一种埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置的制作方法

本实用新型涉及焊管测量领域，特别涉及一种埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置。

背景技术：

埋弧焊管是以带钢卷板为原材料，经常温挤压成型，以自动双丝双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋缝钢管。为了保证埋弧焊管的焊接质量，需要对埋弧焊管管端的椭圆度进行测量。直接使用直角尺、游标卡尺、卷尺等工具进行人工测量时，劳动强度大、测量精度低，导致埋弧焊管管端椭圆度的测量不准确，影响埋弧焊管的生产质量。因此，提供一种埋弧焊管管端椭圆度的测量装置是十分必要的。

现有技术提供了一种焊管椭圆度在线测量装置，该装置包括支座、环形导轨、若干CCD激光测微仪(Charge-coupled Device，简称CCD，中文全称：电荷耦合元件)及伺服电机。支座为板状，中部设有可容纳焊管通过的中心通孔，环形导轨设于支座一侧的板面上，且与中心通孔同轴设置，环形导轨沿支座的板面无相对位移，且其能够围绕自身的圆心转动。CCD激光测微仪通过支架均匀且对称的固定于环形导轨的圆周上，伺服电机通过电机支座设置在支座另一侧面，其输出轴贯穿支座，此输出轴通过齿轮与环形导轨啮合。使用时，将焊管固定在环形导轨中，通过伺服电机带动环形导轨绕其中心轴旋转，旋转过程中，通过CCD激光测微仪对焊管的椭圆度进行多次测量，对多次测量结果进行整合后，得到较准确的焊管椭圆度数值。

设计人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术提供的焊管椭圆度在线测量装置，由于CCD激光测微仪设置在导轨的圆周上，当需要测量不同长度埋弧焊管的管端椭圆度时，需要选用不同长度的导轨，导轨的更换繁琐，使用不便。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种使用方便、测量准确的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，具体技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，所述装置包括支座，所述装置还包括：驱动辊，设置在所述支座上端，用于在旋转电机控制下驱动待测量焊管转动；两组测量组件，可移动地相对设置在所述支座两端。所述测量组件包括：可移动支架；竖直支臂，设置在所述可移动支架顶部；两个水平支臂，高度可调地设置在所述竖直支臂的上部和下部，且与所述待测量焊管的管口两端部分重合；激光测距传感器的发射器和接收器，相对设置在每个所述水平支臂的两端；距离传感器，设置在所述竖直支臂上。

所述装置还包括：行走电机，设置在所述可移动支架上，用于驱动所述可移动支架；所述行走电机、所述距离传感器、所述激光测距传感器均通过第一通信电缆连接至从站，所述从站通过第二通信电缆连接至主站，所述主站无线连接至上位机。

具体地，作为优选，所述支座两端沿水平方向设置有第一导轨，所述可移动支架底部设置有与所述第一导轨相配合的第一滑块。

具体地，作为优选，所述竖直支臂的侧壁上沿竖直方向设置有第二导轨，所述水平支臂的侧壁上设置有与所述第二导轨相配合的第二滑块。

具体地，作为优选，所述竖直支臂的中部沿长度方向设置有调整丝杠，所述调整丝杠与所述第二滑块螺纹连接。

具体地，作为优选，所述装置至少包括两个所述驱动辊，每个所述驱动辊包括两排滚轮组，每排所述滚轮组包括3-5个重叠设置的滚轮。

具体地，作为优选，所述主站与所述从站之间采用PROFIBUS-DP主从控制模式进行连接。

具体地，作为优选，所述主站为PLC控制器。

具体地，作为优选，所述PLC控制器包括：CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和以太网通讯模块；所述数字量输入模块、所述数字量输出模块、所述模拟量输入模块和所述以太网通讯模块均通过背板连接器与所述CPU模块连接并建立通讯。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，通过在支座两端设置可沿支座长度方向移动的测量组件，使测量组件在行走电机的驱动下向待测量焊管的管端靠近，通过距离传感器、从站、主站的配合使测量组件停在待测量焊管管端合适的位置，并通过激光测距传感器进行埋弧焊管管端椭圆度的测量。两组测量组件的相对移动，能够适应不同长度的待测量焊管，避免了支座的频繁更换，使测量过程更加简单易行。该装置测量埋弧焊管管端椭圆度时，通过旋转电机驱动驱动辊使待测量焊管持续转动，从而在待测量焊管转动过程中，通过激光测距传感器测量管端不同位置的多个椭圆度，通过主站对多个测量结果进行分析对比，得到更准确的椭圆度值，并将椭圆度值显示在上位机中，便于操作人员读取。可见，本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，使用方便、测量结果准确，适于规模化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置的俯视图；

图2是本实用新型实施例提供的测量组件的主视图；

图3是本实用新型实施例提供的测量组件的右视图；

图4是本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度的测量原理图；

图5是本实用新型实施例提供的调整丝杠的结构示意图。

附图标记分别表示：

1 支座，

101 第一导轨，

2 驱动辊，

3 旋转电机，

4 测量组件，

401 可移动支架，

4011 第一滑块，

402 竖直支臂，

4021 第二导轨，

403 水平支臂，

4031 第二滑块，

404 激光测距传感器，

4041 发射器，

4042 接收器，

405 距离传感器，

406 调整丝杠，

4061 手摇轮，

5 行走电机，

6 待测量焊管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，如附图1、附图2、附图3所示，该装置包括支座1，驱动辊2，设置在支座1上端，用于在旋转电机3控制下驱动待测量焊管6转动；两组测量组件4，可移动地相对设置在支座1两端。测量组件4包括：可移动支架401；竖直支臂402，设置在可移动支架401顶部；两个水平支臂403，高度可调地设置在竖直支臂402的上部和下部，且与待测量焊管6的管口两端部分重合；激光测距传感器404的发射器4041和接收器4042，相对设置在每个水平支臂403的两端；距离传感器405，设置在竖直支臂402上。该装置还包括：行走电机5，设置在可移动支架401上，用于驱动可移动支架401；行走电机5、距离传感器405、激光测距传感器404均通过第一通信电缆连接至从站，从站通过第二通信电缆连接至主站，主站无线连接至上位机。

本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置的工作原理如下：

首先，将待测量焊管6放置在支座1上，启动旋转电机3，使待测量焊管6旋转，同时，通过行走电机5驱动支座1两端的测量组件4向待测量焊管6的端部靠近，通过距离传感器405实时检测测量组件4与待测量焊管6之间的距离，并将测得的距离数据通过第一通信电缆传递至从站，从站再将距离数据通过第二电缆传递至主站，由主站进行分析。当测量组件4与待测量焊管6管端的距离到达预定距离后，主站通过从站向行走电机5发送停止信号，此时行走电机5引导测量组件4恰好停在适于测量焊管管端椭圆度的位置。然后主站通过从站向激光测距传感器404发出工作信号，激光测距传感器404开始对待测量焊管6管端的直径进行测量。激光测距传感器404将测得的直径数据(即待测量焊管6管端的多组直径)通过第一通信电缆传递至从站，从站将直径数据通过第二通信电缆传递至主站，主站对多组待测量焊管6管端直径值进行比较，计算出最大的直径D1和最小的直径D2，D1与D2的差值即为待测量焊管6管端的椭圆度。主站将计算出的椭圆度传递至上位机中，通过上位机将椭圆度显示出来，操作人员读取数值，即可完成埋弧焊管管端椭圆度的自动测量。

关于激光测距传感器404对待测量焊管6的管端直径的测量原理如下：

由于两个水平支臂403与待测量焊管6的管口两端部分重合(参见附图3和附图4)，即上部的水平支臂403的下部以及下部的水平支臂403的上部分别与待测量焊管6的管口两端重合，由于激光测距传感器404的发射器4041发出的光幕和接收器4042收到的光幕均具有一定宽度，且上部水平支臂403的激光测距传感器404发出光幕的上边缘不会被待测量焊管6的管口阻挡，下部水平支臂403的激光测距传感器404发出光幕的下边缘不会被待测量焊管6的管口阻挡。如附图4所示，两组激光测距传感器404之间的宽度记为L1(L1可以通过直尺等测量工具实际测量得到)，即上部水平支臂403上激光测距传感器404发出光幕的上边缘与下部水平支臂403上激光测距传感器404发出光幕的下边缘之间的距离为L1。待测量焊管6管壁的上部会对上部激光测距传感器404发出光幕的下部产生一定的阻挡，上部激光测距传感器404发出光幕未被阻挡的宽度记为L2，待测量焊管6管壁的下部会对下部激光测距传感器404发出光幕的上部产生一定的阻挡，下部激光测距传感器404发出光幕未被阻挡的宽度记为L3，此时待测量焊管6管端的直径即为D＝L1-L2-L3，即两组激光测距传感器404实际上测得的数据是待测量焊管6管端的直径值，而由于测量过程中焊管还会在驱动辊2的作用下产生转动，两组激光测距传感器404就能够采集到多组待测量焊管6管端直径值，通过主站计算出最大的直径D1和最小的直径D2，D1与D2的差值即为待测量焊管6管端的椭圆度。

可见，本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，通过在支座1两端设置可沿支座1长度方向移动的测量组件4，使测量组件4在行走电机5的驱动下向待测量焊管6的管端靠近，通过距离传感器405使测量组件4停在待测量焊管6管端合适的位置，并通过激光测距传感器404进行焊管管端椭圆度的测量。两组测量组件4的相对移动，能够适应不同长度的待测量焊管6，避免了支座1的频繁更换，使测量过程更加简单易行。该装置测量焊管管端椭圆度时，通过旋转电机3驱动驱动辊2使待测量焊管6持续转动，从而在待测量焊管6转动过程中，通过激光测距传感器404测量管端不同位置的多个椭圆度，通过主站对多个测量结果进行分析对比，得到更准确的椭圆度值，并将椭圆度值显示在上位机中，便于操作人员读取。可见，本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置，使用方便、测量结果准确，适于规模化推广应用。

为了适应不同长度埋弧焊管管端椭圆度的测量，本实施例提供的装置中设置了固定的支座1，并在支座1两端设置可沿支座1长度方向移动的测量组件4，通过两组测量组件4的移动，保证测量组件4始终能够位于待测量焊管6的端部，并位于适宜采集椭圆度数据的位置。测量组件4的移动可以通过导轨与滑块的配合来实现，具体地，支座1两端设置有一定长度的第一导轨101，测量组件4的可移动支架401底部设置有与第一导轨101相配合的第一滑块4011，通过行走电机5驱动第一滑块4011和可移动支架401在第一导轨101上的滑动，实现测量组件4在支座1两端的运动，通过行走电机5上的制动装置使第一滑块4011停止并固定在适于采集椭圆度数据的位置，使本实施例提供的装置能够适应不同长度埋弧焊管管端椭圆度的测量，简化测量过程。

测量组件4在支座1的导轨上的位置通过距离传感器405来确定，距离传感器405设置在测量组件4中的竖直支臂402上，且位于两个水平支臂403之间。通过距离传感器405向其前方的待测量焊管6发射激光，通过激光返回的路径长短判断测量组件4与待测量焊管6之间的距离。行走电机5带动测量组件4逐渐靠近待测量焊管6，当测量组件4与待测量焊管6之间的距离达到预设值时，行走电机5在主站的控制下停止运动，此时测量组件4处于合适的测量位置，便于通过激光测距传感器404对待测量焊管6管端的椭圆度进行测量。

具体地，激光测距传感器404包括发射器4041和接收器4042，发射器4041和接收器4042分别位于每个水平支臂403的两端，此时发射器4041上用于发出激光的屏幕和接收器4042上用于接收激光的屏幕相对设置，且均处于竖直状态，能够有效避免屏幕沾落灰尘，保证屏幕的正常使用。相比于将激光测距传感器404的发射器4041和接收器4042分别设置在两个水平支臂403上的相对位置，即使发射器4041和接收器4042的屏幕一个朝上一个朝下，本实用新型实施例提供的装置中激光测距传感器404发射器4041和接收器4042的设置方式，能够有效提高激光测距传感器404的测量精度和使用寿命。激光测距传感器404的光幕宽度为25-30mm，优选为28mm，测量精度为0.001mm，响应时间为45-50μs，优选为48μs，防护等级为IP67，以满足埋弧焊管管端椭圆度的测量要求，保证测量的准确性。

为了便于对两个水平支臂403的位置进行调整，使激光测距传感器404的发射器4041和接收器4042位于合适的位置，保证发射器4041发出的光幕的一端能够与待测量焊管6的管壁相切，竖直支臂402的侧壁上设置有第二导轨4021，水平支臂403的底部设置有与第二导轨4021相配合的第二滑块4031，使水平支臂403在第二导轨4021上滑动或固定，以便于对水平支臂403所处高度进行调整。第二滑块4031的侧壁上安装有锁死机构，锁死机构类似一个手柄，第二滑块4031滑动时，锁死机构抬起，当需要使第二滑块4031停留在竖直支臂402的某个位置时，搬下锁死机构，即可使第二滑块4031保持固定。同时，如附图5所示，竖直支臂402的中部沿长度方向设置有调整丝杠406，第二滑块4031中部设置有螺纹连接孔，调整丝杠406贯穿该螺纹连接孔，实现调整丝杠406与第二滑块4031的螺纹连接。通过旋转调整丝杠406就可以带动第二滑块4031，以对水平支臂403的高度进行调整，以使上下两组水平支臂403之间的距离能够适应不同直径的埋弧焊管，保证埋弧焊管管端椭圆度的准确测量。为了便于调整丝杠406的使用，调整丝杠406的底部还设置有手摇轮4061，通过转动手摇轮4061即可带动调整丝杠406转动，进而带动水平支臂403上下移动，使水平支臂403位置的调整更加方便灵活，便于不同直径埋弧焊管管端椭圆度的测量。

使用激光测距传感器404测量埋弧焊管管端椭圆度的过程中，待测量焊管6需要进行连续旋转，以使激光测距传感器404能够测量焊管多个方向的直径，提高埋弧焊管管端椭圆度的测量精度。为了保证待测量焊管6的连续转动，支座1上端设置有驱动辊2，驱动频率为40Hz，以使待测量焊管6保持平稳转动。由于测量组件4中包括上下两组水平支臂403，因此，待测量焊管6转动180°即可完成其整个圆周上直径的测量。如附图1所示，每个驱动辊2包括2排滚轮组，每排滚轮组包括3-5个重叠设置的滚轮。两排滚轮组分别与待测量焊管6的左右侧壁相接触，当通过旋转电机3驱动滚轮组转动时，待测量焊管6也随之旋转，以实现待测量焊管6不同方向直径的测量。两排滚轮组使待测量焊管6两侧受力均匀，便于驱动待测量焊管6的旋转。由于待测量焊管6通常长度较大，为保证待测量焊管6的两端同时转动，该埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置至少包括两个驱动辊2，以使待测量焊管6在轴向上保持均匀平稳转动。

本实用新型实施例提供的埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置还包括一套电气控制系统，电气控制系统包括行走电机5、激光测距传感器404、距离传感器405、从站、主站和上位机。从站、主站和上位机均是本领域技术人员能够理解的数据通讯术语，从站指在基本方式链路控制中，一种由主站选择用以接收数据的数据站；主站指在基本方式链路控制中，在接到一个请求后，保证将数据传送到一个或多个从站去的数据站；上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，其屏幕上可以显示各种信号的变化。从站可以有一个，也可以有三个，即分别对应行走电机5、激光测距传感器404、距离传感器405，主站与从站之间采用PROFIBUS-DP主从控制模式进行连接。其中，行走电机5、距离传感器405、从站和主站构成距离测量系统，行走电机5通过其内部的电机控制器与从站电连接。距离传感器405将测量到的距离数据(即距离传感器405与待测量焊管6管端的距离)通过第一通信电缆传递至从站，从站再将距离数据通过第二通信电缆传递至主站，主站具有运算功能，可以对距离传感器405测得的距离数据进行分析。行走电机5的驱动频率有高低两档，高档为50Hz，用于测量组件4(即距离传感器405)距离待测量焊管6较远时的驱动，以使测量组件4尽快靠近待测量焊管6，节省测量时间。低档的驱动频率为5Hz，用于测量组件4靠近待测量焊管6时的驱动，以避免测量组件4靠近待测量焊管6的速度过快，使测量组件4与待测量焊管6之间产生碰撞，影响测量组件4的测量精度和使用寿命。当距离传感器405与待测量焊管6管端的距离大于预定距离时，主站向行走电机5的电机控制器发出继续行走的信号，而当距离传感器405与待测量焊管6管端的距离等于预定距离时，主站向行走电机5的电机控制器发出停止信号，此时测量组件4在行走电机5的引导下恰好处在适合测量埋弧焊管管端椭圆度的位置，然后主站通过从站向激光测距传感器404发出工作的信号，激光测距传感器404开始对待测量焊管6管端的椭圆度进行测量。激光测距传感器404将测得的直径数据(即待测量焊管6管端不同方向的直径)通过第一通信电缆传递至从站，从站将直径数据通过第二通信电缆传递至主站，主站对多组待测量焊管6管端直径值进行比较，计算出最大的直径D1和最小的直径D2，D1与D2的差值即为待测量焊管6管端的椭圆度。主站将计算出的椭圆度传递至上位机中，通过上位机将椭圆度显示出来，便于操作人员读取数值。

主站采用PLC控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC，中文名称：可编程逻辑控制器)，型号优选为西门子S7-300PLC，可以通过对PLC的设置使其完成信号的接收和发送、数据处理等。具体地，PLC控制器中包括CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、以太网通讯模块，其中，数字量输入模块选择西门子SM321数字量输入模块，数字量输出模块选择西门子SM322数字量输出模块，模拟量输出模块选择西门子SM331模拟量输出模块，以太网通讯模块选择西门子CP343-1以太网通讯模块。数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和以太网通讯模块均通过背板连接器与CPU模块连接并建立通讯，各个模块之间无顺序关系。通过以太网通讯模块实现主站与上位机的通讯，便于操作人员通过上位机读取椭圆度数值。

上位机除了用于显示主站计算出的椭圆度数值，还可以对主站的运行参数进行设置。上位机中的软件采用VB6.0编写显示界面，通过上位机可以对主站判定的距离传感器405与待测量焊管6管端之间的距离、以及激光测距传感器404采集待测量焊管6管端直径的频率等进行设定。激光测距传感器404的采集频率优选为0.5s，即在待测量焊管6旋转的过程中，激光测距传感器404每0.5s测量一次焊管管端的直径，通过调整采集频率，可以对埋弧焊管管端椭圆度自动测量装置的测量精度进行调整，满足不同埋弧焊管的测量要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。