CN114406359A - 一种直缝圆管件自动停位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直缝圆管件自动停位系统及方法，其中系统包括激光传感器，用于实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据；时间单元，用于确定直缝圆管件由激光传感器的激光投射点转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间；焊缝寻找单元，用于根据直缝圆管件表面高度数据，判断激光传感器的激光投射点是否投射在所述直缝圆管件的焊缝位置；计时单元，用于当焊缝寻找单元确定所述激光传感器的激光投射点投射在直缝圆管件的焊缝位置时开始计时；控制单元，用于当计时单元的计时量等于所述预设时间时，控制直缝圆管件停止转动；本申请实现了自动寻找焊缝并控制钢管停止为预设停位位置，自动化程度高，停位位置准确，生产效率高。

Description

一种直缝圆管件自动停位系统及方法

技术领域

本发明涉及钢管加工技术领域，具体涉及一种直缝圆管件自动停位系统及方法。

背景技术

在钢管制造企业的工艺中，直缝钢管在倒棱机倒棱切削前，要求将钢管焊缝停止一个固定位置，如停止在钟表3点或者9点处。现在通常的工艺操作是：将钢管放置在旋转辊上，钢管随旋转辊转动，操作者目视寻找钢管焊缝，当焊缝接近钟表的3点或者9点的位置，操作者停止旋转辊转动。操作者凭借长时间经验的积累，判断旋转辊停止位置，如果超过或者未到3点或者9点位置，操作者正转或者反转旋转辊，一直到焊缝停在规定的位置。该操作工艺沿袭多年，虽操作简单，但是停位不准确，重复操作，效率低下。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种直缝圆管件自动停位系统，通过该系统可控制转动中的钢管自动停止在固定位置。

进一步，本申请还提供一种直缝圆管件自动停位方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种直缝圆管件自动停位系统，包括：

激光传感器，用于实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据；

时间单元，用于确定直缝圆管件由所述激光传感器的激光投射点转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间；

焊缝寻找单元，用于根据所述直缝圆管件表面高度数据，判断所述激光传感器的激光投射点是否投射在所述直缝圆管件的焊缝位置；

计时单元，用于当所述焊缝寻找单元确定所述激光传感器的激光投射点投射在所述直缝圆管件的焊缝位置时开始计时；

控制单元，用于当计时单元的计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件停止转动。

进一步，所述时间单元包括：

角速度获取模块，用于获取直缝圆管件转动的角速度；

角度获取模块，用于获取激光传感器的激光投射点与停位位置之间的夹角；

时间计算模块，根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件由所述激光传感器的激光投射点转动至停位位置需要的时间。

进一步，所述停位位置为钟表的3点或9点位置。

进一步，所述激光传感器安装在钟表的6点位置。

进一步，所述时间单元还包括：

转角获取模块，用于获取直缝圆管件的转动角度；

计时模块，用于记录所述转角获取模块获取直缝圆管件转动角度的时间；

所述角速度获取模块根据所述转动角度以及所述计时模块的计时时间，计算所述直缝圆管件转动的角速度。

进一步，还包括钢管转角检测装置，该转角检测装置包括编码器，该编码器与所述直缝圆管件同步转动、并输出脉冲信号，所述转角获取模块根据所述编码器的累计脉冲信号，计算所述直缝圆管件的转动角度。

进一步，所述焊缝寻找单元对所述直缝圆管件表面的每个高度数据进行比较，当某一高度数据与其临近高度数据的差值大于阈值时，确定该高度数据对应的位置为直缝圆管件的焊缝位置。

进一步，本申请还提供一种直缝圆管件自动停位方法，包括如下步骤：

实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据；

确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间；

根据所述直缝圆管件表面高度数据，判断检测位置所对应的直缝圆管件部位是否为焊缝位置；

若是，则开始计时；

当计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件停止转动。

进一步，所述确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，具体包括如下步骤：

获取直缝圆管件转动的角速度；

检测位置与停位位置之间的夹角；

根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件由所述检测位置转动至停位位置需要的时间。

进一步，所述获取直缝圆管件转动的角速度，具体包括如下步骤：

获取直缝圆管件的转动角度；

记录获取直缝圆管件转动角度的时间；

根据所述转动角度以及计时时间，计算所述直缝圆管件转动的角速度。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例所提供的直缝圆管件自动停位系统原理框图；

图2为本申请实施例所提供的直缝圆管件自动停位系统结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的激光传感器安装位置结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的激光传感器安装结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的转角检测装置结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的转角检测装置局部结构示意图。

其中，旋转辊1、直缝圆管件2、焊缝位置21、激光传感器3、转角检测装置4、第二立柱41、摆动片42、滚轮43、弹簧44、连接轴45、编码器46、第一立柱5。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

参见图1～图6，本申请一种直缝圆管件2自动停位系统，包括：

激光传感器3，用于实时检测转动中的直缝圆管件2表面高度数据。

时间单元，用于确定直缝圆管件2由所述激光传感器3的激光投射点转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间。

焊缝寻找单元，用于根据所述直缝圆管件2表面高度数据，判断所述激光传感器3的激光投射点是否投射在所述直缝圆管件2的焊缝位置21。

计时单元，用于当所述焊缝寻找单元确定所述激光传感器3的激光投射点投射在所述直缝圆管件2的焊缝位置21时开始计时。

控制单元，用于当计时单元的计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件2停止转动。

本申请通过设置激光传感器3和焊缝寻找单元确定转动中的直缝圆管件2的焊缝位置21，通过时间单元获取直缝圆管件2由激光传感器3位置转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间，通过计时单元在确定焊缝位置21时开始计时，当计时量等于预设时间时，表明直缝圆管件2转动至停位位置，由控制器控制钢管停止转动，实现了自动寻找焊缝并控制钢管停止为预设停位位置，自动化程度高，停位位置准确，生产效率高，解放了人工劳动力。

直缝圆管件2可通过支撑在其两端的旋转辊1驱动转动，其转速可根据实际需要调节，可快可慢，并不影响焊缝寻找单元对焊缝位置21的确定。

激光传感器3可采用多点式激光传感器3，如基恩士的IX-150，其可同时对多个位置点进行检测，检测效率更高。

时间单元、焊缝寻找单元、计时单元和控制单元可集成在PLC控制器内，该PLC控制器可采用西门子S7-1200系列。

具体的，激光传感器3可通过第一立柱5固定安装在位于直缝圆管件2下方位置。为了计算方便，激光传感器3可通过第一立柱5固定装在钟表6点位置。当直缝圆管件2在旋转辊1驱动下转动时，安装在直缝圆管件2下方的激光传感器3对该直缝圆管件2表面进行实时扫描，获取每个激光投射点对应的直缝圆管件2表面的高度数据信息，并将该高度数据信息发送给焊缝寻找单元，由焊缝寻找单元对直缝圆管件2表面的每个高度数据进行比较，当某一高度数据与其临近高度数据的差值大于阈值时，确定该高度数据对应的位置为直缝圆管件2的焊缝位置21，并由计时单元开始计时。阈值可根据实际经验设置。

此时，该焊缝位置21与激光传感器3的激光投射点对应，焊缝位置21与停位位置之间的夹角等于激光传感器3的激光投射点与停位位置之间的夹角。通过计算直缝圆管件2由激光传感器3的激光投射点转动至停位位置所需要的时间即可获得直缝圆管件2焊缝位置21转动至停位位置所需要的时间。计时单元从确定焊缝位置21时开始计时，当计时量等于预设时间(直缝圆管件2由激光传感器3的激光投射点转动至停位位置所需要的时间)时，控制直缝圆管件2停止转动，此时，直缝圆管件2的焊缝位置21刚好转动至停位位置。

为了更准确控制直缝圆管件2停止位置，本申请中，预设时间根据实时获取的直缝圆管件2转动的角速度以及激光传感器3的激光投射点与停位位置之间的夹角计算获得。

具体的，时间单元还包括角速度获取模块，用于获取直缝圆管件2转动的角速度。角度获取模块，用于获取激光传感器3的激光投射点与停位位置之间的夹角。时间计算模块，根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件2由所述激光传感器3的激光投射点转动至停位位置需要的时间。

通过角速度获取模块实时获取直缝圆管件2转动的角速度，通过角度获取模块获取激光传感器3的激光投射点与停位位置之间的夹角，根据该角速度和夹角，可计算该直缝圆管件2以当前角速度转动、由激光传感器3的激光投射点转动至停位位置需要的时间。

假设激光传感器3的激光投射点与停位位置之间的夹角为α，直缝圆管件2转动的角速度为ω/秒，则：从激光投射点到停位位置，钢管旋转的时间为：t＝α/ω。

为了获取直缝圆管件2的实时角速度，计时单元还包括转角获取模块，用于获取直缝圆管件2的转动角度；计时模块，用于记录所述转角获取模块获取直缝圆管件2转动角度的时间；所述角速度获取模块根据所述转动角度以及所述计时模块的计时时间，计算所述直缝圆管件2转动的角速度。

在一定时间周期内，转角获取模块实时获取直缝圆管件2转动的角度，计时模块记录该直缝圆管件2转动该角度的时间，角速度获取模块根据该转动角度和计时时间，计算得到直缝圆管件2转动的角速度。

在实际生产工艺中，需要将直缝圆管件2的焊缝固定在钟表的3点或9点。在本实施例中，停位位置为钟表的3点或9点。

由于激光传感器3安装在钟表的6点，当钢管顺时针转动时，激光传感器3的激光投射点与停位位置的夹角为90度，确定直缝圆管件2的焊缝位置21后，再驱动直缝圆管件2转动一定时间(预设时间)以使焊缝顺时针转动90度即可位于钟表的9点位置。

当直缝圆管件2逆时针转动时，激光传感器3的激光投射点与停位位置的夹角为90度，确定直缝圆管件2的焊缝位置21后，再驱动直缝圆管件2转动一定时间(预设时间)以使焊缝逆时针转动90度即可位于钟表的3点位置。

本实施例中，通过转角检测装置4实时获取钢管转动的角度。该转角检测装置4包括编码器46，该编码器46与所述直缝圆管件2同步转动、并输出脉冲信号，所述转角获取模块根据所述编码器46的累计脉冲信号，计算所述直缝圆管件2的转动角度。

具体的，转角检测装置4还包括第二立柱41、摆动片42、弹簧44、连接轴45和滚轮43。第二立柱41固定在直缝圆管件2的下方，摆动片42的一端转动安装在立柱的上端，另一端向与立柱呈一定夹角方向延伸。连接轴45穿过摆动片42的两侧、并转动安装在摆动片42的另一端，滚轮43固定在连接轴45的一端，其位于摆动片42的一侧，编码器46固定在连接轴45的另一端，其位于摆动片42的另一侧。弹簧44的一端固定在第二立柱41的上端、靠近摆动片42一端的位置，另一端固定在摆动片42的另一端，并位于滚轮43的一侧。滚轮43为采用聚氨酯材料制成，滚轮43中心线在直缝圆管件2的正下方，对应在钟表6点位置。

检测时，调节摆动片42固定在第二立柱41上的位置，使滚轮43在自然状态下的高度略高于直缝圆管件2，再向下转动摆动片42，使滚轮43随摆动片42绕第二立柱41上端向下转动至钢管的下方，放开摆动片42使该摆动片42在弹簧44回复力作用下带动当滚轮43复位，并使滚轮43在弹簧44回复力作用下紧贴直缝圆管件2的外圆弧表面，保证滚轮43随钢管转动而不打滑，安装在连接柱另一端的编码器46随滚轮43转动，并输出脉冲信号。转角获取模块根据该编码器46的累积脉冲信号，计算直缝圆管件2的转动角度，角速度获取模块再根据该转动角度和时间，获取钢管转动角速度。

实施例2

本实施例提供一种直缝圆管件自动停位方法，包括如下步骤：

实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据。

确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间。

根据所述直缝圆管件表面高度数据，判断检测位置所对应的直缝圆管件部位是否为焊缝位置。

若是，则开始计时。

当计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件停止转动。

本实施例通过确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间，通过实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据，根据该高度数据，判断检测位置所对应的直缝圆管件部位是否为焊缝位置，若否，继续检测直缝圆管件表面高度数据，若是，则开始计时，当计时量等于预设时间时，控制直缝圆管件停止转动，本自动停位方法自动化程度高，停位位置准确，生产效率高，解放了人工劳动力。

确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，具体包括如下步骤：获取直缝圆管件转动的角速度；检测位置与停位位置之间的夹角；根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件由所述检测位置转动至停位位置需要的时间。

假设检测位置与停位位置之间的夹角为α，直缝圆管件转动的角速度为ω/秒，则：从激光投射点到停位位置，钢管旋转的时间为：t＝α/ω。

所述获取直缝圆管件转动的角速度，具体包括如下步骤：获取直缝圆管件的转动角度；记录获取直缝圆管件转动角度的时间；根据所述转动角度以及计时时间，计算所述直缝圆管件转动的角速度。

假设一个计时周期Δt内，直缝圆管件转动角度为Δθ，则角速度ω＝Δθ/Δt。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，包括：

激光传感器，用于实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据；

时间单元，用于确定直缝圆管件由所述激光传感器的激光投射点转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间；

焊缝寻找单元，用于根据所述直缝圆管件表面高度数据，判断所述激光传感器的激光投射点是否投射在所述直缝圆管件的焊缝位置；

计时单元，用于当所述焊缝寻找单元确定所述激光传感器的激光投射点投射在所述直缝圆管件的焊缝位置时开始计时；

控制单元，用于当计时单元的计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件停止转动。

2.根据权利要求1所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，所述时间单元包括：

角速度获取模块，用于获取直缝圆管件转动的角速度；

角度获取模块，用于获取激光传感器的激光投射点与停位位置之间的夹角；

时间计算模块，根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件由所述激光传感器的激光投射点转动至停位位置需要的时间。

3.根据权利要求2所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，所述停位位置为钟表的3点或9点位置。

4.根据权利要求3所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，所述激光传感器安装在钟表的6点位置。

5.根据权利要求2所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，所述时间单元还包括：

转角获取模块，用于获取直缝圆管件的转动角度；

计时模块，用于记录所述转角获取模块获取直缝圆管件转动角度的时间；

所述角速度获取模块根据所述转动角度以及所述计时模块的计时时间，计算所述直缝圆管件转动的角速度。

6.根据权利要求5所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，还包括钢管转角检测装置，该转角检测装置包括编码器，该编码器与所述直缝圆管件同步转动、并输出脉冲信号，所述转角获取模块根据所述编码器的累计脉冲信号，计算所述直缝圆管件的转动角度。

7.根据权利要求1所述的直缝圆管件自动停位系统，其特征在于，所述焊缝寻找单元对所述直缝圆管件表面的每个高度数据进行比较，当某一高度数据与其临近高度数据的差值大于阈值时，确定该高度数据对应的位置为直缝圆管件的焊缝位置。

8.一种直缝圆管件自动停位方法，其特征在于，包括如下步骤：

实时检测转动中的直缝圆管件表面高度数据；

确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，将该时间设置为预设时间；

根据所述直缝圆管件表面高度数据，判断检测位置所对应的直缝圆管件部位是否为焊缝位置；

若是，则开始计时；

当计时量等于所述预设时间时，控制所述直缝圆管件停止转动。

9.根据权利要求8所述的直缝圆管件自动停位方法，其特征在于，所述确定直缝圆管件由检测位置转动至停位位置需要的时间，具体包括如下步骤：

获取直缝圆管件转动的角速度；

检测位置与停位位置之间的夹角；

根据所述角速度和夹角，计算所述直缝圆管件由所述检测位置转动至停位位置需要的时间。

10.根据权利要求9所述的直缝圆管件自动停位方法，其特征在于，所述获取直缝圆管件转动的角速度，具体包括如下步骤：

获取直缝圆管件的转动角度；

记录获取直缝圆管件转动角度的时间；

根据所述转动角度以及计时时间，计算所述直缝圆管件转动的角速度。

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