[发明专利]一种填料仪的坩埚自动抓取控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：包括坩埚放置台、漏斗、坩埚取放模块、运动模块、信号检测模块、输出控制模块；

所述坩埚放置台放置有坩埚，所述坩埚内放置有样品粉料；

所述漏斗用于收集坩埚倒出的样品粉料和坩埚；

所述坩埚取放模块包括用于夹取坩埚的气动夹爪和控制气动夹爪转动的转动装置；

所述运动模块用于实现气动夹爪的移动，将夹取所述坩埚的所述气动夹爪从所述坩埚放置台上方移动到所述漏斗上方，及将夹取所述坩埚的所述气动夹爪从所述漏斗上方移动到所述坩埚放置台上方；

所述信号检测模块包括位置传感器、磁性开关和光纤传感器。所述位置传感器用于检测所述运动模块的位置；所述磁性开关用于检测所述气动夹爪和所述转动装置的动作状态，所述光纤传感器用于检测所述气动夹爪是否所述抓取坩埚；

所述输出控制模块包括电磁阀和控制器，所述电磁阀用于改变气动夹爪的开闭状态，所述控制器基于位置传感器、磁性开关和光纤传感器的检测信号，判断整个控制系统的工作状态，并调控电磁阀的开合状态，使整个控制系统进一步完成抓料工作，控制器内设有计数器，用于储存转盘上抓料成功的坩埚的个数。

2.根据权利要求1所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：所述运动模块包括第一丝杠、驱动第二丝杠转动的第一电机和在第一丝杠上滑动的第一滑块，所述气动夹爪安装在所述第一滑块上，所述位置传感器包括负限位传感器、正限位传感器和光电传感器，所述负限位传感器和所述正限位传感器分别安装所述第一丝杠的两端，用于限制所述第一滑块的位置，所述第一光电传感器安装在所述负限位传感器和所述正限位传感器间，令光电传感器的光源位置为原点位置，当所述气动夹爪抓取到所述坩埚后，所述第一电机带动所述气动夹爪回原点位置，此时所述气动夹爪中心刚好处于所述漏斗的漏斗口正上方。

3.根据权利要求2所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：所述气动夹爪包括第一气缸，所述气动夹爪通过所述第一气缸控制张开或闭合，夹取坩埚。

4.根据权利要求3所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：所述转动装置包括第二气缸和旋转台，所述气动夹爪安装在所述旋转台上，所述旋转台通过所述第二气缸控制旋转，进而使得所述气动夹爪进行旋转，帮助所述气动夹爪将坩埚及坩埚中的样品粉料倒入漏斗中。

5.根据权利要求4所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：所述磁性开关包括多个，两个所述磁性开关分别用于检测所述气动夹爪的张开状态和闭合状态，两个所述磁性开关分别用于检测所述旋转台的非转动状态和转动状态。

6.根据权利要求5所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：所述坩埚放置台包括转盘和驱动转盘转动的第二电机，所述转盘上设有多圈环形阵列的转盘孔，每一所述转盘孔内放置一个所述坩埚，所述转盘底部设有多个一排放置的用于托起转盘孔内放置的所述坩埚的直线气缸，分别是第一直线气缸、第二直线气缸、第三直线气缸…第j个直线气缸。转盘中心底部下方设有用于检测转盘中心位置的第二光电传感器。

7.根据权利要求6所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于：两个磁性开关分别用于检测第一直线气缸的非作状态和工作状态，两个磁性开关分别用于检测第二直线气缸的非工作状态和工作状态，两个磁性开关分别用于检测第三直线气缸的非工作状态和工作状态，以此类推，两个磁性开关分别用于检测第j直线气缸的非工作状态和工作状态。

8.一种填料仪的坩埚自动抓取控制方法，使用权利要求7所述的填料仪的坩埚自动抓取控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在控制伺服模组抓取坩埚过程中，为了避免气动夹爪抓取坩埚时损坏其他坩埚内的样品，在控制气动夹爪抓取坩埚时，先控制第一直线气缸、第二直线气缸、第三直线气缸…第j个直线气缸将一个坩埚托起。对转盘上的每个转盘孔进行编号，以第一圈第一直线气缸托起的第一个坩埚所在的转盘孔为1号，转盘旋转，以第一圈第一直线气缸托起的第二个坩埚所在的转盘孔为2号，转盘旋转，以第一圈第一直线气缸托起的第三个坩埚所在的转盘孔为3号，以此类推，由于装载样品粉料的坩埚有序摆放在转盘上，转盘上分布有j圈环形阵列的转盘孔，由于每一圈的圆周大小不同，第一直线气缸、第二直线气缸或第三直线气缸在托起第一圈转盘孔中的坩埚、第二圈转盘孔中的坩埚或第三圈转盘孔中的坩埚时，第二电机分别驱动转盘转动的角度也是不同的：

故托起第一圈坩埚第二电机控制转盘单次转动的角度为：

故托起第二圈坩埚第二电机控制转盘单次转动的角度为：

故托起第三圈坩埚第二电机控制转盘单次转动的角度为：

...

故托起第j圈坩埚第二电机控制转盘单次转动的角度为：

其中，θ₁、θ₂、θ₃...θ_j分别代表抓取所在转盘第一圈、第二圈、第三圈...第j圈坩埚时第二电机控制转盘每次需要转动的角度，n₁、n₂、n₃...n_j分别代表抓取所在转盘第一圈、第二圈、第三圈...第j圈坩埚的个数，

控制转盘转动对应的角度，本质是计算第二电机所需要的脉冲数，

故托起第一圈坩埚转盘单次转动第二电机所需要脉冲数为：

故托起第二圈坩埚转盘单次转动第二电机所需要脉冲数为：

故托起第三圈坩埚转盘单次转动第二电机所需要脉冲数为：

故在第j圈转盘单次转动第二电机所需要脉冲数为：

其中，P_转1、P_转2、P_转3...P_转j分别代表气动夹爪抓取转盘第一圈、第二圈、第三圈...第j圈坩埚时转盘单次转动第二电机所需要脉冲数，θ₁、θ₂、θ₃...θ_j分别代表气动夹爪抓取转盘第一圈、第二圈、第三圈...第j圈坩埚时第二电机控制转盘每次需要转动的角度，i代表减速器的减速比，n代表第二电机转动一圈所需的脉冲数；

步骤二、控制气动夹爪运动到转盘第一圈第一直线气缸上转盘孔中心第一电机所需要的脉冲数：

故控制气动夹爪运动到转盘第二圈第二直线气缸上方转盘孔中心第一电机所需要的脉冲数：

故控制气动夹爪运动到转盘第三圈第二直线气缸上方转盘孔第一电机所需要的脉冲数：

…

故控制气动夹爪运动到转盘第j圈第j个直线气缸上方转盘孔中心第一电机所需要的脉冲数：

其中，P₁、P₂、P₃…P_j分别表示一圈、第二圈、第三圈…第n圈第一电机驱动气动夹爪到每一圈的所需要的脉冲数，x₁、x₂、x₃…x_j分别代表气动夹爪与第一圈、第二圈、第三圈…第j圈到转盘孔中心的距离，i代表减速器的减速比，n代表第一电机转动一圈所需的脉冲数，s代表丝杆的导程；

步骤三、启动推料流程，控制器发送脉冲信号控制第三电机正转，带动第三丝杠上的第二滑块运动，进而带动推杆将料槽内的石墨电极推送到漏斗内的加工孔中，此时推碳棒流程结束；

步骤四、当推料流程结束后，控制器发出抓料流程请求信号，驱动第一电机定位，此时控制器内部的计数器有一个值，该值代表转盘上成功抓料成功的坩埚样品的个数，当计数器值为n时，代表转盘上有n个坩埚已经加工结束，下次工作将加工第n+1个坩埚；当n小于等于第一圈坩埚的个数n₁时，表示第一电机的定位要使气动夹爪运动至转盘第一圈坩埚中心上方，此时第一电机所需要的脉冲数为P₁，当n大于第一圈坩埚的个数n₁且小于等于第二圈坩埚的个数n₂时，表示第一电机的定位要使气动夹爪运动至转盘第二圈坩埚中心上方，此时第一电机所需要的脉冲数为P₂，当n大于第二圈坩埚的个数n₂且小于等于第三圈坩埚的个数n₃时，表示第一电机的定位要使气动夹爪运动至转盘第三圈坩埚中心上方，此时第一电机所需要的脉冲数为P₃，以次类推；

校验工位也是指校验计数器的值，使控制器确定即将抓取第几个坩埚，便于控制伺服电机定位；定位结束后(以第一圈举例)，根据待加工坩埚的位置，第一直线气缸将坩埚托起，当第六磁性开关触发，表示第一直线气缸动作结束，由第一气缸工作控制气动夹爪抓取坩埚，当光纤传感器触发表示气动夹爪成功抓取坩埚，此时控制器发送信号使第一直线气缸复位，当第五磁性开关触发表示第一直线气缸复位成功，转盘可运动至下一工位，此时第二电机驱动转盘单次所需要脉冲数为P_转1；

若待加工坩埚的位置在转盘第二圈，第二直线气缸将坩埚托起，当第八磁性开关触发，表示第二直线气缸动作结束，第一气缸工作控制气动夹爪抓取坩埚，当光纤传感器触发表示气动夹爪成功抓取坩埚，此时控制器发送信号使第二直线气缸复位，当第七磁性开关触发表示第二直线气缸复位成功，转盘可运动至下一工位，此时第二电机驱动转盘单次所需要脉冲数为P_转2；

若待加工坩埚的位置在转盘第三圈，第三直线气缸将坩埚托起，当第十磁性开关触发，表示第三直线气缸动作结束，第一气缸工作控制气动夹爪工作抓取坩埚，当光纤传感器触发表示气动夹爪成功抓取坩埚，此时控制器发送信号使第三直线气缸复位，当第九磁性开关触发表示第第三直线气缸复位成功，转盘可运动至下一工位，此时第二电机驱动转盘单次所需要脉冲数为P_转3；

...

以此类推；

步骤五、气动夹爪抓取到坩埚后，控制器使第一电机带动气动夹爪回原点位置，此时气动夹爪中心刚好处于漏斗的漏斗口正上方，光电传感器触发表示第一电机回零结束，控制器控制转动装置中的旋转台旋转180°，将坩埚及其内的样品粉料倒入漏斗中，此时抓料流程结束，控制器控制转动装置中的旋转台反向旋转180°，由第一气缸工作控制气动夹爪张开放开坩埚，抓料流程中的各运动单元复位进行下一次工作。