：实际倾斜比例；
[0132]
a：实际炉体倾角；
[0133]amin
：当前炉体的倾角下限；
[0134]amax
：当前炉体的倾角上限。
[0135]
其中，
[0136]
当目标测点的深度小于等于到达最深测点位的深度时，测温通过对目标测点位的测温进行；
[0137]
当目标测点的深度大于到达最深测点位的深度时，以到达最深测点位作为目标测点位完成测温。
[0138]
其中，
[0139]
所述测温仪为热电偶式测温仪。
[0140]
工作过程、原理及实施例
[0141]
本发明目的是提供一种电炉钢水测温取样机器人测点位置控制方法，以解决现有技术在测点位置和深度控制上的不足，从而保障机器人测温取样的准确性和可靠性。
[0142]
为了达到上述目的，本发明根据如下逻辑建立本技术方案：
[0143]
测点位置控制方法，如图1所示，包括下述步骤：
[0144]
1)启动测温取样时，机器人控制单元根据倾角传感器检测到的炉体倾角，确定相应的入炉轨迹，控制机器人将装有感温探头的测枪伸入炉内；
[0145]
2)当测枪上的感温探头接触钢液面时，利用感温探头上热电偶感知钢液面温度变化，通过测温仪表发出熔池液面检测信号；
[0146]
3)机器人控制单元根据测温仪表反馈的熔池液面检测信号，记录此刻机器人测枪的三维位置坐标；
[0147]
4)机器人控制单元以收到熔池液面检测信号时所记录的测枪位置坐标为基准，控制测枪继续插入熔池，沿z轴下移预定测点深度，直至到达目标测点；
[0148]
5)在测枪到达目标测点后，当感温探头所连接的测温仪表发出测量完成信号，或者超过了最大测量时间时，机器人控制单元控制测枪，沿着入炉的反方向出炉，返回到待机
位，测量结束。
[0149]
上述步骤1的入炉轨迹，根据机器人入炉示教点的位置和当时倾角传感器检测到的炉体倾角来确定，包括以下步骤；
[0150]
1.1)预设定机器人测温取样作业所允许的电炉炉体倾角变化范围；
[0151]
1.2)分别在电炉炉体倾角上下限位置，对机器人测枪入炉测温取样轨迹上的关键点位进行示教；
[0152]
1.3)根据启动测量时的实际炉体倾角，对入炉轨迹点进行计算修正，获得与当前倾角相匹配的入炉轨迹坐标；
[0153]
上述步骤2的熔池液面检测信号由测温仪表接收感温探头热电偶信号后传送到机器人控制单元，按照以下步骤来确定：
[0154]
2.1)测枪携带感温探头接近钢水熔池液面时，探头热电偶信号的变化使测温仪表的温度测量数值开始上升；
[0155]
2.2)当测温仪表上的温度测量数值超过启动阈值后，测温仪表开始实时计算温升速率；
[0156]
2.3)当测温仪表温度测量数值继续上升，超过了检测阈值后，且温升速率大于预定的温升速率阈值后，向机器人控制单元发出熔池液面检测信号。
[0157]
上述步骤4的目标测点的坐标位置，由收到熔池液面检测信号时的测枪三维坐标中的z坐标减去预定测点深度后得到；
[0158]
上述步骤4的目标测点的坐标位置具有极限位，该位置在机器人测温取样示教时确定，对应的是最低测点位；当机器人目标测点z轴坐标低于最低测点位z轴坐标后，就以最低测点位坐标作为目标测点坐标，用于机器人测枪插入位置的极限保护；
[0159]
用于支持完成上述方法的，包括机器人本体，机器人控制单元，测枪，感温探头，测温仪，倾角传感器，如图8所示；
[0160]
所述机器人本体，由六轴机器人组成；
[0161]
所述机器人控制单元，包括与机器人本体连接的机器人控制器，用于控制和示教机器人的运动轨迹；
[0162]
所述测枪，是与机器人第六轴法兰连接的、用于携带探头入炉测温取样的枪体工具；
[0163]
所述感温探头，包括头部带有热电偶丝和触点的套管，感温探头通过套管与测枪相连接；
[0164]
所述测温仪，通过补偿导线与测枪上的感温探头相连接，用于温度检测、分析和显示，并可输出测量状态和熔池液面检测信号；
[0165]
所述测温仪表具有准备好、测量中、测量完成3个测量状态信号，以及1个熔池液面检测信号输出；
[0166]
所述倾角传感器，安装在电炉炉体外壳上，用于检测电炉炉体的倾斜角度，通过信号电缆将检测信号传输到机器人控制单元，用于机器人到达测点位置的轨迹修正。
[0167]
实施例
[0168]
本实施例将本发明应用于150t交流电弧炉的机器人自动测温取样系统中。下面结合附图，对本发明的实施例作进一步说明。
[0169]
如图1所示的测点位置控制方法，包括下述步骤：
[0170]
1)启动测温取样时，机器人控制单元根据倾角传感器检测到的炉体倾角，确定相应的入炉轨迹，控制机器人将装有感温探头的测枪伸入炉内；
[0171]
所述入炉轨迹，根据机器人入炉示教点的位置和当时倾角传感器检测到的炉体倾角来确定，如图2所示，包括以下步骤，：
[0172]
1.1)预设定机器人测温取样作业所允许的电炉炉体倾角变化范围；
[0173]
本实例中，机器人在测温取样作业时允许电炉炉体倾角变化范围是-3.0～+3.0
°
，在此倾角范围内，机器人可以启动测温取样，在此倾角范围外，机器人不允许测温取样，以保证入炉过程中不会发生碰撞并能达到所需的测点位置；
[0174]
1.2)分别在电炉炉体倾角上下限位置，对机器人测枪入炉测温取样轨迹上的关键点位进行示教；
[0175]
如图4和图5所示，本实例中，分别对炉体倾角＝-3.0
°
和炉体倾角＝+3.0
°
时的机器人入炉测温取样轨迹上的关键点位进行示教，确定
±3°
时关键点位的坐标位置；
[0176]
本实例如图4和图5所示，机器人入炉测温取样轨迹上的关键点位包括：p0-待机位、p1-正对炉口位、p2-接近炉口位、p3-到达炉口位、p4-进入炉内位、p5-到达熔池上方位、p6-到达最低测点位；其中p0、p1、p2与倾角无关，不随倾角的变化而改变，p3、p4、p5、p6则与倾角相关，需要分别在炉体倾角＝-3.0
°
和炉体倾角＝+3.0
°
时进行示教，以在2个极限倾角下确定不同的坐标极限位置；
[0177]
本实例中，机器人入炉测温取样轨迹上的关键点位坐标值分别是：
[0178]
p0＝[-409.88,-4697.93,898.22]，
[0179]
p1＝[2827.39,1181.53,1159.83]，
[0180]
p2＝[2656.06,2154.97,1175.94]；
[0181]
本实例中，倾角＝+3.0
°
时的坐标值p3
+30
＝[2543.28,2891.38,1511.72]，p4
+30
＝[2543.22,4175.61,1481.46]、p5
+30
＝[2522.40,5469.91,1343.63]，p6
+30
＝[2730.99,5768.73,220.73]；
[0182]
本实例中，倾角＝-3.0
°
时的坐标值p3-30
＝[2514.77,3149.33,1194.99]，p4-30
＝[2483.40,4193.40,1140.95]、p5-30
＝[2316.34,5471.25,898.71]，p6-30
＝[2703.2,5724.97,-17.12]
[0183]
1.3)根据启动测量时的实际炉体倾角，对入炉轨迹点进行计算修正，获得与当前倾角相匹配的入炉轨迹坐标；
[0184]
本实例中，入炉轨迹上的关键点位p3、p4、p5、p6的坐标值按以下公式进行计算修正：
[0185]
p3＝p3-30
+(p3
+30-p3-30
)*t
[0186]
p4＝p4-30
+(p4
+30-p4-30
)*t
[0187]
p5＝p5-30
+(p5
+30-p5-30
)*t
[0188]
p6＝p6-30
+(p6
+30-p6-30
)*t
[0189]
其中t是倾斜比例，以倾角下限为基准衡量，用百分比表示：t＝(a-a
min
)/(a
max-a
min
)*100％；
[0190]
本实例中，a
max
＝+3.0，a
min
＝-3.0，实际炉体倾角用a表示；启动测量时的实际炉体
处于水平位，当倾角a＝0
°
，倾斜度t＝50％，如图6所示，入炉轨迹上的关键点位p3、p4、p5、p6的坐标值计算结果如下：
[0191]
p3＝[2529.025,3020.355,1353.355]
[0192]
p4＝[2513.31,4184.505,1311.205]
[0193]
p5＝[2419.37,5470.58,1121.17]
[0194]
p6＝[2717.095,5746.85,101.805]
[0195]
2)当测枪上的感温探头接触钢液面时，利用感温探头上热电偶感知钢液面温度变化，通过测温仪表发出熔池液面检测信号；
[0196]
所述熔池液面检测信号由测温仪表接收感温探头热电偶信号后传送到机器人控制单元，如图3所示，按照以下步骤来确定：
[0197]
2.1)测枪携带感温探头接近钢水熔池液面时，探头热电偶信号的变化使测温仪表的温度测量数值开始上升；
[0198]
本实例入炉测温时的温度变化如图7曲线上的a-b段所示；
[0199]
2.2)当测温仪表上的温度测量数值超过启动阈值后，测温仪表开始实时计算温升速率；
[0200]
本实例如图7曲线上的b-c段所示，启动阈值＝100℃；
[0201]
2.3)当测温仪表温度测量数值继续上升，超过了检测阈值后，且温升速率大于预定的温升速率阈值后，向机器人控制单元发出熔池液面检测信号。
[0202]
本实例如图7曲线上的c-d段所示，检测阈值＝300℃，温升速率阈值＝1000℃/s；
[0203]
3)机器人控制单元根据测温仪表反馈的熔池液面检测信号，记录此刻机器人测枪的三维位置坐标；
[0204]
本实例中，如图6所示，在收到熔池液面检测信号后，机器人控制单元将当时机器人测枪三维位置坐标保存在p
bath
中，p
bath
＝[x,y,z]＝[2760.26,5746.13,460.07]；
[0205]
4)机器人控制单元以收到熔池液面检测信号时所记录的测枪位置坐标为基准，控制测枪继续插入熔池，沿z轴下移预定测点深度，直至到达目标测点；
[0206]
所述目标测点的坐标位置，由收到熔池液面检测信号时的测枪三维坐标中的z坐标减去预定测点深度后得到；
[0207]
本实例中，如图6所示，预定测点深度offset＝300mm，收到熔池液面检测信号时的测枪三维坐标中的z坐标为460.07，目标测点p
trg
的坐标为＝[x,y,z-300]＝[2760.26,5746.13,160.07]；
[0208]
所述目标测点的坐标位置具有极限位，该位置在机器人测温取样示教时确定，对应的是最低测点位；当机器人目标测点z轴坐标低于最低测点位z轴坐标后，就以最低测点位坐标作为目标测点坐标，用于机器人测枪插入位置的极限保护；
[0209]
本实例中，最低测点位坐标p
min
＝p6＝[2717.095,5746.85,101.805]，如图6所示；
[0210]
5)在测枪到达目标测点后，当感温探头所连接的测温仪表发出测量完成信号，或者超过了最大测量时间时，机器人控制单元控制测枪，沿着入炉的反方向出炉，返回到待机位，测量结束。
[0211]
本实例的最大测量时间设为6s，在测枪到达目标测点后，测温仪表发出了测量完成信号，机器人控制单元控制测枪，如图6所示，沿着p5-p4-p3-p2-p1点位路径，返回到待机
位p0。
[0212]
用以支持完成控制方法的系统结构如图8所示，包括机器人本体1，机器人控制单元2，测枪3，测温仪4，感温探头5，倾角传感器6；
[0213]
本实例应用在150t交流电弧炉上，该电弧炉具有炉体7和电极8；
[0214]
所述机器人本体1，由六轴机器人组成；
[0215]
本实例采用的是标准六轴机器人，具有六个关节轴，最大臂长3m；
[0216]
所述机器人控制单元2，包括与机器人本体连接的机器人控制器，用于控制和示教机器人的运动轨迹；
[0217]
本实例的机器人控制单元采用的是与机器人本体配套的控制器，具有处理控制板、驱动板、io接口板、通讯板和示教器；
[0218]
所述测枪3，是与机器人第六轴法兰连接的、用于携带探头入炉测温取样的枪体工具；
[0219]
本实例的测枪安装在机器人第六轴法兰上，主要材质为无缝钢管，前端有接插管与感温探头连接，测枪内有补偿导线将感温探头的测量信号传送到测温仪表；
[0220]
所述感温探头5，包括头部带有热电偶丝和触点的套管，感温探头通过套管与测枪相连接；
[0221]
本实例的感温探头，采用复合测温定氧探头，热电偶丝采用r型分度号，测量范围400-1760℃；
[0222]
所述测温仪4，通过补偿导线与测枪上的感温探头相连接，用于温度检测、分析和显示，并可输出测量状态和熔池液面检测信号；
[0223]
所述测温仪表具有准备好、测量中、测量完成3个测量状态信号，以及1个熔池液面检测信号输出；
[0224]
本实例的测温仪表采用双通道测温仪表，具有测温、定氧和定碳等多种测量分析功能；本实例采用的测温仪表具有准备好、测量中、测量完成3个开关量信号干接点输出，以及1个熔池液面检测开关量信号干接点输出；
[0225]
所述倾角传感器6，安装在电炉炉体外壳上，用于检测电炉炉体的倾斜角度，通过信号电缆将检测信号传输到机器人控制单元，用于机器人到达测点位置的轨迹修正。
[0226]
本实例的倾角传感器信号接口为4-20ma，测量角度范围为-90～+90
°
，当炉体处于水平状态时为0
°
。

技术特征：
1.一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：在电炉炉体的倾角限度范围内，根据电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹，据此轨迹并结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进及测枪对目标测点的测温。2.根据权利要求1所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：机器人测枪的入炉测温轨迹通过对如下关键点的位置确定建立：到达炉口位、进入炉内位、到达熔池上方位。3.根据权利要求1所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：于机器人测枪端设有感温探头、并据此建立测温仪，通过测温仪配合设置的子程序，通过运行主程序对子程序的调用建立测枪是否到达熔池液面的判定。4.根据权利要求1所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：所述的结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进，具体为：在测枪到达熔池液面时，记录此刻机器人测枪的三维位置坐标，并将三维位置坐标的z向信息进行与目标深度的求和运算，形成目标测点的z向信息；结合机器人测枪到达熔池液面时的三维位置坐标信息中的x、y信息，完成测枪目标测点的三维位置信息的建立，据此三维位置信息完成测枪的送进。5.根据权利要求2所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：所述的关键点还包括如下：待机位、正对炉口位、接近炉口位。6.根据权利要求2所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：所述的关键点还包括有到达最深测点位。7.根据权利要求2所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：到达炉口位的位置、进入炉内位的位置、到达熔池上方位的位置，具体根据如下确定：p3＝p3
min
+(p3
max-p3
min
)
×
tp4＝p4
min
+(p4
max-p4
min
)
×
tp5＝p5
min
+(p5
max-p5
min
)
×
t上式中，p3：实际到达炉口位的坐标值；p4：实际进入炉内位坐标值；p5：实际到达熔池上方位的坐标值p3
min
：电炉炉体倾角下限时的到达炉口位的坐标值；p3
max
：电炉炉体倾角上限时的到达炉口位的坐标值；
p4
min
：电炉炉体倾角下限时的进入炉内位坐标值；p4
max
：电炉炉体倾角上限时的进入炉内位坐标值；p5
min
：电炉炉体倾角下限时的到达熔池上方位的坐标值；p5
max
：电炉炉体倾角上限时的到达熔池上方位的坐标值；t：实际倾斜比例。8.根据权利要求1所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：首先，根据当前电炉炉体的实际倾角限度，分别在电炉炉体倾角上下限位置，对机器人测枪入炉测温取样轨迹进行坐标信息的示教，然后，在电炉炉体的倾角限度范围内，根据示教及电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹。9.根据权利要求3所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：于子程序中设有：实时温度值与设定的检测阈值的比较运算线程、升温速率与设定的升温速率阈值的比较运算线程；当同时满足实时温度值大于设定的检测阈值、且升温速率大于设定的升温速率阈值时，判定为测枪到达熔池液面。10.根据权利要求9所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：于子程序中设置有实时温度值是否超过设定的启动阈值的判定，当实时温度值超过设定的启动阈值时，触发对升温速率的实时计算；否则不触发升温速率的实时计算。11.根据权利要求7所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：所述的实际倾斜比例t，根据下式确定：t＝[(a-a
min
)/(a
max-a
min
)]
×
100％，上式中，t：实际倾斜比例；a：实际炉体倾角；a
min
：当前炉体的倾角下限；a
max
：当前炉体的倾角上限。12.根据权利要求6所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：当目标测点的深度小于等于到达最深测点位的深度时，测温通过对目标测点位的测温进行；当目标测点的深度大于到达最深测点位的深度时，以到达最深测点位作为目标测点位完成测温。13.根据权利要求3所述的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，其特征在于：所述测温仪为热电偶式测温仪。

技术总结
一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，在电炉炉体的倾角限度范围内，根据电炉的实际倾角确定机器人测枪的入炉测温取样轨迹，据此轨迹并结合测枪到达熔池液面时的位置信息、完成机器人测枪至目标测点的送进及测枪对目标测点的测温。本发明的一种电炉钢水测温取样机器人的测点位置控制方法，使电炉测温取样机器人携带测枪入炉测量作业更加智能，可根据电炉的炉体角度、炉内钢液面高度等动态炉况，自适应调整测点位置，从而提高机器人测枪插入钢水液面测量的准确性和可靠性。枪插入钢水液面测量的准确性和可靠性。枪插入钢水液面测量的准确性和可靠性。


技术研发人员：金国平 董一鸣 刘刈 樊利益 陈浩
受保护的技术使用者：宝山钢铁股份有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2023/7/22