CN101524725A - 钢管校直机的形状精度检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

钢管校直机的形状精度检测系统及检测方法，包括有在所述的钢管校直机输送端设有旋转托辊(2)和龙门架(9)，旋转托辊(2)上设有被测钢管(3)，其特点是还包括有在所述的龙门架(9)的下端设有传感器固定板(5)，传感器固定板(5)设有传感器(4)，传感器固定板(5)上设有第二步进电机(6)和第三步进电机(7)，所述的步进电机与数据采集及处理装置相连；所述的传感器(4)与数据采集及处理装置相连；本发明安装到现有的校直机上，从而可以实现对钢管的形状精度实现数字化检测；并实现校直机的全数字化智能控制。

Description

钢管校直机的形状精度检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及钢管制造过程中其形状精度的测量技术领域，尤其涉及一种钢管校直机的形状精度检测系统及检测方法。

背景技术

大直径钢管的生产工艺中有一种工艺方法是：利用专用的折弯机将钢板逐段压弯，形成一个有开口的近似圆形。然后对开口进行焊接，从而形成封闭的圆形。但是这样成型的焊管其形状精度比较低，因此，需要后续的整形工序。整形工序包括两个内容：不圆度方面的精整工序和直线度方面的校直工序。现有的生产工艺中，校直工序依靠专门的校直机对钢管进行校直。校直机具备驱动被校直钢管进行圆周运动的功能；校直用的压头安装在龙门架上，龙门架可以沿被测钢管的轴线运动，在钢管弯曲变形的高点对钢管实施校直。

但是，被校直钢管的弯曲程度，也就是大直径钢管直线度和圆度的检测一直是困扰现代化工业生产的一个重要的技术难题。对于大口径直缝埋弧焊管的直线度、圆度的在线实时检测国内外至今都没有很好的解决；大都采用目测和拉线法相结合的方法。采用这种方法精度和效率低，不利于自动化程度的提高。而且检验人员近距离接触大型钢管成型设备，也带来的安全隐患。因此在原来的校直机上设计制造一台自动化在线检测系统，又不对校直机作重大的改动，这样对于提高效率和加工精度来说都是有重要意义的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷而提供一种钢管校直机的形状精度检测系统及检测方法，从而有效克服了背景技术所述存在的一系列问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的钢管校直机的形状精度检测系统，包括有在所述的钢管校直机输送端设有旋转托辊2和龙门架15，旋转托辊2与第一步进电机1相连，旋转托辊2上设有被测钢管3，龙门架9通过丝杠螺母机构与第四步进电机8相连接；其特点是还包括有在所述的龙门架9的下端设有传感器固定板5，传感器固定板5设有传感器4，传感器固定板5上设有第二步进电机6和第三步进电机7，所述的第一步进电机1、第二步进电机6、第三步进电机7和第四步进电机8分别与伺服电机驱动器9相连，伺服电机驱动器9与数据采集及处理装置相连；所述的传感器4与限为开关15相连，限为开关15通过接线端子14与相连，接线端子14通过信号调理电路13与数据采集及处理装置相连。

所述的钢管校直机的形状精度的检测方法的步骤为：

(1)、由数据采集及处理装置的计算机向系统发送指令；

(2)、步进电机开始运转，带动钢管和位移传感器分别作旋转和轴向运动；

(3)、传感器按照数据采集及处理装置的计算机设定的采样频率和采样点在钢管外表面采集一定的数据，并放入数据缓冲器；

(4)、判断如果没采集完，就返回第(2)步；如果数据采集完毕，就令计算机对采集到的数据，采用步域三点算法和数学模型分析数据，得出钢管形状参数；并做出相应的曲线或模型图，用于钢管的具体分析，也可以对数据显示、打印；

(5)、根据计算机得出的参数，计算机调用参数库对比数据，发送指令到校直机；

(6)、校直机根据参数库指令参数对钢管实施自动化的校直动作；

(7)、对校直后的钢管进行自动检测，如果不合格，则返回到第(1)步，如果合格，则结束检测。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：所述的钢管校直机的形状精度检测系统，安装到现有的校直机上，从而实现了对钢管的形状精度数字化检测；检测精度可以达到0.01mm；检测钢管的尺寸范围为：Φ360～Φ1460，长度：8000～12000mm；具有数据处理，反馈控制的功能；该数字化检测系统为用户提供参数库，用户可以在使用中逐渐建立起自己的校直优化数据库，从而最终实现校直机的全数字化智能控制。

附图说明

图1是本发明的检测系统方案示意图；

图2是本发明的检测系统结构示意主视图；

图3是本发明的检测系统结构示意左视图；

图4是本发明的检测系统流程图。

附图中：1.第一步进电机，2.旋转托辊，3.被测钢管，4.传感器，41.第一传感器，42.第二传感器，43.第三传感器，44.第四传感器，45.第五传感器，46.第六传感器，5.传感器固定板，6.第二步进电机，7.第三步进电机，8.第四步进电机。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，所述的钢管校直机的形状精度检测系统，包括有在所述的钢管校直机输送端设有旋转托辊2和龙门架15，旋转托辊2与第一步进电机1相连，旋转托辊2上设有被测钢管3，龙门架9通过丝杠螺母机构与第四步进电机8相连接；其特点是还包括有在所述的龙门架9的下端设有传感器固定板5，传感器固定板5设有传感器4，传感器固定板5上设有第二步进电机6和第三步进电机7，所述的第一步进电机1、第二步进电机6、第三步进电机7和第四步进电机8分别与伺服电机驱动器9相连，伺服电机驱动器9与数据采集及处理装置相连；所述的传感器4与限为开关15相连，限为开关15通过接线端子14与相连，接线端子14通过信号调理电路13与数据采集及处理装置相连。

所述的传感器4分为两组，一组为钢管圆度检测组，包括有第一传感器41、第二传感器42和第三传感器43，相邻的两个传感器之间设有夹角；另一组为钢管直线度检测组，包括有第四传感器44、第五传感器45和第六传感器46，相邻的两个传感器之间设有间距。

所述的数据采集及处理装置包括有与所述的伺服电机驱动器9的计算机10和与所述的信号调理电路13相连的数据采集卡12，计算机10与数据采集卡12相连，同时还设有显示和打印装置11。

所述的钢管校直机的形状精度的检测方法，其步骤为：

(1)、由数据采集及处理装置的计算机向系统发送指令；

(2)、步进电机开始运转，带动钢管和位移传感器分别作旋转和轴向运动；

(3)、传感器按照数据采集及处理装置的计算机设定的采样频率和采样点在钢管外表面采集一定的数据，并放入数据缓冲器；

(4)、判断如果没采集完，就返回第(2)步；如果数据采集完毕，就令计算机对采集到的数据，采用步域三点算法和数学模型分析数据，得出钢管形状参数；并做出相应的曲线或模型图，用于钢管的具体分析，也可以对数据显示、打印；

(5)、根据计算机得出的参数，计算机调用参数库对比数据，发送指令到校直机；

(6)、校直机根据参数库指令参数对钢管实施自动化的校直动作；

(7)、对校直后的钢管进行自动检测，如果不合格，则返回到第(1)步，如果合格，则结束检测。

检测时，位移传感器随龙门架在导轨上沿钢管轴向移动，同时钢管在旋转托辊带动下旋转，这样传感器沿螺旋线采集钢管表面。其数据采集及处理装置对于圆度和直线度都采用频域三点法误差分离的方法(EST)来得到。其中第一传感器41、第二传感器42和第三传感器43，相邻的两个传感器之间设有夹角，用其测得的数据来分析钢管截面的不圆度；第四传感器44、第五传感器45和第六传感器46，相邻的两个传感器之间设有间距，用其测得的数据用于分析钢管直线度。

检测圆度的原理为：假设第一传感器41、第二传感器42和第三传感器43的安装夹角分别为α、β，这三个传感器的轴线交于钢管截面中心，也就是说这三个传感器位于同一个截面上。采样时，钢管每旋转一周，传感器在每条母线上采集一次数据，这样钢管旋转一周，传感器回到第一条母线上。用采集到的螺旋线近似钢管截面圆。分析钢管每旋转一周时传感器的采集数据可得出钢管截面的圆度误差值R(θ)。

圆度误差分离原理采用经典的频域三点法圆度误差分离技术，设第一传感器41、第二传感器42和第三传感器43检测时的输出分别为D(θ)、A(θ)、E(θ)，R(θ)为钢管圆度误差，钢管回转误差在X、Y相的分量分别为X(θ)、Y(θ)，则各传感器的检测方程为：

$\left\{\begin{array}{c}D\left(\mathrm{\θ}\right)=R\left(\mathrm{\θ}\right)+X\left(\mathrm{\θ}\right)\\ A\left(\mathrm{\θ}\right)=R(\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})+X\left(\mathrm{\θ}\right)\cos \mathrm{\α}+Y\left(\mathrm{\θ}\right)\sin \mathrm{\α}\\ E\left(\mathrm{\θ}\right)=R(\mathrm{\θ}+\mathrm{\α}+\mathrm{\β})+X\left(\mathrm{\θ}\right)\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})+Y\left(\mathrm{\θ}\right)\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})\end{array}\right.---\left(1\right)$

利用消元法消除X(θ)、Y(θ)的影响，再进行加权求和，得到

H(θ)＝D(θ)+αA(θ)+bE(θ)＝R(θ)+aR(θ+α)+bR(α+β+θ)        (2)

对其进行傅立叶变换、逆傅立叶变换可分离旋转误差，得到钢管圆度误差值R(θ)。

检测直线度的原理为：假设钢管全长为L，第四传感器44、第五传感器45和第六传感器46的间距为L1，L2，当采用频域三点法作误差分离方法时，L1＝L2。设定每条母线上的采样周期和传感器移动速度使得当钢管旋转一周时，传感器移动一个步距L1或L2，使第四传感器44第二次检测点与第五传感器45的第一次检测点重合。这样在一次检测过程中，通过限定可以使得每条母线上的检测点近似在一条直线上。这样分析每条母线上的所有的采样点评定母线直线度误差。直线度的误差分离原理与圆度误差分离原理近似，相当于将圆展开成直线的情况，数学模型类似。

Claims (4)

1、钢管校直机的形状精度检测系统，包括有在所述的钢管校直机输送端设有旋转托辊(2)和龙门架(15)，旋转托辊(2)与第一步进电机(1)相连，旋转托辊(2)上设有被测钢管(3)，龙门架(9)通过丝杠螺母机构与第四步进电机(8)相连接；其特征是还包括有在所述的龙门架(9)的下端设有传感器固定板(5)，传感器固定板(5)设有传感器(4)，传感器固定板(5)上设有第二步进电机(6)和第三步进电机(7)，所述的第一步进电机(1)、第二步进电机(6)、第三步进电机(7)和第四步进电机(8)分别与伺服电机驱动器(9)相连，伺服电机驱动器(9)与数据采集及处理装置相连；所述的传感器(4)与限为开关(15)相连，限为开关(15)通过接线端子(14)与相连，接线端子(14)通过信号调理电路(13)与数据采集及处理装置相连。

2、根据权利要求1所述的钢管校直机的形状精度检测系统，其特征在于：所述的传感器(4)分为两组，一组为钢管圆度检测组，包括有第一传感器(41)、第二传感器(42)和第三传感器(43)，相邻的两个传感器之间设有夹角；另一组为钢管直线度检测组，包括有第四传感器(44)、第五传感器(45)和第六传感器(46)，相邻的两个传感器之间设有间距。

3、根据权利要求1所述的钢管校直机的形状精度检测系统，其特征在于：所述的数据采集及处理装置包括有与所述的伺服电机驱动器(9)的计算机(10)和与所述的信号调理电路(13)相连的数据采集卡(12)，计算机(10)与数据采集卡(12)相连，同时还设有显示和打印装置(11)。

4、钢管校直机的形状精度的检测方法，其步骤为：

(1)、由数据采集及处理装置的计算机向系统发送指令；

(2)、步进电机开始运转，带动钢管和位移传感器分别作旋转和轴向运动；

(3)、传感器按照数据采集及处理装置的计算机设定的采样频率和采样点在钢管外表面采集一定的数据，并放入数据缓冲器；

(4)、判断如果没采集完，就返回第(2)步；如果数据采集完毕，就令计算机对采集到的数据，采用步域三点算法和数学模型分析数据，得出钢管形状参数；并做出相应的曲线或模型图，用于钢管的具体分析，也可以对数据显示、打印；

(5)、根据计算机得出的参数，计算机调用参数库对比数据，发送指令到校直机；

(6)、校直机根据参数库指令参数对钢管实施自动化的校直动作；

(7)、对校直后的钢管进行自动检测，如果不合格，则返回到第(1)步，如果合格，则结束检测。

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