CN114813741A - 一种管棒材缺陷在线标识装置及方法 - Google Patents

一种管棒材缺陷在线标识装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管棒材缺陷在线标识装置及方法，针对基于机器视觉技术的二维或三维管棒材表面质量在线检测系统，通过精确计算缺陷的位置，由上位机控制喷标装置实现对缺陷的标记，从而为质量检测人员提供快速确认缺陷位置的手段，便于生产人员对缺陷进行修磨或产品分选。本发明可以广泛应用于管棒材表面质量在线检测领域，其应用前景非常广阔。

Description

一种管棒材缺陷在线标识装置及方法
技术领域
本发明涉及管棒材缺陷标识技术，尤其涉及一种管棒材缺陷在线标识装置及方法。
背景技术
针对钢铁产品的表面质量检测，基于机器视觉的技术近年来得到大量应用。目前，大多数钢铁产品的产线速度都比较快，应用视觉检测技术检出的缺陷，特别是管棒类产品检测缺陷，如不能在线实现产品表面缺陷标识，则现场质检人员对缺陷的后续复查和取证将比较困难。在管棒材产线领域，缺陷的标识尤为重要。一方面，现场的操作人员需要对管棒材缺陷位置进行修磨处理，缺陷的标识有助于他们快速找到缺陷所在位置；另一方面，缺陷的标识也有利于这类产品的自动分选。
公开号为CN01113036.9的专利，公开了一种钢管涡流探伤缺陷标记监视方法和装置，该装置并没有严格考虑缺陷的标记位置与缺陷实际位置的对应关系。申请号为201910939301.3的专利，公开了一种用于无缝钢管表面三维缺陷检测的无损检测装置，该专利应用三维缺陷检测技术来实现钢管表面缺陷的无损检测，并通过延迟时间来实现对缺陷的喷标动作，但这种延迟的可靠性并不能得到保障，同时也没有涉及缺陷位置精确定位标记的方法。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种管棒材缺陷在线标识装置及方法，可通过精确计算缺陷的位置，由上位机控制喷标装置实现对缺陷的在线标记。
一方面，本发明的一种管棒材缺陷在线标识装置，包括：
上位机，接收现场的生产信息，包括管棒材的半径规格，在确定的脉冲分辨率设定值下，根据管棒材的规格信息及辊道信息以确定信号处理盒的分倍频系数，接受信号处理盒的脉冲累计值并根据喷标设备响应时间获得用于控制喷标的实际脉冲累计值；
成像检测系统，设于辊道上，用以对经过的管棒材进行二维或三维成像检测；
编码器，设于辊道上的输送电机上，用以记录管棒材运动方向的位置；
光电开关，分设于成像检测系统的前后两侧，通过检测管棒材来分别为信号处理盒提供脉冲计数的启、停与复位；
信号处理盒，根据分倍频系数对编码器的脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号进行成像；
喷标设备，接收上位机发出实际脉冲累计值的控制指令，并对检测出的管棒材缺陷进行标识。
所述辊道为V形辊道，所述辊道信息包括V形辊道的角度α、V形交点的旋转半径R1。
所述分倍频系数λ的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000021
式中，
R2为：管棒材与V形辊道相切点的旋转半径；
R为：管棒材的规格半径；
N为：编码器每周输出脉冲数；
p为：编码器对应于管棒材运动方向上的分辨率。
所述脉冲累积值n的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000022
式中，
D为：成像检测系统检测出缺陷的当前位置；
l2为成像检测系统与其后侧的光电开关的间距；
l3为后侧的光电开关与喷标设备的间距。
所述实际脉冲累计值的计算公式为：
n’＝n-vt/p
v为：管棒材的速度；
t为：喷标设备的响应时间。
另一方面，所述的一种管棒材缺陷在线标识装置的标识方法，包括以下步骤：
a.通过上位机接收现场的生产信息，包括管棒材的半径规格，并由编码器记录管棒材运动方向的位置；
b.根据管棒材的规格信息及辊道信息确定信号处理盒的分倍频系数；
c.由信号处理盒根据分倍频系数对编码器的脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号，进行二维或三维成像检测；
d.当成像检测系统检出缺陷时，根据脉冲累积值及喷标设备响应时间发出实际脉冲累计值的控制指令，控制喷标设备对检测出的管棒材缺陷进行标识。
所述辊道为V形辊道，所述辊道信息包括V形辊道的角度α、V形交点的旋转半径R1。
所述分倍频系数λ的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000031
式中，
R2为：管棒材与V形辊道相切点的旋转半径；
R为：管棒材的规格半径；
N为：编码器每周输出脉冲数；
P为：编码器对应于管棒材运动方向上的分辨率。
所述脉冲累积值n的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000032
式中，
D为：成像检测系统检测出缺陷的当前位置；
l2为成像检测系统与其后侧的光电开关的间距；
l3为后侧的光电开关与喷标设备的间距。
所述实际脉冲累计值的计算公式为：
n’＝n-vt/p
v为：管棒材的速度；
t为：喷标设备的响应时间。
使用本发明的一种管棒材缺陷在线标识装置及方法，通过精确计算缺陷的位置，由上位机控制喷标装置实现对缺陷的标记，从而为质量检测人员提供快速确认缺陷位置的手段，便于生产人员对缺陷进行修磨或产品分选。本发明可以广泛应用于管棒材表面质量在线检测领域，其应用前景非常广阔。
附图说明
图1为本发明的标识装置的原理框图；
图2为本发明的缺陷位置计算的原理图；
图3为本发明的V形辊道的原理图；
图4为本发明的标识装置的一实施例的立体图；
图5为图4中的标识装置的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种管棒材缺陷在线标识装置及方法做进一步的描述。
请参见图1所示，本发明的管棒材缺陷在线标识装置主要包括上位机、成像检测系统、编码器、光电开关、信号处理盒、喷标设备，其中：
上位机，接收收现场的生产信息，主要包括管棒材的半径规格、长度等，在确定的脉冲分辨率设定值下，根据管棒材的规格信息及辊道信息以确定信号处理盒的分倍频系数，便于成像检测系统对被检测对象位置的记录；
信号处理盒，根据分倍频系数对编码器脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号，用于成像检测系统进行在线二维或三维成像检测缺陷。当成像检测系统检出缺陷后，将相应的位置信息传给上位机，由上位机根据缺陷位置及响应时间控制喷标设备的动作。
请参见图2所示，管棒材1在输送辊道上向右输送，前侧辊道8上安装有编码器7，用来记录管棒材运动方向的位置。成像检测系统3设于前侧辊道8之后，且成像检测系统3前后两侧各设有一光电开关2a、2b，喷标设备5安装在出口方向的某个位置，用来对管棒材表面缺陷6进行标识。
辊道8不管是斜辊道，平辊道还是其他类型的辊道，首先需要计算出安装在辊道上的编码器7对应于运动方向上的脉冲分辨率。为了便于位置计算，不同规格的管棒材都统一设定运动方向上的脉冲分辨率为p，由此确定用于信号处理盒的分倍频系数λ。
以图3中的在实际生产中最为常见的V形辊道为例，来计算分倍频系数λ。设半径规格为R的管棒材，输送时与V形辊道相切的位置为C、D两点，已知V形辊道角度为α，V形交点B的旋转半径R1，则管棒材与V形辊道相切点的旋转半径R2为：
Figure BDA0002924650660000051
设V形辊道对于的编码器每周输出脉冲数为N，需要得到的运动方向脉冲分辨率为p，则p＝2πR2/λN，式中λ为信号处理盒的分倍频系数，
Figure BDA0002924650660000052
对于斜辊道和平辊道，也可以采用类似的管棒材与辊道相切点的旋转半径进行分倍频系数。
设前侧的光电开关2a与成像检测系统3的距离为l1，成像检测系统3与后侧的光电开关2b的距离为l2，后侧的光电开关2b与喷标设备5的距离为l3。当成像检测系统发现缺陷的当前位置为D(包含了管棒材头部提前拍摄的距离，即前侧的光电开关2a与成像检测系统3的距离为l1，该缺陷实际在管棒材上距离头部的位置为d，d＝D-l1)的缺陷时，由前侧的光电开关2a处开始计数的距离累积值为D，再走l2+l3的距离达到喷标设备位置。因此，理论上，由前侧的光电开关2a控制累积的距离值为D+l2+l3，达到该位置时，控制喷标设备动作。
当上述位置为D的缺陷需要进行喷印标识时，只需由信号处理盒返回给上位机的脉冲累积值为
Figure BDA0002924650660000053
时，控制喷标设备动作。
但是，在实际应用过程中，还需考虑喷标设备的响应时间，因此实际的脉冲累积值还需减去响应时间内管线材输送的距离。
因此，本发明的管棒材缺陷在线标识装置的标识方法，包括以下步骤：
a.通过上位机接收现场的生产信息，包括管棒材的半径规格，并由编码器记录管棒材运动方向的位置；
b.根据管棒材的规格信息及辊道信息确定信号处理盒的分倍频系数，若辊道为V形辊道，所述分倍频系数λ的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000054
式中，
α为：V形辊道的角度；
R1为V形交点的旋转半径；
R为：管棒材的规格半径；
N为：编码器每周输出脉冲数；
P为：编码器对应于管棒材运动方向上的分辨率；
c.由信号处理盒根据分倍频系数对编码器的脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号，进行二维或三维成像检测；
d.当成像检测系统检出缺陷时，根据脉冲累积值及喷标设备响应时间发出实际脉冲累计值的控制指令，控制喷标设备对检测出的管棒材缺陷进行标识，其中，
所述脉冲累积值n的计算公式为：
Figure BDA0002924650660000061
式中，
D为：成像检测系统出缺陷的当前位置；
l2为成像检测系统与其后侧的光电开关的间距；
l3为后侧的光电开关与喷标设备的间距。
所述实际脉冲累计值的计算公式为：
n’＝n-vt/p
v为：管棒材的速度；
t为：喷标设备的响应时间。
实施例，
如图4～图5中的3为应用于某钢管产线上的三维的成像检测系统，其前、后各装有一光电开关2a、2b，光电开关安装在输送电机4a、4b的附近，输送电机12的输出轴上安装有编码器7，编码器信号经过信号处理盒变换后为成像检测系统3的三维传感器提供外触发信号，实现对钢管9的检测，检出的缺陷由喷标设备5进行标识。假设成像检测系统的纵向分辨率为1mm/pluse，由此可以计算出信号处理盒的分倍频系数。对于外径为φ的钢管，已知V形辊道的角度α为149.7度，交点旋转半径R1＝271.1/2，则R2＝0.034755R+135.55。设输送辊道对应的编码器每周输出脉冲数为1024，需要得到的运动方向分辨率为pmm/pluse，则p＝πφ/λN，其中λ为分倍频系数，λ＝πφ/pN＝2π(0.034755R+135.55)/pN，纵向分辨为1mm/pluse时，λ＝2π(0.034755R+135.55)/1024＝(0.034755πφ+851.37089)/1024。
下面表1列出了几种不同外径规格对应的信号处理盒分倍频系数λ:
表1
Figure BDA0002924650660000071
由于在实际应用过程中，需考虑喷标设备的响应时间。当检测位置为D的缺陷需要进行喷印标识时，需要信号处理盒返回给上位机的脉冲累积值为
Figure BDA0002924650660000072
时，提前单位响应时间控制喷标设备动作。对于钢管应用，上位机将指令传送给PLC(网络延迟时间不计)，PLC的扫描周期20ms，由PLC控制电磁阀动作，电磁阀响应时间10ms，喷枪喷标动作大约20ms，整个响应时间约为50ms。钢管速度约2.8米/秒(不同管径有较小的差异，以平均值计算)，则单位响应时间内钢管运动的距离为140mm。根据现场设备的实际安装情况，l1＝500mm，l2＝1000mm，l3＝2500mm，p＝1mm/pluse，对于距离为D(即距离钢管头部位置为d的缺陷)需要进行喷印标识时，当其实际脉冲累积值为n′＝D+3500-140＝D+3360时，由上位机发送指令给PLC进行喷标动作。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种管棒材缺陷在线标识装置，其特征在于，包括：
上位机，接收现场的生产信息，包括管棒材的半径规格，在确定的脉冲分辨率设定值下，根据管棒材的规格信息及辊道信息以确定信号处理盒的分倍频系数，接受信号处理盒的脉冲累计值并根据喷标设备响应时间获得用于控制喷标的实际脉冲累计值；
成像检测系统，设于辊道上，用以对经过的管棒材进行二维或三维成像检测；
编码器，设于辊道上的输送电机上，用以记录管棒材运动方向的位置；
光电开关，分设于成像检测系统的前后两侧，通过检测管棒材来分别为信号处理盒提供脉冲计数的启、停与复位；
信号处理盒，根据分倍频系数对编码器的脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号进行成像；
喷标设备，接收上位机发出实际脉冲累计值的控制指令，并对检测出的管棒材缺陷进行标识。
2.如权利要求1所述的一种管棒材缺陷在线标识装置，其特征在于：所述辊道为V形辊道，所述辊道信息包括V形辊道的角度α、V形交点的旋转半径R1。
3.如权利要求2所述的一种管棒材缺陷在线标识装置，其特征在于：所述分倍频系数λ的计算公式为：
Figure FDA0002924650650000011
式中，
R2为：管棒材与V形辊道相切点的旋转半径；
R为：管棒材的规格半径；
N为：编码器每周输出脉冲数；
p为：编码器对应于管棒材运动方向上的分辨率。
4.如权利要求3所述的一种管棒材缺陷在线标识装置，其特征在于：所述脉冲累积值n的计算公式为：
Figure FDA0002924650650000021
式中，
D为：成像检测系统检测出缺陷的当前位置；
l2为成像检测系统与其后侧的光电开关的间距；
l3为后侧的光电开关与喷标设备的间距。
5.如权利要求4所述的一种管棒材缺陷在线标识装置，其特征在于：所述实际脉冲累计值的计算公式为：
n’＝n-vt/p
v为：管棒材的速度；
t为：喷标设备的响应时间。
6.如权利要求1～5中任一项所述的一种管棒材缺陷在线标识装置的标识方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过上位机接收现场的生产信息，包括管棒材的半径规格，并由编码器记录管棒材运动方向的位置；
b.根据管棒材的规格信息及辊道信息确定信号处理盒的分倍频系数；
c.由信号处理盒根据分倍频系数对编码器的脉冲信号频率进行变换，同时根据光电开关提供的启停信号进行脉冲计数，并给成像检测系统提供触发信号，进行二维或三维成像检测；
d.当成像检测系统检出缺陷时，根据脉冲累积值及喷标设备响应时间发出喷标控制指令，控制喷标设备对检测出的管棒材缺陷进行标识。
7.如权利要求6所述的标识方法，其特征在于：所述辊道为V形辊道，所述辊道信息包括V形辊道的角度α、V形交点的旋转半径R1。
8.如权利要求7所述的标识方法，其特征在于：所述分倍频系数λ的计算公式为：
Figure FDA0002924650650000022
式中，
R2为：管棒材与V形辊道相切点的旋转半径；
R为：管棒材的规格半径；
N为：编码器每周输出脉冲数；
P为：编码器对应于管棒材运动方向上的分辨率。
9.如权利要求8所述的标识方法，其特征在于：所述脉冲累积值n的计算公式为：
Figure FDA0002924650650000031
式中，
D为：成像检测系统检测出缺陷的当前位置；
l2为成像检测系统与其后侧的光电开关的间距；
l3为后侧的光电开关与喷标设备的间距。
10.如权利要求9所述的标识方法，其特征在于：所述实际脉冲累计值的计算公式为：
n’＝n-vt/p
v为：管棒材的速度；
t为：喷标设备的响应时间。
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