钢管在线自动测径装置的制作方法

本发明涉及钢管生产设备技术领域，尤其是一种钢管在线自动测径装置。

背景技术：

在国内钢管生产线中，大多数都还是采用测径卷尺或卡尺等工具对钢管截面的周长或直径进行手工测量。手工测量存在测量速度慢、测量数据误差大等问题。在此情况下，钢管在线自动测径装置就应运而生。

目前，此类似测径装置在国外钢管生产线上应用较多，且为国外研发产品，价格非常昂贵，主要是他们所使用的激光传感器性能强大，发射的检测点是有一定角度范围的弧面，测量距离远、精度高，且圆周方向布置传感器的数量较多。受限于成本的投入，国内钢管生产线上用的较少，且为国内研发产品，价格相对国外便宜的很多，由于所使用的激光传感器性能的差异、设计机构及电气控制系统的不够合理，导致所测得的数据不够精准。

为了控制生产成本，国内产品上选用的激光传感器发射的检测点就是一个点，要想测出任一截面的周长、直径、椭圆度就要旋转一周。理论上使用1个传感器进行检测的话，就避免了多个安装的误差，检测精度会高些，但是电气线路布置比较困难。基本上都是安装2～4个传感器(或更多个)，传感器数量越多，传感器的安装要求就越高。因为安装时传感器上的发射点必须在同一个圆上且都过圆心，这样形成的一个基圆比较准，测量的精度就会越高。

钢管在线自动测径装置就是用于钢管生产线上高效率、高精度的测量出钢管任一截面的周长、直径、椭圆度。

功能(原理)描述：2个激光传感器安装在旋转传动机构上。调整到位后，转动机构带动激光传感器顺时针旋转190度以检测到钢管的整个截面，检测系统共得到360～3600个点(根据截面大小可以调整采集的点数)，并进行拟合形成钢管的轮廓，轮廓形成后，对焊缝进行检测，检测到焊缝后，根据周围的若干点，进行拟合，并形成新的轮廓。然后根据过滤后的轮廓进行解算，得出周长、直径、椭圆度。

目前自动测径装置，国外进口产品价格非常昂贵，国内客户大都接受不了。国内钢管生产线中，大多数都还是采用测径卷尺或卡尺等工具对钢管截面的周长或直径进行手工测量。国内测径装置测量精度有待提高，自动化程度有待提高。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的钢管在线自动测径装置，从而在最大程度降低生产成本的情况下，能够实现自动化控制，并保证测量精度，大大提高了钢管周长、直径、椭圆度的测量精度，且工作效率高、耗能低、稳定性好。

本发明所采用的技术方案如下：

一种钢管在线自动测径装置，包括底座，所述底座的两端分别安装有左立柱和右立柱，所述左立柱和右立柱的顶部安装上横梁，所述上横梁顶部安装升降驱动组件；左立柱和右立柱之间安装有升降框架，所述升降框架的中部开有圆孔，所述圆孔的内壁面安装有环形导轨组件，环形导轨组件上安装有对称的传感器滑动定位组件，一对传感器滑动定位组件位于同一轴线位置，成180°；还包括旋转驱动组件和电控系统。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述升降框架上还安装有调试样规，与升降框架的圆孔内壁面精密配合。

环形导轨组件包括环形导轨、同心导向轮、偏心导向轮和润滑油路块。

升降框架的两端延伸有安装板，所述安装板与左立柱和右立柱连接。

所述左立柱和右立柱上均安装有精密型直线导轨。

所述左立柱与底座之间安装有加强筋。

所述右立柱与底座之间安装有加强筋。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在环形方向传感器滑动定位组件的作用，可以对钢管上任一截面的周长、直径、椭圆度的测量，测量速度快，测量数据精准。在最大限度的降低生产成本的情况下，能够实现自动化控制，并保证测量精度，周长误差≤1.5mm，椭圆度误差≤0.1％。同时本发明大大提高了生产效率，之前人工测量12-15根/小时，现在可以达到100-120根/小时；大大降低了人工成本。

本发明是直缝埋弧焊管生产线、螺旋埋弧焊管生产线、erw高频焊管生产线及其它圆形管材、棒材生产线上的专用设备，它是用来对钢管上任一截面的周长、直径、椭圆度的测量，测量速度快，测量数据精准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图2的俯视图。

其中：1、升降驱动组件；2、上横梁；3、环形导轨组件；4、右立柱；5、旋转驱动组件；6、加强筋；7、底座；8、传感器滑动定位；9、升降框架；10、左立柱；11、电控系统；12、调试样规。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2和图3所示，本实施例的钢管在线自动测径装置，包括底座7，底座7的两端分别安装有左立柱10和右立柱4，左立柱10和右立柱4的顶部安装上横梁2，上横梁2顶部安装升降驱动组件1；左立柱10和右立柱4之间安装有升降框架9，升降框架9的中部开有圆孔，圆孔的内壁面安装有环形导轨组件3，环形导轨组件3上安装有对称的传感器滑动定位组件8，一对传感器滑动定位组件8位于同一轴线位置，成180°；还包括旋转驱动组件5和电控系统11。

升降框架9上还安装有调试样规12，与升降框架9的圆孔内壁面精密配合。

环形导轨组件3包括环形导轨、同心导向轮、偏心导向轮和润滑油路块。

升降框架9的两端延伸有安装板，安装板与左立柱10和右立柱4连接。

左立柱10和右立柱4上均安装有精密型直线导轨。

左立柱10与底座7之间安装有加强筋6。

右立柱4与底座7之间安装有加强筋6。

本发明的详细结构如下：

本发明主要由主框架组件、升降驱动组件1、环形导轨组件3、旋转驱动组件5、传感器滑动定位组件8、调试样规12及电控系统11组成。

本发明所述的主框架组件是测径装置的主体机械部件，是其它组件安装的载体。

主框架组件的主要组成部分有：底座7、左立柱10、右立柱4、上横梁2、升降框架9。

底座7是左立柱10和右立柱4的安装座。

左立柱10上安装有精密型直线导轨，为升降框架9的升降提供导向。

右立柱4上安装有精密型直线导轨，为升降框架9的升降提供导向。

上横梁2是升降驱动组件1的安装载体。

升降框架9是环形导轨组件3的安装载体。

升降框架组件为主框架组件的升降提供动力，主要由减速电机、蜗轮蜗杆升降机等组成。

环形导轨组件3是传感器滑动定位组件8安装的载体，主要由环形导轨、同心导向轮、偏心导向轮、润滑油路块组成。

旋转驱动组件5为环形导轨组件3的圆周旋转提供动力，主要由西门子伺服电机、齿轮组成。

传感器滑动定位组件8是传感器的安装载体，可以调整传感器的位置，并可以精确定位，主要由安装板、精密型直线导轨、插销等组成。

调试样规12是个外径标准的精加工件，调试时安装在升降框架9上，其外径与升降框架9内孔精密配合，定位准确，作为两个传感器调整的基圆。

电控系统11，本系统由德国sickodvalue系列激光位移传感器、分析解算系统、西门子s7-300plc、西门子g120变频器、西门子s120伺服传动组成，系统的工作流程如下：

一、通过profibus-dp网络，系统从生产线读取，或者人工通过触摸屏输入当前生产的钢管规格，plc控制升降机构，将装有激光位移传感器的升降框架9调整到与钢管同心。升降机构由g120变频器控制，控制单元选用cu250s-2dp，通过编码器检测进行高度位置的调节。

二、装有2个激光位移传感器的传动机构顺时针旋转190度，检测钢管的整个截面，

为了保证旋转传动运行的稳定性，旋转机构由siemens1fk7系列伺服电机带动，通过s120ac/ac单轴伺服控制，具有高动态响应运动控制和等时profibus的角锁定同步。

三、若10-20s测试完成，传动机构旋转1度平均52-104ms，传感器的采样频率为2khz，加上rs-422的通讯时间，整个系统的采样时间为10-20ms，一个传感器在1度的测量区间内可以取1-10个点，反应时间完全没用问题。根据所测管子管径的大小，旋转速度可调，为保证精度，大的管了旋转的慢一些，小的管子旋转的快一些，完成测量的时间在10-20s内可调。

单个测量传感器的精度为±0.12mm，椭圆度的理论精度为±0.24mm，周长的理论精度为±0.75mm。

四、标定传感器，使各传感器打出的光点(此传感器的光点为1mmx1.5mm)均通过测量圆环的圆心，并测出与圆心的实际距离作为基准值，系统根据传感器的测量值与基准值解算出实际位移。间隔1度取一个点，该点通过传感器测量值和旋转传动机构的角度值绑定，解算出在y-z坐标系下的坐标值。传动机构旋转完成后，系统共得到360个点，并进行拟合形成钢管的轮廓，

五、轮廓形成后，对焊缝进行检测，检测到焊缝后，根据周围的若干点，进行拟合，生成如图所示的虚线，并形成新的轮廓。后续椭圆度以及周长根据过滤后的轮廓进行解算。

六、激光位移传感器实时将测量的数据通过以太网传送给分析解算系统，分析解算系统将数据解算后将结果显示在触摸屏上，并可以根据日期进行查询

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。