管材固定组件及管材检测装置和方法与流程

本公开一般涉及管材生产和检测领域，具体涉及石英玻璃管的生产和检测领域，尤其涉及应用于石英玻璃管的管材固定组件及管材检测装置和方法

背景技术：

随通讯光纤制造工艺和成本控制技术的不断发展，对光纤预制棒用石英管材的几何指标要求日益严格，管材需要进行直径、壁厚、弯曲度、椭圆度等参数的检测，在用检测设备对石英管材进行检测的过程中，需要将石英管材进行固定，现有技术中，采用三爪方式夹持石英玻璃管进行固定，通过三爪卡盘对石英玻璃管进行夹持定位，旋转电机驱动石英玻璃管轴向旋转，行走电机通过控制柜控制，驱动检测装置平台往复运动进行石英玻璃管的检测。

上述石英管玻璃管检测方法的缺点是设备加工精度要求高，安装定位繁琐耗时较长；上述石英玻璃管固定方式的缺点是卡爪容易导致石英玻璃管破损，原因是：1)石英玻璃管本身属于脆性材质，易损；2)卡爪为刚性材质，易损伤管材；2)在三爪卡盘定位时，螺栓的拧紧力不可控。

上述石英玻璃管材的检测方法和装置对石英玻璃管的各个参数的检测繁琐且成本高；检测精度低。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种不会对石英玻璃管造成损伤的管材固定组件和管材检测装置。

第一方面本申请提供一种管材固定组件，该组件包括两个相对放置的管材支撑机构；所述管材支撑机构包括：支撑基座、两根水平穿过所述支撑基座且通过链条或传送带连接的旋转轴、位于支撑基座一侧用于驱动任一旋转轴转动的旋转电机和固定在两个旋转轴位于支撑基座另一侧端部的支撑轮；两个管材支撑机构的支撑轮相对设置。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑轮的圆周面上开设有用于填充柔性材质的环形槽。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑基座与所述支撑轮对应的侧面向上伸出有用于挡住管材端部的挡板。

第二方面本申请提供一种管材检测装置，该装置包括上述任意一种管材固定组件，还包括支架、设置在支架上端面的滑轨、可滑动地固定在滑轨上的管材检测机构和固定在支架上用于驱动管材检测机构沿着滑轨移动的驱动装置；两个管材支撑机构可滑动地固定在滑轨上且位于所述管材检测机构的两侧。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述管材检测机构包括跨在管材上的检测架、固定在检测架上的控制器、可上下滑动地固定在检测架上的传感器固定板、固定在传感器固定板两端且位于检测架两侧的激光发射传感器和激光接收传感器、固定在检测架上端的用于驱动传感器固定板上下移动的测径运动电机；所述控制器与激光发射传感器、激光接收传感器和测径运动电机信号连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述检测架的两侧对应所述激光发射传感器和激光接收传感器开设有两道供光束穿过的缝隙。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述管材检测机构还包括可上下滑动地固定在检测架顶端的测厚传感器和驱动测厚传感器上下移动的测厚电机；所述测厚传感器和测厚电机与所述控制器信号连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述控制器还与所述驱动装置和旋转电机信号连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述驱动装置包括固定在支架一端的移动电机、通过移动电机驱动转动的丝杠和固定在丝杠上的滑块；所述管材检测机构固定在所述滑块上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述驱动装置包括固定在支架一端的液压缸和固定在液压缸活塞杆上的滑块；所述管材检测机构固定在所述滑块上。

第三方面本申请还提供一种管材检测方法，该方法包括：

S10、获取管材参考外径d₀、支撑轮的半径r₀、管材的约定转速V₀、管材长度L、取样时间t₀、每圈取样次数m和总共取样组数n；

S21、根据管材长度L和检测机构的当前位置确定检测机构的移动位移，控制驱动装置驱动检测机构根据确定的移动位移移动到起始位置并存储检测机构当前的位置信息；

S22、根据测径电机的当前位置以及管材的参考外径d₀、确定测径电机的移动位移；控制测径电机根据移动位移移动到检测位置并存储测径电机的当前位置信息；

S23、根据管材的参考外径d₀、支撑轮的半径r₀以及管材的约定转速V₀确定旋转电机的转速V₁；结合每圈取样次数m确定旋转电机的间隔运行时间t₁；

S24、将当前圈取样次数和取样组数置零；

S25、根据管材长度L和取样组数n确定检测机构的运行设定间隔距离△Z；

S30、控制旋转电机以转速V₁运转间隔运行时间t₁后停止运行取样时间t₀；

S40、在取样时间t₀内接收激光接收传感器的信号，计算当前位置的管材外径数据并存储；

S50、将当前圈取样次数加1并存储；

S60、判断当前圈取样次数是否等于m；若是执行步骤S70，若否则执行步骤S30；

S70、将当前圈取样次数置零，当前取样组数加1；

S80、判断当前取样组数是否等于n；若是则执行步骤S90；若否则执行步骤S100；

S90、当前取样组数清零；根据存储的激光接收传感器的信号计算管材的在各个取样点的外径；根据激光接收传感器的信号以及各个取样点的外径计算管材的椭圆度和弯曲度；

S100、控制驱动装置驱动检测机构运行设定间隔距离△Z后执行步骤S30。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述的管材检测方法还包括：

所述步骤S10还包括获取管材的参考壁厚h₀；

所述步骤S22还包括根据测厚电机的当前位置确定测厚电机的移动位移；控制测厚电机根据移动位移移动到检测位置并存储测厚电机的当前位置信息；

所述步骤S40还包括在取样时间t₀内接收测厚传感器的信号，计算当前位置的管材壁厚数据并存储；

所述步骤S90还包括根据存储的测厚传感器的信号计算管材的在各个取样点的壁厚；根据各个取样点的壁厚计算管材的偏壁度。

本申请通过设计一种管材固定组件，将管材放置在两个平齐同向转动的支撑轮上，通过两个支撑轮支撑管材并带动管材转动，避免了对管材进行夹持，同时本申请的管材固定组件安装简单快捷，机加工精度要求低，避免了出现石英玻璃管破损。

本申请提供的管材检测组件对石英玻璃管几何参数的测量及采集自动完成，节省大量的人工成本且准确度高，且可对石英玻璃管中间部分的几何参数进行检测。同时本申请提供的管材检测组件通过沿着转动的管材移动的传感器实现管材长度方向上的直径、壁厚的测量，同时还可以通过对管材长度方向上的测量数值进行计算得到管材的椭圆度、偏壁度和弯曲度等参数；因此本申请提供的管材检测组件检测经度高，检测参数全面，检测效率高，安装简单快捷，机加工精度要求低，且不会出现石英玻璃管破损问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请第一种实施例的结构示意图；

图2是图1中支撑轮的结构示意图；

图3为本申请第二种实施例的结构示意图；

图4是图3中管材检测机构的结构示意图；

图5是本申请第三种实施例的流程图；

图6是本申请第四种实施例的流程图。

10、管材支撑机构；20、支架；30、管材检测机构；40、驱动装置；50、管材；11、支撑基座；12、旋转电机；13、支撑轮；14、柔性材质；15、挡板；60、滑轨；31、检测架；32、传感器固定板；33、激光发射传感器；34、激光接收传感器；35、测径运动电机；36、测厚传感器；37、测厚电机；41、移动电机；42、丝杠。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请提供的管材固定组件的一种实施例中，该组件包括两个相对放置的管材支撑机构10；如图1所示所述管材支撑机构10包括：支撑基座11、两根水平穿过所述支撑基座11且通过链条或传送带连接的旋转轴、位于支撑基座11一侧用于驱动任一旋转轴转动的旋转电机12和固定在两个旋转轴位于支撑基座11另一侧端部的支撑轮13；两个管材支撑机构10的支撑轮13相对设置。两个支撑轮之间可以放置直径大于二者之间径向距离的管材，管材的两端分别放置在两个管材支撑机构10的两个支撑轮13之间；管材两端的两个支撑轮13的同步同向转动可带动管材旋转。支撑轮13与管材之间是接触连接，没有夹紧力，因此支撑轮13不会对管材造成损伤。

上述两个管材支撑机构10的旋转电机采用伺服同步电机以保证两个管材支撑机构10的支撑轮13保持同步转动。

如图2所示，在一优选实施例中，所述支撑轮13的圆周面上开设有用于填充柔性材质14的环形槽；柔性材质14可以是聚四氟乙烯或尼龙或O型橡胶圈，柔性材质可进一步避免支撑轮13划伤管材的表面，还可加大支撑轮13与管材之间的摩擦力，从而提高支撑轮13对管材的转动驱动力。

在一实施例中，每个支撑轮13上设有两个环形槽，且环形槽的深度为0.5mm-1.5mm。

在一优选实施例中，所述支撑基座11与所述支撑轮13对应的侧面向上伸出有用于挡住管材端部的挡板15。挡板15的设计可以避免管材在转动过程中轴向移动；在其他实施例中，也可将旋转轴安装在支撑基座11的中部，使得支撑轮13低于支撑基座11的顶面，从而使得支撑基座的侧面起到挡住管材端部的作用。

上述管材固定组件既可以用于石英玻璃管的检测，也可以用于其他材质管材的喷涂和检测等等其他用途。

如图3所示本申请提供的第二种实施例所示，本申请提供一种管材检测装置，该装置包括上述任意一种管材固定组件，还包括支架20、设置在支架20上端面的滑轨60、可滑动地固定在滑轨60上的管材检测机构30和固定在支架20上用于驱动管材检测机构30沿着滑轨60移动的驱动装置40；两个管材支撑机构10可滑动地固定在滑轨60上且位于所述管材支撑机构10的两侧。管材检测机构30在驱动装置40的驱动下沿着滑轨60移动，从而对管材长度方向上的各个参数进行测量。

如图4所示，在一优选实施例中，所述管材检测机构30包括跨在管材50上的检测架31、固定在检测架31上的控制器、可上下滑动地固定在检测架31上的传感器固定板32、固定在传感器固定板32两端且位于检测架31两侧的激光发射传感器33和激光接收传感器34、固定在检测架31上端的用于驱动传感器固定板32上下移动的测径运动电机35；所述控制器与激光发射传感器33、激光接收传感器34和测径运动电机35信号连接。

激光发射传感器33发射的光束穿过管材50，激光接收传感器34接收的光束会在管材50的顶端和底端形成分界点，位于中部的分界区的宽度即为管材50的外径。同时控制器可根据预输入程序的管材外径标准值自行计算出激光发射传感器33和激光接收传感器34的上下位置，控制测径运动电机35上下移动来调节光束覆盖住管材50。在测量不同长度的管材的时候，可人工移动两个管材固定支撑机构10的相对位置使得管材正好放置在两个管材固定支撑机构10之间。

在一优选实施例中，所述检测架31的两侧对应所述激光发射传感器33和激光接收传感器34开设有两道供光束穿过的缝隙。

在一优选实施例中，所述管材检测机构30还包括可上下滑动地固定在检测架顶端的测厚传感器36和驱动测厚传感器36上下移动的测厚电机37；所述测厚传感器36和测厚电机37与所述控制器信号连接。测厚传感器36为激光测厚传感器。

测厚传感器36发射窗口的光束穿过管材50，通过镜面反射原理在测厚传感器36接收窗口会收到两束光，两束接收光的距离差值即为管材50的壁厚。同时控制器可根据预输入程序的管材壁厚标准值自行计算出测厚传感器36的上下位置，控制测厚运动电机37上下移动来调节测厚传感器36可接收到管材50反射的两束光。

控制器可根据管材的厚度、外径以及管材旋转和管材检测机构30移动的过程中中间数据的统计和检测可计算得到管材的弯曲度、椭圆度、偏壁等几何参数。

在一优选实施例中，所述控制器还与所述驱动装置40和旋转电机12信号连接。控制器可根据测量数值通过调节旋转电机12的转速来调整管材50的旋转速度，通过控制驱动装置40来调整管材检测机构30的移动速度，使得以上检测数值更加精准。

在一优选实施例中，所述驱动装置40包括固定在支架20一端的移动电机41、通过移动电机41驱动转动的丝杠42和固定在丝杠42上的滑块；所述管材检测机构30固定在所述滑块上。

在一优选实施例中，所述驱动装置40包括固定在支架20一端的液压缸和固定在液压缸活塞杆上的滑块；所述管材检测机构30固定在所述滑块上。在其他实施例中，所述驱动装置40也可以是驱动管材检测机构30移动的其他结构。

如图5本申请提供的第三种实施例的流程图所示，本申请提供的管材检测方法包括：

S10、获取管材的参考外径d₀、支撑轮的半径r₀、管材的约定转速V₀、管材长度L、取样时间t₀、每圈取样次数m和总共取样组数n；管材的参考外径d₀和管材长度L指的是管材加工时候的标准外径和长度；

S21、根据管材长度L和检测机构的当前位置确定检测机构的移动位移，控制驱动装置驱动检测机构根据确定的移动位移移动到起始位置并存储检测机构当前的位置信息；

S22、根据测径电机的当前位置以及管材的参考外径d₀、确定测径电机的移动位移；控制测径电机根据移动位移移动到检测位置并存储测径电机的当前位置信息；

S23、根据管材的参考外径d₀、支撑轮的半径r₀以及管材的约定转速V₀确定旋转电机的转速V₁；结合每圈取样次数m确定旋转电机的间隔运行时间t₁；柔性材质使得支撑轮与管材之间的相对滑动可以忽略，V₁按照以下计算公式得到V₁＝V₀*π*d₀/2*π*r₀。

S24、将当前圈取样次数和取样组数置零；

S25、根据管材长度L和取样组数n确定检测机构的运行设定间隔距离△Z；△Z＝L/n；

S30、控制旋转电机以转速V₁运转间隔运行时间t₁后停止运行取样时间t₀；

S40、在取样时间t₀内接收激光接收传感器的信号，计算当前位置的管材外径数据并存储；

S50、将当前圈取样次数加1并存储；

S60、判断当前圈取样次数是否等于m；若是执行步骤S70，若否则执行步骤S30；

S70、将当前圈取样次数置零，当前取样组数加1；

S80、判断当前取样组数是否等于n；若是则执行步骤S90；若否则执行步骤S100；

S90、当前取样组数清零；根据存储的激光接收传感器的信号计算管材的在各个取样点的外径；根据激光接收传感器的信号以及各个取样点的外径计算管材的椭圆度和弯曲度；

在测量过程中，每一个截面上通过转动管材会取样多个不同角度的直径，取其中最大值最小值的差值即为本截面的椭圆度，测量过程中多个截面进行测量，这些截面中椭圆度的最大值即为测量管材的椭圆度。

测量过程中，激光发射传感器发射光束的中心点为传感器零点，激光接收传感器感应管材的上边缘位置信号和下边缘位置信号，通过计算管材上边缘或下边缘相对于传感器零点的距离，在管材转动中取样多个不同角度的距离，取其中最大距离与最小距离的差值，在多个截面的测量中取差值的最大值，除以产品的长度的结果为产品的弯曲度。

S100、控制驱动装置驱动检测机构运行设定间隔距离△Z后执行步骤S30。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述的管材检测方法还包括：

所述步骤S10还包括获取管材的参考壁厚h₀；

所述步骤S22还包括根据测厚电机的当前位置确定测厚电机的移动位移；控制测厚电机根据移动位移移动到检测位置并存储测厚电机的当前位置信息；

所述步骤S40还包括在取样时间t₀内接收测厚传感器的信号，计算当前位置的管材壁厚数据并存储；

所述步骤S90还包括根据存储的测厚传感器的信号计算管材的在各个取样点的壁厚；根据各个取样点的壁厚计算管材的偏壁度。

在测量过程中，每一个截面上通过转动管材会取样多个不同角度的壁厚，取其中最大值最小值的差值即为本截面的偏壁度，测量过程中会分多个截面进行测量，这些截面中偏壁度的最大值即为测量管材的偏壁度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。