专利名称：一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法，适用于拉丝机、漆包机以及各种裸线复绕机等场合使用。
背景技术：
拉丝机是在工业应用中广泛用于机械制造、五金加工、电线电缆等行业的机械设备。成品钢丝收线装置是其中的关键部分。因收线时工字轮边缘位置定位不够精准，使得工字轮两侧出现“堆线”，甚至出现胀轮变形情况，严重影响线材质量和排线平整度。
目前对工字轮收线问题，主要是利用接近开关或限位开关在近似工字轮边缘位置，使排线架换向以完成排线作业，而近似的工字轮边缘位置的标定大都采用人工标定法， 精度不高且效率低。国际上最先进的排线机构工字轮定边装置是德国KMK公司生产的，这种装置采用机械接触式传感器来实现对工字轮边缘位置的检测，从而带动与其相连的排线机构完成换向。其缺点是1)机械传感器的运动由人工操纵手柄的转动实现，效率低，精度不高；2)传感器为机械接触式，长期使用会由于磨损降低定位精度；3)结构复杂，对加工精度要求苛刻。
现有的设备和方法的主要缺点有工字轮边缘位置的标定一般都采用人工方法， 精度低；接近开关精度不高，排线架换向不及时，易出现工字轮边缘“堆线”现象。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法，该拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法检测精度高、易于实施、 且能有效避免出现工字轮边缘“堆线”现象。
发明的技术解决方案如下
一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，包括收线工字轮边缘位置检测装置和控制器；
所述的收线工字轮边缘位置检测装置包括支架、导线轮、丝杆、电机、位置检测端、 编码器和用于检测导线轮与工字轮之间轴向距离的位移传感器，位置检测端设置在支架上、丝杆与电机传动连接，编码器设置在丝杆上；丝杆穿过所述的支架；导线轮设置在支架上；位移传感器为两个，沿工字轮轴向设置在位置检测端；
所述的电机作为拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的输出模块；电机受控于所述的控制器；
所述的编码器作为拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的反馈模块，编码器和位移传感器均与控制器连接。
支架上还固设有竖直的导轨，位置检测端通过气缸设置在所述的支架上，且位置检测端与气缸的活动端连接，所述的位置检测端还与能在导轨上滑动的滑块相连。
编码器设置在丝杆的端部。2/5页
位移传感器为电涡流位移传感器。
所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统还包括上位机，上位机与控制器通信连接，所述的控制器为PLC。
所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统还包括沿丝杆方向的两个极限位置限位开关，极限位置限位开关与控制器连接。
一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的控制方法，基于前述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，包括以下步骤
步骤1 标定2个极限位置；
控制器通过电机驱动支架在丝杆上运动的过程中，控制器通过所述的2个位移传感器获取位移传感器到工字轮内沿的距离，控制器根据该距离标定两个极限位置；并获取该两个极限位置对应的编码器的角度值；
步骤2 控制支架在所述的2个极限位置之间往复移动；
控制器通过电机驱动支架沿丝杆运动，遇到所述的极限位置则控制电机反转，从而实现支架在2个极限位置之间往复移动，直至完成在工字轮上的排线工序。
标定任一个极限位置的方法为根据导线轮的周向的凹槽中心线到工字轮内沿的距离S标定极限位置，导线轮的周向的凹槽到工字轮内沿的距离S的计算公式为
S = S1+S2 ；
其中，Sl为位移传感器外端到工字轮内沿的距离，由位移传感器测得；S2为位移传感器外端到导线轮的周向凹槽中心线，S2为已知量。
有益效果
本发明的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法，具有以下优点
所述的的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统由支架、导线轮、丝杆、电机、位置检测端、编码器和位移传感器组成，结构简单，检测精度高。目前国内尚没有能对工字轮边缘位置进行精确标定的自动化检测系统，基本依靠手工标定方式或国外进口。
手工标定方法一般是采用一根单位直径的精加工金属棒，靠人工观察来近似对正导线轮周向凹槽同工字轮左右边缘位置，从而实现导线轮在丝杠上的运动极限位置标定， 这种方法误差大，效率低；
国际上目前最先进的用于排线机构工字轮的定边装置是德国KMK公司生产的，这种装置较手工标定方式具有很大的优势，但因其采用机械接触式传感器来实现工字轮边缘位置的检测，从而不可避免地具有以下缺点1)该装置所采用的机械接触式传感器的运动由人工操纵手柄的转动实现，效率低，精度不高；幻传感器为机械接触式，长期使用会由于磨损降低定位精度；3)结构复杂，构件繁多，且边缘位置的检测主要依赖于各个定位机构， 故对加工精度的要求很高。
本发明所述的检测系统，其检测单元(即收线工字轮边缘位置检测装置)由气缸带动，可前后伸缩，通过安装在其端部的2个位移传感器，可精确获得排线支架导线轮周向凹槽中心线距离工字轮内侧边缘位置的距离，通过补偿计算即可准确标定工字轮左右边缘极限位置；反馈单元(即反馈模块)将连接在丝杆上的编码器读数传输给PLC控制单元(即控制器PLC)，通过输出单元控制电机运转，从而控制排线支架在标定的左右极限位置之间运动，显示单元对位移监测值和编码器反馈的控制量进行实时显示；排线作业中，当排线支4架越过左右极限位置时，即编码器读数超出设定范围，系统可以输出机械越位报警，并使得电机停止。
同国外所生产的检测装置相比，具有以下优点1)所采用的电涡流位移传感器， 其前后伸缩运动由气缸控制实现，效率高，精度高；幻传感器为电涡流非接触式，可以保证平稳可靠、高精度的位置检测；3)结构简单，且边缘位置的检测不依赖于各机械结构加工及定位精度，故对加工精度的要求不高。
所述的检测系统，由PLC控制单元、上位机显示单元、反馈单元、检测单元以及输出单元组成。其控制方法是检测单元通过安装在其端部的位移传感器，可精确获得排线支架上导线轮周向凹槽中心线距离工字轮内侧边缘位置的距离，通过补偿计算即可准确标定工字轮左右边缘极限位置；反馈单元将连接在丝杆上的编码器读数传输给PLC控制单元 (即控制器PLC)，通过后台运算，得出输出单元控制电机运转，从而控制排线支架在标定的左右极限位置之间运动。
在检测精度方面，目前的主流检测方式——手工标定法，其精度可达到0. 5mm ；而德国KMK公司生产检测装置，检测精度可达到0. 05mm(因德国该产品无法查到相关参数，本数据是根据极限与配合理论中，线性尺寸公差等级中的最高精密级确定)；所述的检测系统，采用电涡流传感器，通过预先的检测标定，即可消除机械误差，对工字轮边缘的检测基本等于电涡流传感器的检测精度，可达到0. 002mm(由于S为安装定位尺寸，且可以通过预检测进行精确标定，故此装置的检测精度可近似认为是电涡流位移传感器的检测精度。)， 检测精度高，结构简单，且对加工精度及安装精度要求较低。
图1为本发明工字轮边缘位置检测原理示意图2为本发明工字轮边缘位置检测系统控制流程图3为本发明工字轮边缘位置检测系统控制原理框图4是收线工字轮边缘位置检测装置的结构框图(主视图)；
图5是收线工字轮边缘位置检测装置的结构框图(侧视图)。
标号说明1-编码器，2-丝杆，3-位移传感器，4-电机，5-导轨，6-支架，7-气缸， 8-滑块，9-位置检测端，10-导线轮，11-工字轮，12-显示单元。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，收线工字轮边缘位置检测装置，它包括有编码器、丝杆、位移传感器、 电机、支架、工字轮。电机同丝杆传动连接，通过丝杆转动带动支架横向运动，支架上装有导线轮、气缸、导轨以及安装在导轨上的滑块，位置检测端分别同气缸前端和滑块连接，检测端前端装有两个位移传感器，实现对工字轮边缘位置的检测。系统控制由PLC控制单元、上位机显示单元、反馈单元、检测单元以及输出单元组成。其中PLC控制单元是整个系统控制的核心；上位机显示左右两个传感器检测值和编码器设定值；反馈单元反馈编码器的信息给PLC和伺服电机；检测单元是两个电涡流位移传感器检测；输出单元包括伺服电机输出控制丝杆排线及气缸的伸出缩回。
如图2，工字轮边缘位置检测方法为检测单元通过安装在其端部的位移传感器， 可精确获得排线支架上导线轮周向凹槽中心线距离工字轮内侧边缘位置的距离，通过补偿计算即可准确标定工字轮左右边缘极限位置；反馈单元将连接在丝杆上的编码器编码器反映丝杆转动的角度读数传输给PLC控制单元，结合检测值计算控制参数，通过输出单元控制电机运转，从而控制排线支架在标定的左右极限位置之间运动；显示单元对位移监测值和编码器反馈的控制量进行实时显示。
其中，检测单元上装有2个位移传感器，当支架向左移动靠近工字轮边缘时，1#传感器可测得导线轮周向凹槽中心线距离工字轮左内侧边缘位置的距离Si，通过补偿计算公式S = S1+S2，S2为位移传感器外端到导线轮的周向凹槽中心线的距离，S2为已知量。即可标定工字轮左边缘极限位置(A2点)，同理可标定工字轮右边缘极限位置(B2点)。
其中，反馈单元由编码器构成，编码器将丝杆转动角度实时传输给PLC控制单元， 结合位移传感器检测值，通过程序计算获取电机控制参数，控制排线支架准确到达左极限位置(A2点)，同时设定此时编码器角度为0度，同理可标定右边极限位置(B2值)和编码器角度值；编码器读数为左右极限位之间的角度差值，即支架在丝杆上的运动范围。
按照编码器在左右极限位置的角度差值，计算出电机正反转换向控制参数，实现排线支架的换向控制；在检测单元装有气缸，当检测端对工字轮边缘位置进行检测标定之后，可缩回支架中，不影响正常排线作业，结构简单，性能稳定。
在左极限位置(A2点)和右极限位置(B2点)安置有限位开关，当支架越过左右极限位置时，即编码器读数超出设定范围，系统输出机械越位报警。
如图4-5所示，一种收线工字轮边缘位置检测装置，它包括有(1)编码器，(2)丝杆，(3)位移传感器，(4)电机，(5)导轨，(6)支架，(7)气缸，(8)滑块，(9)位置检测端， (10)导线轮，(11)工字轮。电机同丝杆传动连接，通过丝杆转动带动支架横向运动，支架上装有导线轮、气缸、导轨以及安装在导轨上的滑块，位置检测端分别同气缸前端和滑块连接，检测端前端装有两个位移传感器，实现对工字轮边缘位置的检测。
工字轮边缘位置检测方法为位置检测端9在气缸7的作用下伸入工字轮11，丝杆2转动，带动支架6由任意初始位置向左移动，当工字轮11左边内侧边缘进入1#位移传感器检测范围时，通过程序补偿计算，标定使导线轮10上的钢丝到达工字轮11左内侧边缘位置(Al点)时所对应的支架6位置为左极限位(即A2点)，同时设定此时编码器1角度为0度；
同理，采用姊位移传感器标定右极限位，此时编码器1读数为左右极限位之间的角度差值，即支架6在丝杆2上的运动范围。
其中，所述的检测端9是通过气缸7的作用实现伸缩运动，检测完工字轮边缘位置可缩回支架中，不影响正常排线作业，结构简单，性能可靠；
其中，所述的支架左极限位置(A2点)的标定是根据补偿计算公式求得，并同时设置编码器的读数为0 ；支架右极限位置的标定是根据类似的方法求得，同时设置编码器当前读数即代表丝杆母的运动范围。
按照编码器在左右极限位置的角度差值，计算出电机正反转换向控制参数，实现排线支架的换向控制；
在左极限位置(A2点)和右极限位置安置有限位开关，当支架越过左右极限位置时，输出机械越位报警。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
权利要求
1.一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，包括收线工字轮边缘位置检测装置和控制器；所述的收线工字轮边缘位置检测装置包括支架、导线轮、丝杆、电机、位置检测端、编码器和用于检测导线轮与工字轮之间轴向距离的位移传感器，位置检测端设置在支架上、丝杆与电机传动连接，编码器设置在丝杆上；丝杆穿过所述的支架；导线轮设置在支架上；位移传感器为两个，沿工字轮轴向设置在位置检测端；所述的电机作为拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的输出模块；电机受控于所述的控制器；所述的编码器作为拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的反馈模块，编码器和位移传感器均与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，其特征在于，支架上还固设有竖直的导轨，位置检测端通过气缸设置在所述的支架上，且位置检测端与气缸的活动端连接，所述的位置检测端还与能在导轨上滑动的滑块相连。
3.根据权利要求1所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，其特征在于，编码器设置在丝杆的端部。
4.根据权利要求1所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，其特征在于，位移传感器为电涡流位移传感器。
5.根据权利要求2所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，其特征在于，还包括上位机，上位机与控制器通信连接，所述的控制器为PLC。
6.根据还设有权利要求5所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，其特征在于， 还包括沿丝杆方向的两个极限位置限位开关，极限位置限位开关与控制器连接。
7.一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的控制方法，其特征在于，基于权利要求 1-6任一项所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统，包括以下步骤步骤1 标定2个极限位置；控制器通过电机驱动支架在丝杆上运动的过程中，控制器通过所述的2个位移传感器获取位移传感器到工字轮内沿的距离，控制器根据该距离标定两个极限位置；并获取该两个极限位置对应的编码器的角度值；步骤2 控制支架在所述的2个极限位置之间往复移动；控制器通过电机驱动支架沿丝杆运动，遇到所述的极限位置则控制电机反转，从而实现支架在2个极限位置之间往复移动，直至完成在工字轮上的排线工序。
8.根据权利要求7所述的拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统的控制方法，其特征在于，标定任一个极限位置的方法为根据导线轮的周向的凹槽中心线到工字轮内沿的距离 S标定极限位置，导线轮的周向的凹槽到工字轮内沿的距离S的计算公式为S = S1+S2 ；其中，Sl为位移传感器外端到工字轮内沿的距离，由位移传感器测得；S2为位移传感器外端到导线轮的周向凹槽中心线，S2为已知量。
全文摘要
本发明公开了一种拉丝机收线工字轮边缘位置检测系统及其控制方法，该方法的步骤为步骤1标定2个极限位置；控制器通过电机驱动支架在丝杆上运动的过程中，控制器通过所述的2个位移传感器获取位移传感器到工字轮内沿的距离，控制器根据该距离标定两个极限位置；并获取该两个极限位置对应的编码器的角度值；步骤2控制支架在所述的2个极限位置之间往复移动；控制器通过电机驱动支架沿丝杆运动，遇到所述的极限位置则控制电机反转，从而实现支架在2个极限位置之间往复移动，直至完成在工字轮上的排线工序。本发明具有检测精度高、易于实施等特点，且能有效避免出现工字轮边缘“堆线”现象。
文档编号G05B19/05GK102506678SQ20111032695
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘云龙, 张晓林, 杨武, 熊波, 谭建平 申请人:中南大学