CN101537552B - 药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法及装置，所述药芯焊丝成型机包括粉料斗(12)、皮带送粉总成(10)和钢带轧制成型设备，在粉料斗(12)和皮带送粉总成(10)之间设置有粉料流量测量装置，在钢带轧制成型设备上设置有钢带测速装置(2)。A.测量并计算同一时间段(T)内通过皮带送粉总成(10)的粉料重量(W1)，和钢带轧制成型设备上所通过钢带(3)的重量(W2)；B.按照公式计算药芯焊丝的填充率(Q)，重复步骤A，直至填充率(Q)满足要求。方法简便，设计合理，实用性强，自动化程度高，测量与控制精度高，产品质量稳定，便于实现对药芯焊丝填充率的精确控制，可以适应高生产率的成型机，生产效率高。

Description

药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种药芯焊丝成型设备的检测方法和装置。具体来说涉及一种药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法及装置，属于焊接材料制造设备技术领域。

背景技术

随着焊接技术的发展，药芯焊丝的优越性逐渐为人们所认识和接受，应用范围不断扩展，极大的推动了药芯焊丝的运用。使得对药芯焊丝的需求日益扩大，特别是造船业的发展，大量需要碳钢药芯焊丝，因此，越来越多的厂家纷纷生产药芯焊丝。其中生产药芯焊丝的关键是控制好药粉的填充率，它是直接影响质量的关键。在生产药芯焊丝的关键工序-成型机上都有药粉定量填充装置，为了保证药粉的填充率符合生产要求，目前多厂家的生产工艺是在生产一定数量的焊丝后，停车抽样检查填充率，即截取一段焊丝，用人工将焊丝剥开，取出药粉，分别称量这一段焊丝中药粉和钢带的重量，从而计算出填充率，如果不符合要求，则重新调整药粉定量填充装置，而刚生产出的焊丝只能作为不合格品单独处理。既费工费时，又影响生产效率，还可能造成浪费，同时还不能对焊丝的生产质量进行有效控制。这都限制了药芯焊丝生产规模的扩大和焊丝制造业的发展。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有成型机填充率无法在线自动测量的缺陷和不足，提供一种药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法。它可在线精确测量药芯焊丝的填充率，并对其进行控制，方法简便，检测数据准确，控制精度较高。

本发明的第二个目的是针对现有成型机无法测量药芯焊丝填充率的缺陷和不足，提供一种药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置。它结构简单，安装和使用方便，检测和控制的精度较高，适用机型广泛。

本发明的第一个目的是通过以下技术手段实现的：药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法，包括以下步骤：

A.向成型机的粉料斗和皮带送粉总成加入药芯粉料，调整并固定皮带送粉总成上的送粉间隙，向钢带轧制成型设备中装入钢带，开启皮带送粉总成和钢带轧制成型设备，测量皮带送粉总成上的粉料流量和钢带轧制成型设备上钢带的速度，同时计算同一时间段内通过皮带送粉总成的粉料重量W1，和钢带轧制成型设备上所通过钢带的重量W2；

B.按照公式：Q＝[W1/(W1+W2)]×100％；计算药芯焊丝的填充率Q，并调整皮带送粉总成上皮带的运行速度V1和/或钢带轧制成型设备上钢带的运行速度V2，重复步骤A，直至药芯焊丝的填充率Q满足要求。

所述步骤A中，皮带送粉总成上的粉料流量由激光测距仪和设置在粉料斗和皮带送粉总成之间的透明输料管，或由粉料流量测量装置测得，并计算得出时间段内皮带送粉总成输送的粉料重量，钢带轧制成型设备上所通过钢带的速度由激光测速仪或钢带测速装置测得，并计算得出时间段内钢带轧制成型设备上所通过钢带的重量。

所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成、透明输料管、上料位光电传感器和下料位光电传感器组成，气控阀门总成安装在粉料斗的出口处，透明输料管垂直安装在气控阀门总成和皮带送粉总成之间，上料位光电传感器安装透明输料管的上端，下料位光电传感器安装在透明输料管的下端，皮带送粉总成运行时，先开启气控阀门总成，粉料落入透明输料管中，当透明输料管内的粉料到达上料位光电传感器的高度时，关闭气控阀门总成，测量透明输料管内粉料高度由上料位光电传感器下降至下料位光电传感器的时间段，并按照公式：W1＝(0.5D)²×π×L×γ1；计算所流过粉料的重量W1，

式中：D-透明输料管的内径，π-圆周率，L-上料位光电传感器至下料位光电传感器的距离，γ1-粉料的比重。

所述步骤A中，所述钢带轧制成型设备上所通过钢带的速度由钢带测速装置测得，所述的钢带测速装置由安装在钢带下方的钢带测速轮和安装在测速轮轴上的转速测量器组成，并按照公式：W2＝γ2×P×S×n；计算时间段内通过钢带的重量W2，

式中：γ2-钢带的比重，P-钢带测速轮踏面的圆周长，S-钢带的截面积，n-T时间段内钢带测速轮转动的圈数。

本发明的第二个目的是通过以下技术手段实现的：药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，所述药芯焊丝成型机包括粉料斗、皮带送粉总成和钢带轧制成型设备，在粉料斗和皮带送粉总成之间设置有粉料流量测量装置，在钢带轧制成型设备上设置有钢带测速装置。

所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成、透明输料管、上料位光电传感器和下料位光电传感器组成，气控阀门总成安装在粉料斗的出口处，透明输料管垂直安装在气控阀门总成和皮带送粉总成之间，上料位光电传感器安装透明输料管的上端，下料位光电传感器安装在透明输料管的下端，所述的钢带测速装置由钢带测速轮、测速轮轴和转速测量传感器组成，钢带测速轮的轴心固定有测速轮轴，测速轮轴安装在钢带下方的机座上，在测速轮轴上安装有转速测量传感器。

所述上料位光电传感器、下料位光电传感器和转速测量传感器的信号线分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端连接，可编程序控制器或微处理器的信号输出端与气控阀门总成的开关控制端连接。

所述可编程序控制器或微处理器的信号输出端与钢带轧制成型设备和/或皮带送粉总成上的速度控制装置连接。

所述测速轮轴上还安装有比例送粉传感器，比例送粉传感器的信号输出端分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端以及皮带送粉总成上的速度控制装置连接。

所述的钢带测速装置安装在钢带轧制成型设备的进带端，所述钢带测速轮的上方有一压轮与钢带测速轮的踏面滚动接触，压轮的轮轴上设置有一拉簧，拉簧的另一端固定在压轮下方的机座上。

与现有技术相比本发明具有以下明显的优点：

1.实现了药芯焊线成型机填充率的在线测量与控制，方法简便，测量精度较高，控制与调整灵活，按照设定的填充率，皮带送粉总成和成型机运行的速度可自动对应调整。以保证填充率满足要求，基本不会产生填充率不合格的焊丝，产品质量稳定，便于实现对药芯焊丝填充率的精确控制，可以适应高生产率的成型机，生产效率高。

2.药芯焊线成型机填充率的在线测量与控制装置设计合理，实用性强，自动化程度高，测量与控制精度高，省时省力，生产效率高不需单独操作，容易掌握的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是钢带计重装置2的结构示意图；

图4是图3的左视图。

图中，机座1、钢带测速装置2、钢带测速轮21、拉簧22、压轮23、送粉编码器24、转速测量传感器25、轴承座26、测速轮轴27、钢带3、玻璃输料管4、上料位光电传感器5、下料位光电传感器6、下粉槽7、钢带托轮8、伺服电机9、皮带送粉总成10、气控阀门总成11、粉料斗12。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

本发明的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法，包括以下步骤：

A.向成型机的粉料斗12和皮带送粉总成10加入药芯粉料，调整并固定皮带送粉总成10上的送粉间隙，向钢带轧制成型设备中装入钢带3，开启皮带送粉总成10和钢带轧制成型设备，测量皮带送粉总成10上的粉料流量和钢带轧制成型设备上钢带3的速度，同时计算同一时间段T内通过皮带送粉总成10的粉料重量W1，和钢带轧制成型设备上所通过钢带3的重量W2；

B.按照公式：Q＝[W1/(W1+W2)]×100％；计算药芯焊丝的填充率Q，并调整皮带送粉总成10上皮带的运行速度V1和/或钢带轧制成型设备上钢带3的运行速度V2，重复步骤A，直至药芯焊丝的填充率Q满足要求。

所述步骤A中，皮带送粉总成10上的粉料流量可由激光测距仪和设置在粉料斗12和皮带送粉总成10之间的气控阀门总成11、透明输料管4测得，即在粉料斗12和皮带送粉总成10之间安装透明输料管4，将激光测距仪设置在透明输料管4的附近，在气控阀门总成11关闭时，通过激光测距仪测量透明输料管4内粉料在时间段T内下落的距离，并计算得出时间段T内皮带送粉总成10输送的粉料重量W1；皮带送粉总成10上的粉料流量也可由粉料流量测量装置测得，所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成11、透明输料管4、上料位光电传感器5和下料位光电传感器6组成，气控阀门总成11安装在粉料斗12的出口处，透明输料管4垂直安装在气控阀门总成11和皮带送粉总成10之间，上料位光电传感器5安装透明输料管4的上端，下料位光电传感器6安装在透明输料管4的下端，皮带送粉总成10运行时，先开启气控阀门总成11，粉料落入透明输料管4中，当透明输料管4内的粉料到达上料位光电传感器5的高度时，关闭气控阀门总成11，测量透明输料管4内粉料高度由上料位光电传感器5下降至下料位光电传感器6的时间段T，并按照公式：W1＝0.5D²×π×L×γ1；计算所流过粉料的重量W1，

式中：D-透明输料管4的内径，π-圆周率，L-上料位光电传感器5至下料位光电传感器6的距离，γ1-粉料的比重。

按照时间段T内所流过粉料的重量W1可以计算出粉料流动的速度也就是送粉皮带的运行速度V1。

所述步骤A中，钢带轧制成型设备上所通过钢带3的速度V2可由激光测速仪测得，即在钢带轧制成型设备的附近设置激光测速仪，在钢带3上用粉笔或涂料作上等距标记，在钢带3运行时通过激光测距仪测量钢带3的运行速度并计算得出时间T内钢带轧制成型设备上所通过钢带3的重量W2。钢带轧制成型设备上所通过钢带3的速度V2也可由钢带测速装置2测得所述钢带轧制成型设备上所通过钢带3的速度由钢带测速装置2测得，所述的钢带测速装置2由安装在钢带3下方的钢带测速轮21和安装在测速轮轴27上的转速测量器25组成，并按照公式：W2＝γ2×P×S×n；计算时间段T内通过钢带3的重量W2，

式中：γ2-钢带3的比重，P-钢带测速轮21踏面的圆周长，S-钢带3的截面积，n-T时间段内钢带测速轮21转动的圈数。

采用粉料流量测量装置和钢带测速装置2对药芯焊丝成型机进行填充率在线测量与控制的方法如下：1是将生产药芯焊丝所用一定规格的钢带3(设定钢带3的截面积为S)，穿过一对安装成“S”型的钢带测速轮21设定测速轮21的踏面的圆周长为P，由拉丝机拉动钢带3并经过若干对成型轧辊将钢带的横截面轧成“U”型，再由一队钢带托轮8导向准确经过下粉槽7的正下方，使从皮带送粉总成10上落下的粉料全部进入“U“型截面的钢带中。2是将上料位光电传感器5和下料位光电传感器6用夹子固定在透明输料管4如玻璃输料管上，计下上料位光电传感器5和下料位光电传感器6间的距离和透明输料管4的内径分别设定为L和D。3是将气控闸门总成11中的插板阀打开，使制造药芯焊丝所需的粉料从粉料斗12落入透明输料管4中，设定粉料的松散比即比重是γ1。当透明输料管4中的粉料高度达到上料位光电传感器5的高度时，光电开关发出信号到可编程序控制器(PLC)，通知将气控闸门总成11将插板阀关闭，同时PLC开始计时。随着粉料不断的被送到钢带3中，透明输料管4中粉料的高度逐渐降低，当其低于下料位光电传感器6的位置时，电开关发出信号到PLC，通知将气控闸门总成11将插板阀打开，同时PLC停止计时。从而得到粉料从上料位器5的高度下降到下料位器6的高度时所用的时间段为T。另外，钢带测速轮3也测得在T时间段内由于钢带3经过钢带测速装置2，使得钢带测速轮21转动，设定转动的圈数为n，钢带3的比重γ2为。到此为止，装置完成一次测量循环，PLC完成一次所需的数据采集。以后不断重复上述过程。

在一个测量周期T内，粉料斗12中的粉料经皮带送粉总成10进入到横截面轧成“U”型钢带3中的重量为：W1＝0.5D²×π×L×γ1；同时，钢带测速轮装置2测得钢带3在T时间段内走过的重量为：W2＝γ2×P×S×n。根据填充率Q的计算公式：

Q＝[W1/(W1+W2)]×100％

可计算出填充率。上述的计算过程通过编程在PLC内完成，通过显示器，将计算结果显示出来。

如可选择流动性好、充分干燥的药芯焊丝药粉，其松散比是2.15克/厘米³，选择透光性好的玻璃管作为透明输料管4，透明输料管4的内径为3.4厘米，其上固定好两个料位光电传感器5、6，二者间的距离为16厘米。使用的钢带3规格尺寸宽×厚为：14×0.9毫米，使用的钢带测速轮的节圆直径为19.6厘米，周长为61.575厘米。使用中，在一个测量周期T＝35秒内。由于钢带的运动，使得钢带测速轮21转动n＝33圈。则：粉料的重量W1＝0.5×3.4²×3.14×16×2.15＝312.17克

钢带的重量W2＝1.4×0.09×19.6×3.14×33×7.85＝2005.35克

填充率Q＝[W1/(W1+W2)]×100％＝[312.17/(312.17+2005.35)]×100％＝13.47％经人工抽样检测，填充率误差很小，完全可满足药芯焊丝填充率Q为10-20％的要求。

同时，也可以根据填充率Q＝13.47％的要求，按下述公式计算调整皮带的运行速度V1和/或钢带3的运行速度V2，

皮带的运行速度V1＝V2Q/1+Q，

钢带3的运行速度V2＝V1+V1/Q。

其中皮带的运行速度V1可以通过调整皮带送粉总成10中的驱动电机-伺服电机的转速达到。钢带3的运行速度V2可以通过调整钢带轧制成型设备的驱动设备-拉丝机的牵引速度达到。按照上述公式，可以通过PLC或设置在测速轮轴27上的比例送粉传感器24建立两者的比例关系，当拉丝机的速度发生变化时，皮带送粉总成10相应进行改变，或者相反，同样可以保证填充率Q满足要求。

本发明的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，所述药芯焊丝成型机包括粉料斗12、皮带送粉总成10和钢带轧制成型设备，在粉料斗12和皮带送粉总成10之间设置有粉料流量测量装置，在钢带轧制成型设备上设置有钢带测速装置2。

所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成11、透明输料管4、上料位光电传感器5和下料位光电传感器6组成，气控阀门总成11安装在粉料斗12的出口处，透明输料管4垂直安装在气控阀门总成11和皮带送粉总成10之间，上料位光电传感器5安装透明输料管4的上端，下料位光电传感器6安装在透明输料管4的下端，所述的钢带测速装置2由钢带测速轮21、测速轮轴27和转速测量传感器25组成，钢带测速轮21的轴心固定有测速轮轴27，测速轮轴27安装在钢带3下方的机座1上，在测速轮轴27上安装有转速测量传感器25。

所述上料位光电传感器5、下料位光电传感器6和转速测量传感器25的信号线分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端连接，可编程序控制器或微处理器的信号输出端与气控阀门总成11的开关控制端连接。

所述测速轮轴27上还安装有比例送粉传感器24，比例送粉传感器24的信号输出端分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端以及皮带送粉总成10上的速度控制装置连接。

所述可编程序控制器或微处理器的信号输出端与钢带轧制成型设备和/或皮带送粉总成10上的速度控制装置连接。所述钢带轧制成型设备上的速度控制装置通常是钢带3牵引设备上的变速装置，如拉丝机上的变频电机或变速器等。所述皮带送粉总成10上的速度控制装置通常是驱动其皮带运动的电机上的变速装置，如伺服电机上的速度控制装置。

所述的钢带测速装置2安装在钢带轧制成型设备的进带端，所述钢带测速轮21的上方有一压轮23与钢带测速轮21的踏面滚动接触，压轮23的轮轴上设置有一拉簧22，拉簧22的另一端固定在压轮23下方的机座1上。压轮23将钢带3压靠在钢带测速轮21上，使钢带测速轮21随钢带3一起运动，以避免钢带测速轮21空转所造成的误差，提高测速的准确性。同时压轮23在转动中还可剔除钢带3表面上的毛刺，有利于提高下一步钢带3轧制和成型的精度。

Claims (7)

1.药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A.向成型机的粉料斗(12)和皮带送粉总成(10)加入药芯粉料，调整并固定皮带送粉总成(10)上的送粉间隙，向钢带轧制成型设备中装入钢带(3)，开启皮带送粉总成(10)和钢带轧制成型设备，测量皮带送粉总成(10)上的粉料流量和钢带轧制成型设备上钢带(3)的速度，同时计算同一时间段T内通过皮带送粉总成(10)的粉料重量W1，和钢带轧制成型设备上所通过钢带(3)的重量W2；

B.按照公式：Q＝[W1/(W1+W2)]×100％；计算药芯焊丝的填充率(Q)，并调整皮带送粉总成(10)上皮带的运行速度(V1)和/或钢带轧制成型设备上钢带(3)的运行速度(V2)，重复步骤A，直至药芯焊丝的填充率(Q)满足要求；

所述皮带送粉总成(10)上的粉料流量由粉料流量测量装置测得，所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成(11)、透明输料管(4)、上料位光电传感器(5)和下料位光电传感器(6)组成，气控阀门总成(11)安装在粉料斗(12)的出口处，透明输料管(4)垂直安装在气控阀门总成(11)和皮带送粉总成(10)之间，上料位光电传感器(5)安装透明输料管(4)的上端，下料位光电传感器(6)安装在透明输料管(4)的下端，皮带送粉总成(10)运行时，先开启气控阀门总成(11)，粉料落入透明输料管(4)中，当透明输料管(4)内的粉料到达上料位光电传感器(5)的高度时，关闭气控阀门总成(11)，测量透明输料管(4)内粉料高度由上料位光电传感器(5)下降至下料位光电传感器(6)的时间段T，并按照公式：W1＝(0.5D)²×π×L×γ1；计算所流过粉料的重量W1，

式中：D-透明输料管(4)的内径，π-圆周率，L-上料位光电传感器(5)至下料位光电传感器(6)的距离，γ1-粉料的比重。

2.根据权利要求1所述的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制方法，其特征在于：所述步骤A中，所述钢带轧制成型设备上所通过钢带(3)的速度由钢带测速装置(2)测得，所述的钢带测速装置(2)由安装在钢带(3)下方的钢带测速轮(21)和安装在测速轮轴(27)上的转速测量传感器(25)组成，并按照公式：W2＝γ2×P×S×n；计算时间段T内通过钢带的重量W2，

式中：γ2-钢带(3)的比重，P-钢带测速轮(21)踏面的圆周长，S-钢带(3)的截面积，n-时间段T内钢带测速轮(21)转动的圈数。

3.药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，所述药芯焊丝成型机包括粉料斗(12)、皮带送粉总成(10)和钢带轧制成型设备，其特征在于：在粉料斗(12)和皮带送粉总成(10)之间设置有粉料流量测量装置，在钢带轧制成型设备上设置有钢带测速装置(2)，所述的粉料流量测量装置由气控阀门总成(11)、透明输料管(4)、上料位光电传感器(5)和下料位光电传感器(6)组成，气控阀门总成(11)安装在粉料斗(12)的出口处，透明输料管(4)垂直安装在气控阀门总成(11)和皮带送粉总成(10)之间，上料位光电传感器(5)安装透明输料管(4)的上端，下料位光电传感器(6)安装在透明输料管(4)的下端，所述的钢带测速装置(2)由钢带测速轮(21)、测速轮轴(27)和转速测量传感器(25)组成，钢带测速轮(21)的轴心固定有测速轮轴(27)，测速轮轴(27)安装在钢带(3)下方的机座(1)上，在测速轮轴(27)上安装有转速测量传感器(25)。

4.根据权利要求3所述的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，其特征在于：所述上料位光电传感器(5)、下料位光电传感器(6)和转速测量传感器(25)的信号线分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端连接，可编程序控制器或微处理器的信号输出端与气控阀门总成(11)的开关控制端连接。

5.根据权利要求4所述的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，其特征在于：所述可编程序控制器或微处理器的信号输出端与钢带轧制成型设备和/或皮带送粉总成(10)上的速度控制装置连接。

6.根据权利要求3所述的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，其特征在于：所述测速轮轴(27)上还安装有比例送粉传感器(24)，比例送粉传感器(24)的信号输出端分别与可编程序控制器或微处理器的信号输入端以及皮带送粉总成(10)上的速度控制装置连接。

7.根据权利要求3所述的药芯焊丝成型机的填充率在线测量控制装置，其特征在于：所述的钢带测速装置(2)安装在钢带轧制成型设备的进带端，所述钢带测速轮(21)的上方有一压轮(23)与钢带测速轮(21)的踏面滚动接触，压轮(23)的轮轴上设置有一拉簧(22)，拉簧(22)的另一端固定在压轮(23)下方的机座(1)上。

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