CN103464527A - 一种管材位置检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管材位置检测装置及方法，所述装置包括激光发射端、激光接收端和控制器，激光发射端位于管材的下方，激光接收端位于管材的上方；激光发射端包括阵列式平置的LED和平置的菲涅尔透镜，菲涅尔透镜用于将LED的散射光折射成向上的平行光；激光接收端包括阵列式平置的激光接收管，激光接收管用于接收LED透过菲涅尔透镜折射出的光信号；相邻激光接收管之间的间距小于等于管材的直径；控制器用于接收所有激光接收管的检测信号并据此判断管材位置。本发明提供的管材位置检测装置及方法，只要管材在检测范围内就会有相应的信号输出，解决原有点式检测存在漏检的问题和摄像头检测的高成本问题，提高检测装置的抗抖动性。

Description

一种管材位置检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种管材位置检测装置及方法。

背景技术

高速盘拉设备是铜铝管加工企业的专用生产设备，采用游动芯头拉伸方式，拉制极长的管材。如图1所示为高速盘拉设备的结构示意图，主要包括两台电机，一台电机负责放料称为放料电机1，一台电机负责收料称为盘拉电机3，两台电机之间对管材产生很大的拉力，使得管材得以拉伸，变细。在高速盘拉系统中由于盘拉电机3与放料电机1两电机的实时速度的不同步使得两电机之间的管材会晃动，利用在中间位置的管材检测装置2检测出的位置信号对两电机的速度进行实时补偿可以使得晃动减小。

当前的管材位置检测装置2主要有两种：一种是使用光电开关，具体做法就是利用控制器采集光电开关的信号；另一种是利用摄像头检测管材位置。这种两种方案在实际运用中都会存在一些问题。

在第一种控制方案中，控制器的一个控制周期内采集光电开关的瞬间，由于光电开关属于点式的检测方式，它只检测对应点的管材有无情况，所以当管材在相应时间点处于偏离光电开关对应的位置时，会导致控制器采集不到光电开关的信号，出现信号采集错误，这样在高速的盘拉过程中会出现一定的问题；同时该方案也不能有效判断、解决漏检测与错检测的问题。

在第二种控制方案中，由于图像处理的复杂性，必须采用高速的摄像头与高速的数字信号处理器，这样就造成成本较高，同时不能有效解决整台机械的抖动较大的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种管材位置检测装置及方法，采用光发生面和光接收面的方式对管材的位置进行检测，只要管材在检测范围内就会有相应的信号输出，解决原有点式检测存在漏检的问题和摄像头检测的高成本问题，提高检测装置的抗抖动性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种管材位置检测装置，包括激光发射端、激光接收端和控制器，所述激光发射端位于管材的下方，所述激光接收端位于管材的上方；

所述激光发射端包括阵列式平置的LED灯和平置的菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜位于LED灯的正上方，用于将LED灯的散射光折射成向上的平行光；

所述激光接收端包括阵列式平置的激光接收管，所述激光接收管的排布方向垂直于管材的理想走向，且位于菲涅尔透镜的正上方，用于接收LED灯透过菲涅尔透镜折射出的光信号；垂直于管材的理想走向，相邻激光接收管之间的间距小于等于管材的直径；

所述控制器用于接收所有激光接收管的检测信号并据此判断管材位置，能接收到光信号的激光接收管位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管位置有管材通过。

优选的，所述激光接收端还包括平置的栅格板，所述栅格板上的栅格平行于管材的理想走向，用于将菲涅尔透镜折射出的光分成一组条状光带；每一个激光接收管的正下方设置有一个栅格。

优选的，所述激光接收端还包括选通电路，所述所有激光接收管均接入选通电路的输入端，所述选通电路的输出端接入控制器。

一种管材位置检测方法，包括如下步骤：

（1）在一个采集周期内采集所有激光接收管是否接收到光信号的信息，初步判定能接收到光信号的激光接收管位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管位置有管材通过；

（2）漏检更正：若所有激光接收管均接收到光信号，则重复步骤（1），若连续3次步骤（1）的采集信息均显示为所有激光接收管均接收到光信号，则判断无管材，否则认定为漏检，并进行漏检更正；

（3）错检更正：若没有接收到光信号的激光接收管数目超过理论上不能接收到光信号的激光接收管数目的最大值，则根据前n个采集周期的记录，确认并记录正确的信号和错误的信号；若在一定的时间长度范围内同一激光接收管始终出现错误信号则跳过该激光接收管的检测。

优选的，所述LED灯发生的光波为加载了频率为180kHz、占空比为50%的方波的650nm光波。

有益效果：本发明提供的管材位置检测装置及方法，采用光发生面和光接收面的方式对管材的位置进行检测，只要管材在检测范围内就会有相应的信号输出，解决原有点式检测存在漏检的问题和摄像头检测的高成本问题，提高检测装置的抗抗抖动性。

附图说明

图1为高速盘拉设备的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明所用的菲涅尔透镜的示意图；

图4为本发明的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示为一种管材位置检测装置，包括激光发射端、激光接收端和控制器，所述激光发射端位于管材的下方，所述激光接收端位于管材的上方。

所述激光发射端包括阵列式平置的LED灯21和平置的菲涅尔透镜22，所述菲涅尔透镜22位于LED灯21的正上方，用于将LED灯21的散射光折射成向上的平行光。

所述激光接收端包括平置的栅格板23、阵列式平置的激光接收管24和选通电路，所述栅格板23上的栅格平行于管材的理想走向，用于将菲涅尔透镜22折射出的光分成一组条状光带；所述激光接收管24的排布方向垂直于管材的理想走向，且位于菲涅尔透镜23的正上方，用于接收LED灯21透过菲涅尔透镜22折射出的光信号；垂直于管材的理想走向，相邻激光接收管24之间的间距小于等于管材的直径；每一个激光接收管24的正下方设置有一个栅格。

所述控制器用于接收所有激光接收管24的检测信号并据此判断管材位置，能接收到光信号的激光接收管24位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管24位置有管材通过；所述所有激光接收管均接入选通电路的输入端，所述选通电路的输出端接入控制器。

下面结合一个具体的实例进行说明。

本例中控制器以DSP为核心、信号调理电路为辅助构成。

本例中LED灯21发生的光波为加载了频率为180kHz、占空比为50%的方波的650nm光波，是一种调制激光，增加低频信号是为了区分自然界中的波长为650nm的红光。当然这也就同时要求激光接收管24需要对应180kHz的频率需求。这样的设计就提高了系统抗自然光的干扰能力。

本例中使用的是功率为1w的LED灯21，数目为6个；调制激光的调制信号从控制器部分直接引入，通过DSP给定一条调制信号线；此外在控制器部分还设计了3根LED选通线，这3根LED选通线主要对6个大功率LED灯21进行选通；由于LED灯21的功率较大，若在同一时刻同时点亮必然会使得整个系统的功耗增大，使得电源的功率增大、成本提高，并不利于低功耗的目标；通过这3根信号线使得LED灯21只有在需要的时候才点亮，从而减少了整个系统的功耗。

由于LED灯21所发出的光是向四周散射的，如果直接将这种光用于管材的位置检测，会因而光线的不平行性而产生位置检测的偏差，通过菲涅尔透镜22可以将LED灯21发出的光折射成为向上的平行光。菲涅尔透镜是由法国物理学家A.J.菲涅尔于1820年研制成功并首次将其应用于灯塔上的。菲涅尔透镜与普通的透镜的区别在于，由于光的折射只在表面进行，因此菲涅尔透镜保留了普通透镜的表面曲率，并将中间无用的部分省去，在不影响相关的光学效应的同时与普通透镜相比整体的体积有着明显的减小，将LED灯放在距离菲涅尔透镜一倍焦距的地方可以使LED灯发出的散射光变成平行矩形光；图3为菲涅尔透镜的结构示意图。

本例中管材的直径在4mm之上，但是并不要求管材的位置检测精度高达4mm，这要求垂直于管材的理想走向，相邻激光接收管24的间距要小于4mm；因此，我们在50cm的检测范围内布置了125个激光接收管24，每4mm距离设置一个激光接收管24，每连续的8个激光接收管24作为一组检测3.2cm的距离，这样就有15组信号，将这15组信号通过三态门选通电路，就可以利用8根信号线完全读取到激光接收的所有状态。

本例中使用的激光接收管24的宽度为5mm，为了实现4mm距离内设置有一个激光接收管24，本例中使用的方法是，排布两排激光接收管24，每排中每8mm距离设置一个激光接收管24，两排激光接收管24交错4mm放置，以实现垂直于管材的理想走向，相邻激光接收管24的间距为4mm的目的。

所述栅格板23上栅格的设置为每4mm距离内设置一个宽度为1mm的栅格，栅格的位置完全与激光接收管24对应。

基于本案的管材检测装置的检测方法，对15组激光接收管24依次连续编号，由于每组激光接收管24的跨距为3.2cm，完全大于管材直径4mm，因此在设备正常运行情况下，能够检测到管材（激光接收管24）的组数情况有两种：一种是只有一组激光接收管24检测到管材；另一种是有两组激光接收管24检测到管材，并且这两组激光接收管24是连续编号的。上述两种情况以外的情况都属于错误检查，具体如图4所示，包括如下步骤：

（1）在一个100ms的采集周期内采集15组激光接收管是否接收到光信号的信息，初步判定能接收到光信号的激光接收管位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管位置有管材通过；

（2）漏检更正：若所有激光接收管均接收到光信号，则重复步骤（1），若连续3次步骤（1）的采集信息均显示为所有激光接收管均接收到光信号，则判断无管材，否则认定为漏检，并进行漏检更正；

（3）错检更正：由于错误信号主要是由于接收管或者相关芯片烧坏或者由于光线角度存在偏差等原因造成的，所有错误信号有一个特征就是在很长一段时间内错误的组号都是不变的，利用这一特征判断检测到的信号是否正确；如果检测到两组被遮挡信号，则需要观察之前的信号，确认不变的信号为错误信号，比对错误信号和正确信号进行记录，如果在很长一段时间内同一组信号总是出现错误则跳过该组检测信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种管材位置检测装置，其特征在于：包括激光发射端、激光接收端和控制器，所述激光发射端位于管材的下方，所述激光接收端位于管材的上方；

所述激光发射端包括阵列式平置的LED灯和平置的菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜位于LED灯的正上方，用于将LED灯的散射光折射成向上的平行光；

所述激光接收端包括阵列式平置的激光接收管，所述激光接收管的排布方向垂直于管材的理想走向，且位于菲涅尔透镜的正上方，用于接收LED灯透过菲涅尔透镜折射出的光信号；垂直于管材的理想走向，相邻激光接收管之间的间距小于等于管材的直径；

所述控制器用于接收所有激光接收管的检测信号并据此判断管材位置，能接收到光信号的激光接收管位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管位置有管材通过。

2.根据权利要求1所述的管材位置检测装置，其特征在于：所述激光接收端还包括平置的栅格板，所述栅格板上的栅格平行于管材的理想走向，用于将菲涅尔透镜折射出的光分成一组条状光带；每一个激光接收管的正下方设置有一个栅格。

3.根据权利要求1所述的管材位置检测装置，其特征在于：所述激光接收端还包括选通电路，所述所有激光接收管均接入选通电路的输入端，所述选通电路的输出端接入控制器。

4.一种管材位置检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）在一个采集周期内采集所有激光接收管是否接收到光信号的信息，初步判定能接收到光信号的激光接收管位置没有管材通过，不能接收到光信号的激光接收管位置有管材通过；

（2）漏检更正：若所有激光接收管均接收到光信号，则重复步骤（1），若连续3次步骤（1）的采集信息均显示为所有激光接收管均接收到光信号，则判断无管材，否则认定为漏检，并进行漏检更正；

（3）错检更正：若没有接收到光信号的激光接收管数目超过理论上不能接收到光信号的激光接收管数目的最大值，则根据前n个采集周期的记录，确认并记录正确的信号和错误的信号；若在一定的时间长度范围内同一激光接收管始终出现错误信号则跳过该激光接收管的检测。

5.根据权利要求4所述的管材位置检测方法，其特征在于：所述LED灯发生的光波为加载了频率为180kHz、占空比为50%的方波的650nm光波。

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