CN114964020A - 一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法，包括输送滚轮、激光传感器、光电传感器以及旋转机构；所述激光传感器和光电传感器与控制器电连接；所述输送滚轮具有放置工件的V形槽，所述激光传感器能够沿X向、Y向和Z向往复运动，所述旋转机构能够沿Z轴方向升降，以使旋转机构与工件分离或者带动工件旋转。本发明只需要一个激光移位传感器即可完成无缝钢管直径、圆度、直线度和长度等多个几何参数的测量，不需要多个激光探头配合，结构简单，为无缝钢管生产企业提供了成本低、检测精度高和检测项目全的激光检测系统。

Description

一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法。

背景技术

近几年国内的无缝钢管产业进入了一个全新的时代，在经过了十几年的技术经验的积累，中国的无缝钢管产业居世界前列。并且随着科技的进步，我国的无缝钢管企业的生产工艺水平得到进一步的提升。品种、规格、特点等成为了企业突破窘境的突破口。为了能够满足工业应用的要求，提高产品质量，制管厂必须严格控制无缝钢管的直径、圆度、直线度和长度等外表面几何尺寸精度。

目前国内外无缝钢管生产企业仍然是人工手持测量设备测量无缝钢管的直径，缺点是显而易见的，劳动强度大、模式属于抽检、检测点一般不超过2个、检测准确性低。据了解市面上存在一种测径仪——测量范围可调双轴测径仪，该产品可直接安装在生产线在线测量，也可以安装在探伤线、检测线对成品管材的外径进行测量。但此测量设备只可对直径这单一参数进行测量，无法对其长度、不圆度、直线度进行检测。现有技术也有其他测量无缝钢管的直径、圆度、直线度和长度的设备，但是测试探头较多，设备成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中的测试设备不能同时测量无缝钢管的直径、圆度、直线度和长度等几何参数，或者测试设备结构复杂，成本较高的技术问题，本发明提供了一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法来解决上述问题。

本发明提出一种无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法，包括用于输送工件的输送滚轮、用于测距的激光传感器、用于控制工件运动状态的光电传感器以及旋转机构；所述激光传感器和光电传感器与控制器电连接；所述输送滚轮具有放置工件的V形槽，所述激光传感器能够沿X向往复运动，以使激光传感器测量工件轴向不同位置尺寸，激光传感器还能够沿Y向往复运动，以使激光传感器与V形槽的中心正对，激光传感器还能够沿Z向往复运动，用于调整激光传感器与工件的距离，所述旋转机构能够沿Z轴方向升降，以使旋转机构与工件分离或者带动工件旋转。

进一步的，还包括顺序相接成三级驱动模组的X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组，所述激光传感器与最末级的驱动模组连接；X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组均与控制器电连接；所述X轴驱动模组驱动激光传感器沿工件的轴向往复运动；所述Y轴驱动模组驱动激光传感器在水平面内垂直工件的轴向运动；所述Z轴驱动模组驱动激光传感器在竖直平面内垂直工件的轴向运动。

进一步的，还包括输送电机，所述输送滚轮沿工件的轴向设置有若干个，所述输送电机与其中一个或者多个输送滚轮传动连接。

进一步的，所述旋转机构包括沿工件的长度方向布置的两组旋转驱动组；所述旋转驱动组包括机架、与机架活动连接的旋转电机以及与旋转电机的输出轴连接的摩擦轮，所述摩擦轮能够与工件的外表面接触并带动工件旋转。

本发明还提出一种检测方法，该方法采用以上所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，包括以下几个步骤：

S1：激光传感器对中；沿Y向移动激光传感器，使激光传感器与V形槽的中心正对，并记录此时激光传感器与V形槽底部的距离M。

S2：输送工件；在输送滚轮上输送工件，利用光电传感器控制工件启停，使工件处于激光传感器的正上方，此时工件处于激光传感器的测量范围之外。

S3：直径测量；沿Z向调整激光传感器，使工件处于激光传感器的测量范围内，测量此时激光传感器与工件表面的距离B，并计算工件的理论直径D和实际直径D′_N。

S4：激光传感器复位：沿Z向移动激光传感器，使工件位于激光传感器的测量范围之外。

进一步的，工件的理论直径D的大小为：

，其中，f为控制器发出的脉冲信号频率，k₁为带动激光传感器沿Z向移动的驱动模组的脉冲当量与驱动模组带动激光传感器移动距离的比值；A₁为经步骤S1后，控制器中寄存器的脉冲数；A₂为经步骤S3后，控制器中寄存器的脉冲数。

进一步的，步骤S3还包括工件长度测量，首先将激光传感器沿X向移动至工件的轴向一端，并记录寄存器的脉冲数为C₁，再将激光传感器沿X向移动至工件的轴向另一端，并记录寄存器的脉冲数为C₂，则工件的长度L的大小为：

L＝k₂*(C₂-C₁)*f

，其中，f为控制器发出的脉冲信号频率，k₂为带动激光传感器沿X向移动的驱动模组的脉冲当量与驱动模组带动激光传感器移动距离的比值。

进一步的，步骤S3中工件的实际直径测量步骤包括：

S31：以工件的旋转轴心O为原点、激光传感器与旋转轴心O的连线为Y轴建立直角坐标系，利用旋转机构N次旋转工件，第N次旋转角度θ_N，计算第N次旋转后工件的理论直径D_N，并得出该理论直径下的坐标点P_N(x_N，y_N)，其中

其中，P_N(x_N，y_N)为工件表面第N个点的坐标。

S32：根据步骤S31中的坐标点P_N(x_N，y_N)，利用最小二乘法求出工件的实际圆心坐标O’(x’，y’)。

S33：计算工件的实际直径

进一步的，工件的直线度为：

，其中，D’_max为工件的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最大值，D’_min为工件的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最小值，L为工件的轴向长度。

进一步的，工件的圆度为：

，其中，D’_max为工件的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最大值，D’_min为工件的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最小值。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的无缝钢管几何参数自动检测装置及检测方法，只需要一个激光移位传感器即可完成无缝钢管直径、圆度、直线度和长度等多个几何参数的测量，不需要多个激光探头配合，结构简单，为无缝钢管生产企业提供了成本低、检测精度高和检测项目全的激光检测系统。

(2)本发明以激光传感器的位移量和驱动模组的脉冲数作为已知量计算无缝钢管的理论直径。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述的无缝钢管几何参数自动检测装置的具体实施方式的主视图(旋转机构未显示)；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图1中是输送滚轮与工件的配合关系示意图；

图4是本发明所述的无缝钢管几何参数自动检测装置的立体图；

图5是激光传感器运动至工件最左端时的示意图；

图6是激光传感器运动至工件最右端时的示意图；

图7是激光传感器测量工件直径的示意图；

图8是工件第一次旋转后，工件表面的点P1的位置变化示意图；

图9是工件第二次旋转后，工件表面的点P1和点P2的位置变化示意图；

图10是本发明所述检测方法的流程图。

图中，1、工件，2、输送滚轮，201、V形槽，3、激光传感器，4、光电传感器，5、旋转机构，501、机架，502、旋转电机，503、摩擦轮，504、第一气缸，505、第二气缸，6、机箱，7、基座，8、输送电机，9、第一输送滚轮，10、第二输送滚轮，11、第三输送滚轮，12、皮带，13、X轴电机，14、Y轴电机，15、Z轴电机，16、丝杆，17、固定滑轨，18、移动滑块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明中所述工件1即为待检测的无缝钢管，特指横截面为圆形的无缝钢管。本发明中代表各部件的运动方向的X向是指与工件1的中心轴平行的方向，Y向是指在水平平面内与工件1的中心轴垂直的方向，Z向是指在竖直平面内与工件1的中心轴垂直的方向，也就是与本发明工作状态下的重力方向平行。

一种无缝钢管几何参数自动检测装置，包括用于输送工件1的输送滚轮2、用于测距的激光传感器3、用于控制工件1运动状态的光电传感器4以及旋转机构5；激光传感器3和光电传感器4与控制器电连接；输送滚轮2具有放置工件1的V形槽201，V形槽201可以限制工件1的三个方向自由度：绕X轴的旋转运动、绕Z轴的旋转运动以及沿Y轴的平移运动。激光传感器3能够沿X向往复运动，以使激光传感器3测量工件1轴向不同位置尺寸，该功能可以测量工件1的轴向长度L，激光传感器3还能够沿Y向往复运动，以使激光传感器3与V形槽201的中心正对，激光传感器3还能够沿Z向往复运动，用于调整激光传感器3与工件1的距离，旋转机构5能够沿Z轴方向升降，以使旋转机构5与工件1分离或者带动工件1旋转，该功能可以实现工件1圆度Q的测量。

激光传感器3是一种测量精度较高的测距传感器，可以向控制器返回测量距离值。

实施例一

如图1-图4所示，一种无缝钢管几何参数自动检测装置，包括用于输送工件1的输送滚轮2、用于测距的激光传感器3、用于控制工件1运动状态的光电传感器4以及旋转机构5；激光传感器3和光电传感器4与控制器电连接；输送滚轮2具有放置工件1的V形槽201。

如图1所示，所述无缝钢管几何参数自动检测装置设置在机箱6内，机箱6分上下两层，上层用于放置所述无缝钢管几何参数自动检测装置，下层用于存放电源设备，机箱6的上层固定有基座7，输送滚轮2转动连接在基座7上。

机箱6的上层还固定有输送电机8，输送电机8与其中一个或者多个输送滚轮2传动连接，输送电机8优选为单向异步电机，可以降低输出转速，使工件1缓慢匀速前进。图2中，输送滚轮2沿工件1的轴向设置有六个，输送电机8通过皮带12与第一输送滚轮9连接，第一输送滚轮9通过皮带12与第二输送滚轮10连接，第二输送滚轮10通过皮带12与第三输送滚轮11连接，第一输送滚轮9与第二输送滚轮10之间、第二输送滚轮10与第一输送滚轮9之间均可以有一个或者多个惰轮，所述惰轮即为不连接皮带12的输送滚轮2，在工件1输送过程中，惰轮主要起到减少摩擦阻力的作用。

输送电机8也与控制器电连接，通过光电传感器4向控制器发送的触发信号或者断开信号，可以控制输送电机8的启停，从而控制工件1的运动情况，当工件1停止输送时，工件1处于激光传感器3的正下方，实现自动化控制将工件1输送到测试区域内。

激光传感器3的平移运动通过顺序相接成三级驱动模组的X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组实现，激光传感器3与最末级的驱动模组连接；X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组均与控制器电连接；X轴驱动模组驱动激光传感器3沿工件1的轴向往复运动；Y轴驱动模组驱动激光传感器3在水平面内垂直工件1的轴向运动；Z轴驱动模组驱动激光传感器3在竖直平面内垂直工件1的轴向运动。

具体的，如图4所示，X轴驱动模组包括X轴电机13和与X轴电机13的输出轴连接的丝杆机构，所述丝杆机构通常包括丝杆16、固定滑轨17和移动滑块18，丝杆16和固定滑轨17均沿X轴方向延伸，固定滑轨17与机箱6固定，丝杆16与X轴电机13的输出轴固定连接且丝杆16与固定滑轨17转动连接，移动滑块18与丝杆16螺纹配合且移动滑块18与固定滑轨17滑动连接，当X轴电机13启动时，移动滑块18沿X轴方向往复滑动。

同理，Y轴驱动模组包括Y轴电机14和与Y轴电机14的输出轴连接的丝杆机构，Z轴驱动模组包括Z轴电机15和与Z轴电机15的输出轴连接的丝杆机构，三个驱动模组依次连接，三者的连接顺序可以互相调换，激光传感器3连接在最末级的驱动模组上，本实施例中，最末级的驱动模组为Z轴驱动模组，第一级驱动模组为X轴驱动模组，则Y轴驱动模组与X轴驱动模组的移动滑块18连接，Z轴驱动模组与Y轴驱动模组的移动滑块18连接。

本实施例中，当激光传感器3沿X轴移动时，为精确测量工件1的长度，激光传感器3运动至工件1外部时需要立刻发出停止移动的指令，因此X轴电机13优选用精度较高的伺服电机，Y轴电机14和Z轴电机15则可以选择步进电机，伺服电机和步进电机的电源均为交流电，当激光传感器3被驱动产生位移时，可以通过控制器内寄存器记录的脉冲数变化量计算激光传感器3的位移量。

实施例二

在实施例一的基础上，旋转机构5包括沿工件1的长度方向布置的两组旋转驱动组；所述旋转驱动组包括机架501、与机架501活动连接的旋转电机502以及与旋转电机502的输出轴连接的摩擦轮503，摩擦轮503能够与工件1的外表面接触并带动工件1旋转。旋转电机502可以为直流电机，用于带动摩擦轮503旋转，机架501与旋转电机502活动连接，是指机架501可以带动旋转电机502靠近或者远离工件1，当工件1处于激光传感器3正下方时，先调整旋转电机502的位置，使摩擦轮503贴合工件1的圆周外表面，旋转电机502启动后可以带动工件1旋转一定角度，接着将旋转电机502退出，避免遮挡激光传感器3的测量，然后将激光传感器3调整到测量区域内测量工件1表面尺寸。

如图4所示，机架501上依次固定有第一气缸504和第二气缸505，第一气缸504的输出端与第二气缸505连接，第二气缸505的输出端与旋转电机502连接，第一气缸504可实现Y轴方向直线运动，第二气缸505可以实现Z轴方向直线运动。

在实际检测过程中，由于无缝钢管检测过程中会随摩擦轮503产生旋转，不可避免的产生轴线偏移，故而会带来误差。在该装置中，出现轴线偏移的主要原因是工件1轴线倾斜。工件1轴线倾斜主要是因为输送滚轮2在布置时不可能达到理想上的竖直、水平对齐以及摩擦轮503带动其旋转时受力侧会造成工件1发生轻微倾斜。为保证精度范围要求，第一气缸504和第二气缸505及输送滚轮2安装精度偏差不能超过±4mm。由于工件1长度在600mm左右，为避免工件1受到摩擦轮503挤压后受力侧发生轻微倾斜，优选采用对称分布的旋转机构5抵消该力，此时工件1发生倾斜产生的偏差可忽略不计。

实施例三

一种检测方法，该方法采用以上所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，包括以下几个步骤：

S1：激光传感器3对中；沿Y向移动激光传感器3，使激光传感器3与V形槽201的中心正对，并记录此时激光传感器3与V形槽201底部的距离M。

由于输送滚轮2的位置固定，工件1的中心轴由输送滚轮2中的V形槽201限位确定，因此该步骤只需要在装置初次使用时调整即可。具体操作方法是，先调整激光传感器3在高度方向上处于测量范围内(当激光传感器3与物体反射面距离不在65mm～105mm之间时，显示数据为“#”)，接着将激光传感器3沿Y轴方向移动，可以测量某个输送滚轮2沿Y轴方向的长度后选择中间位置点，也可以在输送滚轮2上放置一根标准圆管(标准圆管的中心与V形槽201的中心重合)，通过沿Y轴移动激光传感器3，测量标准圆管的直径端点后再返回至两个直径端点的中心位置，例如在激光传感器3初始检测到标准圆管信号时，对寄存器赋值为0，当激光传感器3由返回数据变为检测数据为“#”(即无效值)时，记录寄存器此时的脉冲数，接着将激光传感器3反向移动一半的脉冲数即为输送滚轮2的中心位置。激光传感器3对中完成后，将标准钢管取出。

S2：输送工件1；在输送滚轮2上输送工件1，利用光电传感器4控制工件1启停，使工件1处于激光传感器3的正上方，此时工件1处于激光传感器3的测量范围之外。

假设沿工件1输送方向上，光电传感器4设置在激光传感器3的前方，并且光电传感器4与激光传感器3之间的距离小于工件1的长度，先通过启动按钮控制输送电机8启动，此时光电传感器4检测范围内无工件1，工件1在输送滚轮2上输送，当光电传感器4检测到工件1时输送电机8停止，此时激光传感器3位于工件1的正上方，但是激光传感器3需要向下运动调整到测量范围内。

S3：直径测量；沿Z向调整激光传感器3，使工件1处于激光传感器3的测量范围内，测量此时激光传感器3与工件1表面的距离B，并计算工件1的理论直径D和实际直径D′_N。

S4：激光传感器3复位：沿Z向移动激光传感器3，使工件1位于激光传感器3的测量范围之外。避免激光传感器3与旋转机构5干涉，也避免激光传感器3持续输出不必要的检测信号。

如图7所示，假设激光传感器3接收平面在原点时与输送滚轮2V形槽201中心之间的距离为M，Z轴电机15脉冲当量与激光传感器3沿Z轴移动距离的比值为k₁，激光传感器3处于初始位置时寄存器的脉冲数为A₁，激光传感器3沿竖直方向移动到测量范围内时，寄存器的脉冲数为A₂，此时激光传感器3返回测量数据B(即激光传感器3与工件1反射面的距离)，设工件1的理论直径为D，通过两点之间的距离公式可以得出：

对上述公式变换可得，工件1的理论直径D的大小为：

，其中，f为控制器发出的脉冲信号频率。

为简化计算，通常在激光传感器3处于初始位置时给寄存器赋值为0，也就是A₁＝0，则，工件1的理论直径公式可以简化为

实施例四

在实施例三的基础上，步骤S3还包括工件1长度测量，首先将激光传感器3沿X向移动至工件1的轴向一端，并记录寄存器的脉冲数为C₁，再将激光传感器3沿X向移动至工件1的轴向另一端，并记录寄存器的脉冲数为C₂，则工件1的长度L的大小为：

L＝k₂*(C₂-C₁)*f

，其中，f为控制器发出的脉冲信号频率，k₂为带动激光传感器3沿X向移动的驱动模组的脉冲当量与驱动模组带动激光传感器3移动距离的比值。

由于输送电机8采用的是成本和精度都较低的异步电机，因此光电传感器4的检测信号发生变化至输送电机8接收到停止信号再到输送电机8停止运转，整个过程会有一定的时间差，导致无法单纯通过光电传感器4对工件1与激光传感器3的相对位置进去精确定位，为此，本发明通过激光传感器3实现精确测量，如图所示，工件1向左输送，光电传感器4位于激光传感器3的右侧，间距近似为工件1的长度，当光电传感器4未检测到工件1时，表示工件1已经完全经过光电传感器4，在没有信号延迟的情况下，激光传感器3会与工件1的左端正对，但是由于有信号延迟的存在，工件1会继续向左运动超过激光传感器3，因此需要先向左移动激光传感器3，当激光传感器3返回的数据由有效值变为无效值时，表示激光传感器3到达工件1的左端(如图5所示)，并记录此时的脉冲数，再反向移动激光传感器3，当激光传感器3返回的数据再次由有效值变为无效值时，表示激光传感器3到达工件1的右端(如图5所示)，详细流程见图10，并记录此时的脉冲数，从而可以计算出工件1的长度L。

实施例五

在实施例三或者实施例四的基础上，本实施例对工件1的直径偏差T、直线度S和圆度Q进行计算，这些参数的计算都要基于工件1的实际直径。

工件1的理论半径是指以工件1的表面至工件1的旋转中心的距离，工件1的理论直径即为工件1的理论半径的两倍，工件1的旋转中心是经过激光传感器3测量反射面的点，也就是图8和图9中的点O，工件1的实际直径，顾名思义，以工件1实际圆心为中心得到的直径，也就是图8和图9中的点O’。

工件1的实际直径测量步骤包括：

S31：以工件1的旋转轴心O为原点、激光传感器3与旋转轴心O的连线为Y轴建立直角坐标系，利用旋转机构5进行N次旋转工件1(每次旋转前激光传感器3向上移动到初始位置，待旋转完毕，旋转机构5退出后，激光传感器3再向下移动至测量区域，在其他可选方式中，也可以将激光传感器3沿X轴移动到与旋转机构5不干涉的位置)，第N次旋转角度为θ_N，例如，如图8所示，工件1第一次旋转角度为θ₁，工件1上的点P₁旋转至Y轴上，计算此时的理论直径D₁，则在直角坐标系内点P₁的坐标为P₁(x₁，y₁)，其中

如图2所示，工件1第二次旋转角度为θ₂，工件1上的点P₂旋转至Y轴上，计算此时的理论直径D₂，则在直角坐标系内点P₂的坐标为P₂(x₂，y₂)，其中

依次类推，计算第N次旋转后工件1的理论直径D_N，并得出该理论直径下的坐标点P_N(x_N，y_N)，其中

其中，P_N(x_N，y_N)为工件1表面第N个点的坐标。工件1旋转角度总和一般在360°以内，即(θ₁+θ₂+θ₃+…+θ_N)≤360°。

S32：根据步骤S31中的坐标点P_N(x_N，y_N)，利用最小二乘法求出工件1的实际圆心坐标O’(x’，y’)。最小二乘法为比较成熟的计算方法，可以利用已有的最小二乘法计算器直接计算得出。

S33：计算工件1的实际直径

根据点O’和工件1上不同点(P₁，P₂，……，P_N)的坐标计算两点之间的距离，该距离值为工件1的实际半径，从而可以得到多组不同的实际直径数据(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)。

工件1的直线度的计算公式则为：

，其中，D’_max为工件1的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最大值，D’_min为工件1的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最小值，L为工件1的轴向长度。

工件1的圆度计算公式为：

，其中，D’_max为工件1的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最大值，D’_min为工件1的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最小值。

工件1的直径偏差计算公式为：

T＝|D′-D_标|

，其中，D_标为无缝钢管的标准直径。

如图10所示，为使用本发明进行工件1参数检测的一个具体的操作流程，需要说明的是，该流程为普遍性的检测流程，不包括步骤S1，步骤S1仅在初始使用该装置时调整，并不是每个工件1检测都需要进行的步骤。

在该流程中，首先将系统复位，包括激光传感器3和旋转机构5均处于初始位置，接着输送工件1至激光传感器3位置，可以进行直径测量和长度测量(具体测量步骤见实施例三和实施例四)，长度测量结束后，将激光位移传感器向左移动到与旋转机构5不干涉的位置，例如相邻两个旋转机构5之间的孔隙位置，接着第二气缸505下移贴近工件1，直至摩擦轮503与工件1接触，旋转电机502带动工件1旋转使工件1旋转一定角度后，采用激光传感器3检测数据(具体步骤见实施例五中的步骤S31)，当工件1的直径偏差T、直线度S和圆度Q处于标准范围外时，激光传感器3复位，结束检测，当工件1的直径偏差T、直线度S和圆度Q处于标准范围内时，继续旋转工件1并用激光传感器3测量，检测完成后激光传感器3复位，启动输送电机8将工件1输送至检测区域外。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种无缝钢管几何参数自动检测装置，其特征在于：包括用于输送工件(1)的输送滚轮(2)、用于测距的激光传感器(3)、用于控制工件(1)运动状态的光电传感器(4)以及旋转机构(5)；所述激光传感器(3)和光电传感器(4)与控制器电连接；

所述输送滚轮(2)具有放置工件(1)的V形槽(201)，所述激光传感器(3)能够沿X向往复运动，以使激光传感器(3)测量工件(1)轴向不同位置尺寸，激光传感器(3)还能够沿Y向往复运动，以使激光传感器(3)与V形槽(201)的中心正对，激光传感器(3)还能够沿Z向往复运动，用于调整激光传感器(3)与工件(1)的距离，所述旋转机构(5)能够沿Z轴方向升降，以使旋转机构(5)与工件(1)分离或者带动工件(1)旋转。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，其特征在于：还包括顺序相接成三级驱动模组的X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组，所述激光传感器(3)与最末级的驱动模组连接；X轴驱动模组、Y轴驱动模组和Z轴驱动模组均与控制器电连接；

所述X轴驱动模组驱动激光传感器(3)沿工件(1)的轴向往复运动；所述Y轴驱动模组驱动激光传感器(3)在水平面内垂直工件(1)的轴向运动；所述Z轴驱动模组驱动激光传感器(3)在竖直平面内垂直工件(1)的轴向运动。

3.根据权利要求1所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，其特征在于：还包括输送电机(8)，所述输送滚轮(2)沿工件(1)的轴向设置有若干个，所述输送电机(8)与其中一个或者多个输送滚轮(2)传动连接。

4.根据权利要求1所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，其特征在于：所述旋转机构(5)包括沿工件(1)的长度方向布置的两组旋转驱动组；

所述旋转驱动组包括机架(501)、与机架(501)活动连接的旋转电机(502)以及与旋转电机(502)的输出轴连接的摩擦轮(503)，所述摩擦轮(503)能够与工件(1)的外表面接触并带动工件(1)旋转。

5.一种检测方法，其特征在于：该方法采用权利要求1-4任一项所述的无缝钢管几何参数自动检测装置，包括以下几个步骤：

S1：激光传感器(3)对中；沿Y向移动激光传感器(3)，使激光传感器(3)与V形槽(201)的中心正对，并记录此时激光传感器(3)与V形槽(201)底部的距离M；

S2：输送工件(1)；在输送滚轮(2)上输送工件(1)，利用光电传感器(4)控制工件(1)启停，使工件(1)处于激光传感器(3)的正上方，此时工件(1)处于激光传感器(3)的测量范围之外；

S3：直径测量；沿Z向调整激光传感器(3)，使工件(1)处于激光传感器(3)的测量范围内，测量此时激光传感器(3)与工件(1)表面的距离B，并计算工件(1)的理论直径D和实际直径D′_N；

S4：激光传感器(3)复位：沿Z向移动激光传感器(3)，使工件(1)位于激光传感器(3)的测量范围之外。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：工件(1)的理论直径D的大小为：

，

其中，f为控制器发出的脉冲信号频率，k₁为带动激光传感器(3)沿Z向移动的驱动模组的脉冲当量与驱动模组带动激光传感器(3)移动距离的比值；A₁为经步骤S1后，控制器中寄存器的脉冲数；A₂为经步骤S3后，控制器中寄存器的脉冲数。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤S3还包括工件(1)长度测量，首先将激光传感器(3)沿X向移动至工件(1)的轴向一端，并记录寄存器的脉冲数为C₁，再将激光传感器(3)沿X向移动至工件(1)的轴向另一端，并记录寄存器的脉冲数为C₂，则工件(1)的长度L的大小为：

L＝k₂*(C₂-C₁)*f，

其中，f为控制器发出的脉冲信号频率，k₂为带动激光传感器(3)沿X向移动的驱动模组的脉冲当量与驱动模组带动激光传感器(3)移动距离的比值。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：步骤S3中工件(1)的实际直径测量步骤包括：

S31：以工件(1)的旋转轴心O为原点、激光传感器(3)与旋转轴心O的连线为Y轴建立直角坐标系，利用旋转机构(5)N次旋转工件(1)，第N次旋转角度θ_N，计算第N次旋转后工件(1)的理论直径D_N，并得出该理论直径下的坐标点P_N(x_N，y_N)，其中

其中，P_N(x_N，y_N)为工件(1)表面第N个点的坐标；

S32：根据步骤S31中的坐标点P_N(x_N，y_N)，利用最小二乘法求出工件(1)的实际圆心坐标O’(x’，y’)；

S33：计算工件(1)的实际直径

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：工件(1)的直线度为：

，

其中，D’_max为工件(1)的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，...，D′_N)中的最大值，D’_min为工件(1)的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，...，D′_N)中的最小值，L为工件(1)的轴向长度。

10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：工件(1)的圆度为：

，

其中，D’_max为工件(1)的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最大值，D’_min为工件(1)的实际直径(D′₁，D′₂，D′₃，…，D′_N)中的最小值。

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