基于工业机器人的球团物料含水率自动检测系统的制作方法

本发明涉及工业检测与自动化控制。更具体地说，本发明涉及一种基于工业机器人的球团物料含水率自动检测系统。

背景技术：

1、在冶金行业的球团生产过程中，混合机出料的含水率是决定后续造球合格率及成品球团矿质量的关键工艺参数。

2、目前，对于该含水率的在线检测主要采用两种方式，其一是利用红外水分仪进行在线监测，此类仪表通常安装于胶带输送机上方，通过检测物料表面的红外反射信号来推算含水率，其优点在于能够实现实时数据输出；另一种方式是采用人工取样并送至实验室进行烘干称重测量，该方法虽然准确性较高，但采样和检测流程繁琐、耗时较长。

3、然而，上述两种现有技术均存在显著的不足之处。

4、红外水分仪的测量精度极易受到现场恶劣工况的干扰，例如胶带机运行时物料厚度的变化、取样点不固定而导致的“空料”或“堆料”情况，以及高浓度粉尘对探头镜片的污染和现场振打装置的机械振动等，均会导致测量结果出现较大偏差，进而使得后端的加水调节阀难以实现精确控制，影响生产稳定性；

5、而人工测量方式虽然数据可靠，但其采样周期长（通常以小时计）、需占用专人负责取样与实验，不仅人力成本高，且无法满足现代化球团产线对高频次、全自动化质量监控的需求。

6、因此，亟需一种能够克服上述粉尘、振动等环境干扰，并实现高精度、全自动、短周期检测的含水率测量系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供了一种基于工业机器人的球团物料含水率自动检测系统，包括：

2、工业机器人；

3、封闭式称重装置，其包括封闭式箱体、设于封闭式箱体顶部的旋转平衡缓冲仓、设于封闭式箱体内部的称重平台、设于称重平台下方的减震器组、固定于称重平台上的称重传感器以及置于称重传感器上的样本盘；

4、旋转平衡缓冲仓包括竖向的通道、设于通道内的转轴、上密封板、下密封板、称重砝码以及锁定机构；上密封板与下密封板固定在转轴上且沿轴向间隔布置，初始状态下分别水平封住通道的上开口和下开口，称重砝码设于转轴的末端；锁定机构用于在转轴旋转至打开位置时锁定转轴；

5、当末端夹爪下压上密封板时，转轴转动使上、下密封板同步翻转打开，上密封板旋转90°时通道完全打开且锁定机构锁定转轴；当末端夹爪离开且锁定机构解锁后，密封板在称重砝码重力作用下自动复位，重新封住通道；

6、智能烘干装置；

7、plc控制器，其分别与工业机器人、称重传感器及智能烘干装置连接，用于控制工业机器人从取料点获取物料样本并移动至通道的上开口正上方，驱动末端夹爪向下接触上密封板；当上密封板旋转90°时物料样本经通道落入样本盘，末端夹爪离开后密封板复位封住通道。

8、优选的是，当下密封板封住通道的下开口时，称重传感器被配置为获取物料样本的第一重量数据；

9、工业机器人的末端夹爪再次向下接触上密封板，锁定机构锁定转轴使通道保持打开状态，从旋转平衡缓冲仓内部取出样本盘，并将样本盘放入智能烘干装置内部；

10、当智能烘干装置完成烘干程序时，工业机器人的末端夹爪从智能烘干装置内部取出样本盘，并将样本盘放回称重传感器上；

11、当下密封板再次封住通道的下开口时，称重传感器被配置为获取物料样本的第二重量数据；

12、plc控制器根据第一重量数据以及第二重量数据计算物料样本的含水率。

13、优选的是，还包括废料口，以及设于封闭式箱体或智能烘干装置侧面、且位于废料口上方的刮板，废料口处设有常闭式密封翻板阀；

14、当工业机器人将样本盘从智能烘干装置内部取出并转移至废料口上方时，工业机器人的末端夹爪带动样本盘的一侧边缘沿刮板的表面移动，样本盘朝向废料口倾斜，常闭式密封翻板阀开启，将样本盘内的残余物料倒入废料口。

15、优选的是，工业机器人的末端夹爪上可拆卸地设有样本定量容器，样本定量容器的底部设有可启闭的底板，工业机器人在取料点通过样本定量容器获取物料样本时，底板处于关闭状态，工业机器人将样本定量容器移动至通道的上开口正上方后，底板打开，物料样本从样本定量容器中经通道落入样本盘。

16、优选的是，称重平台通过万向柔性悬挂组件设于封闭式箱体的顶部内壁，万向柔性悬挂组件包括至少三根弹性绳，弹性绳的一端固定在封闭式箱体的顶部内壁，另一端固定在称重平台的边缘；

17、在非称重状态下，称重平台由万向柔性悬挂组件悬吊；

18、在称重状态下，称重平台下方的减震器组顶升并支撑称重平台，万向柔性悬挂组件处于松弛状态；减震器组的顶升端与称重平台的底面为可分离式接触，非称重状态下顶升端缩回并与称重平台的底面脱离接触；

19、称重平台的下方设有至少一个限位阻尼器，限位阻尼器的一端固定于称重平台的底面，另一端通过柔性约束件与封闭式箱体的底部内壁连接，柔性约束件的长度被配置为：在减震器组顶升称重平台时，柔性约束件处于松弛状态且不向称重平台传递拉力，用于限制称重平台在非称重状态下的晃动幅度。

20、优选的是，减震器组包括多个沿称重平台周向均匀分布的阻尼减震器，每个阻尼减震器包括外套筒、内活塞杆、第一弹簧、第二弹簧以及调节螺栓；

21、外套筒与封闭式箱体的底部内壁固定连接，内活塞杆的顶端在称重状态下与称重平台的底面接触并施加支撑力，在非称重状态下与称重平台的底面之间存在间隙，第一弹簧套设于内活塞杆的外周且位于外套筒的内部，第二弹簧套设于内活塞杆的外周且位于第一弹簧与外套筒的内壁之间，第一弹簧的刚度大于第二弹簧的刚度，调节螺栓穿过外套筒的侧壁并与外套筒螺纹连接，调节螺栓的末端位于外套筒的内部且与第二弹簧接触，当旋转调节螺栓时，调节螺栓的末端压迫或释放第二弹簧，改变第二弹簧的预紧力。

22、优选的是，工业机器人的末端夹爪包括耐高温电磁铁基座，样本盘的底面设有第一铁磁性吸附板，样本定量容器的底面设有第二铁磁性吸附板；

23、plc控制器与电磁铁基座连接，当plc控制器控制工业机器人抓取样本盘时，电磁铁基座通电并吸附第一铁磁性吸附板，当plc控制器控制工业机器人抓取样本定量容器时，电磁铁基座通电并吸附第二铁磁性吸附板；耐高温电磁铁基座的工作温度不低于120℃。

24、优选的是，还包括气体喷射装置，气体喷射装置固定于封闭式箱体的顶部或旋转平衡缓冲仓的侧壁，气体喷射装置包括进气口以及至少一个喷嘴，喷嘴设于通道的内壁或密封板的边缘，且喷嘴的出气口在上密封板和下密封板处于打开状态时朝向通道的内部；

25、plc控制器与气体喷射装置连接，当工业机器人的末端夹爪带动样本盘的一侧边缘沿刮板的表面移动，将样本盘内的残余物料倒入废料口之后，且工业机器人的末端夹爪离开废料口上方时，plc控制器控制气体喷射装置开启，在锁定机构保持通道打开的状态下向通道内部喷射气体。

26、优选的是，封闭式箱体内部设有温湿度传感器以及通风换气阀，温湿度传感器与plc控制器连接，通风换气阀设于封闭式箱体的侧壁上，通风换气阀内部设有过滤元件，且通风换气阀通过过滤元件与外部大气连通，通风换气阀为常闭式电控阀，在关闭状态下使封闭式箱体保持封闭；

27、plc控制器持续读取温湿度传感器的温度值和湿度值，当温度值超过第一预设阈值或湿度值超过第二预设阈值时，plc控制器控制通风换气阀开启。

28、本发明至少包括以下有益效果：

29、第一、本发明通过设置封闭式箱体、旋转平衡缓冲仓以及减震器组，在物料取样、称重及烘干的全过程中，旋转平衡缓冲仓的上密封板和下密封板在非工作状态下封闭通道，使称重平台处于密闭空间，避免了粉尘飘落影响称重；同时，称重平台下方的减震器组（尤其是双弹簧结构的阻尼减震器）能够在称重时提供稳定的刚性支撑，配合万向柔性悬挂组件在非称重状态下隔离低频振动，从而显著提升了含水率检测的准确性，克服了现有红外水分仪易受粉尘和振动干扰导致测量误差大的问题。

30、第二、本发明通过工业机器人、plc控制器、智能烘干装置及称重传感器的协同工作，实现了从取样、称重、烘干、再称重到排料的全程自动化操作，plc控制器控制工业机器人按预设路径执行物料转移，并基于湿度传感器反馈自动判定烘干终点，无需人工干预，使检测周期缩短至每10分钟一次，远快于人工取样检测的数小时周期，大幅提高了检测效率，满足了现代化球团产线对高频次质量监控的需求。

31、第三、本发明通过工业机器人自动执行取样、称重、投放、取盘、排料等一系列操作，以及利用刮板和气体喷射装置自动完成样本盘清料和通道吹扫，本发明完全替代了传统人工取样、送样、称重、倒料等繁琐劳动，整条检测线无需专人值守，显著降低了人力成本，同时避免了人工操作带来的随机误差。

32、第四、本发明的各组成部件（如工业机器人、封闭式称重装置、智能烘干装置等）均为成熟工业组件，整体结构紧凑、布局合理，通过plc控制器统一协调，系统一键启动即可自动运行，操作简便，同时，密闭箱体内部设置的温湿度传感器和通风换气阀能够主动调节称重环境，配合气体喷射装置的自清洁功能，确保系统在高温高湿、高粉尘等恶劣工况下长期稳定运行，降低了维护频率。

33、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。