CN113639672B - 钢坯锯切面角偏自动测量系统及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种钢坯锯切面角偏自动测量系统，钢坯输送线的检测位置设有由立柱固定横置在检测位置上方的跨越式横梁支架，所述立柱上固定有位于同一竖直方向的不同高度位置的两个激光测距传感器，以及位于不同竖直方向的相同高度位置的两个激光测距传感器，所述跨越式横梁支架下表面相同高度位置并排固定有两个激光测距传感器；本发明钢坯锯切面角偏自动测量系统可在线自动测量钢坯锯切面角偏情况，检测到不合格产品时可给出声光报警提示暂停输送线运行，待人工确认判废下线后再确认继续自动运行，实现流水线上产品件件检测，提高了检测效率及精准性，减少了人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用激光测距自动测量计算钢坯锯切面角偏的技术。
背景技术
在车轮圆坯热轧制工作中，整支钢锭被锯切成分段待加热钢坯后，如钢坯锯切面不垂直于坯身即产生所谓角偏，角偏较大时会对后续热锻压工序造成质量影响，产生轧制废品浪费成本，以往一般钢坯锯切面角偏情况测量都是由人工通过角尺测量判别，会带入主观误差，无法形成统一判别标准，且劳动强度较大，在流水线作业中无法实现持续的每件测量，只能人工随机抽检会造成漏检。
目前，也有能够进行自动化的测量设备，例如已公开的文献专利申请号为201110009513.5，专利名称为《车轮钢坯角偏差在线检测方法及其检测系统》，其公开一种车轮钢坯角偏差在线检测方法及其检测系统，系统包括：控制柜组件、气液电磁换向阀、自动喷枪、机架、激光测距传感器组件、气动电磁换向阀、油漆压力搅拌桶、四通接头以及管路、信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块。通过测量三个平行的激光测距传感器到钢坯端面的距离，再进行换算就可在线自动检测车轮圆柱钢坯端面与钢坯轴线是否垂直，对角偏差超过容许值的钢坯进行声光报警，自动喷涂标记，能实现钢坯V型支承面磨损在线补偿，判断是否需要对V型块进行修磨或更换，并自动记录显示被检钢坯的数量、合格率以及每个钢坯的角偏差，有效减少料废与工废的发生。
现存问题：现已有技术虽能实现自动测量但对生产现场要求较高难以达到，其是通过在输送线旁安装激光测距装置，通过三个固定间距安装的激光测距传感器测出其到钢锭锯切面间的距离差从而利用三角函数公式计算出角度偏差值，但这种方法要求其测距传感器所在平面与钢坯轴线垂直且保持固定距离，其仅根据激光测距传感器与钢锭锯切面的距离差值计算出锯切面与其垂直轴线的夹角，其测算准确性的前提是钢坯轴线垂直与激光测距传感器安装平面，但实际生产环境中钢坯在输送线小车上时常因飞边铁屑等因素造成钢坯轴线与托载它的输送线小车轴线不平行，即钢坯的轴线无法与测距传感器平面保证垂直，这会对要求高精度的测量结果造成较大影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种本角偏自动测量装置，可自动计算弥补因输送线上钢坯轴线不垂直于锯切面激光测距传感器平面时所带来的垂直方向角度偏差测算误差值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：钢坯锯切面角偏自动测量系统，钢坯输送线的检测位置设有由立柱固定横置在检测位置上方的跨越式横梁支架，所述立柱上固定有位于同一竖直方向的不同高度位置的第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，以及位于不同竖直方向的相同高度位置的第三激光测距传感器和第四激光测距传感器，所述跨越式横梁支架下表面相同高度位置并排固定有第五激光测距传感器和第六激光测距传感器；
所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器采集与待测钢坯水平距离信号并输送至PLC，所述第三激光测距传感器和第四激光测距传感器采集与待测钢坯水平距离信号并输送至PLC，所述第五激光测距传感器和第六激光测距传感器采集与待测钢坯竖直距离信号并输送至PLC。
所述立柱上固定有电气控制箱，所述PLC固定在电气控制箱内，所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器和第四激光测距传感器固定在电气控制箱侧面。
所述电气控制箱上固定有人机交互界面和声光报警装置，所述人机交互界面和声光报警装置连接PLC的通信端口。
用于运输待测钢坯通过检测位置的输送小车装置的上表面设有用于固定待测钢坯的固定挡块。
基于所述钢坯锯切面角偏自动测量系统的测量方法：
1)当输送线上钢坯运行到检测位置时，暂停输送线；
2)启动激光测距传感器，并将采集的信号输送至PLC；
3)PLC判断角偏值是否合格；
4)若合格则输送线继续运行，若不合格则启动声光报警装置报警。
所述步骤3)中判断角偏值是否合格的方法：
计算出第一激光测距传感器和第二激光测距传感器测量距L1和L2，以及两者之间的差值D2，第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的距离为S2，通过计算获得待测钢坯侧面竖直倾角；
计算出第三激光测距传感器和第四激光测距传感器测量距离L3和L4，以及两者之间的差值D3；第五激光测距传感器和第六激光测距传感器的距离为S3，通过计算获得待测钢坯侧面水平倾角；
计算出第五激光测距传感器和第六激光测距传感器测量距离L5和L6，以及两者之间的差值D1；第五激光测距传感器和第六激光测距传感器的距离为S1，通过计算获得待测钢坯上表面倾斜角度；
通过三个不同方向的倾角计算待测钢坯实际的偏差角；
若实际的偏差角在设定的合格范围值内，则判断为合格，反之判断为不合格。
所述步骤3)中，PLC将获取的参数信息显示到人机交互界面。
所述步骤4)中，若不合格报警后，待人工确认该件钢坯判废下线后，人工在人机交互界面操作放行后，输送线继续运行。
本发明钢坯锯切面角偏自动测量系统可在线自动测量钢坯锯切面角偏情况，检测到不合格产品时可给出声光报警提示暂停输送线运行，待人工确认判废下线后再确认继续自动运行，实现流水线上产品件件检测，提高了检测效率及精准性，减少了人力成本。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为钢坯锯切面角偏自动测量系统原理图；
图2为钢坯锯切面角偏自动测量系统工作原理示意图；
图3为钢坯锯切面角偏自动测量系统硬件结构示意图；
图4为钢坯锯切面角偏自动测量系统工作流程图；
上述图中的标记均为：1、第一激光测距传感器；2、第二激光测距传感器；3、第三激光测距传感器；4、第四激光测距传感器；5、第五激光测距传感器；6、第六激光测距传感器；7、声光报警装置；8、人机交互界面；9、电气控制箱；10、输送小车装置；11、固定挡块；12、待测钢坯；
L1为第一激光测距传感器检测到与钢坯表面的距离；
L2为第二激光测距传感器检测到与钢坯表面的距离；
S2为第一、第二激光测距传感器之间的距离；
D2为L2与L1的差值；
β2为根据D2与S2经过反三角函数测算出的垂直偏角值；
L5为第五激光测距传感器测量与钢坯表面的距离；
L6为第六激光测距传感器测量与钢坯表面的距离；
S1为第五、第六激光测距传感器之间距离；
D1为L6与L5的差值；
β1为根据D1与S1经过反三角函数测算出的偏角值；
β为钢坯锯切面实际偏角值。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
钢坯锯切面角偏自动测量系统安装于钢坯输送线上，通过立柱固定有跨越式横梁支架，立柱竖直固定在钢坯输送线两侧，跨越式横梁支架固定在钢坯输送线上方，6个激光测距传感器分为3组，即从XYZ三维坐标计算差值，可测算出三个维度的角度偏差，可弥补现有技术中实际工作时待测钢坯12轴线不与检测锯切面的激光测距传感器垂直则测量结果就不可靠的问题。
具体来说，2个激光测距传感器为一组，其中立柱上固定有位于同一竖直方向的不同高度位置的第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2，即在不同水平高度的两个激光测距传感器，但在同一个垂直线上；第一激光测距传感器1和第二激光测距传感器2采集与待测钢坯12水平距离信号并输送至PLC；
立柱上还固定有不同竖直方向的相同高度位置的第三激光测距传感器3和第四激光测距传感器4，即在相同的水平高度，但在一前一后布置，第三激光测距传感器3和第四激光测距传感器4采集与待测钢坯12水平距离信号并输送至PLC；
跨越式横梁支架下表面相同高度位置并排固定有第五激光测距传感器5和第六激光测距传感器6；第五激光测距传感器5和第六激光测距传感器6采集与待测钢坯12竖直距离信号并输送至PLC。
PLC固定在电气控制箱9内，人机交互界面8(HMI系统)固定在电气控制箱9表面，声光报警装置7也固定在电气控制箱9上，可以将第一激光测距传感器1、第二激光测距传感器2、第三激光测距传感器3和第四激光测距传感器4固定在电气控制箱9侧面，构成一个整体，方便安装。
激光测距点之间的距离是相对固定的，所以通过这2个激光测量传感器测量值的差值可以测算出钢坯轴线与输送线小车轴线的偏角，其余4个安装于侧面控制箱，安装基面与钢坯输送小车轴线垂直，分为水平与垂直2组，激光测距传感器测出与目标的距离，将数值传入PLC计算出各自差值，激光测距点之间的距离是相对固定的，所以通过计算同样可测出锯切面方向角度偏值，将钢坯轴线角度差值与钢坯锯切面垂直方向角度偏差值相加再计算与90度的差值就是钢坯锯切面的角度偏差值，这样就弥补了钢坯轴线与输送线小车轴线不平行所带来的测量误差，在本系统中集成了人机交互操作界面HMI系统，可在触摸屏画面上输入设定值显示测量值等，如测量结果超出设定值PLC即可输出声光报警提示，待人工确认判废下线后再继续自动运行输送线。
本系统装置的钢坯到位检测开关装在钢坯输送线的合适位置，该位置即钢坯等待测量位置，待测钢坯12在输送小车装置10上位置被输送小车上V型固定挡块11固定，所以其水平方向相对固定，其前后方向在锯切下料时由锯床数控磁鼓精确定位也相对固定，而输送小车装置10是在输送线上固定直线轨迹运行的，所以电气控制箱9及激光测距传感器与输送小车装置10上待测钢坯12位置距离也是相对基本固定的。
当本系统装置的钢坯到位检测开关检测到输送小车装置10到达输送线上等待测量位置时触发激光测距传感器检测同时通过PLC通信暂停输送线运行，本系统装置的6个激光测距传感器测量出各自与钢坯之间的精确距离并将数据传送至可编程控制器PLC，PLC计算出每组2个激光传感器的测量距离差值(L1与L2的差值D2,L5与L6的差值D1等)；每组的2个激光测距传感器的间距是固定的，所以各激光测点的间距也是固定的。
如图2所示：当有铁屑异物在输送小车装置10上V型固定挡块11内时会造成钢坯的轴线与输送小车装置10不平行，也就不垂直于安装于电气控制箱9上的激光测距平面，会造成测量计算出的钢坯锯切面垂直方向角度偏差存在误差。
而利用安装在与跨越输送线上方的横梁支架上的第五激光测距传感器5和第六激光测距传感器6，可根据第五激光测距传感器5测量与钢坯表面的距离L5；第六激光测距传感器6测量与钢坯表面的距离L6；S1为第五激光测距传感器5和第六激光测距传感器6之间距离；D1为L6与L5的差值，根据D1与S1经过反三角函数测算出的偏角值β1,β1即为因铁屑杂物等干扰因素造成的待测钢坯12轴线偏转值，这样就可根据锯切面垂直偏角β2和β1计算出实际的偏差角β,如无铁屑杂物等干扰因素即待测钢坯12轴线与输送小车装置10平行即垂直于安装于电气控制箱9上的激光测距平面，则偏角值β1为0，根据锯切面垂直偏角β2就可计算出实际的偏差角β，这样用6个激光测距传感器可实际测量计算出3个维度方向的角偏值。
同时本系统装置配有触摸屏具有人机交互HMI画面，可在触摸屏画面上直观显示各激光测距传感器测量结果，可直接输入设定允许偏差角度，PLC内部运算将收到的设定角偏值与测算出的角偏值β比较，并将结果直观显示在HMI界面上，如在正常合格范围内就继续自动放行输送线，如超出时就输出声光报警信号提示，待人工确认该件钢坯判废下线后在本装置触摸屏HM I人机交互界面8上点击“人工确认放行”按钮，允许输送线继续自动运行。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.钢坯锯切面角偏自动测量系统，其特征在于：钢坯输送线的检测位置设有由立柱固定横置在检测位置上方的跨越式横梁支架，所述立柱上固定有位于同一竖直方向的不同高度位置的第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，以及位于不同竖直方向的相同高度位置的第三激光测距传感器和第四激光测距传感器，所述跨越式横梁支架下表面相同高度位置并排固定有第五激光测距传感器和第六激光测距传感器；
所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器采集与待测钢坯水平距离信号并输送至PLC，所述第三激光测距传感器和第四激光测距传感器采集与待测钢坯水平距离信号并输送至PLC，所述第五激光测距传感器和第六激光测距传感器采集与待测钢坯竖直距离信号并输送至PLC；
所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器为一组信号，所述第三激光测距传感器和第四激光测距传感器为一组信号，所述第五激光测距传感器和第六激光测距传感器为一组信号，三组信号分别获取在XYZ三维坐标下钢坯的角度偏差。
2.根据权利要求1所述的钢坯锯切面角偏自动测量系统，其特征在于：所述立柱上固定有电气控制箱，所述PLC固定在电气控制箱内，所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器和第四激光测距传感器固定在电气控制箱侧面。
3.根据权利要求2所述的钢坯锯切面角偏自动测量系统，其特征在于：所述电气控制箱上固定有人机交互界面和声光报警装置，所述人机交互界面和声光报警装置连接PLC的通信端口。
4.根据权利要求1-3中任一所述的钢坯锯切面角偏自动测量系统，其特征在于：用于运输待测钢坯通过检测位置的输送小车装置的上表面设有用于固定待测钢坯的固定挡块。
5.基于权利要求1-4中任一所述钢坯锯切面角偏自动测量系统的测量方法，其特征在于：
1）当输送线上钢坯运行到检测位置时，暂停输送线；
2）启动激光测距传感器，并将采集的信号输送至PLC；
3）PLC判断角偏值是否合格；
4）若合格则输送线继续运行，若不合格则启动声光报警装置报警。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3）中判断角偏值是否合格的方法：
计算出第一激光测距传感器和第二激光测距传感器测量距L1和L2，以及两者之间的差值D2，第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的距离为S2，通过计算获得待测钢坯侧面竖直倾角；
计算出第三激光测距传感器和第四激光测距传感器测量距离L3和L4，以及两者之间的差值D3；第五激光测距传感器和第六激光测距传感器的距离为S3，通过计算获得待测钢坯侧面水平倾角；
计算出第五激光测距传感器和第六激光测距传感器测量距离L5和L6，以及两者之间的差值D1；第五激光测距传感器和第六激光测距传感器的距离为S1，通过计算获得待测钢坯上表面倾斜角度；
通过三个不同方向的倾角计算待测钢坯实际的偏差角；
若实际的偏差角在设定的合格范围值内，则判断为合格，反之判断为不合格。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述步骤3）中，PLC将获取的参数信息显示到人机交互界面。
8.根据权利要求5、6或7所述的测量方法，其特征在于：所述步骤4）中，若不合格报警后，待人工确认该件钢坯判废下线后，人工在人机交互界面操作放行后，输送线继续运行。
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