CN113059023A - 联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置及检测纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置及检测纠偏方法，属于直线管材拉拔生产技术领域。该装置在现有的拉拔组件上设置超声波壁厚检测组件、模具组件和模具自动调整组件，其利用超声波探头在线实时检测管材壁厚，然后将壁厚信号传输至超声波信号数据处理组件，在该组件内将所测壁厚与预设标准壁厚比对，发现壁厚公差超过允许值时将差值信号转换后输出至电气控制系统进行处理，然后输出执行信号至伺服驱动器，通过伺服驱动器调整球形模具座角度，从而实现改变变形后管材的壁厚尺寸。该装置和方法能够通过超声波探头在线检测联拉管的壁厚，当发现壁厚偏差超出技术要求时，可以自动调整模具的位置和方向，从而使壁厚偏差变小直至达到技术要求。

Description

联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置及检测纠偏方法

技术领域

本发明涉及一种直线管材拉拔过程中实时检测及纠偏装置和方法，具体涉及一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置及检测纠偏方法，属于直线管材拉拔生产技术领域。

背景技术

在国内外的有色金属管材行业，特别是精密铜管生产行业，一般都是采用芬兰奥托昆布(Outokumpu)公司“水平连续铸造-三辊行星轧制”的生产工艺，又称为“连铸连轧”生产工艺，该生产工艺的生产效率高、成材率高且生产成本相对偏低。但该生产工艺存在一比较难以克服的问题，即由于三辊行星轧机设备不够稳定、工艺局限及工艺调整困难等原因，轧制出的管材(通称轧管)壁厚均匀性比较难以控制，很容易出现比较大的偏差，给精密铜管生产过程尺寸精度的控制，造成了一定的麻烦。

而最早的“连铸连轧”工艺是没有联合拉拔设备的，后来在行星轧制设备后面，配备了由两个联合拉拔小车及配套的长度补偿等装置组成的“双联拉机”，目的就是为了解决轧制铜管壁厚精度难以控制的问题，同时加快了铜管的生产效率。联合拉拔机拉伸铜管属于直拉工艺，对纠正铜管壁厚不均(俗称纠偏)有很好的效果。

但在使用联合拉拔设备并采用“连铸连轧”工艺进行管材生产时，到了下一道工序使用直线拉伸设备(即联合拉拔机)时，需要通过手动调整模具的位置，对壁厚偏差进行适当的纠正。上述现有的手动调整原理如下：管材由拉拔机牵引，在外模和芯头的共同作用下，产生减径和减壁，以实现拉伸变形的目的；当原料管材壁厚均匀时，调整外模/芯头中心线与拉拔机的牵引中心线重合，从而使变形后的管材壁厚仍然保持均匀；当原料管材壁厚超过允许误差时，通过调整四个方位的外模压紧螺钉，外模/芯头中心线与拉拔机的牵引中心线形成一定夹角，使正在变形的管材受到一个额外的偏心力，从而改变材料的变形条件，以达到减轻甚至基本消除变形后铜管壁厚的偏差(偏心率)的目的。

但上述手动调整模具的过程中需要停机、且需要多次测量反复进行调整；同时如果轧管壁厚偏差太大或者模具位置调整不当，联合拉拔机生产出来的铜管的壁厚公差就不能满足后道工序的要求。同时在轧制和拉伸过程中，现有制造工艺都没有办法实时检测管材的壁厚尺寸，所以管材的壁厚尺寸批量不合格的情况时有发生，给企业造成很大的产品报废和成本损失。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置及检测纠偏方法，该装置和方法能够通过超声波探头在线检测联拉管的壁厚，当发现壁厚偏差超出技术要求时，可以自动调整模具的位置和方向，从而使壁厚偏差变小直至达到技术要求。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，包括拉拔组件，还包括

位于所述拉拔组件的进料端外侧的超声波壁厚检测组件，该超声波壁厚检测组件包括一管材能够穿设其中的超声波探头组件，该超声波探头组件包括若干个环设于管材外周的超声波探头；若干个所述超声波探头均同时与一超声波信号数据处理组件电性连接；

位于所述拉拔组件的出料端外侧壁上的模具组件，该模具组件包括一固定连接于所述拉拔组件出料端上的模具安装板，该模具安装板上形成有一球面凹槽，该球面凹槽内活动嵌设有一与之匹配的球形模具座；和

位于所述模具组件的出料端外壁上的模具自动调整组件，该模具自动调整组件包括固定连接于所述拉拔组件的出料端外壁上的若干个伺服驱动器和电气控制组件，其中若干个伺服驱动器均匀环状排布于管材外周且均与所述电气控制组件的信号输出端电性连接，且每个伺服驱动器的驱动端上均定位连接有一球形顶杆，该球形顶杆的自由端抵接于所述球形模具座的外壁上；其中所述电气控制组件的信号输入端与所述超声波信号数据处理组件电性连接；所述伺服驱动器根据电气控制组件的执行信号驱动相应的球形顶杆沿垂直于球形模具外端壁运动。

其进一步的技术方案是：

所述超声波探头组件包括固定连接于外部机架上的测量壳体，该测量壳体的相对两侧壁上沿管材穿设方向开设有对称设置的通过孔，若干个所述超声波探头均固定连接于所述测量壳体内部并位于同一纵向平面上，且该若干个超声波探头呈环状均匀分布于两通过孔中心连接所形成轴线的外周。

其进一步的技术方案是：

所述测量壳体内部设有通过孔的两内侧壁上均固设有密封于通过孔处的密封片，管材两端自密封片穿设出所述通过孔。

其进一步的技术方案是：

所述模具自动调整组件包括固定连接于所述拉拔组件出料端壁上并开设有管材出孔的伺服安装板，该伺服安装板盖设于球形模具座外端面上并与该球形模具座的外端面形成有调整间隙，所述伺服驱动器的驱动端穿设过伺服安装板后在调整间隙内与所述球形顶杆定位连接。

其进一步的技术方案是：

所述球形顶杆包括定位连接于伺服驱动器驱动端上的连接部和一体成型于连接部底端的顶出部；所述球形模具座的外端面沿周向形成有若干限位杆，每根限位杆上均开设有一穿孔，所述顶出部穿设过该穿孔后抵接于所述球形模具座的外端面上，所述连接部的底端呈球面且该球面抵接于所述穿孔的周面上。

其进一步的技术方案是：

所述连接部上套设有一压簧，该压簧的两端分别对应抵接于所述限位杆和所述伺服安装板上。

其进一步的技术方案是：

所述球形模具座内定位卡设有一外模，所述球形模具座内中心与所述外模相应处对应设有一与外模配合使用的芯头，且所述外模通过一固定连接于所述球形模具座上的外模压盖将外模限位于所述球形模具座内。

其进一步的技术方案是：

所述伺服驱动器为伺服电缸和/或伺服液压缸。

本发明还公开了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏方法，其使用上述联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置进行，主要包括以下步骤：

S1，管材先通过超声波壁厚检测组件，利用其中的超声波探头采用超声波技术在线实时检测出管材全面的壁厚尺寸信号；

S2，所述超声波探头将检测所得壁厚尺寸信号传输至超声波信号数据处理组件，利用其中的超声波仪器对壁厚尺寸信号进行数据存储、处理、分析、显示及调整信号输出；

S3，所述电气控制系统接收超声波仪器输出的信号，并将接收到的信号进行处理后，输出执行信号；

S4，所述伺服驱动器接收到电气控制系统发出的执行信号后，伺服驱动器驱动球形顶杆运动调整球形模具座的角度，实现改变变形后管材的壁厚尺寸。

其进一步的技术方案是：

步骤S2中，超声波仪器将接收到的检测所得壁厚尺寸信号，与超声波仪器内预设的标准壁厚尺寸数据进行比对，当发现壁厚公差超过允许值时，根据偏差的位置和大小，将差值信号转换为调整信号后输出至电气控制系统。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明采用超声波技术在线实时检测监控管材的壁厚，检测精度高，且对管材无任何损伤；与传统检测方法将整根管材从中间截断制样后用壁厚千分尺测量的方式相比，不仅效率高且不会造成不必要的浪费；

2、本发明采用与超声波探头电性连接的超声波仪器分析和处理探头检测信号，使整个系统反应准确、灵敏；同时检测结果能够直观显示并及时储存，方便对管材的尺寸数据进行积累和分析，能够及时发现解决轧机和拉拔机存在的影响产品壁厚尺寸的问题，方便后期进行设备及工艺的调整；

3、本发明中的伺服驱动器能够根据检测所得的壁厚误差信号，对模具进行实时调整，使壁厚的尺寸偏差及时得到修正，确保产品的壁厚达到最理想的效果，能够克服之前人工调整模具座需要停机且需多次测量反复调整的问题；

4、本发明中的调整组件结构简单，能够在现有的模具组件上进行改装即可。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中超声波壁厚检测组件的整体结构示意图；

图3是本发明中超声波探头和密封片在测量壳体中的位置关系示意图；

图4是本发明中模具组件的整体结构示意图；

图5是本发明中模具组件的剖面结构示意图；

图6是本发明中模具自动调整组件的整体结构示意图；

图7是本发明中球形顶杆的结构示意图；

图8是本发明中模具组件和模具自动调整组件的装配结构示意图；

其中：

1、超声波壁厚检测组件；

11、超声波探头组件；111、超声波探头；112、测量壳体；113、通过孔；114、密封片；

2、拉拔组件；

3、模具组件；

31、模具安装板；311、球面凹槽；

32、球形模具座；321、限位杆；

33、外模；

34、芯头；

35、外模压盖；

4、模具自动调整组件；

41、伺服驱动器；411、球形顶杆；411a、连接部；411b、顶出部；412、压簧；

42、伺服安装板；421、管材出孔；

43、调整间隙；

5、管材。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本具体实施例详细记载了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，该装置包括超声波壁厚检测组件1、拉拔组件2、模具组件3和模具自动调整组件4，其中拉拔组件2的全部结构均为本领域现有技术，该组件的结构如下：拉拔组件2为本领域常规的联合拉拔机，其由联拉机架和位于该联拉机架内的第一拉拔小车和第二拉拔小车构成，其更具体的结构本具体实施例中不再赘述。

超声波壁厚检测组件1位于拉拔组件2的进料端外侧处，通常固定连接在外部机架上，该超声波壁厚检测组件1包括一管材能够穿设其中的超声波探头组件11和一超声波信号数据处理组件。其中超声波探头组件11包括固定连接于外部机架上的测量壳体112，该测量壳体的相对两侧壁上沿管材穿设方向开设有对称设置的通过孔113，测量壳体112内部设有通过孔113的两内侧壁上均固设有密封于通过孔处的密封片114，管材5的两端自密封片穿设出两通过孔后进入拉拔组件2。测量壳体112上固设有若干个超声波探头111，该若干个超声波探头的设置方式为环设于管材5的外周处，即若干个超声波探头111均固定连接于测量壳体内部并位于同一纵向平面上，且该若干个超声波探头呈环状均匀分布于两通过孔中心连接所形成轴线的外周；上述的若干个超声波探头111均同时与超声波信号数据处理组件电性连接。上述超声波探头111的数量设置为至少4个，在设置时保证管材外周上下左右每个方向至少有一个，以便能够超声波检测能够覆盖整个管材的外周，本具体实施例中设置数量为4个。

上述组件中，4个超声波探头能够在联拉管生产过程中对管材四个方向的壁厚尺寸进行实时检测，并能够将检测所得的数据实时发送到超声波信号数据处理组件中，利用其中的超声波仪器对信号进行处理、分析出相应的数据，将同时将该数据转换成执行信号后进行输出。

模具组件3位于拉拔组件的出料端外侧壁上。该模具组件3包括一固定连接于拉拔组件2出料端上的模具安装板31，该模具安装板上形成有一球面凹槽311，该球面凹槽内活动嵌设有一与之匹配的球形模具座32。球形模具座32内定位卡设有一外模33，球形模具座32内中心与外模33相应处对应设有一与外模配合使用的芯头34，且外模通过一固定连接于球形模具座32上的外模压盖35将外模限位于球形模具座内。即，模具安装板与拉拔组件固定连接，球形模具座的球面与模具安装板相对活动，外模以及芯头与球型模具座相对固定，使得球形模具座、外模、外模压盖和芯头成为一个能够相对模具安装板活动的整体。上述组件中，可以通过调整球形模具座相对模具安装板的位置，从而调整外模和芯头相对拉拔机牵引中心线的位置。

模具自动调整组件4位于模具组件3的出料端外壁上。该模具自动调整组件4包括固定连接于拉拔组件的出料端外壁上的电气控制组件和若干个伺服驱动器41，其中电气控制组件的信号输入端与超声波信号数据处理组件电性连接，电气控制组件的信号输出端与电气控制组件电性连接。其中若干个伺服驱动器的具体安装方式为：拉拔组件2的联拉机架出料端壁上形成有呈矩形凹槽的安装板，模具组件3安装在该矩形凹槽内；该安装板上矩形凹槽的敞口面上固定连接有一伺服安装板42，该伺服安装板42上开设有一供管材穿过的管材出孔421，该伺服安装板盖设于球形模具座32外端面上(即盖设在矩形凹槽敞口面上)并与球形模具座的外端面形成有调整间隙43，若干个伺服驱动器均匀间隔环设在管材出孔421的外周处使其均匀排布于管材外周。本具体实施例中，伺服驱动器41设置为4个，且该伺服驱动器41优选为伺服电缸和/或伺服液压缸。

每个伺服驱动器41的驱动端上均定位连接有一球形顶杆411，具体的，伺服驱动器41的驱动端穿设过伺服安装板42后在调整间隙43内与该球形顶杆411定位连接，该球形顶杆411的自由端抵接于球形模具座的外壁上。其中球形顶杆411的具体结构为：球形顶杆411包括定位连接于伺服驱动器驱动端上的连接部411a和一体成型于连接部底端的顶出部411b；球形模具座32的外端面沿周向形成有若干限位杆321(本具体实施例中设置为4个)，每根限位杆上均开设有一穿孔，顶出部411b穿设过该穿孔后抵接于球形模具座的外端面上，同时连接部411a的底端呈球面且该球面抵接于穿孔的周面上；为防止顶出部在球形模具座表面上滑动，在球形模具座的相应位置处开设有供顶出部限位的腰型盲孔。此外，连接部411a上套设有一压簧412，该压簧的两端分别对应抵接于限位杆321和伺服安装板42上。调整时，球形顶杆的顶出部抵紧在球形模具座的表面上，利用套设于连接部上位于伺服安装板和限位杆之间处的压簧自身所具有的弹性，调整活动嵌设在球形凹槽内的模具安装座的角度。

若干个伺服驱动器41根据电气控制组件的执行信号驱动相应的球形顶杆沿垂直于球形模具外端壁运动，使球形模具座的角度根据需要进行自动调整，从而带动其内部的外模和芯头的角度及位置，实现改变变形后管材壁厚的目的。

本具体实施例还详细记载了一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏方法，其使用上述联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置进行，主要包括以下步骤：

S1，管材先通过超声波壁厚检测组件，利用其中的超声波探头采用超声波技术在线实时检测出管材全面的壁厚尺寸信号；

S2，所述超声波探头将检测所得壁厚尺寸信号传输至超声波信号数据处理组件，利用其中的超声波仪器对壁厚尺寸信号进行数据存储、处理、分析、显示及调整信号输出；

S3，所述电气控制系统接收超声波仪器输出的信号，并将接收到的信号进行处理后，输出执行信号；

S4，所述伺服驱动器接收到电气控制系统发出的执行信号后，伺服驱动器驱动球形顶杆运动调整球形模具座的角度，实现改变变形后管材的壁厚尺寸。

其中步骤S2中，超声波仪器将接收到的检测所得壁厚尺寸信号，与超声波仪器内预设的标准壁厚尺寸数据进行比对，当发现壁厚公差超过允许值时，根据偏差的位置和大小，将差值信号转换为调整信号后输出至电气控制系统。

本发明采用超声波技术在线实时检测监控管材的壁厚，检测精度高，且对管材无任何损伤；与传统检测方法将整根管材从中间截断制样后用壁厚千分尺测量的方式相比，不仅效率高且不会造成不必要的浪费；

本发明采用与超声波探头电性连接的超声波仪器分析和处理探头检测信号，使整个系统反应准确、灵敏；同时检测结果能够直观显示并及时储存，方便对管材的尺寸数据进行积累和分析，能够及时发现解决轧机和拉拔机存在的影响产品壁厚尺寸的问题，方便后期进行设备及工艺的调整；

本发明中的伺服驱动器能够根据检测所得的壁厚误差信号，对模具进行实时调整，使壁厚的尺寸偏差及时得到修正，确保产品的壁厚达到最理想的效果，能够克服之前人工调整模具座需要停机且需多次测量反复调整的问题；

本发明中的调整组件结构简单，能够在现有的模具组件上进行改装即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，包括拉拔组件(2)，其特征在于：还包括

位于所述拉拔组件的进料端外侧的超声波壁厚检测组件(1)，该超声波壁厚检测组件包括一管材能够穿设其中的超声波探头组件(11)，该超声波探头组件包括若干个环设于管材外周的超声波探头(111)；若干个所述超声波探头(111)均同时与一超声波信号数据处理组件电性连接；

位于所述拉拔组件的出料端外侧壁上的模具组件(3)，该模具组件包括一固定连接于所述拉拔组件(2)出料端上的模具安装板(31)，该模具安装板上形成有一球面凹槽(311)，该球面凹槽内活动嵌设有一与之匹配的球形模具座(32)；和

位于所述模具组件(3)的出料端外壁上的模具自动调整组件(4)，该模具自动调整组件包括固定连接于所述拉拔组件的出料端外壁上的若干个伺服驱动器(41)和电气控制组件，其中若干个伺服驱动器均匀环状排布于管材外周且均与所述电气控制组件的信号输出端电性连接，且每个伺服驱动器的驱动端上均定位连接有一球形顶杆(411)，该球形顶杆的自由端抵接于所述球形模具座的外壁上；其中所述电气控制组件的信号输入端与所述超声波信号数据处理组件电性连接；所述伺服驱动器根据电气控制组件的执行信号驱动相应的球形顶杆沿垂直于球形模具外端壁运动。

2.根据权利要求1所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述超声波探头组件(11)包括固定连接于外部机架上的测量壳体(112)，该测量壳体的相对两侧壁上沿管材穿设方向开设有对称设置的通过孔(113)，若干个所述超声波探头(111)均固定连接于所述测量壳体内部并位于同一纵向平面上，且该若干个超声波探头呈环状均匀分布于两通过孔中心连接所形成轴线的外周。

3.根据权利要求2所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述测量壳体(112)内部设有通过孔(113)的两内侧壁上均固设有密封于通过孔处的密封片(114)，管材两端自密封片穿设出所述通过孔。

4.根据权利要求1所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述模具自动调整组件(4)包括固定连接于所述拉拔组件(2)出料端壁上并开设有管材出孔(421)的伺服安装板(42)，该伺服安装板盖设于球形模具座(32)外端面上并与该球形模具座的外端面形成有调整间隙(43)，所述伺服驱动器的驱动端穿设过伺服安装板后在调整间隙(43)内与所述球形顶杆定位连接。

5.根据权利要求4所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述球形顶杆(411)包括定位连接于伺服驱动器驱动端上的连接部(411a)和一体成型于连接部底端的顶出部(411b)；所述球形模具座(32)的外端面沿周向形成有若干限位杆(321)，每根限位杆上均开设有一穿孔，所述顶出部(411b)穿设过该穿孔后抵接于所述球形模具座的外端面上，所述连接部(411a)的底端呈球面且该球面抵接于所述穿孔的周面上。

6.根据权利要求5所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述连接部(411a)上套设有一压簧(412)，该压簧的两端分别对应抵接于所述限位杆(321)和所述伺服安装板(42)上。

7.根据权利要求1所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述球形模具座(32)内定位卡设有一外模(33)，所述球形模具座内中心与所述外模相应处对应设有一与外模配合使用的芯头(34)，且所述外模通过一固定连接于所述球形模具座上的外模压盖(35)将外模限位于所述球形模具座内。

8.根据权利要求1所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置，其特征在于：所述伺服驱动器(41)为伺服电缸和/或伺服液压缸。

9.一种联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏方法，其特征在于，使用权利要求1至8中任一权利要求所述联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏装置进行，主要包括以下步骤：

S1，管材先通过超声波壁厚检测组件，利用其中的超声波探头采用超声波技术在线实时检测出管材全面的壁厚尺寸信号；

S2，所述超声波探头将检测所得壁厚尺寸信号传输至超声波信号数据处理组件，利用其中的超声波仪器对壁厚尺寸信号进行数据存储、处理、分析、显示及调整信号输出；

S3，所述电气控制系统接收超声波仪器输出的信号，并将接收到的信号进行处理后，输出执行信号；

S4，所述伺服驱动器接收到电气控制系统发出的执行信号后，伺服驱动器驱动球形顶杆运动调整球形模具座的角度，实现改变变形后管材的壁厚尺寸。

10.根据权利要求9所述的联合拉伸管材壁厚自动检测纠偏方法，其特征在于：步骤S2中，超声波仪器将接收到的检测所得壁厚尺寸信号，与超声波仪器内预设的标准壁厚尺寸数据进行比对，当发现壁厚公差超过允许值时，根据偏差的位置和大小，将差值信号转换为调整信号后输出至电气控制系统。

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