CN102944335A - 工件位置检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件位置检测系统及检测方法。工件位置检测系统用于工件在炉体内的位置检测，炉体的底面由多个辊道连接形成；检测系统包括传感器单元和控制单元。传感器单元包括至少一个传感器，传感器位于炉体外部且与其中一个辊道相连接，用于实时检测经由该辊道作用于该传感器的力；控制单元与传感器相连接，用于根据传感器的检测结果，确定辊道所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。本发明具有如下优点：安装简单，性能可靠、维护方便并且成本低廉。

Description

工件位置检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及自动化生产线技术领域，尤其涉及一种工件位置检测系统及检测方法。

背景技术

为了保证自动化生产线各个环节的协调动作，系统需要实时对运行在辊道上的工件进行位置检测，以便进行更好的自动化控制，在常温状态下，生产线上厚板一般将传感器水平安装，而薄板则采用倾斜安装进行位置检测，常用的检测方式如图1和图2所示。

在常温时，以上两种安装方式的信号检测非常可靠。但工业用高温加热炉一般工作温度均为几百度不等，且为密闭状态，当工件通过炉体进行加热或回火时，现场工作人员无法直观的看见工件的工作位置，且系统也需实时检测工件的位置。但工业炉内检测存在如下问题：

1）炉内温度过高，造成常用开关无法正常工作

高温炉内的工件检测是一大难题，因为控制系统常选的常温行程开关、接近开关、光电开关、光栅等已无法进行位置检测，这种电器元件一般工作极限温度均不超80度，最好工作是在常温下，而工业炉内至少几百度，这对检测开关的制作材质、安装环境、冷却方式提出了很高的要求。所以炉内高温位置检测光栅不仅安装麻烦，而且价格昂贵。

2）炉内工件产生红外线和强气流，影响常规光电开关的性能

工件在炉内加热、前进的过程中，加热好的工件会产生红外线和强气流，而且炉内粉尘较多，对对射式单点监控光栅、镜反射监控光栅、漫反射光栅和光格光栅等光电传感器的使用影响极大。特别是在使用一段时间后，常会出现误信号。

因此，采用常温的工件位置检测方法去处理高温炉内工件位置的检测时行不通的。但是，现在国内外的工业炉一般选用高温型光栅，这种光栅具有专业的防尘、耐温保护罩，需要引入水冷或风冷装置，安装起来比较麻烦。而且这种传感器价格高昂，整套炉内几个传感器需要几十万元，该类传感器几乎被几家国外公司所垄断，国内的几个专业厂家产品由于性价比不好，销量一直较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种工件位置检测系统及检测方法，以通过简单经济的方式，解决高温炉内工件位置检测的问题。

第一方面，本发明公开了一种工件位置检测系统，用于工件在炉体内的位置检测，所述炉体的底面由多个辊道连接形成；所述检测系统包括：传感器单元和控制单元。传感器单元包括至少一个传感器，所述传感器位于炉体外部且与其中至少一个预定辊道相连接；用于实时检测该预定辊道所承受的力；控制单元与所述传感器相连接，用于根据所述传感器的检测结果，确定所述预定辊道所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

进一步地，上述检测系统中，所述传感器和所述控制单元之间还设置有变送器，所述变送器用于将所述辊道所承受的力转换为模拟电压信号或模拟电流信号。

进一步地，上述检测系统中，所述控制单元还包括A/D转换子单元，该A/D转换子单元与所述变送器相连接，用于将所述模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号。

进一步地，上述检测系统中，所述控制单元还包括整形和滤波子单元，与所述A/D转换子单元相连接；该整形和滤波子单元用于对所述数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据所述开关量信号确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

进一步地，上述检测系统中，所述传感器为压力传感器。

进一步地，上述检测系统中，还包括支架；所述压力传感器固定连接于所述支架；并且，所述压力传感器与所述辊道的下表面接触连接。

进一步地，上述检测系统中，所述传感器为称重传感器，所述称重传感器相对于所述辊道悬挂安装。

第二方面，本发明还公开了一种工件位置检测方法，用于工件在炉体内的位置检测，所述炉体的底面由多个辊道连接形成，至少有一个预定辊道连接有设置于所述炉体的外部的至少一个传感器，所述方法包括如下步骤：步骤11、实时检测所述预定轨道所承受的力；步骤21、根据所述传感器的检测结果，确定所述预定辊道所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

进一步地，上述工件位置检测方法中，所述步骤11和所述步骤21之间还设置有如下步骤：将所述辊道所承受的力转换为模拟电压信号或模拟电流信号；将所述模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号；并且，所述步骤21进一步为：对所述数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据所述开关量信号确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

进一步地，上述工件位置检测方法中，所述步骤21中，对所述数字信号进行整形滤波处理后，通过如下方式获取开关量信号：在第一时刻，计算连接在预定辊道上的传感器所检测的力与预先设定的力之差；若所述差值大于预定阈值时，则延迟第一时间间隔后，在第二时刻重新获取传感器检测的力，若该第二时刻测得的力与所述预先设定的力之差还大于所述预定阈值，则确定工件到达该预定辊道；延迟第二时间间隔后，在第三时刻再次获取传感器检测的力，若该时刻测得的力与所述预先设定的力之差不大于所述预定阈值，则确定工件离开该预定辊道。

综上所述，本发明具有如下优势：

第一、安装简单，性能可靠

压力传感器可直接安装在需要检测位置的炉辊上，安装方式简单易操作。而且压力传感器灵敏度高，对外力变化感应敏锐，当受力发生变化时，系统可立即感知。

第二、维护方便，

压力传感器安装在炉外辊道外侧，系统只需通过受力就可进行工件的到达与离开检测，避开了炉内高温，损坏后拆除维护简单方便。传统的高温检测开关如果损坏炉内部件则维修困难，所以在关键部位，经常安装两个高温检测开关以做备用。

第三、成本低廉

所用压力传感器为常温型传感器，价格低廉，较高温检测开关费用成几何倍数下降，大幅节约了使用成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中工件位置检测方式的示意图；

图2为相关技术中另一种工件位置检测方式的示意图；

图3为本发明工件位置检测系统实施例的侧视图；

图4为工件位置检测过程中，控制器依据传感器检测的力确定工件位置的步骤流程图；

图5为本发明工件位置检测系统实施例中，控制单元的结构框图；

图6为本发明工件位置检测方法实施例的步骤流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

第一实施例

参照图3。

本实施例适用于高温炉内的工件位置检测。

本实施例工件位置检测系统用于工件2在炉体1内的位置检测，炉体1的底面由多个辊道3连接形成；其特征在于，检测系统包括：传感器单元和控制单元。传感器单元包括至少一个传感器，传感器位于炉体1外部且与其中至少一个预定辊道3相连接；用于实时检测该预定辊道3所承受的力；控制单元6与传感器相连接，用于根据传感器的检测结果，确定预定辊道3所承受的力的变化，依据力的变化确定工件相对于该预定辊道的到达或离开。

为了避免炉内高温对传感器的损坏，将检测受力的压力传感器安装在炉体外部，实时检测炉辊的受力情况：当工件没有通过炉体时，预定辊道受力均匀，无太大变化。但一旦工件经过某一辊道时，炉辊则在垂直方向的压力开始增大。这时，通过传感器检测经该辊道传递给其的压力，若明显变大，则可证明有工件进入该辊道。若经过个时间段，压力减小，则可以证明工件离开该辊道。该种安装方式在防止传感器受热损坏的同时也保证了信号检测的可靠性。

具体来说，控制单元6可以通过如下方式检测工件的具体位置：参照图4，在第一时刻，计算连接在辊道上的传感器所检测的力（也即，实际压力）与预先设定的力之差；若差值大于预定阈值A时，则延迟第一时间间隔n1后，在第二时刻重新获取传感器检测的力（也即，实际压力），若该第二时刻测得的力与预先设定的力之差还大于预定阈值A，则确定工件到达该辊道；延迟第二时间间隔n2后，在第三时刻再次获取传感器检测的力（也即，实际压力），若该时刻测得的力与预先设定的力之差不大于预定阈值A，则确定工件离开该辊道。

可以看出，本实施例具有如下优势：

第一、安装简单，性能可靠

压力传感器可直接安装在需要检测位置的炉辊上，安装方式简单易操作。而且压力传感器灵敏度高，对外力变化感应敏锐，当受力发生变化时，系统可立即感知。

第二、维护方便，

压力传感器安装在炉外辊道外侧，系统只需通过受力就可进行工件的到达与离开检测，避开了炉内高温，损坏后拆除维护简单方便。传统的高温检测开关如果损坏炉内部件则维修困难，所以在关键部位，经常安装两个高温检测开关以做备用。

第三、成本低廉

所用压力传感器为常温型传感器，价格低廉，较高温检测开关费用成几何倍数下降，大幅节约了使用成本。

优选地，压力传感器4和控制单元6之间还设置有变送器，变送器用于将辊道3所承受的压力转换为模拟电压信号或模拟电流信号。这种模拟信号有利于控制单元的处理。例如，可以将将压力值转换为0－5V、0－10V、0－20mA、4－20mA等各种模拟量信号等各种模拟量信号。具体转换类型，可以根据控制单元所能够处理的需要来决定。需要说明的是，有的传感器本身具有变送器的功能，能将辊道所承受的压力转换为模拟信号，则此时，无需专门设置这种变送器；若传感器本身没有设置变送器，则需要与传感器连接一个变送器，通过这个变送器，先把力的信号转换为电压或电流的模拟信号。

参照图5，控制单元6可以进一步包括A/D转换子单元、整形和滤波子单元，该A/D转换子单元与压力传感器4相连接，用于将模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号；该整形和滤波子单元与A/D转换子单元相连接，用于对数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据开关量信号确定工件在炉体中的位置。

并且，再次参照图3，为了方便压力传感器4的安装，该检测系统还包括支架5；压力传感器固定连接于支架5；并且，压力传感器与辊道3的下表面接触连接。本领域的技术人员可以看出，在具体实施时，可在任何需要检测位置所对应的辊道下安装压力传感器4和传感器支架5。

在该实施例中，压力传感器4设置于辊道3的一侧，更为优选的一种方式是，在同一根辊道3上设置两个压力传感器4，并且，两个压力传感器4设置对称连接在辊道3的两侧。

本实施例是通过压力传感器检测的压力确定工件在辊道上的位置的，对于本领域的技术人员而言，显然，称重传感器也可以实现这样的功能，只要将安装位置设置为：相对于所述辊道悬挂安装即可。这里的“称重传感器”，类似于“拉力器”，将其悬置在所需检测的位置所对应的辊道上，或者说，将该辊道“吊在”该称重传感器的下方，当工件通过该辊道时，产生的压力被该称重传感器检测到，这样就可以按照本实施例中所说明的方法进行检测了。

除了压力传感器，称重传感器外，还可以采用应力感应器等同样原理不同名称的传感器替代，本发明在此不再一一列举。

第二实施例

参照图6。

本实施例适用于高温炉内的工件位置检测。

本实施例公开了一种工件位置检测方法，用于工件在炉体内的位置检测，炉体的底面由多个辊道连接形成，至少有一个辊道连接有设置于炉体的外部的压力传感器，方法包括如下步骤：

步骤11、实时检测该预定辊道所承受的力；

步骤21、根据所述传感器的检测结果，确定所述预定辊道所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

本实施例中，为了避免炉内高温对传感器的损坏，将检测受力的压力传感器安装在炉体外部，实时检测炉辊的受力情况：当工件没有通过炉体时，辊道受力均匀，无太大变化。但一旦工件经过某一辊道时，炉辊则在垂直方向的压力开始增大。这时，通过传感器检测经该辊道传递给其的压力，若明显变大，则可证明有工件进入该辊道。若经过个时间段，压力减小，则可以证明工件离开该辊道。该种安装方式在防止传感器受热损坏的同时也保证了信号检测的可靠性。具体地，工件位置检测方法可以参照图4所示。由于在上一实施例中已经做了较为详细的说明，因此，本实施例在此不再赘述。相关之处相互参照即可。

与上述实施例相似，本工件位置检测方法实施例中，压力传感器可直接安装在需要检测位置的炉辊上，安装方式简单易操作。而且压力传感器灵敏度高，对外力变化感应敏锐，当受力发生变化时，系统可立即感知。并且，由于压力传感器安装在炉外辊道外侧，系统只需通过受力就可进行工件的到达与离开检测，避开了炉内高温，损坏后拆除维护简单方便。传统的高温检测开关如果损坏炉内部件则维修困难，所以在关键部位，经常安装两个高温检测开关以做备用。此外，所用压力传感器为常温型传感器，价格低廉，较高温检测开关费用成几何倍数下降，大幅节约了使用成本。

作为进一步的优选方案，上述步骤11和步骤21之间还设置有如下步骤：

1）将辊道所承受的力转换为模拟电压信号或模拟电流信号，例如，可以将将压力值转换为0－5V、0－10V、0－20mA、4－20mA等各种模拟量信号等各种模拟量信号。具体转换类型，可以根据控制单元所能够处理的需要来决定。

2）将模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号。

并且，步骤21进一步为：对数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据开关量信号确定工件在炉体中的位置。

当然，如上述实施例所述，本实施例是通过压力传感器检测的压力确定工件在辊道上的位置的，对于本领域的技术人员而言，显然，称重传感器也可以实现这样的功能，只要将安装位置设置为：相对于所述辊道悬挂安装即可。这里的“称重传感器”，类似于“拉力器”，将其悬置在所需检测的位置所对应的辊道上，或者说，将该辊道“吊在”该称重传感器的下方，当工件通过该辊道时，产生的压力被该称重传感器检测到，这样就可以按照本实施例中所说明的方法进行检测了。

除了压力传感器，称重传感器外，还可以采用应力感应器等同样原理不同名称的传感器替代，本发明在此不再一一列举。

需要说明的是，上述两个实施例皆说明适用于高温炉内的工件位置检测。毫无疑问，本领域的技术人员可以理解的是，在非高温的炉内，采用本发明的技术方案进行工件位置的检测也是可行的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工件位置检测系统，用于工件（2）在炉体（1）内的位置检测，所述炉体（1）的底面由多个辊道（3）连接形成；其特征在于，所述检测系统包括：

传感器单元，包括至少一个传感器，所述传感器位于炉体（1）外部且与其中至少一个预定辊道（3）相连接，用于实时检测该预定辊道（3）所承受的力；

控制单元（6），与所述至少一个传感器相连接，用于根据所述传感器的检测结果，确定所述预定辊道（3）所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，

所述传感器和所述控制单元（6）之间还设置有变送器，所述变送器用于将所述辊道（3）所承受的力转换为模拟电压信号或模拟电流信号。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，

所述控制单元（6）还包括A/D转换子单元，该A/D转换子单元与所述变送器相连接，用于将所述模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，

所述控制单元（6）还包括整形和滤波子单元，与所述A/D转换子单元相连接；该整形和滤波子单元用于对所述数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据所述开关量信号确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测系统，其特征在于，

所述传感器为压力传感器（4）。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，还包括，

支架（5）；

所述压力传感器固定连接于所述支架（5）；并且，

所述压力传感器与所述辊道（3）的下表面接触连接。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的检测系统，其特征在于，

所述传感器为称重传感器，所述称重传感器相对于所述辊道（3）悬挂安装。

8.一种工件位置检测方法，用于工件在炉体内的位置检测，所述炉体的底面由多个辊道连接形成，其特征在于，至少有一个预定辊道连接有设置于所述炉体的外部的至少一个传感器，所述方法包括如下步骤：

步骤11、实时检测所述预定辊道所承受的力；

步骤21、根据所述传感器的检测结果，确定所述预定辊道所承受的力的变化，依据所述力的变化确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

9.根据权利要求8所述的工件位置检测方法，其特征在于，

所述步骤11和所述步骤21之间还设置有如下步骤：

将所述辊道所承受的力转换为模拟电压信号或模拟电流信号；

将所述模拟电压信号或模拟电流信号转换为数字信号；并且

所述步骤21进一步为：对所述数字信号进行整形、滤波处理后得出工件到达与离开的开关量信号，依据所述开关量信号确定所述工件相对于该预定辊道的到达或离开。

10.根据权利要求9所述的工件位置检测方法，其特征在于，

所述步骤21中，对所述数字信号进行整形滤波处理后，通过如下方式获取开关量信号：

在第一时刻，计算连接在预定辊道上的传感器所检测的力与预先设定的力之差；

若所述差值大于预定阈值时，则延迟第一时间间隔后，在第二时刻重新获取传感器检测的力，若该第二时刻测得的力与所述预先设定的力之差还大于所述预定阈值，则确定工件到达该预定辊道；

延迟第二时间间隔后，在第三时刻再次获取传感器检测的力，若该时刻测得的力与所述预先设定的力之差不大于所述预定阈值，则确定工件离开该预定辊道。

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