CN110947788A - 一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，它可以在整个焊管过程对模具的定位和管轮廓线实现在线检测，并根据检测结果的反馈来快速调整各项焊接参数条件（如模具位置度、成形过程轮廓线等）。在提高了工作效率的同时，也使得生产线能适用于小批量的非标件生产，同时，本发明采用的光电传感数字化检测相较于现有技术中采用的检具检测，本发明的检测精度更高，检测时间也大大缩短。此外，本发明还具有记忆功能，它能将每一批次管径对应的模具位置和管轮廓线进行记录，并将其存储在系统中，待再一次加工该管径批次的管件时，自动读取记录数值并对模具的定位进行调整，从而实现全智能化。

Description

一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线
技术领域
本发明涉及管件焊接技术领域，特别是涉及一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线。
背景技术
现有技术中，对于焊管模具的检测方式都是依托于工作人员的经验、以间接检测的方式进行的，即先进行几次试焊，随后通过常规的手工检测工具对试焊管件的管型进行检测，并由工作人员通过目测与标准管件的管型进行比对，根据两者的差值再根据经验逆向调整模具的位置度，直至焊管件的达到质量要求，再进行批量生产。
但是调试后批量生产结束后，再次换模生产，又需要重复上述调试工序，即依据工作人员的经验判断或手工测量模具位置度，本发明可以实现全数据化记忆，把上批次模具位置与管成形轮廓线进行标定存储，为下次重复更换模具的位置度与管成形轮廓线进行自动测量对比，对比差异时，人工或自动调整到上批次模具的位置度与管成形轮廓线。
上述在管件焊接成形阶段以及成形后的焊道检测工序，都是停机检测，如果不停机检测则对工作人员的人身安全风险极大。即在焊管生产线外通过检具进行检测，这种离线检测方式无法实时根据工况对焊接工序进行调整，需要多次试焊，从而来调节各种参数以使管件符合要求，耗时较长，也不适用于小批量的管件焊接，另外同一批次的各根管件之间也会存在着差异性，理论上通过试焊仅得到一根合格管件是不够的，需要焊出多根合格管件来为各项焊接参数确定一个浮动范围，试焊数量越多则焊接参数越精确，但成本较高，试焊数量过少则容易导致批量生产时管件报废率升高。另外，试制出合格件后的模具位置与管成形轮廓也很难在下一次生产中精确复原。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状而提供一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，包括有成型区、焊接区、切割区和检测装置，成型区一侧为上料侧，另一侧为出料侧，出料侧与焊接区相邻，在成型区中设置有多个模具安装座，这些模具安装座依次等间距设置并且呈直线排列，在模具安装座上设置有轮模，在轮模中形成有间隙，各个轮模的间隙与成型区的材料厚度相关，各个轮模的间隙宽度由上料侧方向朝出料侧方向逐渐缩小至与标准管件的外径相等，待焊接的管坯在外力驱动下依次从各个安装座上的轮模中穿过，并在这一过程中逐渐被各个轮模挤压成形；
检测装置包括导轨、可移动执行机构和检测探头，导轨架设在成型区的正上方，可移动执行机构在导轨上滑动并连接着检测探头，检测探头为在线激光测量仪，当检测探头移动至任意一个轮模的正上方时，它能检测出轮模的位置度以及在该轮模位置管件成形的轮廓度，如果轮模的位置度或间隙宽度与该工位的轮模基准位置度或间隙宽度不一致，则检测探头传输信号给控制系统，由控制系统计算调整量后将调整信号发送给执行机构，由执行机构调整该位置轮模的位置度或间距数值；如果检测探头检测到该位置的管成形轮廓数值偏差时，系统会自动发送信号进行报警提示，调整轮模位置度来得到标准成形要求。
作为本发明的改进，所述检测探头包括成像板，所述成像板的顶面铺设有光学测定盘，所述成像板延伸在所述轮模的下方，所述光学测定盘位于待检测管坯的正下方，所述检测探头还包括支架，所述支架连接在所述可移动执行机构上，在所述支架的侧部连接着安装壳体，所述安装壳体的顶部贴合在所述可移动执行机构的底面上，所述安装壳体内部中空形成有安装腔，在所述安装腔中设置有激光测量组件。
作为本发明的进一步改进，所述激光测量组件包括单片机，能够根据接收到的信号生成管坯的基准轮廓图像及基准图像上指定点的位置信息；
激光发射器，用于向导光部发射激光；
导光部，能调整自身角度从而将激光发射器发出的激光反射到待检测的管坯上；
激光接收器，用于接收来自所述管坯反射过来的激光，并将受光信号发送至单片机；
目标点设定部，根据单片机取得的基准图像，设定与基准图像上的指定点对应的目标点并将该目标点的测量指示以信号的方式发送给驱动控制部；
驱动控制部，在接收测量指示信号后控制所述导光部调整角度，使得激光照射至待检测管坯上的目标点；
单片机根据导光部的角度调整信息、所述导光部发射出激光照射在管坯上的位置信息和由激光接收器接收到的受光信号，计算出目标点对应的管坯位置的高度和水平位置。
作为本发明的优选，在所述可移动执行机构上设置有竖直导轨，所述支架滑动连接在所述竖直导轨上并能沿所述竖直导轨上下滑动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：它是一种全工位自动在线检测的焊管生产线，它可以对整个焊管过程实现在线检测，并根据检测结果的反馈来迅速调整各项参数（如模具间距、成形过程轮廓线等）。在提高了工作效率的同时，也使得生产线能适用于小批量的非标件生产，同时，本发明采用的是光电检测，相较于传统工艺采用的检具检测，精度更高，检测时间也大大缩短。
附图说明
图1为本发明实施例中焊管生产线的结构示意图；
图2为图1中检测探头的结构示意图；
图3为激光测量组件的系统关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。
如附图所示，本实施例为一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，包括有成型区1、焊接区2、切割区3和检测装置4，成型区一侧为上料侧（图1中右侧），另一侧为出料侧（图1中左侧），出料侧与焊接区相邻，在成型区中设置有多个模具安装座5，这些模具安装座依次等间距设置并且呈直线排列，在模具安装座上设置有轮模6，在模具安装座的顶面上开设有滑槽，在滑槽中滑动连接有两个滑块51，在每一个滑块上均固定着一个轮模，在轮模侧部沿周向开设有一圈型腔，两个轮模上的型腔之间形成有间隙，该间隙的宽度通过调整滑块之间的间距来调整，间隙的宽度与成型区的材料厚度相关，各个模具安装座上的轮模间隙宽度由上料侧方向朝出料侧方向逐渐缩小至与标准管件的外径相等，即最靠近上料侧方向的轮模间隙宽度最大，而最靠近出料侧方向的轮模间隙宽度最小，且最靠近出料侧方向的轮模间隙宽度与标准管件的外径相等，钢板先在外部的制管设备上简单的卷制成管状的管坯，此时管坯的外径要远大于标准管件的外径，随后待焊接的管坯在外力驱动下依次从各个模具安装座上的轮模中穿过，并在这一过程中逐渐被各个轮模挤压成形，直至管坯的外径与标准管件的外径相等。
检测装置包括导轨7、可移动执行机构8和检测探头9，导轨架设在成型区的正上方，可移动执行机构在导轨上滑动并连接着检测探头，检测探头为在线激光测量仪，当检测探头移动至任意一个轮模的正上方时，它能检测出轮模的位置度以及在该轮模位置管件成形的轮廓度，如果轮模的位置度或间隙宽度与该工位的轮模基准位置度或间隙宽度不一致，则检测探头传输信号给控制系统，由控制系统计算调整量后将调整信号发送给执行机构，由执行机构调整该位置轮模的位置度或间距数值；如果检测探头检测到该位置的管成形轮廓数值偏差时，系统会自动发送信号进行报警提示，调整轮模位置度来得到标准成形要求。
具体的，所述检测探头包括成像板91，所述成像板的顶面铺设有光学测定盘92，光学测定盘由黑色橡胶制成，其目的是尽可能排除外界的杂光对激光的干扰。所述成像板延伸在所述轮模的下方，所述光学测定盘位于待检测管坯的正下方，所述检测探头还包括支架93，支架连接在可移动执行机构的侧面，在可移动执行机构上设置有竖直导轨，支架滑动连接在竖直导轨上并能沿竖直导轨上下滑动，从而调整整个支架所在的高度。在所述支架的侧部连接着安装壳体94，所述安装壳体的顶部贴合在所述可移动执行机构的底面上，所述安装壳体内部中空形成有安装腔，在所述安装腔中设置有激光测量组件。
所述激光测量组件包括单片机，能够根据接收到的信号生成管坯的基准轮廓图像及基准图像上指定点的位置信息，该单片机包括CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)，CPU用于运算，ROM用于储存每一种标准管径所对应的管件成形轮廓线和各个轮模之间的间距，管件成形轮廓线是指各个轮模中所形成的间隙中心线所构成的曲线，该曲线和标准管件的管形一致。RAM用于储存每一次加工CPU所接收到的各种临时数据。当进行完一种管径的加工，过段时间重新进行该管径的焊接时，只需要将ROM中该管径对应的各项参数调出即可。
激光发射器，用于向导光部发射激光，导光部将来自激光部发射出来的激光分割为参照光和测定光，将参照光引导到参照部，同时将测定光引导到对焦部。对焦部对通过自己的激光赋予焦点，其原理参考照相机的对焦镜头。对焦后的测定光照射到管坯的目标位置，照射到管坯上的测定光由管坯反射，通过对焦部导向导光部。导光部生成由参照部反射的参照光与由管坯反射的测定光形成的干扰光，并导向激光接收器。激光接收器检测每个干扰光的波长的受光量，并将表示检测结果的信号提供给单片机，由单片机进行判断计算。激光接收器是以一维方式排列的多个像素的成像元件，如分割PD(光电二极管)、CCD(电荷耦合元件)照相机或CMOS(互补性金属氧化膜半导体)图像传感器等。激光接收器被配置成在每个由镜头形成的波长不同的多个对焦位置接收多个摄像元件的像素各自的光。
根据激光接收器的各像素，形成与受光量对应的模拟电信号(以下称为受光信号)。输出该受光信号至单片机。由此，单片机取得表示激光接收器的各像素(干扰光的波长)与受光量之间的关系的数据。单片机通过对该数据进行规定的运算及处理，来计算管坯被测量部分的高度。
目标点设定部，根据单片机取得的基准图像，设定与基准图像上的指定点对应的目标点并将该目标点的测量指示以信号的方式发送给驱动控制部；
驱动控制部，在接收测量指示信号后控制所述导光部调整角度，使得激光照射至待检测管坯上的目标点；
单片机根据导光部的角度调整信息、所述导光部发射出激光照射在管坯上的位置信息和由激光接收器接收到的受光信号，计算出目标点对应的管坯位置的高度和水平位置。
测量的具体步骤如下：
打开激光发射器，由激光发射器发射激光，同时单片机设定目标点，如果激光接收器未接收到管坯发射的激光，则将未检测到激光的信号传递给单片机，由单片机控制驱动控制部调整导光部的角度，使得激光照射至待检测管坯上的目标点，激光发射器发射的激光是间歇性的，参照部与激光接收器之间的距离是固定的，激光接收器根据接收到参考光和测定光之间的时间差，来判断测定管坯目标点与激光接收器之间的距离，其公式为：时间差*光速/2=目标点距离-参照部距离。再结合导光部的角度即可计算出管坯目标点的高度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，包括有成型区、焊接区、切割区和检测装置，成型区一侧为上料侧，另一侧为出料侧，出料侧与焊接区相邻，在成型区中设置有多个模具安装座，这些模具安装座依次等间距设置并且呈直线排列，在模具安装座上设置有轮模，在轮模中形成有间隙，各个轮模的间隙与成型区的材料厚度相关，各个轮模的间隙宽度由上料侧方向朝出料侧方向逐渐缩小至与标准管件的外径相等，待焊接的管坯在外力驱动下依次从各个安装座上的轮模中穿过，并在这一过程中逐渐被各个轮模挤压成形；
检测装置包括导轨、可移动执行机构和检测探头，导轨架设在成型区的正上方，可移动执行机构在导轨上滑动并连接着检测探头，检测探头为在线激光测量仪，当检测探头移动至任意一个轮模的正上方时，它能检测出轮模的位置度以及在该轮模位置管件成形的轮廓度，如果轮模的位置度或间隙宽度与该工位的轮模基准位置度或间隙宽度不一致，则检测探头传输信号给控制系统，由控制系统计算调整量后将调整信号发送给执行机构，由执行机构调整该位置轮模的位置度或间距数值；如果检测探头检测到该位置的管成形轮廓数值偏差时，系统会自动发送信号进行报警提示，调整轮模位置度来得到标准成形要求。
2.根据权利要求1所述的实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，其特征在于：所述检测探头包括成像板，所述成像板的顶面铺设有光学测定盘，所述成像板延伸在所述轮模的下方，所述光学测定盘位于待检测管坯的正下方，所述检测探头还包括支架，所述支架连接在所述可移动执行机构上，在所述支架的侧部连接着安装壳体，所述安装壳体的顶部贴合在所述可移动执行机构的底面上，所述安装壳体内部中空形成有安装腔，在所述安装腔中设置有激光测量组件。
3.根据权利要求2所述的实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，其特征在于：所述激光测量组件包括单片机，能够根据接收到的信号生成管坯的基准轮廓图像及基准图像上指定点的位置信息；
激光发射器，用于向导光部发射激光；
导光部，能调整自身角度从而将激光发射器发出的激光反射到待检测的管坯上；
激光接收器，用于接收来自所述管坯反射过来的激光，并将受光信号发送至单片机；
目标点设定部，根据单片机取得的基准图像，设定与基准图像上的指定点对应的目标点并将该目标点的测量指示以信号的方式发送给驱动控制部；
驱动控制部，在接收测量指示信号后控制所述导光部调整角度，使得激光照射至待检测管坯上的目标点；
单片机根据导光部的角度调整信息、所述导光部发射出激光照射在管坯上的位置信息和由激光接收器接收到的受光信号，计算出目标点对应的管坯位置的高度和水平位置。
4.根据权利要求2所述的实现全工位高精度自动在线检测的焊管生产线，其特征在于：在所述可移动执行机构上设置有竖直导轨，所述支架滑动连接在所述竖直导轨上并能沿所述竖直导轨上下滑动。
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