人造金刚石生产用自动化压机系统及方法与流程

本发明属于人造金刚石生产设备领域，尤其涉及一种人造金刚石生产用自动化压机系统及方法。

背景技术：

现有的人造金刚石合成采用的生产系统是采用矩形布局人工完成合成块高温保温存放、取块、顶锤检查、高温烘箱取块等工序。

在设备运行期间，合成工人必须严格记录设备运行信息，因工艺需要，必须采用24小时轮班值，所以对工人身体和精神都是一种考验。

在设备运行期间，合成腔体内最高存在着15~ 30 GPa的超高压力和2500℃的高温，即使液压腔和管道内也有着高达100Mpa的压力，如果发生溢流、炸梁及高压油泄漏事故，高温高压的固体或液体高速飞溅，给人员的安全带来威胁。

同时，工人经验水平参差不齐也会造成生产效率不稳定，如若工人分心容易操作失误造成撞块挤锤及摊锤等事故，对公司经济造成损失。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种使用方便的人造金刚石生产用自动化压机系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：人造金刚石生产用自动化压机系统，包括压机工作参数采集单元、处理单元、机械人和至少两个呈圆周分布的压机；

机器人包括机械臂和设置于机械臂上的机械手，各个压机与机械臂之间的距离相等，机械臂的工作半径大于压机和机械臂之间的距离；压机内设有合成腔和朝向合成腔设置的顶锤，压机上设有与合成腔连通的放置口，各个压机的放置口均朝向机械臂设置；

压机工作参数采集单元将采集到的工作参数传输到处理单元，处理单元分别输出信号控制压机、机械手、机械臂和液压组件的工作；

压机和电控柜下方设有为压机工作提供液压油的液压组件。

压机工作参数采集单元包括压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号采集元件；压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号采集元件分别将采集到的信号传输到处理单元，处理单元的信号输出端上连接有显示屏和监控客户端。

液压组件包括油箱和泵体；各个压机与油箱之间的距离相等，油箱分别通过泵体连接压机的高压进油孔和低压进油孔。

油箱侧部设有烘箱，烘箱两侧分别设有合成块托盘和成品块托盘，机械手将烘箱中的合成块放置到合成块托盘中；机械手将合成块托盘中的合成块放置到合成腔中，机械手从合成腔中抓取合成块放置到成品块托盘中。

机械手包括与机械臂通过旋转关节连接的气动夹爪，气动夹爪外侧设有CCD影像传感器和与气体发生装置连接的气嘴，CCD影像传感器将采集到的信号传输到处理单元，处理单元输出信号控制机械臂、气动夹爪和气嘴的工作。

气动夹爪内侧设有L型的推板，L型的推板上连接有位于气动夹爪外侧的气缸，处理单元输出信号控制气缸的工作，气缸带动推板朝向气动夹爪端部方向行进。

气动夹爪和推板的内壁上均设有橡胶垫。

压机工作参数采集单元还包括声音采集单元和影像采集单元；声音采集单元和影像采集单元分别将采集到的声音信号和影像信号传输到处理单元。

影像采集单元包括朝向放置口设置的摄像头。

处理单元的信号输出端上连接有报警单元，报警单元发出警示音。

利用上述系统进行的人造金刚石生产用方法，依次包括如下步骤：

（1）合成块保温：机器人将合成块直立放入烘箱中；

（2）顶锤表面清理：机器人对顶锤表面进行清理，保证顶锤表面清洁；

（3）合成块放置：机器人将合成块从烘箱中取出，放入合成腔内；

（4）合成块合成：液压组件工作，顶锤动作实现合成块的合成；顶锤动作的过程中，实时采集顶锤发出的声音信号，当出现异常时，发出警示音对工作人员进行提醒；

（5）成品块回收：机器人将合成后的合成块从合成腔中。

步骤（3）机器人将合成块放入合成腔后，气缸启动，推板将合成块朝向顶锤推进。

通过以上技术方案，发明的有益效果为：1、本发明所述的系统实现了合成块的自动合成，降低了工人的劳动强度，工作过程比较安全，压机布局合理，降低了信号线和管路的长度。2、设置的机械手结构设计合理，可以实现合成块的夹取，同时其可以实现顶锤表面杂质的清理。

3、气动夹爪内侧设有L型的推板，通过推板可以保证合成块和顶锤的紧密贴合。4、气动夹爪和推板的内壁上均设有橡胶垫，避免夹取过程伤害到合成块。5、影像采集单元包括朝向放置口设置的摄像头，实现顶锤工作过程影像的采集。6、处理单元的信号输出端上连接有报警单元，报警单元发出警示音，从而当顶锤出现异常时，对工作人员进行提醒。7、本发明所述的系统实现了合成块的自动合成，步骤紧凑，同时通过设置顶锤清理过程，可以避免杂质对合成块的影响，提高生产出的产品质量：在向烘箱中放置合成块的过程中，保证合成块的直立状态，保证合成块上钢圈加热过程为竖直方向，保证了合成块的加热效果。8、机器人将合成块放入合成腔后，气缸启动，推板将合成块朝向顶锤推进，从而提高合成块和顶锤的贴合度，保证合成块的合成效果。

附图说明

图1为发明所述系统结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为压机结构示意图；

图4为机械手结构示意图；

图5为发明原理框图；

图6为本发明所述方法流程图。

具体实施方式

人造金刚石生产用自动化压机系统，如图1、图2和图3所示，包括8个压机1，8个压机1呈圆周分布。

在压机1上设有高压进油孔和低压进油孔，压机1内设有合成腔、顶锤和与合成腔连通的放置口8。通过高压进油孔和低压进油孔实现压机内部的进油，从而实现压机1中顶锤的工作，通过放置口8可以向合成腔内放置合成块。压机1上设高压进油孔、低压进油孔；压机内设合成腔、顶锤和放置口为成熟的现有技术，本申请不涉及此部分的改进。

为了便于合成块的放置，放置口8朝向8个压机1的中心设置。

在压机1的侧部设有电控柜7，电控柜7中设有处理单元，处理单元包括PLC。

处理单元的信号输入端上连接有压机工作参数采集单元，压机工作参数采集单元包括压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号采集元件；压机工作参数采集单元将采集到的信号传输到处理单元。其中，采集压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号采集元件为成熟的现有技术。同时，压机工作参数采集单元还包括影像采集单元，影像采集单元包括朝向放置口设置的摄像头9，摄像头9共有4个，4个摄像头分别朝向4个放置口设置。摄像头9将采集到的影像信息传输到处理单元，处理单元将影像信息传输到监控客户端，实现远程监控。

压机工作参数采集单元还包括声音采集单元，声音采集单元也朝向放置口设置，通过声音采集单元可以采集到顶锤工作过程中的声音，根据声音采集单元采集到的声音信号的变化，处理单元得出顶锤是否正常。声音采集单元为成熟的现有技术。

在处理单元的信号输出端上连接有报警单元，报警单元发出警示音。报警单元发出警示音为成熟的现有技术。

声音采集单元将采集到的声音传输到处理单元，处理单元根据接收到的声音采集单元判断顶锤是否正常，当顶锤异常时，处理单元输出信号到报警单元，报警单元发出警示音，对周围的工作人员进行警示。

在处理单元的信号输出端上连接有显示屏，处理单元将接收到的压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号传输到显示屏进行显示。

同时，处理单元还与监控客户端无线通信，从而处理单元将接收到的压机的压力、水温、锤温、电流、电阻的信号传输到监控客户端实现远程监控。

处理单元与显示屏和监控客户端进行信号的传输均为成熟的现有技术，实现方式分别为：处理单元包括单片机和显示驱动芯片，单片机通过显示驱动芯片控制显示屏的工作；处理单元还包括无线传输模块，单片机通过无线传输模块与监控客户端无线通信。

在压机1的中心处设有机械臂2，从而放置口8朝向机械臂2设置。各个压机1与机械臂2之间的距离相等，同时机械臂2的工作半径大于压机1和机械臂2之间的距离。

机械臂2上设有机械手3，通过机械手3可以实现合成块的夹取，如图4所示，机械手3包括与机械臂2通过旋转关节11连接的气动夹爪10，气动夹爪10外侧上设有CCD影像传感器15和与气体发生装置连接的气嘴14。通过气嘴可以向顶锤上吹气体，从而完成顶锤的清理，保证合成块的合成效果。气嘴14为成熟的现有技术。CCD影像传感器可以实时采集气动夹爪移动过程中的图像信息，气动夹爪为市售产品。其中，气体发生装置可以为内部设有气体的气瓶为成熟的现有技术。气嘴与气体发生装置通过软管连接，而气嘴上设置有电动阀，处理单元输出信号控制电动阀的工作，从而实现处理单元对气嘴工作的控制。

在气动夹爪10内侧设有L型的推板13，L型的推板13上连接有位于气动夹爪10外侧的气缸12，处理单元输出信号控制气缸的工作，气缸带动推板13朝向气动夹爪10端部方向行进，通过推板13可以将合成块推到与顶锤贴合的程度，保证合成效果。

为了避免夹取力对合成块的影响，在气动夹爪10和推板13的内壁上均设有橡胶垫，实施的时候选择内高温的橡胶垫即可。

CCD影像传感器15将采集到的信号传输到处理单元，处理单元输出信号控制机械臂2、气动夹爪10、气嘴14和气缸12的工作。处理单元输出信号控制机械臂、气缸、气动夹爪和气嘴的工作均为成熟的现有技术，实现方式为：处理单元还包括继电器驱动电路，单片机通过继电器驱动电路控制机械臂、气缸、气动夹爪和气嘴的工作。

在压机1和电控柜7的下方设有为压机1工作提供液压油的液压组件，处理单元输出信号控制液压组件的工作。

液压组件包括油箱4和泵体5，其中，泵体包括吸油泵、超压泵和空程泵。各个压机1与油箱4之间的距离相等。油箱4分别通过泵体5连接高压进油孔和低压进油孔，从而实现压机1的正常工作。油箱4通过泵体为压机提供工作动力为成熟的现有技术，处理单元输出信号控制液压组件的工作实质为处理单元输出信号控制泵体的工作，处理单元控制泵体的工作为成熟的现有技术。

在油箱4侧部设有烘箱6，烘箱6两侧分别设有合成块托盘和成品块托盘，合成块托盘和成品块托盘均没有在图中显示。机械手将烘箱中的合成块放置到合成块托盘中；机械手将合成块托盘中的合成块放置到合成腔中，机械手从合成腔中抓取合成块放置到成品块托盘中。

本发明所述的系统降低了工人的劳动强度，同时提高了工作效率，生产出的合成块质量稳定，便于控制。

本发明还公开了一种利用上述系统进行的人造金刚石生产方法，如图6所示，依次包括如下步骤：

（1）合成块保温：机器人的气动夹爪夹取合成块，将合成块放入烘箱中；机器人将合成块放入烘箱中的过程中，需要保证合成块处于直立状态；同时，在向烘箱中放置合成块的时候需要自上至下放置，保证合成块的加热效果。

（2）顶锤表面清理：机器人对顶锤表面进行清理，保证顶锤表面的清洁。具体为：处理单元输出信号使得气嘴中喷出气体，气体对顶锤表面进行清理，通过对顶锤表面清理，避免合成块的合成受到杂质的影响。实现方式为：处理单元输出信号控制气嘴和气体发生装置之间的软管连通，从而使得气体发生装置中的气体从气嘴出来。

（3）合成块放置：机器人将合成块从烘箱中取出，放入合成腔内；在机器人将合成块放入合成腔后，气缸启动，推板将合成块朝向顶锤推进，从而使得合成块与顶锤贴紧，保证合成效果。

（4）合成块合成：液压组件工作，顶锤动作实现合成块的合成；顶锤动作的过程中，实时采集顶锤发出的声音，当出现异常时，发出警示音对工作人员进行提醒。具体为：声音采集单元采集合成块合成过程中的声音，当顶锤出现异常声音时，处理单元输出信号使得报警单元发出警示音；同时，摄像头将采集到的顶锤工作过程中的影像信息传输到处理单元，处理单元将该影像信息传输到监控客户端，从而可以通过监控客户端实时得知压机的顶锤的工作信息。

（5）成品块回收：机器人将合成后的合成块从合成腔中取出放置到成品托盘中。

本发明所述的方法实现了金刚石合成块的自动合成，降低了工人的劳动强度，同时可以实时监控压机的工作状态，避免压机出现严重故障。