专利名称：热轧棒材生产线用棒材计数器的制作方法
技术领域：
本实用新型技术方案直接应用于轧件在线热处理，属于轧钢机械领域。
背景技术：
目前，公知的热轧棒材生产线用热轧棒材计数器主要存在着两种基本型式机械-传感器-计算机系统；CCD摄像-图像采集卡-计算机分析处理系统。
其中机械-传感器-计算机系统的热轧棒材生产线用棒材计数器，是一套应用最多的热轧棒材生产线用棒材计数器，这种棒材计数器构造是由计数丝杠、传动装置、光电计数传感器和计算机等组成。热轧棒材经过棒材计数器的时候，在旋转得计数丝杠丝杆的约束下向前有序地移动，利用传感器感应通过计数丝杠棒材的数量而实现计数的目的。但是，目前热轧棒材生产线用棒材计数器由于存在计数丝杆停车位置不准确而导致的计数不准确问题，尤其是当棒材进入计数丝杠前，如有交叉状态存在时，就会导致计数丝杆不能有效、准确地停车和计数。目前国内引进的这类棒材计数器皆不能正常使用，且绝大多数厂家已拆除。
CCD摄像-图像采集卡-计算机分析处理系统是近年来研究较多的棒材计数器。包括CCD摄像机，计算机图像处理和图像分析环节，主要完成对在线捆扎后棒材端面的拍摄。计算机接口的作用采集卡与计算机间的数据交换，视频输入接口采集卡与CCD摄像机间的数据交换和高速A/D转换卡将视频信号转换为数字图像，再经过D/A转换卡将计算机处理后的数字图像转换成模拟图像并在显示器上输出。计算机分析处理系统完成图像处理与图像分析，同时进行存储和统计。这样的棒材计数器由于是利用图像分析处理的功能来获得计数结果的。计数精度依赖于对图像滤噪，对识别的结果进行处理和信息融合等技术，还涉及到了棒材成捆后端面图像的分割、去粘连及计数工作。其准确性尽管也能达到约99.5％以上，但由于不能按着设定根数打捆，不能满足用户定量打捆的要求，因此也就降低了其实用价值。
发明内容
为了克服现有的棒材计数器计数丝杆停车位置不准确的问题，尤其是当棒材进入计数丝杠前处在交叉状态时候而无法正确计数的不足，本实用新型提供的热轧棒材生产线用棒材计数器，不仅能将生产线连续输入的棒材准确计数，而且能有效地按预设定数量分组，还能满足现场恶劣的工况条件和在棒材不平行状态下的计数要求，计数精度达到100％，这种棒材计数器在正常工作时候，计数精度不再受各种随机因素的影响。
本实用新型针对上述技术问题所采用的技术方案是倾斜伸出第二段横移台架的计数丝杆的旋转动力来自变频电机和输送链，计数丝杠的螺纹起到了将无序排列的棒材进行有序分割和输送的作用，即每个螺距的牙齿之间仅存不多于一根棒材，安放在计数丝杠上方支架上的光电计数传感器，可以感应到通过其下方被计数丝杠输送棒材的数量，计数丝杠转速按棒材在台架上横移速度来确定。计算机系统将接收来自光电计数传感器实测的棒材数量累加，用累加结果和安装在计数丝杆输送链上的角位移传感器实测的转角参数来控制变频电机的工作状态。当计数器记得的数量接近目标值时，计算机先后向变频电机发出减速和停车指令，此停车指令根据机械链和变频电机的惯性在确定的转角内，与变频电机同轴的角位移可控制动器在计算机的控制下制动，实现准确停车。
本实用新型的技术方案还包括设置在第二段横移台架和第三段横移台架之间的棒材同步落料机构，由计数丝杠上落下的棒材的两端必须同时落到第三段横移台架上，才保证丝杠停转时候相邻两个根棒材顺利分离，实现棒材按预设定数量分组，同步落料机构就是针对由计数丝杠上落下的棒材不同步性而设计的机构。棒材的一端从计数丝杠螺旋槽内排出来之前，另一端要求必须同时或已经离开第二段检验台，此后棒材沿着斜置的组合型挡杆滑道的直角边下滑，直至受到挡杆阻挡而停止下滑。在计数丝杠上的这根棒材，当被旋转的螺旋槽排出并落到第三段横移台架上的瞬间，因这端下落高度较大，且有中间滑道的支撑作用，则棒材的另一端由被组合型挡杆滑道上挡杆的阻挡状态，过渡到了棒材从挡杆顶部越过的状态，使得整根棒材同时落入了第三段横移台架，达到了同步落料的要求。
本实用新型的有益效果是，由于采用了角位移传感器可以使计数丝杠停车位置可控，保证棒材准确、灵活地分组，同步落料机构的采用，确保了棒材任意情况下都能同时落入第三段横移台架，避免了传送过程棒材的交叉，实现准确计数的目的。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1棒材计数器布置图的主视图。1-变频电机，2-角位移可控制动器，3-行星齿轮减速器，4-第二段横移台架，5-十字轴式万向联轴器，6-主轴，7-角位移传感器，8-计数丝杠，9-第三段横移台架，10-光电计数传感器，11-底座，12-混凝土基础。
图2棒材计数器布置图的俯视图。13-光电计数传感器，14-计数处理中的棒材，15-主轴支座，16-主轴，17-十字轴式万向联轴器，18-行星齿轮减速器，19-角位移可控制动器，20-混凝土基础，21-变频电机。
图3计数丝杠结构图。22-阶梯锥孔，23-内孔，24-圆锥形外径，25-丝杠导程t，26-该丝杠运送的棒材最大直径d，图4主轴和角位移传感器组件图。27-圆锥传动齿轮对，28-圆锥滚子轴承，29-主轴，30-双列向心球面滚子轴承，31-主轴前支座，32-角位移传感器，33-主轴后支座，34-角位移传感器传动轴。
图5同步落料机构。35-第二段横移台架，36-计数丝杠，37-待计数棒材，38-中间滑道，39-计数中的棒材，40-组合型挡杆滑道，41-斜盖板，42-计数后下落棒材，43-第三段横移台架，44-计数后的棒材。
图6组合型挡杆滑道组件。45-直角形滑道，46-棒材，47-挡杆高度h，48-挡杆，49-长形螺栓孔，50-沉头螺钉。
图7光电计数传感器风冷金属壳体51-压缩空气气流，52-软管接头，53-壳体上盖，54-支架的悬臂杆，55-光电计数传感器，56-金属壳体，57-气流通道。
具体实施方式
在
图1和图2中，变频电机(1，21)通过角位移可控制动器(2，19)和行星齿轮减速器(3，18)，以及安装在底座(11)的十字轴式万向连接轴(5，17)主轴(6)、主轴支座(15)构成了设置在第二段横移台架(4)下面的机械传动系统。悬臂倾斜布置并由第二段横移台架(4)下面伸出的计数丝杠(8)在机械传动系统的驱动下绕主轴(6)转动，计数丝杠表面的螺旋槽与台架(4)一起平行推动棒材(14)前进，由于在第二段横移台架(4)和第三段横移台架(9)之间设置了的同步落料机构，确保了棒材能同时由计数丝杠(8)和第二段横移台架(4)上落入第三段横移台架(9)。安放在支架(10)上的光电计数传感器(13)检测通过其下面计数丝杠(8)表面螺旋槽内的棒材(14)的数量。与主轴(6)相连的角位移传感器(7)测量着主轴的实际转角，以保证准确停车。
图3中，具有圆锥形外径(24)的计数丝杠通过主轴(6，29)悬臂倾斜布置在第二段横移台架。计数丝杠(8)与主轴(6，29)的连接是通过主轴的非传动端圆锥形轴伸与计数丝杠(8)上设置的阶梯锥孔(22)悬臂地装配在一起，并用螺栓将主轴圆锥轴伸大端处的法兰孔与计数丝杠(8)端部相应位置的螺孔固结，以便实现快速装拆。计数丝杠(8)具有圆锥形外径、中径和内径则是常数，其导程t(25)因计数丝杠运送的棒材直径d(26)的范围不同而异，这里的直径d是该丝杠可运送的棒材直径的最大值，因此每套棒材计数器都备有数个不同导程的计数丝杠以适应不同棒材直径的要求。计数丝杠的轴芯设有通孔(23)，既可以减轻重量，又可以提高热处理后的淬硬深度。
图4给出了安装计数丝杠的主轴及与其相关零部件的结构与组合关系。主轴(29)被安装在主轴前支座(31)和主轴后支座(33)内的滚动轴承内，该轴承型式为双列向心球面滚子轴承(30)和圆锥滚子轴承(28)。设置在主轴上的圆锥传动齿轮对(27)将主轴与后支座内的角位移传感器传动轴(34)联接在一起，并以固定传动比关系带动角位移传感器(32)转动。倾斜的主轴与水平布置的行星齿轮减速器(18)的低速轴之间安装了十字轴式万向联轴器(17)，确保了结构紧凑，传动平稳、可靠的要求。
图5和图6中，表示了设置在计数丝杠(8，36)出口端，即第二段横移台架(4)和第三段横移台架(43)之间的棒材同步落料机构和其组合型挡杆滑道(40)结构，同步落料机构包括定尺挡板端的斜置的组合型挡杆滑道(40)，中间滑道(38)和计数丝杠。两个滑道的倾角、高度和位置是可调。组合型挡杆滑道(40)带有长形螺孔(49)的挡杆(48)，通过沉头螺钉(50)与直角形滑道(45)的短边固定在一起。挡杆凸出滑道的高度h(47)要大于d/2才能保证挡住直径为d的棒材的下滑。组合型挡杆滑道(40)、中间滑道(38)与计数丝杠(8，36)螺旋槽对棒材的三个支撑点的高度关系满足中间滑道(38)，组合型挡杆滑道(40)和计数丝杠(8，36)对棒材的支撑点位于同一条直线上。当棒材走至计数丝杠(8，36)末端并落入第三段横移台架(43)上的输送链上时，因中部斜坡滑道对棒材的支点作用，棒材上另一端由被挡杆(48)挡住的状态过渡到由组合型挡杆滑道(40)的挡杆(48)顶部越过，沿中间滑道(38)滑下，实现同步落料功能。棒材离开计数丝杠后，经过同步落料机构后进入三段式横移台架的第三段横移台架(43)，这一段台架的功能是输送链以低速运行时，接受计数丝杠送出的棒材(44)。在这批棒材(44)数量达到预计要求之后，计数丝杠(8，36)停止转动，此时，输送链以最大速度将这一批棒材(44)的全部运送至下一个工位，再以低速重复开始接收计数丝杠(8，36)排出的棒材，运送下一批棒材。
图7中，安装光电计数传感器(55)的支架由地脚板、立柱、悬臂杆(54)、风冷的金属壳体(56)组成，支架安装在棒材计数器的底座(11)上。光电计数传感器安装在支架悬臂杆上的金属壳体内，参见图7。压缩空气气流(51)通过壳体上盖(53)的软管接头(52)导入金属壳体内壁设置的气流通道(57)内，不断流动的气流实现了对光电计数传感器的冷却。
在
图1和图2实施例中，经过定尺剪切之后的棒材(37)，被成组地送进了入三段式横移台架。在第一段横移台架上的棒材横移速度最低，且允许棒材(37)平均堆积高度不超过两层。棒材(37)进入第二段横移台架(4)后，由于台架上输送链的运行速度明显大于第一段横移台架的输送链速度，棒材(37)的间距被彼此拉开，为进入其后面计数丝杠(8)的每个螺旋槽内的棒材不超过一根作好了准备。
进入计数丝杠前的棒材(37)首先要进行重叠状态的检测，判断是否有棒材重叠现象。分置于横移台架两边的光电传感器的光源发射元件与光接收元件之间的光路距离横移台架上输送链上表面的高度为1.8～1.9个棒材(37)直径。如果棒材发生了交叉现象，则光源发射元件发出的光在到达接收元件之前必然会被遮挡。接收元件对光的检得，则意味着情况正常；光接收元件对光的检失，则报警器发出声讯信号报警，操作人员进行人工干预，处理棒材重叠问题。
处在第二段横移台架(4)上的棒材(37)的间距已经被拉开。在该段台架的后半部，棒材在输送链作用下被切入由台面下倾斜伸出计数丝杠(8)的螺旋槽内。计数丝杠的导程(25)与其转速的乘积等于输送链输送速度，待计数的棒材(14，37)在计数丝杠(8)的螺旋槽和台架上输送链的共同作用下平行前移。倾斜布置的计数丝杠将前进中的棒材(14，37)抬高，创造了置于其上方的光电计数传感器(13，55)在同一高度上进行计数检测的有利条件，避免了因棒材(14，37)弯曲造成的光电计数传感器(13，55)与被测棒材之间距离上的误差。
设在计数丝杠(8)上方，反射式的光电棒材计数器(13，55)实时检测通过检测点的棒材的根数，计算机将检得数量进行累加，累加的结果与预设定每捆棒材根数相比较，当比较的差值为零时，控制系统发出计数丝杠开始制动的指令，变频电机和角位移可控制动器开始制动，制动过程在计数丝杠预设定的允许转角范围内完成。实施例中制动过程允许计数丝杠(8)的转角范围在750°～1050°之间。制动后停转时间的长短以满足第三段横移台架(43)将本批最后一根棒材输入到下一个工位的要求。
对环境有苛刻要求的光电计数传感器(13，55)安装在棒材计数器支架上悬臂杆外端的金属壳体(56)内，其水平位置和支架的悬臂杆高度(54)都是调的，这就保证了光电计数传感器(13，55)与被测量的棒材(39)之间的距离处在最佳。通过光电计数传感器(13，55)的壳体上盖(53)的软管接头(52)，向金属壳体(56)四周内壁的气流通道通入压缩空气进行风冷，确保光电计数传感器(13，55)处在恒温状态下工作。
光电计数传感器(13，55)的功能是探测沿计数丝杠(8)螺旋槽依次通过的棒材(39)数量，同时将所测数据上传至计算机。计算机将实测的累加数量与预设定数量相比较，当差值为零时则向变频电机(1)和角位移可控制动器(2)发出停车指令，制动的执行机构将在预设定角度内完成制动。计数丝杠停转时间的长短以第三段横移台架能将相邻批次棒材分开为准。
棒材(39)的一端从计数丝杠螺旋槽内排出来之前，另一端要求必须已经或同时离开第二段横移台架(4)，即棒材沿着斜置的组合型挡杆滑道(40)下滑，直至受到挡杆(48)阻挡而停止。接下来在计数丝杠(8)上的这根棒材(39)，被旋转的螺旋槽排出并落到第三段横移台架(9，43)上的瞬间，因这端下落高度较大，且因中间滑道(38)的支撑作用，则棒材(39)的另一端由被组合型挡杆滑道(40)挡杆(48)的阻挡状态，过渡到了从挡杆(48)顶部越过的状态，使得整根棒材(39)同时落入了第三段横移台架(9，43)。组合型挡杆滑道(40)的挡杆(48)顶部距滑道表面的最小高度(h)应大于棒材(46)的半径(d/2)，实施例中取h＝(0.6～0.7)d。
第三段横移台架(43)输送链的输送速度有快和慢两种速度制度。当每一批棒材开始计数时候，该段输送链对棒材的输送速度最慢，棒材在这段台架上的堆积高度可达到2～3层。当由计数丝杠(8)排出的这批棒材数量达到设定要求时候，且计数丝杠(8)停止转动时，第三段横移台架(43)输送链运动速度延迟1～2秒钟后立即切换为最大，直至将这批棒材(44)最后一根送入下一个工位之后，再次开始最慢的运行速度，然后再次重复上述过程。实施例中，第三段横移台架驱动电机选用了交流感应双速电动机。
在
图1和图2的另一个实施例中，机械系统的动力源选用伺服电机驱动，由于伺服电机的起、制动性能好，则不必再选用角位移可控制动器。其它配置要求完全同上一个实施例。
权利要求1.一种用于热轧棒材生产线用棒材计数器，它包括圆锥形外径的计数丝杠，主传动装置，角位移可控制动器，变频电机或者伺服驱动电机，计数传感器，角位移传感器，棒材重叠检测与报警，同步落料机构和过程计算机控制等构成，其特征是与水平面成倾角布置的圆锥形外径的计数丝杠经行星齿轮减速器变速，再通过角位移可控制动器与变频电机或者伺服驱动电机相连接，设置在计数丝杠侧上方的计数传感器被其可移动式支架固定，角位移传感器或与主传动系统同轴，或通过机械链与主轴相联接，棒材重叠报警装置设在计数丝杠的入口前，同步落料机构设在了运送棒材的第二段横移台架和第三段横移台架之间。
2.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征是圆锥形外径的计数丝杠的外径为圆台形，中径和内径则是常数，其导程因棒材直径不同而异，因此每套计数器都备有数个不同导程的计数丝杠以便适应棒材直径不同的要求，计数丝杠与主传动系统主轴的连接是通过主轴悬臂的标准圆锥形轴伸与计数丝杠标准的圆锥形轴孔装配在一起，并用螺栓将主轴圆锥轴伸大端处的法兰孔与丝杠端部相应位置的螺孔固结，实现快速装拆。
3.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征是主传动装置由主轴，主轴支座，十字轴式万向连接轴，行星齿轮减速器，角位移可控制动器和底座组成，与水平面成倾斜布置的主轴有高低不同的两个支座固定，支座内采用了双列向心球面滚子轴承，倾斜的主轴与水平布置的行星齿轮减速器的低速轴之间安装有十字轴式万向联轴器，行星齿轮减速器的高速轴通过角位移可控制动器或者与变频电机，或者与伺服驱动电机相联接，驱动电机型式的选择由角位移控制精度要求而决定，主传动装置通过螺栓固定在混凝土基础上的整体的钢结构底座上。
4.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征计量计数丝杠转过角度值的角位移传感器与计数丝杠既可以同轴，也可以通过传动链组成有固定传动比的机械结构，角位移传感器既可以设置在行星齿轮减速器的低速轴侧，也可以设置在行星齿轮减速器的高速轴侧。
5.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征是同步落料机构由设在定尺挡板端的斜置的组合型挡杆滑道，中部斜置的中间滑道和计数丝杠组成，组合型挡杆滑道，中间滑道和计数丝杠三者之间的高度关系满足，棒材在落入输出台架前的运送过程中，一端处在计数丝杠的螺旋槽内，另一端处在被组合型挡杆滑道上的挡杆挡住而不下滑，此时对棒材来说，组合型挡杆滑道，中间滑道，计数丝杠处在同一条直线上，当棒材一端有计数丝杠排出时，棒材的另一端因中间滑道的支撑作用而由组合型挡杆滑道的挡杆顶部越过，实现了整个棒材同时落入下面的第三段横移台架上的要求，组合型挡杆滑道的挡杆高度能按棒材直径需要灵活调整。
6.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征是计数传感器由光电计数传感器和可调式支架组成，光电计数传感器的工作位置由可调式支架确定，并可以在计数丝杠水平投影范围内的任意高度上进行任意调整，光电计数传感器安放在支架上的可以通风冷却的金属壳体内。
7.如权利要求1所述的棒材计数器，其特征是棒材重叠检测光电传感器由光源发射和接受两部分组成，其平面位置在计数丝杠的入口端且与检验台运输链相垂直，光源发射的光路高度输送链上表面的高度为1.8～1.9个棒材直径。
专利摘要一种热轧棒材生产线在线用棒材计数器，属于冶金机械。包括锥形外径的计数丝杠、主传动装置、计数传感器、棒材乱排报警装置、同步落料机构。或采用变频电机拖动和角位移可控制动器，或采用伺服电机驱动，系统由过程控制计算机控制。具有设备简单，操作方便，运行可靠，可根据生产线轧制节奏需要来调整计数速度和棒材的定量分组的特点。由于采用了角位移可控制动器，同步落料机构等手段，彻底解决了棒材计数器计数不准的普遍问题。
文档编号B21B1/16GK2754765SQ20042008799
公开日2006年2月1日 申请日期2004年8月17日 优先权日2004年8月17日
发明者任吉堂 申请人:河北理工大学