用于操作遮蔽管的装置和方法与流程

[0001]
本发明涉及用于在浇铸包的区域中操作遮蔽管的一种操作装置和一种方法。


背景技术：

[0002]
在连续浇铸中，将金属熔化物从浇铸包浇铸到分配器（也称为中间包（英文）中，并且随后从分配器浇铸到铸模中或直接从浇铸包浇铸到铸模中。熔化物在铸模的冷却的铸模壁上凝固，从而从铸模处输出具有凝固的连铸坯壳和通常还液态的型芯的部分凝固的铸坯（gie
ß
strang），该型芯紧接着进一步冷却。
[0003]
在此，将熔化物从浇铸包通过所谓的遮蔽管（也称为遮蔽物（英文））导入到分配器中或者直接导入到铸模中，从而防止熔化物在离开浇铸包之后与空气中的氧气发生反应。通常，遮蔽管在所谓的遮蔽管操纵器上被引导，该遮蔽管操纵器也被称为长水口操纵器、ladle shroud manipulator （英文简称为lsm）。通常手动操纵遮蔽管操纵器。手动操纵遮蔽管操纵器是昂贵的并且对于操纵者来说危险的活动。
[0004]
cn 110653365 a和cn 110625106 a公开了如下装置和方法，其中用于从冶金容器中排出金属熔化物的排出口（ausguss）的空间位置分别由布置在浇铸平台上的机器人来测定并且遮蔽管操纵器由机器人有线地或无线地控制，以便借助于遮蔽管操纵器将遮蔽管安置（anstellen）到排出口上或从排出口中移除。


技术实现要素：

[0005]
本发明的任务在于，特别是在使用可手动操纵的遮蔽管操纵器的情况下使对于遮蔽管的操作自动化。
[0006]
根据本发明，该任务通过带有权利要求1的特征的操作装置和带有权利要求15的特征的方法来实现。
[0007]
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0008]
一种用于在浇铸包的区域中操作遮蔽管的根据本发明的操作装置，该浇铸包具有与遮蔽管对应的浇铸包出口，该操作装置包括
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遮蔽管操纵器，在该遮蔽管操纵器上可以布置有遮蔽管，并且利用该遮蔽管操纵器可以使遮蔽管运动并将其挤压到浇铸包上，
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位置测量系统，其被设置用于检测浇铸包出口的位置，和
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机器人，其被设置用于通过直接的机械接触来引导遮蔽管操纵器，使得布置在遮蔽管操纵器上的遮蔽管被安置到浇铸包出口上或者被从浇铸包出口抽出。
[0009]
根据本发明的操作装置能够实现通过机器人对遮蔽管操纵器进行机械引导，以便在从浇铸包倾倒（ausgie
ß
en）金属熔化物之前将遮蔽管安置到浇铸包出口上并且在倾倒熔化物之后从浇铸包出口抽出遮蔽管。在此，光学位置测量系统提供机器人为了引导遮蔽管操纵器所需的浇铸包出口的位置。尤其地，操作装置可以利用传统的、可手动操纵的遮蔽管操纵器来实现。由此，这种类型的遮蔽管操纵器可以成本低廉地并且以少的安装耗费扩展
成具有通过机器人对遮蔽管操纵器进行的自动化的操纵的根据本发明的操作装置，因为除了机器人本身之外仅必须安装光学的位置测量系统以及必要时安装与遮蔽管操纵器的信号技术上的连接和/或联接元件，通过该信号技术上的连接能通过机器人控制遮蔽管操纵器的驱动装置，在该联接元件上机器人能引导遮蔽管操纵器。
[0010]
在根据本发明的操作装置的一种设计方案中，遮蔽管操纵器具有如下承载臂，该承载臂通过驱动装置能够围绕横轴线枢转并且具有用于遮蔽管的遮蔽管支架。驱动装置例如具有液压缸。在根据本发明的操纵装置的上述设计方案的改型方案中，机器人设置用于，在将遮蔽管安置到浇铸包出口上之后激活驱动装置并且在将遮蔽管从浇铸包出口抽出之前使驱动装置去激活。
[0011]
通过承载臂的能够围绕横轴线的可枢转性，借助于驱动装置可以使布置在遮蔽管支架中的遮蔽管运动并且将其挤压到浇铸包出口上。在从浇铸包倾倒熔化物期间将遮蔽管压紧到浇铸包出口上具有下述优点，即在从浇铸包出口倾倒熔化物之后能够以简单的方式重新抽出遮蔽管，并且不需要易受干扰和污染的封闭装置来将遮蔽管保持在浇铸包出口处。为了使遮蔽管提升和下降并且为了将遮蔽管压紧到浇铸包出口上，基于为此所需的提升力和安置力（anstellkraft），尤其是利用液压缸来驱动承载臂是合适的。通过机器人进行的对于驱动装置的控制使得能够在从浇铸包倾倒熔化物之前、期间和之后完全自动地操作遮蔽管。
[0012]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，机器人设置用于将遮蔽管装入到遮蔽管支架中和/或从遮蔽管支架中移除。
[0013]
按照根据本发明的操作装置的前述设计方案，机器人也有利地用于为遮蔽管操纵器配备遮蔽管并将遮蔽管从遮蔽管操纵器中移除并且因此也可以用于更换遮蔽管。
[0014]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，遮蔽管操纵器的承载臂通过具有两根彼此间隔开的、相互平行的旋转轴线的双重铰接件可运动地支承在遮蔽管操纵器的承载臂载体上。尤其地，旋转轴线垂直地定向。
[0015]
通过具有两根旋转轴线的双重铰接件，遮蔽管操纵器的承载臂通过机器人可以自由地在由承载臂的长度限定的平面区域内移动，该平面尤其是在一个水平的平面内垂直于旋转轴线。
[0016]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，遮蔽管操纵器的承载臂可通过马达围绕其纵轴线旋转。
[0017]
通过承载臂围绕其纵轴线的可马达式驱动的可旋转性，遮蔽管可以在承载臂上倾斜。这种可倾斜性是有利的，以便在必要时通过相应的倾斜来防止遮蔽管在安置到浇铸包上时或者在从浇铸包中抽出时与在浇铸包的区域内的机械障碍物碰撞。
[0018]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，联接元件布置在遮蔽管操纵器上，例如布置在其承载臂上，在所述联接元件上机器人接触遮蔽管操纵器。例如，联接元件构造为球形的，并且机器人具有构造用于抓取联接元件的抓取工具。优选地，抓取工具以在0.1 mm至0.5 mm范围内的间隙来抓取联接元件。联接元件例如由硬化的金属制成。
[0019]
联接元件限定机器人在遮蔽管操纵器上的作用点。球形的联接元件能够实现抓取工具的在引导承载臂时相对于联接元件的相对可旋转性，该联接元件能够由机器人的抓取工具以一定间隙进行抓取。在0.1 mm至0.5 mm的范围内的间隙使得在通过机器人将布置在
遮蔽管操纵器上的遮蔽管定位在浇铸包出口上时能够实现小于1 mm的定位精度。需要这种精度来足够精确地将遮蔽管安置在浇铸包出口上。
[0020]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，遮蔽管操纵器布置在可移动的移动车（verfahrwagen）上。由此，如果需要，可以利用移动车来移动遮蔽管操纵器。
[0021]
在根据本发明的操作装置的另一种设计方案中，机器人构造为六轴式工业机器人。这种机器人目前可以相对廉价地获得并且特别是与上述球形的联接元件相结合，从而适用于和足够用于在联接元件上引导遮蔽管操纵器。
[0022]
在用于利用根据本发明的操作装置在浇铸包的区域中操作遮蔽管的根据本发明的方法中，遮蔽管操纵器与之相应地由机器人通过直接的机械接触而被如此控制，使得布置在遮蔽管操纵器上的遮蔽管在从浇铸包倾倒熔化物之前被安置到浇铸包的浇铸包出口上并且在倾倒熔化物之后被从浇铸包出口上抽出。
附图说明
[0023]
本发明的上面描述的特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法结合实施例的下面的描述变得更清楚并且更明白地可理解，所述实施例结合附图进一步被阐述。在此示出：图1示出了用于操作遮蔽管的根据本发明的操作装置的第一实施例的透视图，图2示出了图1所示的操作装置的遮蔽管操纵器的透视图，图3示出了用于操作遮蔽管的根据本发明的操作装置的第二实施例的透视图。
[0024]
彼此相应的部件在附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
[0025]
附图1 （图1）示出了用于在具有与遮蔽管2相对应的浇铸包出口4的浇铸包3的区域中操作遮蔽管2的根据本发明的操作装置1的一个实施例的透视图。操作装置1包括遮蔽管操纵器5、位置测量系统6和机器人7。机器人7被设置用于通过直接的机械接触以下面更详细描述的方式如此引导遮蔽管操纵器5，使得布置在遮蔽管操纵器5上的遮蔽管2在从浇铸包3倾倒金属熔化物之前被安置到浇铸包出口4上并且在从浇铸包出口4上倾倒熔化物之后被抽出。
[0026]
附图2 （图2）示出了图1所示的操作装置1的遮蔽管操纵器5的透视图。遮蔽管操纵器5具有如下承载臂9，该承载臂通过驱动装置10可围绕水平的横轴线h枢转。驱动装置10具有布置在承载臂9上方的液压缸11。
[0027]
承载臂9具有一个遮蔽管支架13，遮蔽管2可装入到该遮蔽管支架中。遮蔽管支架13构成承载臂9的一端。承载臂9通过具有两根相互间隔开的垂直的旋转轴线v1、v2的双重铰接件15可运动地支承在遮蔽管操纵器5的承载臂载体17上，所述旋转轴线相互平行且垂直于横轴线h。
[0028]
此外，承载臂9可通过（未示出的）马达绕其纵轴线l旋转。
[0029]
联接元件19装配在承载臂9上，机器人7在该联接元件上接触遮蔽管操纵器5，以使承载臂9运动。联接元件19布置在联接元件载体21上，该联接元件载体固定在承载臂9上。联接元件19构造成球形的并且由硬化的金属制成。
[0030]
遮蔽管操纵器5布置在可移动的移动车22上并且因此可利用移动车22移动。
[0031]
此外，遮蔽管操纵器5具有（在图2中未示出的）悬臂状的保持装置23，在承载臂9上的机械式的卡锁装置24可以插入到该保持装置中，以便将承载臂9锁定在限定的停放位置中。
[0032]
遮蔽管操纵器5还可以具有通向遮蔽管支架13的氩气供应装置，借助于该氩气供应装置在从浇铸包3倾倒熔化物期间自动地从如下环形喷嘴排出氩气，该环形喷嘴环形地围绕遮蔽管与浇铸包出口4的接触部位延伸，以便阻止在该机械过渡部处可能的氧化过程（例如由于不完全密封）并预防遮蔽管2的阻塞。例如，在承载臂9上布置有机械的翻转机构，该翻转机构在将遮蔽管2装入到遮蔽管支架13中时使环形喷嘴自动地翻转到工作位置中。
[0033]
机器人7被构造为六轴式工业机器人并且位置固定地布置在钢包浇铸器基座（pfannengie
ß
erpodest）25（英文表述为：钢包操作器平台、ladle operator platform）上。例如，机器人7具有至少3 kn的提升力。
[0034]
机器人7具有可更换的抓取工具27，该抓取工具被构造用于抓取联接元件19，以便在联接元件19上引导遮蔽管操纵器5的承载臂9。抓取工具27以在0.1 mm至0.5 mm范围内的间隙来抓取联接元件19。由此，一方面实现抓取工具27的在引导承载臂9时相对于联接元件19的相对可旋转性，然而另一方面当机器人7将联接元件19上的承载臂9引导至浇铸包出口4时，在通过机器人7将布置在遮蔽管支架13中的遮蔽管2定位在浇铸包出口4处时也实现小于1 mm的定位精度。图1示出在引导承载臂9时的机器人7，其中，抓取工具27抓取联接元件19。
[0035]
位置测量系统6被设置用于检测浇铸包出口4的位置并且将其提供给机器人7。为此目的，位置测量系统6具有立体摄像机系统，由该立体摄像机系统的摄像机图像来测定位置。尤其地，需要以小于1 mm的精度确定浇铸包出口4的位置。为了以这种精度确定浇铸包出口4的位置，在浇铸包出口4附近装配例如具有光学标记的所谓的目标板。在从浇铸包3每次倾倒熔化物时需要精确地确定浇铸包出口4的位置，因为对于每个倾倒过程，浇铸包3和移动车22虽然被分别移动至限定的位置，然而由于其例如几百吨的运动的质量，对于这些作业结构（gewerke）的定位不能以所提及的精度来实现。为了由机器人7将遮蔽管2安置到浇铸包出口4上，当机器人7安装在钢包浇铸器基座25上时，或者当确定新的空间上的浇铸台构造时，以已知的方式由机器人7学习（所谓的教学）浇铸包出口4的这些重复粗略位置和从初始位置到其的移动路径。通过基于借助于位置测量系统6测定的浇铸包出口4的位置所进行的精细调整，然后在每个倾倒过程中通过机器人7能够可靠地以所需的精度将遮蔽管2安置到浇铸包出口4上。
[0036]
通过具有两根垂直的旋转轴线v1、v2的双重铰接件15，遮蔽管操纵器5的承载臂9能够自由地在水平平面的由承载臂9的长度限定的区域中移动。通过借助于具有液压缸11的驱动装置10所实现的承载臂9围绕横轴线h的可枢转性，可以使布置在遮蔽管支架13中的遮蔽管2垂直地运动并且将其挤压到浇铸包出口4上。此外，通过承载臂9围绕其纵轴线l的可马达式驱动的可旋转性，遮蔽管2可相对于垂直方向倾斜。这种可倾斜性是有利的，由此必要时通过相应的倾斜防止遮蔽管2在安置到浇铸包3上时或者在从浇铸包3中抽出时与浇铸包3的区域中的机械障碍物碰撞。遮蔽管操纵器5原则上也可以由人类操纵者手动操纵。在此，承载臂9在水平平面中的移动仅需要最小的力耗费并且可由操纵者手动引起，而承载
臂9绕着横轴线h的枢转通过带有液压缸11的驱动装置10引起，并且承载臂9绕着其纵轴线l的旋转通过马达引起，其中驱动装置10和马达由操纵者予以激活。
[0037]
通过机器人7将承载臂9在联接元件19上仅朝向浇铸包出口4或者远离浇铸包出口4引导。在从浇铸包3倾倒熔化物时，通过具有液压缸11的驱动装置10以安置力将遮蔽管2持久地挤压到浇铸包出口4上。为此，机器人7在将遮蔽管2安置到浇铸包出口4上之后激活驱动装置10并且在将遮蔽管2从浇铸包出口4上抽出之前使驱动装置10去激活。在倾倒熔化物期间，机器人7可以与遮蔽管操纵器5解耦，以便利用机器人7必要时执行其他任务。在从浇铸包3倾倒熔化物期间将遮蔽管2持久地压紧到浇铸包出口4上具有的优点是，能够以简单的方式将遮蔽管2从浇铸包出口4再次抽出，并且不需要易受干扰和污染的机械封闭装置来将遮蔽管2保持在浇铸包出口4上。
[0038]
此外，如果需要，机器人7可以激活马达以使承载臂9围绕其纵轴线l旋转。为了激活和去激活驱动装置10和马达，机器人7与驱动装置10的和马达的控制装置具有有线的或无线的信号技术上的连接，以便将相应的控制信号发送给控制装置。
[0039]
在通常由现有技术已知的可手动操纵的设备中以及在本发明的一种优选的实施方案中，液压缸11不被调节以平衡承载臂9。因此，当在承载臂9上的负荷明显变化时，例如当在倾倒过程之后由于阻塞使遮蔽管2变得更重或者挂上新的遮蔽管2时，或者在将用过的遮蔽管2清除到废料槽中之后，人类操纵者必须手动地在该构造中安装或移除平衡重。然而，通过机器人7可以毫无问题地无平衡重地阻拦（abfangen）这种负荷变化。因此，在根据本发明以机器人辅助的方式引导遮蔽管操纵器2时也有利的是，可以放弃对于液压缸11的耗费的调节，所述调节例如也可能需要使用比例阀和用于检测承载臂9的瞬时位置的位置传感器。
[0040]
此外，机器人7设置用于，将遮蔽管2装入到遮蔽管支架13中和/或将其从遮蔽管支架13中移除。
[0041]
遮蔽管2由耐高温的耐火材料制成。遮蔽管2用于将金属熔化物从浇铸包3中排出到位于其下的冶金加工装置中，尤其是排出到分配器或者铸模中。为了在装入到遮蔽管支架13或从遮蔽管支架13移除时不会由于机器人7的抓取工具27而损坏遮蔽管2的脆性材料，遮蔽管2本身可以支承在由金属制成的遮蔽管套管（schattenrohrmanschette）29 （见图3）中，抓取工具27在该遮蔽管套管处抓住遮蔽管2。
[0042]
附图3 （图3）示出了用于操作遮蔽管2的根据本发明的操作装置1的第二实施例的透视图。该实施例与图1所示的实施例的区别仅在于遮蔽管操纵器5的承载臂9的遮蔽管支架13的实施方案。遮蔽管支架13在这种情况下不是环形地构成，而是构造为用于遮蔽管2的遮蔽管套管29的悬挂装置。在这种情况下，为了装入遮蔽管2，将遮蔽管套管29侧向插入到遮蔽管支架13中，其中，遮蔽管套管29由机器人7的抓取工具27抓住，如图3所示。
[0043]
在操作装置1的替代性的实施方案中，机器人7与遮蔽管操纵器5刚性地耦接，或者当遮蔽管布置在遮蔽管操纵器5上时，机器人7直接作用在遮蔽管2上。在这种实施方案中，联接元件19可以被省去。然而，于是需要一种具有更复杂的控制软件的机器人7。
[0044]
遮蔽操纵器5通过机器人7的创造性的引导是用于现有的、可手动操纵的遮蔽管操纵器5的成本低廉的且与少量安装耗费相关联的改装解决方案，因为除了机器人7本身之外仅须安装与遮蔽管操纵器5的信号技术上的连接，以及光学位置测量系统6并且必要时在遮
蔽管操纵器5上安装联接元件11。
[0045]
附图标记列表1 操作装置2 遮蔽管3 浇铸包4 浇铸包出口5 遮蔽管操纵器6 位置测量系统7 机器人9 承载臂10 驱动装置11 液压缸13 遮蔽管支架15 双重铰接件17 承载臂载体19 联接元件21 联接元件载体22 移动车23 保持装置24 卡锁装置25 钢包浇铸器基座27 抓取工具29 遮蔽管套管h 横轴线l 纵轴线v1、v2 旋转轴线。

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