CN102183218B - 车轮钢坯角偏差在线检测方法及其检测系统 - Google Patents

Abstract

一种车轮钢坯角偏差在线检测方法及其检测系统，系统包括：控制柜组件、气液电磁换向阀、自动喷枪、机架、激光测距传感器组件、气动电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路、信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块。通过测量三个平行的激光测距传感器到钢坯端面的距离，再进行换算就可在线自动检测车轮圆柱钢坯端面与钢坯轴线是否垂直，对角偏差超过容许值的钢坯进行声光报警，自动喷涂标记，能实现钢坯V型支承面磨损在线补偿，判断是否需要对V型块进行修磨或更换，并自动记录显示被检钢坯的数量、合格率以及每个钢坯的角偏差，有效减少料废与工废的发生。

Description

车轮钢坯角偏差在线检测方法及其检测系统

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种车轮圆柱钢坯端面与钢坯轴线之间角度偏差的在线检测方法及其检测系统。

背景技术

在车轮生产线上，首道工序就是下料，下料方法是，将炼钢厂送来的圆柱钢棒根据某规格车轮所需材料体积按照一定的下料长度在数控圆盘锯切机上进行锯切。锯切工艺主要有两个要求，一是锯切长度在公差范围内，以保证后续车轮轧制生产所需的合适材料量，既使车轮饱满又不浪费坯料，二是锯切的圆柱钢坯端面与钢坯轴线的垂直度在一定公差范围内，否则在轧制加工后会引起车轮轮辐圆周方向厚度不均，使车轮动平衡达不到要求，满足不了高质量车轮的生产，严重的会产生一边短幅一边飞边多的废品。

采用数控圆盘锯切机对锯切长度进行控制，是可以达到锯切长度公差要求的，但是由于圆盘锯片的磨损和摆振等原因，钢坯锯切端面与钢坯轴线会不垂直，所以对其垂直度必须进行检测，对于超过容许公差的钢坯要做上标记，在进入后道工序前检出剔除，并报警以检修锯切机及锯片。目前生产线上是采用角度尺人工抽检的方法进行检验，工作量大且容易漏检。目前国内车轮生产线上没有车轮钢坯角偏差在线检测系统。

发明内容

为了检测判别车轮圆柱钢坯端面与钢坯轴线是否垂直，本发明提出一种车轮钢坯角偏差在线检测方法和检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的检测方法的技术方案是：如图1所示，将三个激光测距传感器安装在一块平板的正三角形的三个顶点上，激光测距传感器射出的三柱激光平行且垂直于这块平板，形成激光测距传感器组件，正三角形的边长为1，该平板垂直于被测圆柱钢坯的轴线并离开圆柱钢坯待检端面250mm，首先将精加工的角偏差为0.01°的标准圆柱钢坯放上测量位，测出激光测距传感器到标准圆柱钢坯端面的距离分别为d₀₁，d₀₂，d₀₃，再换上锯切钢坯，测出激光测距传感器到锯切钢坯端面的距离分别为d₁，d₂，d₃。

根据式(1)就可计算出锯切钢坯端面与该钢坯轴线的角度偏差为：

$\mathrm{\α}=\arctan \frac{2\sqrt{3}}{3l}\sqrt{{\mathrm{\δ}}_2^2+{\mathrm{\δ}}_3^2-{\mathrm{\δ}}_2{\mathrm{\δ}}_3}---\left(1\right)$

角度偏差折算为锯切圆柱钢坯表面母线长度差为：

δ_x＝D tanα                                       (2)

式中：D——被测锯切钢坯直径；

     δ₂——激光测距之差，δ₂＝d₂-(d₀₂-d₀₁)-d₁；

     δ₃——激光测距之差，δ₃＝d₃-(d₀₃-d₀₁)-d₁；

     1——激光测距传感器之间的距离。

系统有以下功能：

1)实现锯切钢坯垂直度在线检测，输出检测结果；

2)实现钢坯所放V型块表面磨损的在线检测和补偿，根据检测结果确定是否需要对V型块进行修磨或更换；

3)对角偏差超过极限值的钢坯进行声光报警，并自动喷涂不合格记号；

4)自动记录并显示测试产品的总数量、合格数量、不合格数量、合格率以及每个工件的检测偏差。

根据检测原理及系统要达到的功能，确定的检测过程的步骤是：

1)启动检测系统，并选择钢坯规格，设定偏差容许值δ_xm和喷漆时间；

2)用标准圆柱钢坯进行清零标定；

3)激光测量锯切钢坯端面到激光器的三点距离；

4)按权利要求1中式(1)、(2)进行数据计算；

5)对权利要求1中式(2)计算的母线长度差δ_x大于偏差容许值δ_xm的锯切钢坯进行报警并喷涂标记；对合格的进行计数。

根据检测原理及系统要达到的功能构建检测系统如图2、图3所示，检测系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要由控制柜组件、气液电磁换向阀、自动喷枪、机架、激光测距传感器组件、气动电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路组成；软件部分主要由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块组成。激光测距传感器组件正对着钢坯，距离250mm，自动喷枪安装在机架上，位于钢坯正上方，距离150mm。

电气系统：电源来自220V单相照明电，接控制柜外侧装有空气开关，用于整个系统的供电输入。控制柜中设有24V、350W的开关电源，可提供专门用于控制回路的24V DC电源。控制柜内安装有控制器、显示器、报警器、传感器控制器、24V继电器以及接线端子等电气元件，安全可靠。

自动喷涂系统：由自动喷枪、气动电磁换向阀、气液电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路、气源组成。气源压力为0.2～0.3Mpa，管路快速接头管径φ8mm。气动电磁换向阀的主要作用是实现自动喷枪控制气源的通断，当控制气源接通时，自动喷枪处于喷涂工作状态；断开时，自动喷枪处于等待状态；气液电磁换向阀的主要作用是控制喷涂液体和喷枪吹净气源的切换。当喷枪和液体接通时，喷枪喷射油漆，然后气液电磁换向阀换向，使喷枪与吹净气源接通，喷枪将管路中的剩余涂料喷出，防止喷枪在长时间等待时油漆将喷嘴堵塞。

传感器组件：所用传感器为超高精度激光测距传感器，三个激光测距传感器安装在一块平板的正三角形的三个顶点上，形成激光器组件，激光器发射光线为红色平行可见点光，三个激光测距传感器发出的光柱平行，经过严格的平行标定。激光测距传感器座相对于被检钢坯的位置可以经过图4所示机构调整，激光测距传感器组件与激光测距传感器座通过螺栓连接为一体，激光测距传感器座套装在水平轴上，与激光测距传感器座相连的杆件伸进两个对称布置的垂直细牙螺杆之间，水平轴安装固定在转座上，转座通过立轴安装在底板上，与转座相连的杆件伸进两个对称布置的水平细牙螺杆之间。通过调整垂直细牙螺杆推动与激光测距传感器座相连的杆件带动激光测距传感器组件绕水平轴转动，实现激光器光柱的垂直面内的摆动，通过调整水平细牙螺杆推动与转座相连的杆件带动转座及激光器组件一起绕立轴转动，实现激光器光柱的水平面内的摆动，最终实现激光柱垂直于标准圆柱钢坯的粗调。

系统的输入输出：本系统与现场钢坯运输小车的控制系统通过两根信号线进行接口，实现在线检测，红色输入信号线的信号为24V高电平时，此时运输钢坯的轨道小车停止运行，零件待检，激光测距传感器的电源接通，系统进入检测工作状态。黑色信号线为检测完成输出信号线，检测完成后，激光测距传感器电源断开，控制器通过黑色信号线向轨道小车控制系统发出24V高电平信号，表明检测完成，轨道小车可以运行。

检测系统主要技术参数如下表所示：

本发明的有益效果是，检测系统能在线自动检测车轮圆柱钢坯端面与钢坯轴线是否垂直，能实现钢坯V型支承面磨损在线补偿，根据检测结果确定是否需要对V型块进行修磨或更换，对角偏差超过容许值的钢坯进行声光报警，自动喷涂不合格记号，并自动记录显示被检钢坯的总数量、合格数量、不合格数量、合格率以及每个钢坯的角偏差，有效减少料废与工废的发生，提高成品率和产品质量，降低人工检验成本。

附图说明

图1是本发明的车轮钢坯角偏差检测原理图；

图2是本发明的车轮钢坯角偏差在线检测系统图；

图3是图2检测系统结构图；

图4是图3中件4激光测距传感器组件装配图。

图中：1.控制柜组件2.气液电磁换向阀3.自动喷枪4.机架5.激光测距传感器组件6.气动电磁换向阀7.轨道及运输小车8.油漆压力搅拌桶9.钢坯10.底板11.水平细牙螺杆12.垂直细牙螺杆13.转座14.立轴15.激光测距传感器座16.水平轴17.激光器

具体实施方法

一种用于外径为φ380mm或φ450mm车轮钢坯角偏差检测的检测系统(图2、图3)，由硬件部分和软件部分组成，硬件部分由控制柜组件(1)、气液电磁换向阀(2)、自动喷枪(3)、机架(4)、激光测距传感器组件(5)、气动电磁换向阀(6)、油漆压力搅拌桶(8)、四通接头以及管路组成；软件部分由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块组成。

如图3所示，激光测距传感器组件(5)正对着钢坯(9)，距离250mm，自动喷枪(3)安装在机架(4)上，位于钢坯正上方，距离150mm。如图4所示，本系统所用传感器为超高精度激光测距传感器(17)，三个激光测距传感器(17)安装在一块平板的正三角形的三个顶点上，形成激光器组件(5)，激光器发射光线为红色平行可见点光，三个激光测距传感器经过严格的平行标定。激光测距传感器组件(5)与激光测距传感器座(15)通过螺栓连接为一体，激光测距传感器座(15)相对于被检钢坯的位置可以经过图4所示机构调整，通过调整垂直细牙螺杆(12)推动与激光测距传感器座(15)相连的杆件带动激光测距传感器组件(5)绕水平轴(16)转动，实现激光器光柱的垂直面内的摆动，激光测距传感器座(15)套装在水平轴(16)上，水平轴(16)安装在转座(13)上，通过调整水平细牙螺杆(11)推动与转座(13)相连的杆件带动转座(13)及激光器组件(5)一起绕立轴(14)转动，实现激光器光柱的水平面内的摆动，最终实现激光柱垂直于标准圆柱钢坯的粗调。

检测系统的工作过程是：

(1)打开检测系统电源开关，启动检测系统，在系统操作界面首先选择好要检测的钢坯工件类型，A为φ380mm车轮钢坯，B为φ450mm车轮钢坯，设定极限偏差容许值δ_xm及喷漆时间；

(2)将标准圆柱钢坯放上钢坯运输小车(7)，小车运行到检测位时，由小车运行控制系统给信号触发激光器启动，开始测距，此时进行清零标定，标定好后，取下标准圆柱钢坯，小车回位；

(3)锯切钢坯被推到运输小车上，小车运行到检测位时，激光测距传感器测量锯切钢坯端面到激光器的三点距离；

(4)系统进行数据计算分析及判断；

(5)对不合格的钢坯进行报警并喷涂标记，对合格的进行计数，测过的钢坯继续往前走进入下一个传送辊道，小车回位，开始下一个钢坯的运输及检测。

Claims (5)

1.一种车轮钢坯角偏差在线检测系统，其特征是：检测系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分由控制柜、激光测距传感器组件、机架、自动喷枪、气液电磁换向阀、气动电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路组成；软件部分由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块组成；三个激光测距传感器安装在一块平板的正三角形的三个顶点上，激光测距传感器射出的三柱激光相互平行且垂直于这块平板，构成激光测距传感器组件；该平板垂直于待测圆柱钢坯的轴线并离开圆柱钢坯待检端面250mm；自动喷枪安装在机架上，位于圆柱钢坯正上方，距离圆柱钢坯150mm；采用电源电压为220V的单相照明电，接控制柜外侧装有空气开关，控制柜中设有24V、350W的开关电源、控制器、显示器、报警器、24V继电器以及接线端子。

2.根据权利要求1所述的车轮钢坯角偏差在线检测系统，其特征是：由自动喷枪、气动电磁换向阀、气液电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路、气源组成自动喷涂系统，气源压力为0.2～0.3Mpa，管路快速接头管径为φ8mm。

3.根据权利要求1所述的车轮钢坯角偏差在线检测系统，其特征是：激光测距传感器组件与激光测距传感器座通过螺栓连接为一体，激光测距传感器座套装在水平轴上，与激光测距传感器座相连的杆件伸进两个对称布置的垂直细牙螺杆之间，水平轴安装固定在转座上，转座通过立轴安装在底板上，与转座相连的杆件伸进两个对称布置的水平细牙螺杆之间。

4.一种实现权利要求1-3任一项所述车轮钢坯角偏差在线检测系统的车轮钢坯角偏差在线检测方法，其特征在于：

将三个激光测距传感器安装在一块平板的正三角形的三个顶点上，激光测距传感器射出的三柱激光相互平行且垂直于这块平板，正三角形的边长为l，该平板垂直于待测圆柱钢坯的轴线并离开圆柱钢坯待检端面250mm，首先将精加工的角偏差为0.01°的标准圆柱钢坯放上测量位，测出激光测距传感器到标准圆柱钢坯端面的距离分别为d₀₁，d₀₂，d₀₃，再换上锯切圆柱钢坯，测出激光测距传感器到锯切圆柱钢坯端面的距离分别为d₁，d₂，d₃；

根据式(1)计算锯切圆柱钢坯端面与该锯切圆柱钢坯轴线的角度偏差： 

角度偏差折算为锯切圆柱钢坯表面母线长度差为：

δ_x＝Dtanα                                               (2)

式中：D——被测锯切圆柱钢坯直径；

δ₂——第一激光测距之差，δ₂＝d₂-(d₀₂-d₀₁)-d₁；

δ₃——第二激光测距之差，δ₃＝d₃-(d₀₃-d₀₁)-d₁；

l——正三角形的边长，即激光测距传感器之间的距离。

5.如权利要求4所述的车轮钢坯角偏差在线检测方法，其特征在于采用如下检测步骤：

1)启动车轮钢坯角偏差在线检测系统，并选择圆柱钢坯工件类型，设定对应的极限偏差容许值δ_xmA、δ_xmB和喷漆时间；

2)用标准圆柱钢坯进行清零标定；标定后取下标准圆柱钢坯；

3)换上锯切圆柱钢坯，测量激光测距传感器到锯切圆柱钢坯端面的距离分别为d₁，d₂，d₃；

4)按权利要求4中式(1)、(2)进行数据计算；

5)锯切圆柱钢坯对计算的锯切圆柱钢坯表面母线长度差δ_x大于极限偏差容许值δ_xmA、δ_xmB的锯切圆柱钢坯进行报警并喷涂标记；对合格的进行计数；

其中：圆柱钢坯工件类型有A类和B类；A类圆柱钢坯工件直径为380mm，极限偏差容许值δ_xmA为5mm，检测精度≤0.5mm，检测时间15s，喷漆时间2秒；B类圆柱钢坯工件直径为450mm，极限偏差容许值δ_xmB为6mm，检测精度≤0.5mm，检测时间15s，喷漆时间3秒；工作环境温度≤45℃，电源电压220V，控制柜开关电源24V、350W，气源压力为0.2～0.3Mpa，管路快速接头管径为φ8mm，激光测距传感器测量精度160μm，激光测距传感器重复精度15μm。 

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