一种自动管型材内腔冲洗装置及控制系统的制作方法

本发明涉及金属管型材表面处理技术领域，尤其涉及一种自动管型材内腔冲洗装置及控制系统。

背景技术：

在金属管型材表面处理线中，根据处理制程要求将金属物料放入各种处理槽内进行化学处理。在一定的化学处理工序如酸洗完成后，常常需要用水对物料表面进行冲洗，以除去固态的残留物，否则将对后继工序的质量产生严重影响。物料的内腔的洁净程度为管型材质量的关键因素。

管型材有通管和盲管之分，并有各种口径及堆放方式，其内腔冲洗方式也不相同。内腔冲洗装置必须能根据处理线的工艺需要选定满足某种冲洗方式的设计，或者具备智能化识别和控制功能根据管材信息灵活调整冲洗方式，以满足工业化大批量生产的效率需求。

目前通行的内腔冲洗方式仅为人工冲洗，需人工通过操作喷水冲洗枪对准物料内腔逐根冲洗，存在工作环境恶劣、劳动强度大的问题，而且表面质量的稳定性和可靠性存在严重隐患。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种自动管型材内腔冲洗装置及控制系统。

本发明提供了一种自动管型材内腔冲洗装置，采用全封闭防水耐腐蚀的冲洗车，并通过车轮在两根平行敷设的齿条上行走，以调整喷头与物料端口的距离；同时喷头组件可采用多个喷嘴，可用于冲洗时喷头旋转以强化冲洗效果，并由两台伺服电动机驱动，作上下左右二维运动。

本发明还提供了一种自动管型材内腔冲洗装置控制系统，通过计算机和PLC控制器与各连接模块之间通过数据网络传送信息，为机电一体设备，实现了该自动管型材内腔冲洗装置的全自动化冲洗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一个方面是提供一种自动管型材内腔冲洗装置，其包括：

冲洗车；

喷头组件，其位于所述冲洗车前端，并通过软管与高压清洗源连接用于对所述管型材的内腔进行冲洗；和

移行组件，其固定设置于所述冲洗车上，与所述喷头组件连接用于控制所述喷头组件进行移动。

进一步地，所述冲洗车采用全封闭防水耐腐蚀外壳，其底部设有车轮。

进一步地，所述冲洗车前端设有防水活动面板，所述喷头组件安装于所述防水活动面板上。

进一步地，所述喷头组件包括喷头、旋转异步电动机，所述旋转异步电动机通过支座与所述移行组件连接，所述旋转异步电动机与喷头连接用于控制喷头进行旋转。

进一步地，所述移行组件由分别配设有伺服电机的水平丝杆和垂直丝杆组成，其用于控制所述喷头组件在竖直面上移动。

进一步地，还包括设置于所述冲洗车前端的超声波传感器，所述超声波传感器用于探测所述冲洗车与所述管型材的间距。

进一步地，还包括设置于所述冲洗车前端上方位置的光学摄像头，所述光学摄像头与控制系统远程连接用于远程实时监测所述管型材的形状及其内腔的冲洗情况。

本发明的第二个方面是提供一种上述自动管型材内腔冲洗装置的控制系统，包括计算机，与计算机连接的PLC控制器，以及与所述PLC控制器并联设置的行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块；其中，

计算机，用于控制所述PLC控制器、行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块工作；

PLC控制器，用于接收或处理所述行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块反馈的信号或数据；

行走驱动模块，其通过设置于所述冲洗车上的行走异步电动机经第一变频器与所述PLC控制器串联，用于控制所述冲洗车移行；

喷头移行驱动模块，其通过设置于所移行组件上伺服电机经伺服控制器与所述PLC控制器串联，用于控制所述喷头组件进行移动；

喷头旋转驱动模块其通过设置于所述喷头组件上的旋转异步电动机经第二变频器与所述PLC控制器串联，用于控制喷头旋转；

行走编码器模块，用于对所述冲洗车的行走位置进行检测，并传送到所述PLC控制器控制冲洗车的位置。

进一步地，所述喷头移行驱动模块由水平移行模块和垂直移行模块组成，分别用于控制所述喷头组件进行上下或左右移动。

进一步地，该控制系统还包括光学摄像头模块，所述光学摄像头模块与所述计算机连接用于实时监测所述管型材的形状及其内腔的冲洗情况。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的自动管型材内腔冲洗装置为机电一体化装置，可根据管材的信息实现智能化识别和控制功能灵活调整冲洗方式，适用于不同型式、不同口径管型材内腔的冲洗，适用范围广，满足了工业化大批量生产的效率需求；解决了现有人工逐根冲洗方式所存在的工作环境恶劣、劳动强度大以及表面质量的稳定性和可靠性存在严重隐患的问题；本发明装置以较低的设备投资成本，实现了高效和可靠的全自动金属管型材表面处理，有效提高生产效率和产品质量的可靠性；同时采用相应的控制系统使得该冲洗装置操作方便，节省了人力成本，实现了智能化控制和生产。

附图说明

图1为本发明一种自动管型材内腔冲洗装置的结构示意图；

图2为本发明一种自动管型材内腔冲洗装置的控制系统的电气控制示意图；

图3为本发明一种自动管型材内腔冲洗装置的喷头运行轨迹示意图；

其中，1-管料，2-管料支架，3-冲洗车，4-车轮，5-轨道，6-垂直丝杆，7-水平丝杆，8-喷头，9-旋转异步电动机，10-防水活动面板，11-软管，12-清洗源，13-超声波传感器，14-光学摄像头。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1 如图1所示，本实施例提供一种自动管型材内腔冲洗装置，其包括：冲洗车3；位于冲洗车3前端的喷头组件，该喷头组件通过软管11与高压清洗源12连接用于对管型材堆积形成的管料1的内腔进行冲洗；和固定设置于冲洗车3上的移行组件，其用于控制喷头组件进行移动冲洗。软管采用柔性水管或柔性钢管；清洗源根据实际清洗需要选择水或其他化学清洗液。

该冲洗车3采用全封闭防水耐腐蚀外壳制成，其底部设有车轮4。该冲洗车在两根平行铺设的轨道5上行走，以调整喷头组件的喷头与置放于管料支架2上的料管1待冲洗端口的距离。冲洗车3前端设有防水活动面板10，喷头组件安装于防水活动面板10上。

该装置中的喷头组件包括喷头8和旋转异步电动机9，旋转异步电动机9通过支座与移行组件连接，该旋转异步电动机9与喷头8连接用于控制喷头8进行旋转冲洗。优选地，该喷头8上设置有多个喷嘴，冲洗时由旋转异步电动机9控制喷头8旋转以强化冲洗效果。移行组件由分别安装有伺服电机的水平丝杆7和垂直丝杆6组成，其用于控制喷头组件上的喷头在竖直面上移动。优选地，水平丝杆7和垂直丝杆6采用滑动丝杆或滚珠丝杆；更优选地，该移行组件采用三维移动平台。

实施例2 如图1所示，本实施例提供一种自动管型材内腔冲洗装置，其包括：冲洗车3；位于冲洗车3前端的喷头组件，该喷头组件通过软管11与高压清洗源12连接用于对管型材堆积形成的管料1的内腔进行冲洗；和固定设置于冲洗车3上的移行组件，其用于控制喷头组件进行移动冲洗。软管采用柔性水管或柔性钢管；清洗源根据实际清洗需要选择水或其他化学清洗液。

与上述实施例1不同的是，该冲洗装置还包括设置于冲洗车3前端的超声波传感器13，超声波传感器13用于探测冲洗车3与管型材料管1之间的间距。此外，还包括设置于冲洗车3前端上方位置的光学摄像头14，该光学摄像头14上安装有照明装置和雨刮，光学摄像头14与控制系统远程连接用于远程实时监测管型材的形状及其内腔的冲洗情况，可以在计算机上实现远程人工观察冲洗情况。如生产工艺需要，光学摄像头14亦可以用于机器视觉自动判断料管1的形状，或通过数据网络传送形状信息，实现自动化控制。

实施例3 如图2所示，本实施例提供一种上述自动管型材内腔冲洗装置的控制系统，包括计算机，与计算机连接的PLC控制器，与PLC控制器并联设置的行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块；其中，

计算机，用于控制PLC控制器、行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块工作；

PLC控制器，用于接收或处理行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块反馈的信号或数据；

行走驱动模块，其通过设置于冲洗车上的行走异步电动机经第一变频器与PLC控制器串联，用于控制冲洗车移行；

喷头移行驱动模块，由两组滑动丝杆和伺服，其通过设置于所移行组件上伺服电机经伺服控制器与PLC控制器串联，用于控制喷头组件进行移动；

喷头旋转驱动模块，其通过设置于喷头组件上的旋转异步电动机经第二变频器与PLC控制器串联，用于控制喷头旋转；

行走编码器模块，用于对所述冲洗车的行走位置进行检测，并传送到所述PLC控制器控制冲洗车的位置。

本实施例的控制系统，通过计算机和PLC控制器远程控制行走驱动模块、喷头移行驱动模块、喷头旋转驱动模块、行走编码器模块和超声波传感器模块工作，以实现该冲洗装置中冲洗车3在轨道5上行走靠近管料1，以及通过喷头移行驱动模块控制移行组件上的垂直丝杆或水平丝杆带动喷头组件上的喷头移动调整冲洗的位置。该控制系统各连接模块之间通过数据网络传送信息，为机电一体设备，实现全自动化冲洗。

优选地，该喷头移行驱动模块由水平移行模块和垂直移行模块组成，分别用于控制喷头组件进行上下或左右移动。水平移行模块由水平伺服电机和水平伺服控制器组成，用于控制水平丝杆移行；垂直移行模块由垂直伺服电机和垂直伺服控制器组成，用于控制垂直丝杆移行。从而控制喷头组件在竖直面上移行，即喷头的运行轨迹，同时通过喷头旋转驱动模块控制旋转异步电动机进一步喷头旋转以强化冲洗效果喷头8旋转，如图3中3a、3b和3c所示，为喷头8的三种运行轨迹，并可根据不同的管料形状，喷头运行轨迹通过软件做相应调整以确保最佳冲洗效果。

作为本实施例的一个优选，该控制系统还包括光学摄像头模块，该光学摄像头模块与计算机连接用于实时监测管型材的形状及其内腔的冲洗情况。可以在计算机上实现远程人工观察冲洗情况。如生产工艺需要，摄像头亦可以用于机器视觉自动判断物料形状，或通过数据网络传送形状信息。

实施例4 如图1-3所示，本实施例提供了自动管型材内腔冲洗装置和其控制系统，冲洗车3采用全封闭防水耐腐蚀外壳，该装置在两根平行敷设的轨道5上行走，以调整喷头8与置放于料管支架2上的料管1端口的距离。喷头8可设上有多个喷嘴，冲洗时喷头8旋转以强化冲洗效果。喷头组件安装在移行组件(垂直丝杆7和水平丝杆6)由两台伺服电动机驱动，可以做上下左右二维运动，即在竖直面上做二维运行。

优选地，可在该冲洗装置前方安装有超声波传感器13，用于探测冲洗车3与管料1的距离。还可在该冲洗装置前上方安装有带照明和雨刮的光学摄像头14，以在计算机上实现远程人工观察冲洗情况，如生产工艺需要，光学摄像头14亦可以用于机器视觉自动判断管料1的形状，或通过数据网络传送形状信息。

该自动管型材内腔冲洗装置的工作原理如下：结合图1和2，安装在冲洗车3平台上的行走电动机被第一变频器驱动，即行走驱动模块；行走电动机通过齿轮箱带动车轮4旋转使其在轨道5上行走。行走编码器模块向PLC控制器反馈冲洗车3的行走位置；超声波传感器模块检测冲洗车3与管料1的距离，并将数据传送给PLC控制器。在实际生应用过程中，在冲洗车3与管料1的间距为10-40厘米(可人工设置)时，冲洗车3停止。

计算机根据管料1的形状向PLC控制器发送喷头8的运行轨迹坐标数据，喷头组件在水平丝杆6和垂直丝杆7的带动下从原点出发，PLC控制器通过喷头移行驱动模块控制水平伺服控制器和垂直伺服控制使喷头组件上的喷头8精确地沿着预设轨迹运行，如图3所示。

安装在移行组件上的带有支座上的旋转异步电机带动喷头8旋转。光学摄像头14打开，将实时图像通过网络传送至计算机。冲洗任务完成后，喷头组件自动返回原点，同时冲洗车3也行驶至原点。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。