CN103878208A - 直缝焊管辊弯成型过程中横截面轮廓的非接触式测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直缝焊管辊弯成型过程中横截面轮廓的非接触式测量系统，包括X方向移动平台、Y方向伸缩平台及转动平台，X方向移动平台水平放置，作为整个系统的底座；Y方向伸缩平台连接于X方向移动平台上，Y方向伸缩平台一方面可以沿Y方向上下平移，另一方面可以沿XX方向左右平移；转动平台包括舵机、舵机安装支座、舵机转动支架、激光位移传感器安装支座、激光位移传感器，舵机通过舵机安装支座固定于Y方向伸缩平台上，激光位移传感器固定于激光位移传感器安装支座上，舵机转动支架将舵机与激光位移传感器安装支座固定连接从而将舵机的转动传递到激光位移传感器上，实现激光位移传感器在XY平面内0～180°范围内的转动。

Description

直缝焊管辊弯成型过程中横截面轮廓的非接触式测量系统

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统。

背景技术

高频直缝电阻焊管（Electric Resistance Welding，ERW）是热轧卷板经过成型机成型后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管胚边缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接来实现生产。由于ERW焊接钢管具有生产效率高、制造成本低、尺寸精度高、外型美观等优点，得到了迅速的发展。目前在世界范围内能够生产ERW焊管的最大管径为660mm，最大壁厚为24.5mm。在世界焊接钢管的产量中，ERW焊管产量约占焊管总产量的80%左右。

钢管截面轮廓形状尺寸的测量是钢管生产过程中保证产品质量的重要环节。一般要求截面周长的测量不确定度不大于2mm，截面长短轴的测量不确定度不大于0.5mm。目前对于钢材截面轮廓形状的测量方法主要有两类：

（一）接触式测量系统，如：宝钢的板带钢材截面轮廓形状测量仪，该系统由机械测量结构、机械传递结构、位移测量机构组成，可实现对板带钢材截面轮廓形状的测量，但存在以下问题：

（a）由于压力成型、焊接等工艺过程中存在着振动、高温等问题，使得常规的机械法、超声法等接触式方法很难完成测量工作；

（b）接触式测量方式对被测量物体和探头会造成一定程度的损伤，增加了整个生产过程的成本；

（c）安装复杂麻烦，难以实现在线测量。

(二)非接触式测量系统，主要代表是专利申请号为200510102652.7的大口径钢管截面形状尺寸测量系统及测量方法，这种测量系统虽然避免了工件和激光位移传感器探头的磨损，但也存在其他问题：

（a）需要现场布置圆轨道，结构复杂，不利于现场实时的测量，增大了测量的工作量；

（b）测量不同规格焊管成型过程中板材的截面轮廓形状时，需要重新制作圆导轨，通用性差；

（c）对轨道的圆度要求较高，否则测量结果精度较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种通用性强、操作简便且测量结果准确的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，包括X方向移动平台、Y方向伸缩平台及转动平台，其中，X方向移动平台水平放置，作为整个系统的底座；Y方向伸缩平台连接于X方向移动平台上，Y方向伸缩平台一方面可以沿Y方向上下平移，另一方面可以沿XX方向左右平移；所述转动平台包括舵机、舵机安装支座、舵机转动支架、激光位移传感器安装支座、激光位移传感器，其中，舵机通过舵机安装支座固定于Y方向伸缩平台上，激光位移传感器固定于激光位移传感器安装支座上，舵机转动支架将舵机与激光位移传感器安装支座固定连接从而将舵机的转动传递到激光位移传感器上，实现激光位移传感器在XY平面内0～180°范围内的转动。

进一步地，所述激光位移传感器安装支座安装激光位移传感器的一面上设有激光位移传感器位置调节孔，位置调节孔的形状为长条形通孔。

进一步地，所述X方向移动平台包括底座、1个X轴丝杆、1个丝杆螺母、2个滑块、两根X轴导轨、两个X轴丝杆固定片、两个轴承、4个固定柱、4个与固定柱配合的角件、步进电机步和进电机安装座，其中，4个固定柱通过4个角件固定于底座的四角且4个固定柱的连线呈矩形；中间设有轴承安装槽的两个X轴丝杆固定片分别固定连接于相邻的两个固定柱之间，两个轴承安装于X轴丝杆固定片的轴承安装槽内，X轴丝杆通过轴承安装于X轴丝杆固定片上；两根X轴导轨平行地位于X轴丝杆两侧且每根X轴导轨的两端分别与固定柱固定相连；所述滑块与所述X轴导轨配合，同时与与X轴丝杆配合的丝杆螺母固定相连；X轴丝杆与步进电机的转动轴相连，步进电机通过步进电机安装座固定于底座的一端。

进一步地，所述Y方向伸缩平台包括1个Y轴固定平台、1个Y轴移动平台、1个Y轴丝杆、2个Y轴导轨、2个Y轴丝杆固定片、12个与Y轴丝杆固定片配合的角件、2个丝杆固定法兰、4个直线轴承、2个直线轴承安装座、1个直线电机和1个直线电机安装座，其中，直线轴承、直线轴承安装座均通过角件固定于Y轴固定平台上，所述Y轴丝杆和Y轴导轨穿过直线轴承、直线轴承安装座并通过Y轴丝杆固定片上设置的Y轴丝杆安装槽和Y轴导轨安装槽安装于Y轴丝杆固定片上，Y轴丝杆和Y轴导轨的另一端通过丝杆固定法兰与Y轴移动平台固定相连；Y轴丝杆直接插入通过直线电机安装座固定于Y轴固定平台上的直线电机中，并与直线电机中的螺母啮合，实现丝杆上下平移。

与现有技术相比，本发明所述的一种非接触式的直缝焊管辊弯成型过程中板材截面轮廓形状的测量系统采用三自由度非接触式测量方法，既克服了传统接触式测量方法在测量过程中会对被测工件表面和测量探头造成损害的缺点，又改善了现有非接触式测量系统通用性差，需根据不同产品尺寸定制轨道的问题，同时本系统还具有精度高，测量效率高和稳定性好等特点。

附图说明

图1为本发明的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统的结构示意图；

图2为本发明的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统转动平台的结构示意图；

图3为本发明的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统X方向移动平台的结构示意图；

图4为本发明的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统Y方向移动平台的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例中的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，包括X方向移动平台1、Y方向伸缩平台2及转动平台3，其中，X方向移动平台1水平放置，作为整个系统的底座；Y方向伸缩平台2连接于X方向移动平台1上，Y方向伸缩平台2一方面可以沿Y方向上下平移，另一方面可以沿XX方向左右平移，转动平台3固定连接于Y方向伸缩平台2上；

如图2所示，转动平台3包括舵机31、舵机安装支座32、舵机转动支架33、激光位移传感器安装支座34、激光位移传感器35，其中，舵机31通过舵机安装支座32固定于Y方向伸缩平台2上，激光位移传感器35固定于激光位移传感器安装支座34上，舵机转动支架33将舵机31与激光位移传感器安装支座34固定连接从而将舵机31的转动传递到激光位移传感器25上，实现激光位移传感器35在XY平面内0～180°范围内的转动；

激光位移传感器安装支座34安装激光位移传感器35的一面上设有激光位移传感器位置调节孔341，位置调节孔341的形状为长条形通孔，通过位置调节孔341可以微调激光位移传感器35的角度，便于激光位移传感器35的安装。

如图3所示，本实施例中的X方向移动平台1包括底座、X轴丝杆11、丝杆螺母12、滑块13、两根X轴导轨14、两个X轴丝杆固定片15、两个轴承16、4个固定柱17、4个与固定柱17配合的角件18、步进电机步19和进电机安装座，其中，4个固定柱17通过4个角件18固定于底座的四角且4个固定柱17的连线呈矩形；中间设有轴承安装槽151的两个X轴丝杆固定片15分别固定于相邻的两个固定柱17之间，两个轴承16安装于X轴丝杆固定片15的轴承安装槽内，X轴丝杆11通过轴承16安装于X轴丝杆固定片15上；两根X轴导轨14平行地位于X轴丝杆11两侧且每根X轴导轨14的两端均与相邻的固定柱17固定相连；滑块13与与X轴丝杆11配合的丝杆螺母12固定相连，同时与两根X轴导轨14配合，通过丝杆螺母12在X轴丝杆11上的转动带动滑块13水平移动，通过两根X轴导轨14的导向作用实现滑块13的平稳移动；X轴丝杆11与步进电机19的转动轴相连，步进电机19通过步进电机安装座固定于底座的一端。

如图4所示，本实施例中的Y方向伸缩平台2包括Y轴固定平台21、Y轴移动平台22、Y轴丝杆23、两个Y轴丝杆固定片24、两个与Y轴丝杆固定片24固定连接的Y轴丝杆固定法兰25、直线电机26和直线电机安装座，Y轴固定平台21与X方向移动平台1的滑块13固定连通，通过滑块13的水平移动实现Y方向伸缩平台2在X方向上的水平移动；直线电机26通过直线电机安装座固定于Y轴固定平台21上，Y轴丝杆23与直线电机26中的螺母啮合，通过直线电机26的转动实现Y轴丝杆23的上下平移运动，Y轴丝杆23的两端分别通过Y轴丝杆固定法兰25与Y轴丝杆固定片26固定连接，Y轴移动平台22固定连接于位于上部的Y轴丝杆固定片26上，通过Y轴丝杆23的运动实现Y轴移动平台22的上下平移。

为了提高Y轴移动平台22运动的稳定性，在Y轴丝杆23的两侧设置两根与Y轴丝杆23平移的Y轴导轨27，为了便于Y轴导轨27的安装，本实施例中的Y方向伸缩平台2还包括4个直线轴承28、两个直线轴承安装座29和12个角件，直线轴承安装座29分别通过4个角件固定于Y轴固定平台21上，直线轴承安装座29上设有位于同一条直线上的Y轴丝杆安装孔和两个直线轴承安装孔，安装孔为通孔，直线轴承28安装于直线轴承安装座29的轴承安装孔内，两根Y轴导轨27安装于直线轴承28内，Y轴导轨27的两端分别与两个Y轴丝杆固定片26固定相连。

为了便于组装，本实施例中的底座选用欧标铝型材30150。

为了实现自动化控制，本实施例中的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统还包括控制系统，所述控制系统以STM32F103VET6作为主控芯片，通过串口与上位机通信，通过步进电机驱动器控制步进电机19，以及编辑电路和控制程序、控制算法等。

本实施选用的步进电机驱动器为两相混合式步进电机驱动器2M542-N，其供电电压24V-50V，信号电压5V(最大支持24V)，驱动电流1.0A/相-4.2A/相8档可调，15档角度恒力矩细分，最高25600步/转，响应频率最高200Kpps。此步进电机驱动器可适用于42、57、86系列两相混合式步进电机，其内部采用类似伺服控制原理的电路，此电路可以使电机运行平稳，几乎没有震动和噪声。

本发明选用设置驱动器的细分数为1000脉冲/转，则工作台水平移动和竖直移动的控制精度为：Δx=0.004mm,Δy=0.008mm。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，其特征在于：包括X方向移动平台、Y方向伸缩平台及转动平台，其中，X方向移动平台水平放置，作为整个系统的底座；Y方向伸缩平台连接于X方向移动平台上，Y方向伸缩平台一方面可以沿Y方向上下平移，另一方面可以沿XX方向左右平移；所述转动平台包括舵机、舵机安装支座、舵机转动支架、激光位移传感器安装支座、激光位移传感器，其中，舵机通过舵机安装支座固定于Y方向伸缩平台上，激光位移传感器固定于激光位移传感器安装支座上，舵机转动支架将舵机与激光位移传感器安装支座固定连接从而将舵机的转动传递到激光位移传感器上，实现激光位移传感器在XY平面内0～180°范围内的转动。

2.根据权利要求1所述的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，其特征在于：所述激光位移传感器安装支座安装激光位移传感器的一面上设有激光位移传感器位置调节孔，位置调节孔的形状为长条形通孔。

3.根据权利要求1～2任一项权利要求所述的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，其特征在于：所述X方向移动平台包括底座、1个X轴丝杆、1个丝杆螺母、2个滑块、两根X轴导轨、两个X轴丝杆固定片、两个轴承、4个固定柱、4个与固定柱配合的角件、步进电机步和进电机安装座，其中，4个固定柱通过4个角件固定于底座的四角且4个固定柱的连线呈矩形；中间设有轴承安装槽的两个X轴丝杆固定片分别固定连接于相邻的两个固定柱之间，两个轴承安装于X轴丝杆固定片的轴承安装槽内，X轴丝杆通过轴承安装于X轴丝杆固定片上；两根X轴导轨平行地位于X轴丝杆两侧且每根X轴导轨的两端分别与固定柱固定相连；所述滑块与所述X轴导轨配合，同时与与X轴丝杆配合的丝杆螺母固定相连；X轴丝杆与步进电机的转动轴相连，步进电机通过步进电机安装座固定于底座的一端。

4.根据权利要求1～2所述的直缝焊管辊弯成型过程中变形板带横截面轮廓的三自由度非接触式测量系统，其特征在于：所述Y方向伸缩平台包括1个Y轴固定平台、1个Y轴移动平台、1个Y轴丝杆、2个Y轴导轨、2个Y轴丝杆固定片、12个与Y轴丝杆固定片配合的角件、2个丝杆固定法兰、4个直线轴承、2个直线轴承安装座、1个直线电机和1个直线电机安装座，其中，直线轴承、直线轴承安装座均通过角件固定于Y轴固定平台上，所述Y轴丝杆和Y轴导轨穿过直线轴承、直线轴承安装座并通过Y轴丝杆固定片上设置的Y轴丝杆安装槽和Y轴导轨安装槽安装于Y轴丝杆固定片上，Y轴丝杆和Y轴导轨的另一端通过丝杆固定法兰与Y轴移动平台固定相连；Y轴丝杆直接插入通过直线电机安装座固定于Y轴固定平台上的直线电机中，并与直线电机中的螺母啮合，实现丝杆上下平移。

Images