CN104014613B - 一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法，包括激光测距仪、工控机、可编程逻辑控制器和夹持机构；激光测距仪安装在棒材压力矫直机上，用于实时采集与棒材表面之间的距离数据，且在采集数据时，激光测距仪与棒材之间有间隙；工控机与激光测距仪连接，用于接收、处理激光测距仪获取的数据，绘制棒材直线度曲线，并将分析结果转化为动作指令反馈给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器与工控机连接，用于接收工控机传入的信号并向棒材压力矫直机输出动作指令；夹持机构与工控机连接，用于夹持棒材两端，使棒材在激光测距仪前通过。本发明为棒材矫直提供了依据，提高了矫直效率和产品合格率，可广泛用于冶金等重型机械行业。

Description

一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法

技术领域

本发明属于材料形状检测领域，涉及一种棒材直线度机构及检测方法，特别涉及一种应用于棒材压力矫直机上的非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法。

背景技术

在棒材制造业，由于加工、热处理等过程中棒材可能产生弯曲变形，当棒材变形超过一定程度后，无法加工成产品而造成报废，所以要对经加工、热处理后的棒材进行矫直处理。压力矫直机是将带有原始弯曲的工件支撑在工作台的两个活动支点之间，用压头对准最弯的地方进行反向压弯的，当压弯量与弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直。如此进行，工件各弯曲部位得以矫直。由于凭经验设定的压弯量很难准确与工件的弹复量相等，所以要通过反复压弯矫直。这就决定了压力矫直机的矫直效率相对较低。

目前国内棒材压力矫直机应用市场很大，但大多是靠人工经验操作矫直，棒材矫直后合格与否没有依据，棒材矫直后直线度根本无法保证，并且棒材矫直后直线度的检测大多是离线检测，多数棒材需要重新上线返矫，严重影响了棒材压力矫直机的生产效率。曾经有过在线接触式直线度检测装置投入过使用，在线接触式直线度检测是在棒材匀速行走时，检测结构接触棒材表面来记录棒材的弯曲情况，但受棒材压力矫直机内部空间限制，效果并不理想。针对以上问题，需要设计一种非接触式的在线检测装置，以达到提高检测效率和产品合格率的目的。

发明内容

为解决靠人工经验矫直棒材缺乏依据，造成棒材直线度无法保证以及检测效率低下的问题，本发明提供了一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法。

一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构，包括激光测距仪、工控机、可编程逻辑控制器和夹持机构；所述激光测距仪安装在棒材压力矫直机上，用于实时采集激光测距仪与棒材表面之间的距离数据，且在采集数据时，激光测距仪与棒材之间有间隙；所述工控机通过网线与激光测距仪连接，用于接收、处理激光测距仪获取的数据，绘制棒材的直线度曲线，并将分析结果转化为动作指令反馈给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器与工控机连接，用于接收工控机传入的信号并向棒材压力矫直机输出动作指令；所述夹持机构与工控机连接，用于夹持棒材的两端，使棒材在激光测距仪前通过。

进一步地，所述激光测距仪产生的激光束与棒材的运动方向相垂直。

本发明的技术方案进一步包括：

一种非接触式激光在线检测棒材直线度的检测方法，包括下述步骤：

1）用户设定激光测距仪与棒材之间的距离，以及激光测距仪采集点之间的距离间隔；

2）夹持机构接受工控机的动作指令，夹持棒材的两端，并使棒材从激光测距仪前匀速通过；

3）激光测距仪连续获取其与棒材在每个采集点的垂直距离数据，并将获取的数据传输给工控机；

4）工控机接受激光测距仪输入的距离数据，将所有距离数据在X-Y坐标系中绘制出来，并模拟得到一条棒材的直线度曲线，其中，X坐标表示棒材的长度，Y坐标表示每个采集点的距离数据；以第一个采集点的距离数据和最后一个采集点的距离数据相连形成的直线作为所述直线度曲线的基准线；工控机分析棒材的直线度情况，并将分析结果转化为动作指令反馈给可编程逻辑控制器。

本发明的优点是：

本发明提供了一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法，其中，激光测距仪安装在压力矫直机的中线上，激光测距仪安装方式采用非接触式，不影响棒材压力矫直机的生产。棒材直线度的检测工具采用精度非常高激光测距仪。检测过程为在线进行，采用在线形式实现了棒材压力矫直机的边测量边矫直。此外，本发明还可使棒材矫直机在矫直棒材时能够实时测量出棒材的直线度情况，为棒材矫直提供了理论依据，解决了人工操作效率低下的问题，使矫直效率提升1倍，矫直棒材产品合格率达到100%。因此，本发明提供的非接触式激光在线检测棒材直线度机构及检测方法，提升了棒材直线度的矫直效率，矫直结果可靠性较高，可广泛应用于冶金等重型机械行业。

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是非接触式激光在线检测棒材直线度机构的工作示意图。

图2是非接触式激光在线检测棒材直线度机构的工作原理图。

图3是非接触式激光在线检测棒材直线度机构中的夹持机构的结构示意图。

图4是图3的侧视图。

图5是模拟得到的棒材直线度曲线。

附图标记说明：1、激光测距仪；2、棒材压力矫直机；3、夹持机构；31、夹钳；32、液压缸；33、滑轨；4、棒材；5、工控机；6、导轨；7、移动小车；8、行走机构。

具体实施方式

压力矫直机是将带有原始弯曲的工件支撑在工作台的两个活动支点之间，用压头对准最弯的地方进行反向压弯的，当压弯量与弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直，如此进行，工件各弯曲部位得以矫直。由于凭经验设定的压弯量很难准确与工件的弹复量相等，所以要通过反复压弯矫直，这就决定了压力矫直机的矫直效率相对较低。目前国内多为以人工经验操作来矫直，棒材矫直后合格与否没有依据，棒材矫直后直线度根本无法保证，并且棒材矫直后直线度的检测大多是离线检测，多数棒材需要重新上线返矫，严重影响了棒材压力矫直机的生产效率。

为解决上述现有技术的不足，本发明设计了一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构。如图1和2所示，该棒材直线度机构包括激光测距仪1、工控机5、可编程逻辑控制器（PLC）和夹持机构3。所述激光测距仪1安装在棒材压力矫直机2上，用于实时采集与棒材4表面之间的距离数据，且在采集数据时，激光测距仪1与棒材4之间有间隙。所述工控机5通过网线与激光测距仪1连接，用于接收激光测距仪1获取的数据，模拟、分析棒材4的直线度曲线，并将分析结果转化为动作指令反馈给PLC。所述夹持机构3通过网线与工控机5连接，用于夹持棒材4的两端，使棒材4在激光测距仪1前通过。

特别地，非接触式的意思就是检测机构与棒材表面没有接触。检测机构，比如是激光测距仪1，都是有检测距离要求的，安装时要安装在能够检测到棒材的范围以内。以激光测距仪1为例，激光测距仪1产生的激光束与棒材4的运动方向相垂直。激光测距仪1与棒材之间的距离为激光测距仪1发射激光的表面到棒材表面之间的距离，可通过激光测距仪1测出，激光测距仪1的精度还是很高的，测量的数值是很准确的。

如图3和图4所示，夹持机构3由上下两个夹钳31、左右两个液压缸32以及供夹钳31滑动的滑轨33组成。当需要夹持棒材4时，夹持机构3的左右两个液压缸32的活塞杆收回，使夹钳31沿滑轨33滑动，依靠液压的力量将棒材4夹紧。夹持机构3安装在移动小车7上，而移动小车7是设置在带有齿条的导轨6上。移动小车7沿导轨6移动是靠带有电机的行走机构8驱动的。

其中，工控机5向夹持机构3输出动作指令，接受激光测距仪1实时获取的距离数据，并给出棒材4的直线度结果。所述夹持机构3用于夹持棒材4的两端，使棒材4在激光测距仪1前通过。所述激光测距仪1用于实时获取其与棒材4表面的距离数据，并将获取的数据信息传输给工控机。

进一步地，工控机5其实就是常规的计算机。工控机5通过网线与激光测距仪1连接，用来接收激光测距仪1传输回来的数据，然后调用其内部的软件对接受的数据进行分析计算。此外，工控机5还通过网线与可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）连接。工控机5计算完成后，将结果转化为动作指令反馈给PLC，从而控制棒材压力矫直机2对棒材4进行自动矫直。

需要说明的是，激光测距仪1安装在棒材压力矫直机2的中心线上，激光测距仪1在检测棒材4的直线度时，并不与棒材4接触。对工控机5的安装位置，这里没有特别的限制，只需要保证线路连接正常即可。

所述非接触式激光在线检测棒材直线度机构的工作过程可以描述为：夹持机构3接受工控机5的动作指令，夹持棒材4的两端，并使棒材4在激光测距仪1前通过；激光测距仪1不与棒材4接触，实时获取棒材4表面的距离数据，并将该距离数据传输给工控机5；工控机5接受激光测距仪1输入的距离数据，计算棒材4的直线度并模拟绘制直线度曲线。

上述工作过程可以进一步描述为：当夹持机构3夹持棒材4从激光测距仪1前匀速通过时，激光测距仪1每隔50mm（此数值可人为设置，数值越小，采集的点越多，检测结果就越精确）采集一次距离值。如果棒材4是直的，每次采集的距离值都应该是一样的，比如激光测距仪1与棒材4之间的距离为600mm，如果棒材4是理论直线的话，每次采集到的值都应该是600mm。然而，实际情况是棒材4总归是有弯曲的，所以每次采集的距离值基本是不同的，比如第1个采集的数值是601.2mm，第2个采集的数值是602.5mm等等。将每一次测量的距离值在坐标系中绘制出来，X坐标为棒材长度，Y坐标为测量的距离值，以第一个采集点和最后一个采集点相连形成的直线作为基准线，其余所有采集点通过计算机模拟连成一条曲线，这样就模拟得到棒材的直线度曲线，如图5所示。根据模拟得到棒材的直线度曲线，就可以获取到棒材的实际情况，比如有几个弯曲，弯曲点的位置等。用曲线上的值与基准直线上的值做差，即可得到棒材直线度的偏差值，即为棒材压力矫直机2进行有针对性的矫直施工提供了依据。

所述非接触式激光在线检测棒材直线度机构与棒材压力矫直机2的工作过程不同步，在检测过程中棒材压力矫直机2不对棒材进行矫直施工。棒材送至棒材压力矫直机2后，先利用本发明的检测机构进行检测，检测完成后，棒材压力矫直机2可依据检测结果，由工控机5控制棒材压力矫直机2对棒材进行自动矫直施工。现有的棒材压力矫直机2主要靠人工经验操作，对棒材的压弯量压多压少没有依据，人工矫直后下线检测，检测完后有很大一部分不合格棒材需要重新返矫，从而影响工作效率。

本发明提供的检测机构主要是为棒材压力矫直机2的矫直提供依据，可测出棒材原始弯曲量，从而计算得到棒材压力矫直机2矫直时的压弯量，再经由工控机5控制即可实现棒材压力矫直机2的自动矫直，并且该检测机构使得棒材压力矫直机2排除了人为因素，一切由工控机5计算并控制，使矫直效率提升1倍，矫直棒材产品合格率达到100%。

上面结合附图对本发明的实施方式作了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (2)

1.一种非接触式激光在线检测棒材直线度机构，包括激光测距仪（1）、工控机（5）、可编程逻辑控制器和夹持机构（3）；所述激光测距仪（1）安装在棒材压力矫直机（2）上，用于实时采集激光测距仪（1）与棒材（4）表面之间的距离数据，且在采集数据时，激光测距仪（1）与棒材（4）之间有间隙；所述工控机（5）通过网线与激光测距仪（1）连接，用于接收、处理激光测距仪（1）获取的数据，绘制棒材（4）的直线度曲线，并将分析结果转化为动作指令反馈给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器与工控机（5）连接，用于接收工控机（5）传入的信号并向棒材压力矫直机（2）输出动作指令；所述夹持机构（3）与工控机（5）连接，用于夹持棒材（4）的两端，使棒材（4）在激光测距仪（1）前通过；

所述激光测距仪（1）产生的激光束与棒材（4）的运动方向相垂直。

2.一种非接触式激光在线检测棒材直线度的检测方法，其特征在于，包括下述步骤：用户设定激光测距仪（1）与棒材（4）之间的距离，以及激光测距仪（1）采集点之间的距离间隔；

夹持机构（3）接受工控机（5）的动作指令，夹持棒材（4）的两端，并使棒材（4）从激光测距仪（1）前匀速通过；

激光测距仪（1）连续获取其与棒材（4）在每个采集点的垂直距离数据，并将获取的数据传输给工控机（5）；

工控机（5）接受、处理激光测距仪（1）输入的距离数据，将所有距离数据在X-Y坐标系中绘制出来，并模拟得到一条棒材（4）的直线度曲线，其中，X坐标表示棒材（4）的长度，Y坐标表示每个采集点的距离数据；以第一个采集点的距离数据和最后一个采集点的距离数据相连形成的直线作为所述直线度曲线的基准线；工控机（5）分析棒材（4）的直线度情况，并将分析结果转化为动作指令反馈给可编程逻辑控制器。