CN104359413A - 一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置及方法，装置为气缸升降架由气缸驱动，PLC控制系统控制气缸和三个激光位移传感器，三个激光位移传感器安装在传感器安装支架，传感器安装支架通过两件万向调节自适应件安装在气缸升降架上，四个滚动轮分成二组，每组滚动轮安装在传感器安装支架下部，传感器安装支架能够通过两件万向调节自适应件充分保证三个激光位移传感器、四个滚动轮贴合在被测钢管表面。本发明的测管径检测系统能达到精度±0.1mm。

Description

一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置及方法
技术领域
本发明涉及钢管直径检测领域，具体涉及一种利用激光测距传感器对钢管直径进行检测装置及方法。
技术背景
随着我国经济的飞速发展，对钢管产品的需求越来越多，对其质量的要求也越来越严格。现在不仅要对钢管进行超声波无损检测，而且还要对钢管外径进行测量，保证钢管直径的一致性。
目前，现有检测钢管直径的检测设备大部分采用光栅、光幕等设备进行测量，设备价格昂贵；而且对于直径较大的钢管，无法测量，且设备安装不方便，占用较大空间。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术存在的不足和问题，提供一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置及方法，本发明提供的装置专门用来测量钢管管径，具有以下优点是：体积小，安装方便，能测量的直径范围很大，适应性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，主要包括气缸、气缸升降架、四个滚动轮、传感器安装支架、三个激光位移传感器和PLC控制系统，气缸升降架由气缸驱动，PLC控制系统控制气缸和三个激光位移传感器，其特征在于：三个激光位移传感器安装在传感器安装支架，传感器安装支架通过两件万向调节自适应件安装在气缸升降架上，四个滚动轮分成二组，每组滚动轮安装在传感器安装支架下部，传感器安装支架能够通过两件万向调节自适应件充分保证三个激光位移传感器、四个滚动轮贴合在被测钢管表面。
所述的三个激光位移传感器平行、垂直且等间距安装在传感器安装支架上。
所述的两件万向调节自适应件，第一件万向调节自适应件能保证在轴向方向前后调节，第二件万向调节自适应件能保证在周向方向左右调节。
所述的三个激光位移传感器射出来的激光保证相互平行，且三个激光位移传感器的激光点等间距。
利用激光位移传感器测量钢管直径的装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：待检测钢管在检测工位上，接近开关感应到信号，装有测管径传感器安装支架通过气缸收缩，在被检测位置处落下，四个滚动轮刚好完全贴合在钢管表面，且三个测管径的激光位移传感器和钢管的距离在量程范围内；待测量管径激光位移传感器位置稳定下来，PLC控制系统给定开始测量信号，开始读取三个激光位移传感器的距离值，第一激光位移传感器到钢管的距离为L1，第二激光位移传感器点到钢管的距离为L0，第三激光位移传感器点到钢管的距离为L2，第二激光位移传感器偏移钢管中心点的距离为x,第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的间距为a，第二激光位移传感器点光斑射到钢管的位置距离钢管中心的垂直距离为h，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器到钢管的距离差值d1＝L1-L0，第三激光位移传感器和第二激光位移传感器到钢管的距离差值d2＝L2-L0。根据此结构，结合勾股定理根据可以得到以下公式：
h2+x2＝R2……………………………①
(h-d1)2+(x+a)2＝R2…………………②
(h-d2)2+(x-a)2＝R2…………………③
x＝(d1-d2)(a2-d1d2)/2a(d1+d2)………④
h＝(d12+d22+2a2)/2(d1+d2)…………⑤
R2＝x2+h2……………………………………⑥
根据公式①、②、③推算出④、⑤
结合④、⑤，根据⑥计算出R的值；经过多次平均数读取，通过上述数学算法得出当前点的钢管直径；钢管旋转，PLC控制系统读取激光位移传感器的值，通过上述数学计算得到当前点的直径值，为了测量整根钢管各点的直径，需多次测量各个点的直径然后取平均值。通过计算，能得到最大和最小的钢管直径，故椭圆度也可以测量出来。
本发明的测管径检测系统能达到精度±0.1mm。
附图说明
图1为本发明的测量钢管直径系统正视图。
图2为本发明的测量钢管直径系统俯视图。
图3为本发明测量钢管直径系统的测量方式图。
具体实施方式
综合附图对本发明作进一步的描述
如图1、图2所示，一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，主要包括气缸、气缸升降架1、四个滚动轮2、传感器安装支架、三个激光位移传感器(4,5，6)和PLC控制系统，气缸升降架1由气缸驱动，PLC控制系统控制气缸和三个激光位移传感器(4,5，6)，其特征在于：三个激光位移传感器(4,5，6)安装在传感器安装支架，传感器安装支架通过两件万向调节自适应件(7，8)安装在气缸升降架1上，四个滚动轮2分成二组，每组滚动轮2安装在传感器安装支架下部，传感器安装支架能够通过两件万向调节自适应件(7，8)充分保证三个激光位移传感器(4,5，6)、四个滚动轮2贴合在被测钢管3表面；所述的三个激光位移传感器(4,5，6)平行、垂直且等间距安装在传感器安装支架上；所述的两件万向调节自适应件(7，8)，第一件万向调节自适应件7能保证在轴向方向前后调节，第二件万向调节自适应件8能保证在周向方向左右调节；所述的三个激光位移传感器(4,5，6)射出来的激光保证相互平行，且三个激光位移传感器的激光点等间距。
如图3所示，利用激光位移传感器测量钢管直径的装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：待检测钢管在检测工位上，接近开关感应到信号，装有测管径传感器安装支架通过气缸收缩，在被检测位置处落下，四个滚动轮2刚好完全贴合在钢管3表面，且三个测管径的激光位移传感器(4,5，6)和钢管3的距离在量程范围内；待测量管径激光位移传感器位置稳定下来，PLC控制系统给定开始测量信号，开始读取三个激光位移传感器的距离值，三个激光位移传感器(4,5,6)三点等间距安装，第一激光位移传感器4和第二激光位移传感器5之间的间距等于第二激光位移传感器5和第三激光位移传感器6之间的间距。且三个点之间相互平行，第一激光位移传感器4到钢管的距离为L1，第二激光位移传感器5点到钢管的距离为L0，第三激光位移传感器6点到钢管的距离为L2，第二激光位移传感器5偏移钢管中心点的距离为x,第一激光位移传感器4和第二激光位移传感器5的间距为a，第二激光位移传感器5点光斑射到钢管的位置距离钢管中心的垂直距离为h，第一激光位移传感器4和第二激光位移传感器5到钢管的距离差值d1＝L1-L0，第三激光位移传感器6和第二激光位移传感器5到钢管的距离差值d2＝L2-L0。根据此结构，结合勾股定理根据(图3)可以得到以下公式：
h2+x2＝R2……………………………①
(h-d1)2+(x+a)2＝R2…………………②
(h-d2)2+(x-a)2＝R2…………………③
x＝(d1-d2)(a2-d1d2)/2a(d1+d2)………④
h＝(d12+d22+2a2)/2(d1+d2)…………⑤
R2＝x2+h2……………………………………⑥
根据公式①、②、③可以推算出④、⑤
结合④、⑤，根据⑥可以计算出R的值。钢管直径就能测量出来。
安装注意要点：①三个传感器安装位置要水平，垂直
②三个传感器的间距要精确
③安装传感器的支架要万向活动，探头落在钢管上要充分贴合，不能有轮子处于悬空状态
调试注意要点：①多次测量取平均值
②激光位移传感器完全落在钢管上再开始测量。
③为了使测量值更准确，过滤掉最大最小值，然后再取平均值
④PLC采集模拟量值时调整积分时间，会使读取值更准确，更稳定。

Claims (5)

1.一种利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，主要包括气缸、气缸升降架(1)、四个滚动轮(2)、传感器安装支架、三个激光位移传感器(4,5,6)和PLC控制系统，气缸升降架(1)由气缸驱动，PLC控制系统控制气缸和三个激光位移传感器(4,5,6)，其特征在于：三个激光位移传感器安装在传感器安装支架，传感器安装支架通过两件万向调节自适应件(7，8)安装在气缸升降架(1)上，四个滚动轮(2)分成二组，每组滚动轮安装在传感器安装支架下部，传感器安装支架能够通过两件万向调节自适应件(7，8)充分保证三个激光位移传感器、四个滚动轮贴合在被测钢管表面。
2.根据权利要求1所述的利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，其特征在于：所述的三个激光位移传感器平行、垂直且等间距安装在传感器安装支架上。
3.根据权利要求1所述的利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，其特征在于：所述的两件万向调节自适应件(7，8)，第一件万向调节自适应件(7)能保证在轴向方向前后调节，第二件万向调节自适应件(8)能保证在周向方向左右调节。
4.根据权利要求1所述的利用激光位移传感器测量钢管直径的装置，其特征在于：所述的三个激光位移传感器射出来的激光保证相互平行，且三个激光位移传感器的激光点等间距。
5.利用权利要求1－4之一所述的利用激光位移传感器测量钢管直径的装置的方法，其特征在于按以下步骤进行：待检测钢管在检测工位上，接近开关感应到信号，装有测管径传感器安装支架通过气缸收缩，在被检测位置处落下，四个滚动轮刚好完全贴合在钢管表面，且三个测管径的激光位移传感器和钢管的距离在量程范围内；待测量管径激光位移传感器位置稳定下来，PLC控制系统给定开始测量信号，开始读取三个激光位移传感器的距离值，第一激光位移传感器到钢管的距离为L1，第二激光位移传感器点到钢管的距离为L0，第三激光位移传感器点到钢管的距离为L2，第二激光位移传感器偏移钢管中心点的距离为x,第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的间距为a，第二激光位移传感器点光斑射到钢管的位置距离钢管中心的垂直距离为h，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器到钢管的距离差值d1＝L1-L0，第三激光位移传感器和第二激光位移传感器到钢管的距离差值d2＝L2-L0。根据此结构，结合勾股定理根据可以得到以下公式：
h2+x2＝R2……………………………①
(h-d1)2+(x+a)2＝R2…………………②
(h-d2)2+(x-a)2＝R2…………………③
x＝(d1-d2)(a2-d1d2)/2a(d1+d2)………④
h＝(d12+d22+2a2)/2(d1+d2)…………⑤
R2＝x2+h2……………………………………⑥
根据公式①、②、③推算出④、⑤
结合④、⑤，根据⑥计算出R的值；经过多次平均数读取，通过上述数学算法得出当前点的钢管直径；钢管旋转，PLC控制系统读取激光位移传感器的值，通过上述数学计算得到当前点的直径值，为了测量整根钢管各点的直径，需多次测量各个点的直径然后取平均值。
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