本发明属于核废料处理领域，具体涉及一种核废料桶的全自动取、封盖装置。
背景技术：
传统的核行业金属废料桶的取盖、封盖和运输工作均由生产线操作工人直接暴露在辐照环境下手工操作完成，由于废料中含有大量的放射性物质，操作者能够接受的辐射量有限，不能长期担任此工作，效率低下，而要依靠设备完成核废料金属桶的桶心定位，必须提高定位的精确性和完整的操作衔接，截止目前，还没有全自动化的操作设备，查阅资料可知，中国专利(cn103145074a)公开了一种核环境下的废料桶自动取封盖装置，采用机械挡块对废料桶进行定位，并利用光电对照方式检测螺栓及螺纹孔，实现取、封盖，但是，经研究发现，该装置存在废料桶定位精度较低，螺栓定位不准，机构自由度低，螺栓拧紧效率底，极易出现因废料桶及螺栓的定位不准确引起开盖或封盖失败，进一步引起设备故障，影响核废料固化作业。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种核废料桶的全自动取、封盖装置，具有自动化程度高、对螺栓及螺纹孔检测定位精度高的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种核废料桶的全自动取、封盖装置，包括支架，所述支架上设有在水平面内移动的位移机构，在位移机构下部连接有垂向伸缩机构，在垂向伸缩机构下端连接有旋转机构，在旋转机构下端面设有数个桶盖卡爪以及用于定位检测的激光传感器，在旋转机构边缘设有桶体抱紧机械手和螺栓扳手，在螺栓扳手下端部设有方便螺栓扳手与螺栓顺利套合的柔性浮动套筒；
所述位移机构、垂向伸缩机构、旋转机构、桶盖卡爪、桶体抱紧机械手、螺栓扳手均分别与各自的电机驱动系统相连，所述电机驱动系统再与伺服运动控制plc系统的信号输出端相连，该plc系统的信号输入端一方面通过总线连接至上位机，一方面通过数据线与所述激光传感器相连。
进一步的，所述位移机构和垂向伸缩机构均利用精密滚珠丝杠传动。
进一步的，位移机构所在平面的水平度为0.5mm，垂向伸缩机构与位移机构互相垂直且垂直度为0.1mm。
进一步的，所述旋转机构采用精密减速机控制转动精度。
进一步的，所述桶盖卡爪为气动驱动方式。
进一步的，所述螺栓扳手两两对称设置，且能够进行扭矩监测。
本发明的有益效果：
通过安装的激光传感器，采用激光反射式检测方法，根据对废料桶的精确定位，实现桶盖与废料桶的对中，精确度远远高于现有技术采用机械限位块对废料桶先定位、再与桶盖进行对中的方法；另外，对螺栓和螺纹孔分别采用两个独立的激光传感器进行检测，可将各自调试在最佳的检测范围内，使检测精度达到最佳(可达0.01mm)。
当利用位移机构和旋转机构精确确定螺栓位置后，通过设置的柔性浮动套筒可使得螺栓扳手与螺栓的套合更加顺畅精准，尤其当废料桶与桶盖不是原有配对时，可消除由于加工精度而引起的影响。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是旋转机构及与其它部件连接示意图；
图3是垂向伸缩机构示意图；
图4是现场控制系统图；
1、支架，2、精密滚珠丝杠，3、位移机构，4、垂向伸缩机构，5、精密减速机，6、螺栓扳手，7、柔性浮动套筒，8、桶体抱紧机械手，9、废料桶，10、桶盖，11、旋转机构，12、桶盖卡爪。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步介绍。
如图1～3所示，一种核废料桶的全自动取、封盖装置，包括设有位移机构3的支架1，所述位移机构3利用精密滚珠丝杠2进行传动，使其在水平面内移动距离达到所需的精确程度，实现废料桶9与桶盖10精确定位对中。
在位移机构3下部连接有垂向伸缩机构4，该垂向伸缩机构4同样利用精密滚珠丝杠2进行传动，以实现所连接部件与桶盖10、螺栓或者废料桶9达到最佳接触状态。
在垂向伸缩机构4下端连接有旋转机构11，该旋转机构11采用精密减速机5控制转动精度，实现螺栓扳手6与螺栓对中。
在旋转机构11下端面设有四个对桶盖进行抓取、移动的桶盖卡爪12以及用于定位检测的psd激光传感器，所述桶盖卡爪12为气动驱动方式，所述psd激光传感器采用反射方式，分别检测桶盖10与废料桶9、螺栓与螺纹孔是否对中；在旋转机构11边缘等间隔设有三个桶体抱紧机械手8以及两个对称设置的螺栓扳手6，采用对称设置能够解决拧紧作业时的力矩不均布问题，不会引起桶与桶盖的相对移动导致定位失准问题，在每个螺栓扳手6下端部设有柔性浮动套筒7，方便螺栓扳手6与螺栓的顺利套合。
如图4所示，所述位移机构3、垂向伸缩机构4、旋转机构11、桶盖卡爪12、桶体抱紧机械手8、螺栓扳手6均分别与各自的电机驱动系统相连，所述电机驱动系统再与伺服运动控制plc系统的信号输出端相连，该plc系统的信号输入端一方面通过总线连接至上位机，一方面通过数据线与所述psd激光传感器相连。
本发明装置的工作过程及各主要部件介绍：
本发明装置的操作对象是圆筒状容器，桶盖通过螺栓和废料桶本体的法兰端面紧固密封，将装置设置于放射性废料固化线上，对废料桶进行全自动拧松螺栓、桶盖提取、搬运、存放，废料桶封盖、螺栓拧紧密封等操作。
本装置采用主动定位结合浮动套合的方式进行操作，主动定位结构为x、y、z三轴正交直线运动机构和r轴旋转机构，即x、y轴方向以滚珠丝杠为动力传动方式、r轴以精密减速机为动力，在psd激光传感器的检测下实现废料桶和桶盖、螺栓和螺纹孔的精确对位，而z轴的垂向伺服运动到达适合高度后，气动卡爪卡紧桶盖，桶体抱紧机械手抱紧桶体，柔性浮动套筒自适应套合螺栓，然后在螺栓扳手的带动下完成螺栓拧松、拧紧。
1、封盖工作过程
1)系统复位：各机构回到初始位置；
2)位移机构分别沿x、y轴移动到桶盖架上方，然后垂向伸缩机构下移并检测位置信号后，桶盖卡爪将桶盖胀紧；
3)垂向伸缩机构垂直上移到安全位置；
4)对中检测系统检测到桶盖位置并对中；
5)垂向伸缩机构垂直下移，检测到z轴位置信号后，抱紧机械手抱紧废料桶，实现桶盖与废料桶轴线对中；
6)桶盖到达封盖位置后气动卡爪收回，完成封盖操作。
取盖过程与上述动作相反。
2、螺栓拧紧工作过程
1)当完成封盖操作后，旋转机构周向旋转，直到螺孔检测定位系统确定螺栓孔位置并对中，记忆坐标位置；
2)z轴垂直下降，检测位置信号；电动扳手进入并与螺栓结合；
3)电动扳手旋转拧紧螺栓，直到得到扭力信号达到设定值；
4)电动扳手停止工作，z轴上升；
5)旋转机构回转，找到下一个需要拧紧的螺栓；
6)重复上述过程，直到拧紧全部螺栓为止；
7)废料桶抱紧机构松开，z轴上升到安全高度，系统复位。
各主要部件的参数如下：
(1)xy轴(水平)位移机构
x轴行程1000mm，运动速度不小于100mm/s，定位精度0.05mm,重复定位精度0.05mm；行程覆盖工作区，可进行原点检测、电气和机械限位；
y轴为对中微调，行程100mm,微调运动速度不小于10mm/s，微调精度0.05mm，重复定位精度0.05mm；可原点检测、电气和机械限位；
xy轴断电可自锁，运动方式采用双排精密滚珠丝杠和导轨组合；初始状态复位采用原点传感器。
(2)z轴(垂直)位移机构
采用直线运动方式，速度不小于50mm/s，提升距离大于200mm，可进行电气和机械限位，运动精度为：0.2mm，重复定位精度：0.2mm；
可断电保护，机械自锁；初始状态复位采用原点传感器。
(3)旋转机构
周向旋转速度不小于20°/s，定位精度30弧秒，重复定位精度30弧秒，旋转行程360度；断电机械自锁。
(4)柔性浮动套筒
自适应对中套合螺栓，xy方向±2mm、角度abc：±2度内自适应浮动微调；对中定位精度0.1mm，为拧紧螺栓提供位置对准的条件。
(5)桶盖卡爪
实现桶盖取放，四爪对称设置，气动同步张开，抓取桶盖同时自适应桶盖中心定位校正。
(6)螺栓扳手
伺服驱动，扭矩和拧紧圈数监测，拧紧扭矩可达40n.m；两套对称设计，同步拧紧；头部设有可以一定角度调节的万向调整套，实现小范围孔偏差对中，使得扳手与螺栓即使没有完全对中，但只要螺栓与扳手头部啮合，即可完成操作。
(7)桶体抱紧机械手
桶体抱紧机械手用于抱紧废料桶，使废料桶和桶盖分别单独受力，通过滚动球，实现抱紧时浮动头回转，消除桶在工作位置的角度偏差，促使桶盖与桶自适应对准。
(8)控制系统
现场控制采用西门子s7-300plc控制器，通过总线与上位机通信；
上位控制软件采用组态编程，实现人机交互。
(9)psd激光传感器
工作过程以螺栓扳手与螺栓的位置对中为例：当气动卡爪抓住桶盖，回转轴旋转时，psd激光传感器斜射在废料桶的法兰沿上，旋转检测到螺栓位置时停止，完成对中过程。