CN112697047A - 一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置，其包括两组滚轮架、两组电动推杆、上位机、激光位移传感器，滚轮架平行布置，被测圆棒料放置在两滚轮架中间；激光位移传感器安装于两组滚轮架上部，能沿圆棒料平行往复移动；两组电动推杆安装于两组滚轮架两侧，在激光位移传感器完成对被测圆棒料的检测后上位机根据检测结果进行分类，再将被测棒料推出滚轮架，被测棒料掉入分料箱；上位机用于分析由激光位移传感器采集到的被测圆棒料表面相对位移，获得裂纹宽度和位置。本发明解决了传统手工检测时的效率低下、漏检率高的问题，采用自动化的控制系统，提高了工业生产中对细长圆管、棒料的检测效率，减小了工人的劳动强度。

Description

一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置

技术领域

本发明涉及裂纹检测相关技术领域，尤其涉及针对小径长圆棒料表面裂纹快速检测与受损产品分离装置。

技术背景

工业生产中，细长圆管、棒料应用广泛。在加工与分割过程中，切刀上容易残留铁丝，在管、棒料向前移动时，铁丝容易造成管、棒料表面产生裂纹或裂纹，影响产品质量，甚至严重影响产品使用寿命留下安全隐患。针对于此的裂纹检测是工业实践中的重要一环。

目前国内外还没有特定的针对细长管、棒料的快速检测装置。现有的裂纹检测设备成本过高，而且主要是针对大直径管道表面裂纹检测，对管道的架设与定位要求过高，无法做到对要求不高的产品的表面裂纹进行快速检测。

在传统的工业生产过程中，主要依靠人眼对细长圆管、棒料表面裂纹进行观察，同时需要人工的剔除表面有裂纹的受损产品。同时对大量的小径长圆棒料进行表面裂纹检测与好坏料分类，传统工作效率低，对圆管、棒料表面裂纹漏检率高，消耗人力大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置，以解决上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案，一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置,包括：

两组滚轮架，每个滚轮架都包括被传动机构驱动的主轴、等距间隔套装在主轴上的滚轮、支撑主轴的轴承座，两组滚轮架按以下方式布置：两滚轮架的主轴互相平行，两主轴上的滚相互交错排列，一侧主轴上的滚轮侵入另一侧的主轴上相邻的滚轮之间，滚轮与主轴连结固定能随主轴旋转，使所述两组滚轮架之间形成支撑被测圆棒料的V型空间；

激光位移传感器，安装在V型空间正上方，能向V型空间处的被测圆棒料发射激光，并将反射的激光束转化为电压脉冲信号，所述激光位移传感器与移动机构连接固定，移动机构能沿两组滚轮架纵长方向的中线平行往复移动，所述激光位移传感器与上位机信号连接；

电动推杆，至少布置两个，均平行且垂直于两根所述的主轴，两电动推杆相向布置于两组滚轮支架两侧，使电动推杆的伸缩端高于主轴且低于V型空间的底部，并且电动推杆的伸缩端能伸入至与其正对的主轴上相邻的两滚轮之间，两电动推杆信号连接控制器，控制器与上位机信号连接；

激光束从被测圆棒料的光滑表面反射后，被转化为位于标准量程模拟电压范围内的电压值，而激光束从被测圆棒料的表面的裂纹底部反射后，被转化为高于标准量程模拟电压上限的电压值，上位机从采集的电压采样信号中按以下方式筛选有效电压脉冲信号；

若电压脉冲信号电压值低于标准量程模拟电压上限则剔除，得到初选电压脉冲信号，若初选电压脉冲信号与相邻的前一个或后一个初选电压脉冲信号的时间间隔大于1/f，则剔除，f为激光束反射采样频率，所述上位机统计有效电压采样点的个数y，若y>0，则控制两组滚轮支架一侧的电动推杆伸出，将V型空间内的被测圆棒料推出至废料堆，若y＝0，则控制两组滚轮支架另一侧的电动推杆伸出，将V型空间内的被测圆棒料推出至成品堆。

进一步地，所述激光位移传感器的移动速度为v，L＝v/w；

其中，L为圆棒料表面裂纹的长度检测下限，w为圆棒料被传动机构驱动旋转的转速，d_w为圆棒料的外径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：整个装置能实现对物料的自动化检测与分拣，并且本装置对物料的安放定位要求较低，可以快速的对物料进行上料从而提升了检测速度，设备的自动化程度高，可以很好地节约人力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的装置的立体图；

图2是本发明的装置正视断裂视图；

图3是本发明的装置的左视局部剖视图

图4是本发明激光位移传感器在具体实施方式中一定转速下时间—电压曲线图；

图5是图4的时间—电压曲线局部放大图；

图6是本发明激光位移传感器在具体实施方式中一定转速检测时误差分析图。

1.支架 2.皮带电机 3.电机 4.电机支座 5.联轴器 6.滚轮 7.主轴 8.滑台 9.激光位移传感器 10.滑道 11.固定辊 12.电动推杆 13.被测棒料 14.轴承座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所述实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权力要求书，本发明的优点和特征将更加清晰的表现。需要说明的是，附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用于更加清晰、方便地辅助说明本发明实施的目的。

下面结合图1-3对本发明进行详细的说明，本发明是一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置，包括铝型材支架1，支架1下方平台的左侧安装有滚轮架，滚轮架包括电机支座4与轴承座14，电机支座4与轴承座14支撑起电机3与主轴7，同时使电机3与主轴7保持水平同轴，电机3与主轴7中间由联轴器5连接，主轴7上等距固定有多个滚轮6，滚轮6随主轴7转动，同理，右侧装有相同的滚轮架，两侧的滚轮架按以下方式布置：两滚轮架的主轴互相平行；两主轴7上的滚轮6相互交错排列；一侧主轴7上的滚轮6侵入另一侧的主轴上相邻的滚轮6之间。两边同时由伺服电机控制器控制使电机3以相同速度朝相同方向转动，电机3即传动机构，由图3从两侧滚轮架的横断面看，两主轴7上的滚轮6之间形成V型空间，被测棒料13放置在V型空间之中，滚轮6转动带动被测棒料13以相反的方向转动。

支架1下安装有移动机构，移动机构包括皮带电机2、滑台8、皮带10、固定辊11，皮带10一面朝下固定在顶梁下，皮带电机2固定在支架1的一端，皮带电机2的输出轴通过联轴器连接传动辊，固定辊11固定在支架1的另一端，相互平行布置，皮带10的两端套在固定辊11、传动辊外，皮带10上固定有滑台8，滑台8随皮带10一起移动，滑台8下通过法兰固定有激光位移传感器9，激光位移传感器9的感应口与被检测棒料13对齐。

两滚轮架相互背离的一侧各安装有一组电动推杆12，所有的电动推杆12安装在同一高度，保持电动推杆12杆头高出于主轴7，且低于V型空间的底部，电动推杆12伸出时不与主轴7发生干涉，同时能推动被测棒料13向另一侧主轴7运动，电动推杆12的安装使电动推杆12的杆头伸出时位于其正对的主轴7上在两个相邻的滚轮6之间，电动推杆12的伸出行程与滚轮6发生干涉，在实际检测过程中，左侧的一组电动推杆12同时向右推动，能把被测棒料13推出两侧主轴7的滚轮6之间形成V型空间，同理，右侧的一组电动推杆12同时向左推动，能把被测棒料13推出两侧主轴7的滚轮6之间形成V型空间，从而实现受损产品与合格产品分离的功能。

检测机构、皮带电机2、电机3全部与PLC控制单元(可编程逻辑控制器)相连接从而实现对电机的自动化控制，PLC控制单元安装有高频脉冲发生模块，通过上位机发送指令控制高频脉冲发生模块发射脉冲给伺服电机驱动器，从而控制电机转动，PLC控制单元与以通信的方式与上位机连接，同时采用labVIEW(软件图形化编程环境)，可以在上位机系统中直观的反应出各个电机的运行状态，通过PLC数据通信模块对检测数据进行采集，从而可以实现对被测棒料13表面裂纹位置的精确描述。

在初始状态下，滑台8处于移动机构一端的起动位置，滚轮架处于停止状态；整个装置的机械动作的顺序如下：

1.滚轮架启动，滚轮6处于低速运动状态，同时将被测棒料导至滚轮架的V型空间中。

2.滚轮6提速至高速状态，棒料靠摩擦力高速旋转，同时检测机构开始工作，滑台8带动激光位移传感器9运动，激光位移传感器9工作以1m/s的速度对被测棒料13进行螺旋形距离变化检测，滑台8在皮带10上运行来回一个周期，PLC的通信模块对检测数据进行采集，距离变化与裂纹的深度和宽度相关，数据反馈给上位机，裂纹检测完毕。

3.滚轮6减速至低速状态，上位机判断被测棒料13是否为合格品，如果被测棒料13是合格品，则控制左侧的电动推杆12同时向右推动，使被测棒料13向右侧推出，被测棒料13掉落至(合格品物料放置箱)，否则控制右侧的电动推杆12同时向左推动，使被测棒料13向左侧推出，被测棒料13掉落至(受损品物料放置箱)，物料分类完毕。

4.装置需要复位时按下停止按钮，各个运动部件停止，滑台8回到检测机构右侧起动位置。

激光位移传感器9选用Microtrak III高精度激光位移传感器，规格为LTS-120-40，所述高精度激光位移传感器量程为40mm，探测中位距离为120mm，最近测量范围100mm，最远测量范围140mm，激光位移传感器5的标准量程模拟电压输出为：1-9V，测量量程2m为40mm，测量敏感度为5μm/mV，圆棒料表面与激光位移传感器的距离在(h-m，h+m)范围内时，反射的激光束全反射，激光位移传感器对应生成1V～9V的电压脉冲信号。

电机3为60电机，所选伺服驱动器为松下伺服驱动器，所选型号为MADDT1207，所选伺服驱动器用位置控制的方式控制电机的转动，可以实现对传感器的精确的位置控制。

电控系统型号优选为三菱PLC FX2N-48MR，其具有FX2N-1PG脉冲发生器单元模块，脉冲发生器单元模块发生高频脉冲至伺服驱动器，从而控制电机转动；其同时具有FX2N-CNV-BD通信模块，以通过通信模块将从高精度激光位移传感器采集到的电信号传输至上位机。

下面以直径5mm带裂纹圆管的检测为例进行阐释说明，其他小直径的圆棒料的检测同理，具体而言，直径5mm的带裂纹圆管以2400r/min匀速转动，激光位移传感器9固定在被测圆管上方120mm处移动对被测圆管进行螺旋形裂纹检测，当管壁存在裂纹时，激光位移传感器所检测到的距离发生变化，以电压的形式反馈给上位机。直径5mm带裂纹的圆管在2400r/min转速下，激光位移传感器9采样频率为20kHz的时间—电压曲线图，电压的变化代表距离的变化，如图4所示，圆管旋转时因不同轴度的原因距离变化形成低频波动，距离突变处为裂纹位置，图5是对图4时间—电压曲线局部放大图，通过采样频率、旋转速度、管径和高电平采样点的个数可以计算出被测圆管上裂纹的宽度，电压的大小代表裂纹的深度。

对于图5的裂纹宽度计算如下：采样频率20KHz，管径5mm，旋转速度2400r/min即40r/s，高电平点数3个(大于9V时)，那么裂纹宽度＝3.14*5/2*40*3/20000＝0.0471mm，因裂纹底部非平面，未发生全反射，激光位移传感器无法采集到反射的激光束，深度不确定。

在利用激光位移传感器9对被测圆管进行检测时，会存在一些干扰采样点，如图6所示前2组高电平显示了不良的采样点，其高电平采样点数只有1个，只有最后一组高电平显示了良好的目标图像，可以直观的反应出裂纹宽度，在上位机对距离数据进行采集时，只保留距离突变采样点数大于1个，电压幅值高于9V的高电平采样组，以减小测量误差。

同时本实施例中若激光位移传感器5以大于1m/s的速度平行于圆管移动，能被激光位移传感器9检测出的裂纹的最小长度L＝1000/40＝25mm。不能检测出长度大于25mm的裂纹。

以上所述，仅为发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种小径长圆棒料表面裂纹检测装置,其特征在于，包括：

两组滚轮架，每个滚轮架都包括被传动机构驱动的主轴、等距间隔套装在主轴上的滚轮、支撑主轴的轴承座，两组滚轮架按以下方式布置：两滚轮架的主轴互相平行，两主轴上的滚相互交错排列，一侧主轴上的滚轮侵入另一侧的主轴上相邻的滚轮之间，滚轮与主轴连结固定能随主轴旋转，使所述两组滚轮架之间形成支撑被测圆棒料的V型空间；

激光位移传感器，安装在V型空间正上方，能向V型空间处的被测圆棒料发射激光，并将反射的激光束转化为电压脉冲信号，所述激光位移传感器与移动机构连接固定，移动机构能沿两组滚轮架纵长方向的中线平行往复移动，所述激光位移传感器与上位机信号连接；

电动推杆，至少布置两个，均平行且垂直于两根所述的主轴，两电动推杆相向布置于两组滚轮支架两侧，使电动推杆的伸缩端高于主轴且低于V型空间的底部，并且电动推杆的伸缩端能伸入至与其正对的主轴上相邻的两滚轮之间，两电动推杆信号连接控制器，控制器与上位机信号连接；

激光束从被测圆棒料的光滑表面反射后，被转化为位于标准量程模拟电压范围内的电压值，而激光束从被测圆棒料的表面的裂纹底部反射后，被转化为高于标准量程模拟电压上限的电压值，上位机从采集的电压采样信号中按以下方式筛选有效电压脉冲信号；

若电压脉冲信号电压值低于标准量程模拟电压上限则剔除，得到初选电压脉冲信号，若初选电压脉冲信号与相邻的前一个或后一个初选电压脉冲信号的时间间隔大于1/f，则剔除，f为激光束反射采样频率，所述上位机统计有效电压采样点的个数y，若y>0，则控制两组滚轮支架一侧的电动推杆伸出，将V型空间内的被测圆棒料推出至废料堆，若y＝0，则控制两组滚轮支架另一侧的电动推杆伸出，将V型空间内的被测圆棒料推出至成品堆。

2.根据权利要求1所述的圆棒料表面裂纹检测装置，其特征在于，所述激光位移传感器的移动速度为v，L＝v/w

其中，L为圆棒料表面裂纹的长度检测下限，w为圆棒料被传动机构驱动旋转的转速，d_w为圆棒料的外径。

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