一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置的制作方法

1.本发明属于冶金设备技术领域，涉及一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置。


背景技术：

2.冶金生产需要在冶炼过程中对金属熔液进行测温取样，以判定冶金反应的进程。人工测温取样正逐步被自动测温取样装置和智能机器人替代。炼钢工艺“测温取样作业”所指一般包括了钢液测温、钢液定氧、钢液定氢、提取钢液样品、提取渣液样品等等一系列操作，是将包含有检测元件的纸管探头套装在测枪的探头接插件上，由人工或机械设备把持并短时间插入被检测的高温熔液，但是其作业场所存在高温辐射、高强光线灼烧、高温渣液喷射、高浓度金属粉尘等等危害人体健康恶劣环境。而先进的冶金生产一般采用自动装置，利用智能机器人进行测温取样操作的技术，在冶金生产中替代人工作业，减轻了工人的劳动强度，提高了作业安全性。
3.测枪是测温取样装置的关键设备，测温取样作业过程需要将纸管探头套装在测枪的纸管接插杆上再一起插入高温金属熔液中，尽管测枪已被技术人员从各个方面深入研究，但是现实的冶金生产中，测枪的纸管接插杆仍然在作业时时常因高温发生较大的弯曲变形，影响操作精准度，特别是金属熔液表面存在较厚的顶渣时以及冶炼过程中钢液面上出现较高的泡沫渣时，纸管接插杆发生弯曲使得冶金生产难于顺行，严重影响钢铁冶金生产线的效率和产能发挥。专利公开号为cn210005288u的中国专利公开了一种机器人测温取样用自冷却枪，但是该测枪二次制冷器利用外管与芯管之间的狭缝产生超音速射流，减少测枪因受热发生的枪体弯曲，这种多层套管结构带来测枪重量增加，使得智能机器人的静载荷和动载荷较大，但智能机器人多采用关节式机械臂，负载能力较小。
4.因此有必要研究一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置，在保证测枪不因高温发生变形的前提下，解决测枪结构轻量化的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置，在智能机器人将纸管探头插入高温熔液、纸管接插杆承受热负载和冲击负载时保护并冷却纸管接插杆，通过采用轻量化枪体，降低智能机器人的静载荷和动载荷，使得测温取样作业的智能机器人可以实现小型化，进一步降低用户的使用成本。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置，包括轻量化枪体、纸管接插杆以及压紧螺母，所述轻量化枪体的尾端设有冷却气进口，所述纸管接插杆通过压紧螺母连接在轻量化枪体的前端，所述压紧螺母外套于轻量化枪体和纸管接插杆上；
8.所述纸管接插杆包括定位连接喷头、中空延长杆以及连接在中空延长杆上远离所述轻量化枪体一端的探头接插件，所述定位连接喷头外套于所述中空延长杆上靠近所述轻
量化枪体的一端用于连接压紧螺母，且所述定位连接喷头的外缘上设有至少一道冷却气开槽，所述冷却气开槽与所述压紧螺母的内壁相配合形成冷却气喷口；
9.所述压紧螺母与所述轻量化枪体螺纹连接，与所述定位连接喷头抵触连接。
10.进一步，所述定位连接喷头与所述压紧螺母的连接面为圆锥面，且靠近所述轻量化枪体一侧的外径大于靠近所述中空延长杆一侧的外径。
11.进一步，所述轻量化枪体包括测枪枪管、第一凸缘、缓冲装置以及滑动限位导气块，所述第一凸缘外套于测枪枪管上并固定连接，所述缓冲装置包括滑台安装座、复位弹簧以及位移传感器，所述滑台安装座上设有第二凸缘，所述测枪枪管的尾端贯穿第二凸缘并滑动连接，所述复位弹簧的两端分别连接第一凸缘和第二凸缘，所述位移传感器安装在滑台安装座上以监控所述第一凸缘的位移，所述滑动限位导气块外套于测枪枪管上并固定连接，且位于所述第二凸缘远离所述第一凸缘的一侧以限制所述测枪枪管的行程。
12.进一步，所述滑动限位导气块设有与所述测枪枪管内腔相通的冷却气快速接头。
13.进一步，所述轻量化枪体还包括用于传递电信号的测枪电缆，所述测枪电缆位于所述测枪枪管内，包括电缆本体和电缆快插接头，所述电缆快插接头一端与电缆本体相连，另一端与设置在所述纸管接插杆靠近轻量化枪体的端头上的电缆连接器公端相连，以实现所述轻量化枪体与纸管接插杆的电信号传输。
14.进一步，该轻量化测枪装置通过滑台安装座连接在智能机器人的机械臂末端，所述测枪电缆和位移传感器与智能机器人电连接，所述冷却气快速接头连接外部冷却气管道。
15.进一步，所述轻量化枪体前端的内壁设有定位缺口，所述纸管接插杆上设有与所述定位缺口相匹配的周向止动销以限制所述纸管接插杆的转动
16.本发明的有益效果在于：
17.1、本发明将轻量化枪体设为单管结构，并在测枪枪管尾端设有连接测枪枪管内腔的冷却气进口，通过设在纸管接插杆外缘上的冷却气开槽配合用于连接轻量化枪体和纸管接插杆的压紧螺母形成一个冷却气喷口，从而冷却纸管接插杆，而无需额外在轻量化枪体外设置厚重的气流通道，在保证对纸管接插杆的冷却保护的前提下，实现测枪枪体的轻量化，降低智能机器人的静载荷和动载荷，使得测温取样作业的智能机器人可以实现小型化，进一步降低用户的使用成本，全程冷却的效果减小了纸管接插杆的热变形，使机器人在自动拔插纸管探头和测温取样时有更加准确的位置控制，保障了自动测温取样的成功率，避免因测温取样数据质量问题干扰炼钢模型的有效性和可靠性，配合炼钢模型实现了自动化炼钢。
18.2、本发明通过设置在测枪枪管上的缓冲装置可以减小测温取样作业过程遇到金属熔液表面存在较厚的顶渣时以及冶炼过程中钢液面上出现较高的泡沫渣的情况时，对纸管接插杆造成的冲击弯曲变形，并且通过位移传感器传递电信号能够实时观测纸管接插杆是否遭受冲击，以便于自动控制和对纸管接插杆进行保护。
19.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
21.图1为实施例中一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置的3d结构示意图；
22.图2为实施例中纸管接插杆的3d结构示意图；
23.图3为实施例中轻量化枪体的3d结构示意图；
24.图4为实施例中一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置的结构示意图；
25.图5为图4中a处的局部结构示意图；
26.图6为图4中b处的局部示意图。
27.附图标记：轻量化枪体1、冷却气快速接头101、滑动限位导气块102、第一凸缘103、测枪枪管104、定位缺口105、压紧螺母2、纸管接插杆3、定位连接喷头301、周向止动销302、冷却气开槽303、中空延长杆304、探头接插件305、圆锥面306、冷却气进口4、冷却气喷口5、测枪电缆6、电缆本体601、电缆快插接头602、电缆连接器公端603、缓冲装置7、滑台安装座701、第二凸缘702、复位弹簧703、位移传感器704。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.实施例1
32.本实施例中所述尾端和前端是以距离炉内金属熔液液面距离为参考，靠近液面的一端为前端，远离液面的一端为尾端。
33.请参阅图1～图6，为一种智能机器人测温取样用轻量化测枪装置，包括轻量化枪体1、纸管接插杆3以及压紧螺母2，所述轻量化枪体1的尾端设有冷却气进口4，所述纸管接插杆3通过压紧螺母2连接在轻量化枪体1的前端，所述压紧螺母2外套于轻量化枪体1和纸管接插杆3上；所述纸管接插杆3上与压紧螺母2的连接处设有至少一道冷却气开槽303，所
述冷却气开槽303与所述压紧螺母2的内壁相配合形成冷却气喷口5。
34.所述纸管接插杆3包括定位连接喷头301、中空延长杆304以及连接在中空延长杆304上远离所述轻量化枪体1一端的探头接插件305，所述定位连接喷头301外套于所述中空延长杆304上靠近所述轻量化枪体1的一端用于连接压紧螺母2，且所述定位连接喷头301的外缘上设有至少一道冷却气开槽303；所述压紧螺母2与所述轻量化枪体1螺纹连接，与所述定位连接喷头301抵触连接。
35.优选地，所述定位连接喷头301与所述压紧螺母2的连接面为圆锥面306，且靠近所述轻量化枪体1一侧的外径大于靠近所述中空延长杆304一侧的外径。
36.所述轻量化枪体1包括测枪枪管104、第一凸缘103、缓冲装置7以及滑动限位导气块102，所述第一凸缘103外套于测枪枪管104上并固定连接，所述缓冲装置7包括滑台安装座701、复位弹簧703以及位移传感器704，所述滑台安装座701上设有第二凸缘702，所述测枪枪管104的尾端贯穿第二凸缘702并滑动连接，所述复位弹簧703的两端分别连接第一凸缘103和第二凸缘702，所述位移传感器704安装在滑台安装座701上以监控所述第一凸缘103的位移，所述滑动限位导气块102外套于测枪枪管104上并固定连接，且位于所述第二凸缘702远离所述第一凸缘103的一侧以限制所述测枪枪管104的行程，所述滑动限位导气块102设有与所述测枪枪管104内腔相通的冷却气快速接头101。
37.优选地，滑动限位导气块102的内侧设有环状气道，测枪枪管104与环状气道至少有一个以上的进气通气孔，所述冷却气快速接头101与所述环状气道相通。
38.可选地，将位移传感器704替换为接近开关，该接近开关与所述第一凸缘103为相接，当固接在测枪枪管104上的第一凸缘103离开接近开关时，接近开关电信号发生改变从而判断所述测枪枪管104受阻，便于及时调整所述测枪枪管104的位置和工况。
39.所述轻量化枪体1还包括用于传递电信号的测枪电缆6，所述测枪电缆6位于所述测枪枪管104内，包括电缆本体601和电缆快插接头602，所述电缆快插接头602一端与电缆本体601相连，另一端与设置在所述纸管接插杆3靠近轻量化枪体1的端头上的电缆连接器公端603相连，以实现所述轻量化枪体1与纸管接插杆3的电信号传输。
40.该轻量化测枪装置通过滑台安装座701(滑台安装座701上设有贯穿的螺栓孔)螺栓连接在智能机器人的机械臂末端，所述测枪电缆6和位移传感器704与智能机器人电连接，所述冷却气快速接头101连接外部冷却气管道。
41.所述轻量化枪体1前端的内壁设有定位缺口105，所述纸管接插杆3上设有与所述定位缺口105相匹配的周向止动销302以限制所述纸管接插杆3的转动，该定位缺口105设在所述测枪枪管104前端的内壁，所述周向止动销302设置在定位连接喷头301上。
42.具体的，轻量化测枪装置的测枪枪管104采用0.5m～2m长的中空金属管，并在前端外侧设有用于连接压紧螺母2的外丝螺纹，内侧设有定位缺口105，用于延长纸管接插杆3的空间位置，保护测枪电缆6并作为冷却气通道，两端分别连纸管接插杆3和缓冲装置7；轻量化测枪装置的纸管接插杆3用于分别接插测温探头、定氧探头、取样器等作业属具，通过定位压紧螺母2连接到测枪枪管104上，在纸管接插杆3上与测枪枪管104连接部位设有4道冷却气开槽303，在所述定位连接喷头301呈周向均匀分布，纸管接插杆3上的冷却气开槽303与压紧螺母2的内壁形成冷却气喷口5，使纸管接插杆3被喷出的冷却气冷却，减少纸管接插3高温环境下的热变形。
43.滑动限位导气块102套装在测枪枪管104尾部由双螺母压紧，并将测枪枪管104尾部密封，防止冷却气泄漏。在缓冲过程中与测枪枪管104一起在滑台安装座701上往复滑动，并限制测枪枪管104的行程，防止其滑出滑台安装座701，复位弹簧703推动测枪枪管104上的第一凸缘103使测枪枪管104复位。
44.上述纸管接插杆3可为现有的任一种纸管接插杆，用于连接纸管探头，其中中空延长杆304用于容纳信号传输电缆，并与所述探头接插件305为可拆卸连接，所述探头接插件305用于连接纸管探头，其关键在于与所述中空延长焊接的定位连接喷头301，定位连接喷头301靠近测枪枪管104一端的端头固定有电缆连接器公端603，定位连接喷头301外表面有一段圆锥面306与接压紧螺母2的内表面圆锥面306贴合而被压紧定位在测枪枪管104上，并在定位连接喷头301外缘设置冷却气开槽303，冷却气开槽303的中心线与纸管接插杆3轴线平行，并与测枪枪管104内腔连通，再与压紧螺母2的内壁相匹配形成冷却气喷口5，通过冷却气喷口5喷出的冷却气冷却纸管接插杆3，防止其发生热变形。
45.电缆连接器公端603与测枪枪管104内的电缆快插接头602对插连接，电缆快插接头602连接在电缆本体601上，电缆本体601从测枪枪管104尾端的电缆孔穿出，并与智能机器人电连接从而将电信号传输至智能机器人。
46.本实施例中，轻量化枪体1的缓冲连接装置将轻量化测枪装置直接连接到智能机器人的机械臂末端法兰，冷却气软管将冷却气体送入冷却气快速接头101，测枪电缆6从轻量化枪体1的电缆出口穿出，与位移传感器704的电缆合并后，连同冷却气管一道顺机械臂布置到机器人底座。
47.实施例2
48.智能机器人的机械臂末端法兰连接设有快换装置的工具侧模块，缓冲连接装置将轻量化测枪装置连接到工具侧模块，机器人可以利用快换装置分别单独连接不同的工具侧模块，从而连接不同的专用工具端实现不同的功能，其中包括连接有轻量化测枪装置的工具侧模块，以实现测温取样功能。本实施例与实施例1的区别在于，轻量化测枪装置所需的冷却气管、测枪电缆6、位移传感器704的电缆需要先连接到快换装置的工具侧模块，通过专门的连接模块与快换装置的工具侧模块对应连接，由工具侧模块上对应的管线连接到机器人的底座。本实施例的轻量化测枪装置与实施例1的结构通用，测枪枪管104的长度根据需要确定。
49.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。