CN115608816B - 一种无缝钢管生产用矫正设备及其矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属棒材无切削加工技术领域，尤其涉及一种无缝钢管生产用矫正设备及矫正方法，其设备包括：若干压力传感器，用以实时测量穿孔顶头偏移轴心传递到末端的压力；撞针，用以在第一预设条件下对穿孔顶头进行撞击；摄像头，用以对观察穿孔顶头中心的位置；举升台，用以对钢管生产设备进行提升，处理器，用以根据观察结果分析并控制撞针调整穿孔顶头的运动轨迹；利用设置若干压力传感器、撞针、摄像头、举升台以及处理器的方式，在无缝钢管的制作过程中进行调节，并根据调节的反馈对无缝钢管的生产进行调整，在有效提升了无缝钢管生产可控性的同时，提升了无缝钢管的生产精度。

Description

一种无缝钢管生产用矫正设备及其矫正方法

技术领域

本发明涉及金属棒材无切削加工技术领域，尤其涉及一种无缝钢管生产用矫正设备及其矫正方法。

背景技术

无缝钢管作为设备中的常用钢管，其材料性能以及内外结构在精密仪器中的要求日益增长，对于钢管生产的精度有着极高的要求，基于此，对钢管生产的矫正尤为重要。

中国专利公开号：CN115156340A公开了一种热处理加工用钢管矫正加工机床，通过在原有的机械零件基础上增加调节结构，工作人员可根据钢管的粗细进行调节矫正的角度，进一步提高了矫正设备的使用效率，同时也提高了工作人员的工作效率，同时也使得矫正的效率得到大大提升，从而满足了工作人员的需求，通过增加加热结构，便于对钢管进行加热处理，提高了钢管矫正的效率，同时解决了现有的矫正设备不具备调节角度功能的问题；中国专利公开号：CN114226500A公开了一种大型钢管矫正设备，采用驱动电机、链轮和链条带动驱动底辊转动，调节螺杆与调节螺母配合，调节两个平行调节板与左边板和右边板之间的距离，从钢管的两边对钢管进行矫正，钢管的顶部通过调节两个滑座的距离，来适应不同直径的钢管，转动调高螺杆，使两个矫正辊由钢管的顶部两端固定钢管，在钢管转动时，从多个位置对钢管的位置进行定位矫正。

由此可见，上述技术方案存在以下问题：

1、无法在钢管制作时对钢管进行矫正；

2、无法针对小内径钢管进行矫正。

发明内容

为此，本发明提供一种无缝钢管生产用矫正设备及其矫正方法用以克服现有技术中无法在钢管制作时对钢管进行矫正且无法针对小内径钢管进行矫正，从而提升钢管生产精度的问题。

一方面，本发明提供一种无缝钢管生产用矫正设备，包括：

若干压力传感器，其分别设置在穿孔顶头的末端，且沿穿孔顶头的轴心周向均匀分布，用以实时测量穿孔顶头偏移轴心传递到末端的压力；

撞针，其以预设撞针距离沿所述穿孔顶头的周向设置，并位于所述穿孔顶头末端远离所述压力传感器的位置，用以在第一预设条件下对穿孔顶头进行撞击；

摄像头，其设置在钢管管坯远离所述穿孔顶头的一端前，并对准钢管管坯端部固定件的中心孔，用以观察穿孔顶头中心的位置；

举升台，其设置在钢管生产设备底部，用以在第二预设条件下对钢管生产设备进行提升；

处理器，其与各所述压力传感器、所述撞针、所述摄像头以及所述举升台相连，用以根据对所述穿孔顶头的运动状态的分析结果控制所述撞针撞击所述穿孔顶头以调整穿孔顶头的运动轨迹；

其中，所述第一预设条件为所述穿孔顶头沿轴心周向波动超出预设第一容许范围，所述第二预设条件为所述钢管管坯弯曲程度超出预设第二容许范围。

进一步地，所述矫正设备中还设有支架，其上设有用以支撑所述举升台的支架墩；

所述穿孔顶头在进行穿管作业状态下沿其轴心转动，且随着穿孔顶头深入所述钢管管坯时，穿孔顶头末端周期性对各所述压力传感器施加压力；

所述撞针设置在所述穿孔顶头末端的上方且固定在所述支架上，并且所述撞针的运动由所述处理器控制，以在所述第一预设条件下，通过控制所述撞针运动对穿孔顶头的预设位置进行敲击，以改变穿孔顶头的运动轨迹。

进一步地，所述摄像头设置在所述端部固定件的一端，且，远离所述钢管管坯；所述穿孔顶头运动至钢管管坯的预设终点位置时，所述摄像头通过所述端部固定件中的通孔观察穿孔顶头的运动轴线位置并传输至所述处理器，处理器根据穿孔顶头的运动轴线位置与穿孔顶头的转速确定所述撞针的敲击位置以及敲击力度，以调整所述穿孔顶头的前端中心位置的运动轨迹，使其能够穿过所述端部固定件的通孔；

所述举升台设置在所述穿孔顶头的传送装置下部，用以在所述第二预设条件下，以所述处理器设定的外部塑形高度将所述传送装置进行提升；

其中，所述敲击位置与所述钢管的总长度成正比，所述外部塑形高度与所述传送装置的总长度成正比，所述前端中心位置为所述穿孔顶头远离所述端部固定件的一段对应的几何中心。

另一方面，本发明提供一种无缝钢管生产用矫正方法，包括：

步骤S1，利用若干压力传感器收集穿管作业中穿孔顶头末端旋转运动传递至压力传感器接收端的压力，并传输至处理器；

步骤S2，所述处理器根据各所述压力传感器的压力值，对穿孔顶头轴心与其旋转运动方向轴心的偏离程度进行判定；

步骤S3，当所述穿孔顶头的运动达到第一预设条件时，所述处理器控制所述撞针对预设位置的穿孔顶头进行撞击，以破坏第一预设条件；

步骤S4，当所述穿孔顶头穿过所述端部固定件时，所述处理器根据摄像头拍摄到的穿孔顶头的运行轨迹调整所述撞针的动作，以使穿孔顶头通过端部固定件的通孔；

步骤S5，所述穿孔顶头带动钢管管坯进行外部塑形时，所述处理器根据钢管管坯的弧度进行判定，当达到所述第二预设条件时，所述处理器根据钢管管坯的外部塑形进度，控制所述举升台以预设举升速度抬升；

步骤S6，当所述钢管管坯完成外部塑形时，所述处理器根据完成外部塑形的钢管管坯的内径尺寸对所述第一预设条件以及第二预设条件进行调整。

进一步地，在所述步骤S3中，所述处理器以第一预设周期连续监控各所述压力传感器受到的压力值，对于在第i个周期各压力传感器检测的各压力值，处理器将其中最大压力记为F_i，其与第i+1个周期中的最大压力F_i+1的差值为ΔF_i+1，设定，ΔF_i+1＝F_i-F_i+1，其中，i＝1，2，3，…，n，n＞3且n为整数，处理器中设有预设第一压力Fα以及预设第二压力Fβ，其中，0＜Fα＜Fβ，处理器将F_i与Fα以及Fβ进行比较，并在达到二次判定条件下根据ΔF_i+1的正负确定所述穿孔顶头的工作条件，

若F_i≤Fα，所述处理器判定所述穿孔顶头工作正常；

若Fα＜F_i≤Fβ，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将监控频率增加至第二预设周期；

若Fβ＜F_i，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心并判定达到所述二次判定条件，其中：

若ΔF_i+1＜0，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将所述监控频率调整至第二预设周期；

若ΔF_i+1≥0，所述处理器判定所述穿孔顶头达到所述第一预设条件；

并且，所述第一预设周期对应的时间间隔大于所述第二预设周期对应的时间间隔。

进一步地，在所述步骤S2中，当所述穿孔顶头进行转动时，其末端对各所述压力传感器顺次施加压力，所述处理器将各所述压力传感器受压的合力方向记为受压力方向，受压力方向沿所述末端几何中心对称的方向记为穿孔顶头的偏离方向。

进一步地，在所述步骤S3中，所述处理器中设有对应穿孔顶头材质的预设波动位移距离，所述撞针的位置能够在穿孔顶头直线运动方向的预设波动位移距离内进行移动，并且，设置在穿孔顶头中心线的正上方，所述处理器控制撞针在对穿孔顶头进行撞击时，所述合力方向与撞针运动方向相同。

进一步地，在所述步骤S4中，当所述摄像头拍摄到所述穿孔顶头达到预设终点位置时，所述处理器根据所述摄像头拍摄到的所述穿孔顶头的最大运动半径，控制所述撞针对穿孔顶头进行撞击，以使穿孔顶头能够穿过端部固定件的通孔；所述处理器将所述第i个周期所述穿孔顶头的最大运动半径记为R_i，处理器中设有第一预设半径R_α以及第二预设半径R_β，其中，0＜R_α＜R_β，处理器将R_i与R_α以及R_β进行比较，以确定撞针的撞击力度，

若R_i≤R_α，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动处于预设误差范围，并控制所述撞针静止；

若R_α＜R_i≤R_β，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动处于预设第一容许范围，并控制所述撞针以预设调整力度对穿孔顶头进行撞击；

若R_β＜R_i，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动超出预设第一容许范围，同时，处理器控制所述穿孔顶头逐渐降低旋转速度并控制所述撞针以预设调整力度，以第三预设周期对穿孔顶头进行敲击；

其中，R_α＜RB，RB为所述端部固定件通孔半径，所述预设第一容许范围为所述穿孔顶头的运动范围处于小于钢管内径的对应范围，所述预设调整力度以及所述第三预设周期与所述穿孔顶头的材料刚度有关，所述预设误差范围为所述穿孔顶头在进行旋转时产生的自然位移对应的范围。

进一步地，在所述步骤S5中，所述处理器根据所述摄像头拍摄到的钢管管坯的最大外径确定所述钢管管坯外部塑形的举升位置，摄像头以第四预设周期对所述最大外径进行检测，设定第j个第四预设周期中对应的钢管管坯外半径为Rj，处理器中设有第三预设半径R_γ以及第四预设半径R_δ，其中，0＜R_γ＜R_δ，所述处理器将Rj与R_γ以及R_δ进行比较，以确定所述钢管管坯外部塑形的状态，

若Rj≤R_γ，所述处理器判定所述钢管管坯未达到所述第二预设条件，同时，处理器控制所述举升台将所述钢管管坯的设定端调整至第一预设举升位置；

若R_γ＜Rj≤R_δ，所述处理器判定所述钢管管坯达到所述第二预设条件，同时，处理器控制所述举升台以预设举升速度将所述设定端从所述第一预设举升位置调整至第二预设举升位置；

若R_δ＜Rj，所述处理器判定所述钢管管坯处于熔融状态，同时，处理器判断外观塑形温度超过预设温度容许范围，并提示调低温度；

其中，j＝1，2，3，…，m，m＞3且m为正整数，所述第四预设周期与所述外观塑形的速度有关，所述第一预设举升位置为所述钢管管坯的中心线处于水平面上对应的位置，所述第二预设举升位置为所述钢管管坯的中心线与水平面成预设外观塑形夹角的对应位置，所述预设外观塑形夹角与所述钢管管坯的熔点有关，所述设定端为所述钢管管坯两端中的靠近所述穿孔顶头的一端。

进一步地，在所述步骤S6中，所述处理器中设有预设最大深度以及预设最大内径，

若所述钢管管坯的内径超出所述预设最大内径，所述处理器判定以第二预设半径调整值ΔR_β将所述第一预设条件对应的所述预设第二压力Fβ调整至Fβ×ΔR_β；

若所述钢管管坯的外部塑形深度超出预设最大深度，所述处理器判定以第一预设半径调整值ΔR_α将所述第二预设条件对应的所述第三预设半径R_γ调整至R_γ×ΔR_α；

其中，0＜ΔR_β＜1，0＜ΔR_α＜1。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，利用设置若干压力传感器、撞针、摄像头、举升台以及处理器的方式，在无缝钢管的制作过程中进行调节，并根据调节的反馈对无缝钢管的生产进行调整，在有效提升了无缝钢管生产可控性的同时，提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用在穿孔顶头底部设置压力传感器的方式，测量穿孔顶头的波动程度的方向，并利用设置撞针的方式对穿孔顶头的波动进行调整，在有效提升了穿孔顶头的稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用设置摄像头的方式，观察穿孔顶头与端部固定件的通孔的相对位置，使穿孔顶头能够完整地穿过通孔，在有效降低了因穿孔顶头的运动导致端部固定件的损坏的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用调整穿孔顶头的震动状态的方式，调整穿管过程中穿孔顶头的稳定性，同时，在外部塑形的过程中，根据钢管的外形调整举升台的高度，在有效提升了无缝钢管生产全过程稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用对穿孔顶头的偏心现象进行矫正的方式，在有效提升了无缝钢管穿管过程中穿管孔洞的均匀度的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，通过对各压力传感器的合力的向量进行判断的方式，确定穿孔顶头的波动方向，同时，各压力传感器合力的大小对穿孔顶头的波动程度进行判断，在有效提升了对穿孔顶头运动判断的准确性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用对穿孔顶头的波动方向进行反方向的撞击的方式，调节穿孔顶头的运动，使其穿管的成品孔洞保持在预设范围内，在有效提升了无缝钢管的生产稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，通过对即将与端部固定件接触的穿孔顶头进行观测的方式，对穿孔顶头的端部运动范围进行判断，并根据判断结果利用撞针对穿孔顶头进行撞击，在有效减少对端部固定件的破坏的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，通过观察钢管管坯的状态，对进行外部塑形的钢管管坯一端的高度进行抬升，使进行外部塑形的钢管与其中轴相对应，在有效降低因钢管温度提升导致外部形变，从而使良品率下降的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

进一步地，利用对第一预设条件以及第二预设条件的对应参数进行调整的方式，在钢管生产受到环境影响时进行及时调整，在有效提升了无缝钢管生产合格率的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

附图说明

图1为本发明无缝钢管生产用矫正设备的主体结构示意图；

图2为本发明无缝钢管生产用矫正设备的连接示意图；

图3为本发明各压力传感器的分布图；

图4为本发明端部固定件与摄像头的位置关系示意图；

图5为本发明无缝钢管生产用矫正方法的流程图；

其中：1：穿孔顶头；2：端部固定件；3：通孔；4：压力传感器；5：举升台；6：摄像头；7：撞针。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明无缝钢管生产用矫正设备的主体结构示意图，包括：

若干压力传感器4，其分别设置在穿孔顶头1的末端，且沿穿孔顶头1的中心均匀分布，用以实时测量穿孔顶头偏移轴心传递到末端的压力；

撞针7，其以预设撞针距离沿所述穿孔顶头1的周向设置，并位于所述穿孔顶头末端远离所述压力传感器的位置，用以在第一预设条件下对穿孔顶头进行撞击；

摄像头6，其设置在钢管管坯远离穿孔顶头1的一端，并对准端部固定件2的中心孔，用以观察穿孔顶头中心的位置；

举升台5，其设置在钢管生产设备底部，用以在第二预设条件下对钢管生产设备进行提升；

处理器，其与各所述压力传感器4、所述撞针7、所述摄像头6以及所述举升台5相连，用以根据对所述穿孔顶头的运动状态的分析结果控制所述撞针7撞击穿孔顶头以调整穿孔顶头的运动轨迹；

请参阅图2所示，其为本发明无缝钢管生产用矫正设备的连接示意图。

其中，第一预设条件为穿孔顶头沿轴心波动超出预设第一容许范围的对应条件，第二预设条件为无缝钢管弯曲程度超出预设第二容许范围的对应条件。

利用设置若干压力传感器、撞针、摄像头、举升台以及处理器的方式，在无缝钢管的制作过程中进行调节以矫正制造偏差，并根据调节的反馈对无缝钢管的生产进行调整，在有效提升了无缝钢管生产可控性的同时，提升了无缝钢管的生产精度。

请参阅图3所示，其为本发明各压力传感器的分布图。

其中，各压力传感器4沿中心等距分布，以测量压力合力的大小以及方向。

具体而言，矫正设备中还设有支架，其上设有用以支撑举升台的支架墩；

穿孔顶头在进行穿管作业状态下沿其轴心转动，且随着穿孔顶头深入钢管管坯时，穿孔顶头的中轴线偏离其运动方向的中轴线，同时，穿孔顶头末端周期性对各压力传感器传导因穿孔顶头中轴线偏离产生的弯矩；

撞针设置在穿孔顶头末端的上方且固定在支架上，并且撞针的运动由处理器控制，以在第一预设条件下，通过控制撞针运动对穿孔顶头的预设位置进行敲击，以改变穿孔顶头的运动轨迹。

利用设置在穿孔顶头底部设置压力传感器的方式，测量穿孔顶头的波动程度的方向，并利用设置撞针的方式对穿孔顶头的波动进行调整，在有效提升了穿孔顶头的稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

请参阅图4所示，其为本发明端部固定件与摄像头的位置关系示意图，其中：

摄像头设置在靠近钢管管坯的端部固定件2且远离穿孔顶头1的一侧；穿孔顶头1深入钢管管坯达到预设终点位置，摄像头通过端部固定件1中的通孔3观察穿孔顶头的运动轴线位置并传输至处理器，处理器根据穿孔顶头1的运动轴线位置与穿孔顶头的转速共同判断撞针的敲击位置以及敲击力度，以调整所述穿孔顶头的前端中心位置的运动轨迹，使其能够穿过端部固定件的通孔3；

举升台设置在穿孔顶头的末端对应的传送装置下，用以在对钢管进行外部塑形时，当处理器判定钢管达到第二预设条件时，以外部塑形高度将传送装置进行提升；

其中，敲击位置与钢管的总长度成正比，外部塑形高度与传送装置的总长度成正比。

利用摄像头的方式，观察穿孔顶头与端部固定件的通孔的相对位置，使穿孔顶头能够完整地穿过通孔，在有效降低了因穿孔顶头的运动导致端部固定件的损坏的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

请参阅图5所示，其为本发明无缝钢管生产用矫正方法的流程图，包括：

步骤S1，利用若干压力传感器收集穿管作业中穿孔顶头末端旋转运动传递至压力传感器接收端的压力，并传输至处理器；

步骤S2，处理器根据各压力传感器的压力值，对穿孔顶头轴心与其旋转运动方向轴心的偏离程度进行判定；

步骤S3，当穿孔顶头的运动达到第一预设条件时，处理器控制撞针对预设位置的穿孔顶头进行撞击，以破坏第一预设条件；

步骤S4，当穿孔顶头穿过端部固定件时，处理器根据摄像头拍摄到的穿孔顶头的运行轨迹调整撞针的动作，以使穿孔顶头通过端部固定件的通孔；

步骤S5，穿孔顶头带动钢管管坯进行外部塑形时，处理器根据钢管管坯的弧度进行判定，当达到第二预设条件时，处理器根据钢管管坯的外部塑形进度，控制举升台以预设举升速度抬升；

步骤S6，当钢管管坯完成外部塑形时，处理器根据完成外部塑形的钢管管坯的内径尺寸对第一预设条件以及第二预设条件进行调整。

利用调整穿孔顶头的震动的方式，调整穿管过程中穿孔顶头的稳定性，同时，在外部塑形的过程中，根据钢管的外形调整举升台的高度，在有效提升了无缝钢管生产全过程稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，处理器以第一预设周期连续监控各压力传感器受到的压力值，对于在第i个周期各压力传感器检测的各压力值，处理器将其中最大压力记为F_i，其与第i+1个周期中的最大压力F_i+1的差值为ΔF_i+1，设定，ΔF_i+1＝F_i-F_i+1，其中，i＝1，2，3，…，n，n＞3且n为整数，处理器中设有预设第一压力Fα以及预设第二压力Fβ，其中，0＜Fα＜Fβ，处理器将F_i与Fα以及Fβ进行比较，并在达到二次判定条件下根据ΔF_i+1的正负确定穿孔顶头的工作条件，

若F_i≤Fα，处理器判定穿孔顶头工作正常；

若Fα＜F_i≤Fβ，处理器判定穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将监控频率增加至第二预设周期；

若Fβ＜F_i，处理器判定穿孔顶头运动出现偏心并判定达到二次判定条件，其中：

若ΔF_i+1＜0，处理器判定穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将监控频率调整至第二预设周期；

若ΔF_i+1≥0，处理器判定穿孔顶头达到第一预设条件；

并且，第一预设周期对应的时间间隔大于第二预设周期对应的时间间隔。

利用对穿孔顶头的偏心现象进行矫正的方式，在有效提升了无缝钢管穿管过程中穿管孔洞的均匀度的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，在步骤S2中，当穿孔顶头进行转动时，其末端对各压力传感器顺次施加压力，处理器将各压力传感器受压的合力方向记为受压力方向，受压力方向沿末端几何中心对称的方向记为穿孔顶头的偏离方向。

通过对各压力传感器的合力进行向量进行判断的方式，确定穿孔顶头的波动方向，同时，各压力传感器合力的大小对穿孔顶头的波动程度进行判断，在有效提升了对穿孔顶头运动判断的准确性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，在步骤S3中，在步骤S3中，处理器中设有对应穿孔顶头材质的预设波动位移距离，撞针的位置能够在穿孔顶头直线运动方向的预设波动位移距离内进行移动，并且，设置在穿孔顶头中心线的正上方，处理器控制撞针在对穿孔顶头进行撞击时，合力方向与撞针运动方向相同。

利用对穿孔顶头的波动方向进行反方向的撞击的方式，调节穿孔顶头的运动，使其穿管的成品孔洞保持在预设范围内，在有效提升了无缝钢管的生产稳定性的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，在步骤S4中，当摄像头拍摄到穿孔顶头达到预设终点位置时，处理器根据摄像头拍摄到的穿孔顶头的最大运动半径，控制撞针对穿孔顶头进行撞击，以使穿孔顶头能够穿过端部固定件的通孔；处理器将第i个周期穿孔顶头的最大运动半径记为R_i，处理器中设有第一预设半径R_α以及第二预设半径R_β，其中，0＜R_α＜R_β，处理器将R_i与R_α以及R_β进行比较，以确定撞针的撞击力度，

若R_i≤R_α，处理器判定穿孔顶头的位移波动处于预设误差范围，并控制撞针静止；

若R_α＜R_i≤R_β，处理器判定穿孔顶头的位移波动处于预设第一容许范围，并控制撞针以预设调整力度对穿孔顶头进行撞击；

若R_β＜R_i，处理器判定穿孔顶头的位移波动超出预设第一容许范围，同时，处理器控制穿孔顶头逐渐降低旋转速度并控制撞针以预设调整力度，以第三预设周期对穿孔顶头进行敲击；

其中，R_α＜RB，RB为端部固定件通孔半径，预设第一容许范围为穿孔顶头的运动范围处于小于钢管内径的对应范围；预设调整力度以及第三预设周期与穿孔顶头的材料刚度有关。

通过对即将与端部固定件接触的穿孔顶头进行观测的方式，对穿孔顶头的端部运动范围进行判断，并根据判断结果利用撞针对穿孔顶头进行撞击，在有效减少对端部固定件的破坏的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，在步骤S5中，处理器根据摄像头拍摄到的钢管管坯的最大外径确定钢管管坯外部塑形的举升位置，摄像头以第四预设周期对最大外径进行检测，设定第j个第四预设周期中对应的钢管管坯外半径为Rj，处理器中设有第三预设半径R_γ以及第四预设半径R_δ，其中，0＜R_γ＜R_δ，处理器将Rj与R_γ以及R_δ进行比较，以确定钢管管坯外部塑形的状态，

若Rj≤R_γ，处理器判定钢管管坯未达到第二预设条件，同时，处理器控制举升台将钢管管坯的设定端调整至第一预设举升位置；

若R_γ＜Rj≤R_δ，处理器判定钢管管坯达到第二预设条件，同时，处理器控制举升台以预设举升速度将设定端从第一预设举升位置调整至第二预设举升位置；

若R_δ＜Rj，处理器判定钢管管坯处于熔融状态，同时，处理器判断外观塑形温度超过预设温度容许范围，并提示调低温度；

其中，j＝1，2，3，…，m，m＞3且m为正整数，第四预设周期与外观塑形的速度有关，第一预设举升位置为钢管管坯的中心线处于水平面上对应的位置，第二预设举升位置为钢管管坯的中心线与水平面成预设外观塑形夹角的对应位置，预设外观塑形夹角与钢管管坯的熔点有关，设定端为钢管管坯两端中的靠近穿孔顶头的一端。

通过观察钢管管坯的状态，对进行外部塑形的钢管管坯一端的高度进行抬升，使进行外部塑形的钢管与其中轴相对应，在有效降低了因温度提升导致钢管外部变形，从而使良品率下降的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

具体而言，在步骤S6中，处理器中设有预设最大深度以及预设最大内径，

若钢管管坯的内径超出预设最大内径，处理器判定以第二预设半径调整值ΔR_β将第一预设条件对应的预设第二压力Fβ调整至Fβ×ΔR_β；

若钢管管坯的外部塑形深度超出预设最大深度，处理器判定以第一预设半径调整值ΔR_α将第二预设条件对应的第三预设半径R_γ调整至R_γ×ΔR_α；

其中，0＜ΔR_β＜1，0＜ΔR_α＜1。

利用对第一预设条件以及第二预设条件的对应参数进行调整的方式，在钢管生产受到环境影响时进行及时调整，在有效提升了无缝钢管生产合格率的同时，进一步提升了无缝钢管的生产精度。

其中，上述穿孔顶头包括用以将无缝钢管的进行穿孔的整个构件，其包含头部以及杆部。

以上述设备及方法对无缝钢管生产进行矫正的具体操作如下：

请参阅图1所示，在对钢管管坯进行穿管作业时，穿孔顶头向钢管管坯方向移动，并将钢管管坯中心钻出一个圆孔，此时，圆孔的直径由穿孔顶头运动的最大振幅确定，为保持其振幅在可控范围内，以使穿孔作业后圆孔直径符合钢管内径要求的标准范围，利用穿孔顶头末端设置的压力传感器对穿孔顶头的运动状态进行测量，以单次压力传感器测试为例：

以穿孔顶头的轴心投射在传感器对应平面上的点为中心，设定垂直于地面的正上方为0°，并顺时针标记各压力传感器；

请参阅图4所示，以上述标记方法，以顺时针标记压力传感器顺次为1，2，3，4，5，6；当进行测试时，若仅第1个压力传感器受到压力，则判定穿孔顶头的压力方向为向上，为0°；若第1个压力传感器与第2个压力传感器受到同样大小的压力，则判定穿孔顶头的压力方向为1与2之间，为30°；

同时根据其合力大小，判定穿孔顶头偏离轴心的方向，作为较好的实施方式，当穿孔顶头在周向最大振幅对应的峰值与撞针的距离最近时，控制撞针对其进行撞击，以对其振幅进行减弱。

当进行外部塑形时，因塑形温度较高，可能导致部分钢管管坯进入熔融状态，此时，钢管管坯的自由端会下垂，导致外部外部塑形塑形深度增加，此时，将钢管管坯的设定端通过举升台以适当幅度抬起，以对自由端下垂的现象进行弥补。

其中，举升台的动力为机械传动，以避免因高温导致的举升幅度无法控制。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无缝钢管生产用矫正设备，其特征在于，包括：

若干压力传感器，其分别设置在穿孔顶头的末端，且沿穿孔顶头的轴心周向均匀分布，用以实时测量穿孔顶头偏移轴心传递到末端的压力；

撞针，其以预设撞针距离沿所述穿孔顶头的周向设置，并位于所述穿孔顶头末端远离所述压力传感器的位置，用以在第一预设条件下对穿孔顶头进行撞击；

摄像头，其设置在钢管管坯远离所述穿孔顶头的一端前，并对准钢管管坯端部固定件的中心孔，用以观察穿孔顶头中心的位置；

举升台，其设置在钢管生产设备底部，用以在第二预设条件下对钢管生产设备进行提升；

处理器，其与各所述压力传感器、所述撞针、所述摄像头以及所述举升台相连，用以根据对所述穿孔顶头的运动状态的分析结果控制所述撞针撞击所述穿孔顶头以调整穿孔顶头的运动轨迹；

其中，所述第一预设条件为所述穿孔顶头沿轴心周向波动超出预设第一容许范围，所述第二预设条件为所述钢管管坯弯曲程度超出预设第二容许范围。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管生产用矫正设备，其特征在于，所述矫正设备中还设有支架，其上设有用以支撑所述举升台的支架墩；

所述穿孔顶头在进行穿管作业状态下沿其轴心转动，且随着穿孔顶头深入所述钢管管坯时，穿孔顶头末端周期性对各所述压力传感器施加压力；

所述撞针设置在所述穿孔顶头末端的上方且固定在所述支架上，并且所述撞针的运动由所述处理器控制，以在所述第一预设条件下，通过控制所述撞针运动对穿孔顶头的预设位置进行敲击，以改变穿孔顶头的运动轨迹。

3.根据权利要求2所述的无缝钢管生产用矫正设备，其特征在于，所述摄像头设置在所述端部固定件的一端，且，远离所述钢管管坯；所述穿孔顶头运动至钢管管坯的预设终点位置时，所述摄像头通过所述端部固定件中的通孔观察穿孔顶头的运动轴线位置并传输至所述处理器，处理器根据穿孔顶头的运动轴线位置与穿孔顶头的转速确定所述撞针的敲击位置以及敲击力度，以调整所述穿孔顶头的前端中心位置的运动轨迹，使其能够穿过所述端部固定件的通孔；

所述举升台设置在所述穿孔顶头的传送装置下部，用以在所述第二预设条件下，以所述处理器设定的外部塑形高度将所述传送装置进行提升；

其中，所述敲击位置与所述钢管的总长度成正比，所述外部塑形高度与所述传送装置的总长度成正比，所述前端中心位置为所述穿孔顶头远离所述端部固定件的一段对应的几何中心。

4.一种无缝钢管生产用矫正方法，其采用权利要求1-3任一权利要求所述无缝钢管生产用矫正设备，其特征在于，包括：

步骤S1，利用若干压力传感器收集穿管作业中穿孔顶头末端旋转运动传递至压力传感器接收端的压力，并传输至处理器；

步骤S2，所述处理器根据各所述压力传感器的压力值，对穿孔顶头轴心与其旋转运动方向轴心的偏离程度进行判定；

步骤S3，当所述穿孔顶头的运动达到第一预设条件时，所述处理器控制所述撞针对预设位置的穿孔顶头进行撞击，以破坏第一预设条件；

步骤S4，当所述穿孔顶头穿过所述端部固定件时，所述处理器根据摄像头拍摄到的穿孔顶头的运行轨迹调整所述撞针的动作，以使穿孔顶头通过端部固定件的通孔；

步骤S5，所述穿孔顶头带动钢管管坯进行外部塑形时，所述处理器根据钢管管坯的弧度进行判定，当达到所述第二预设条件时，所述处理器根据钢管管坯的外部塑形进度，控制所述举升台以预设举升速度抬升；

步骤S6，当所述钢管管坯完成所述外部塑形时，所述处理器根据完成外部塑形的钢管管坯的内径尺寸对所述第一预设条件以及第二预设条件进行调整。

5.根据权利要求4所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述处理器以第一预设周期连续监控各所述压力传感器受到的压力值，对于在第i个周期各压力传感器检测的各压力值，处理器将其中最大压力记为F_i，其与第i+1个周期中的最大压力F_i+1的差值为ΔF_i+1，设定，ΔF_i+1＝F_i-F_i+1，其中，i＝1，2，3，…，n，n＞3且n为整数，处理器中设有预设第一压力Fα以及预设第二压力Fβ，其中，0＜Fα＜Fβ，处理器将F_i与Fα以及Fβ进行比较，并在达到二次判定条件下根据ΔF_i+1的正负确定所述穿孔顶头的工作条件，

若F_i≤Fα，所述处理器判定所述穿孔顶头工作正常；

若Fα＜F_i≤Fβ，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将监控频率增加至第二预设周期；

若Fβ＜F_i，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心并判定达到所述二次判定条件，其中：

若ΔF_i+1＜0，所述处理器判定所述穿孔顶头运动出现偏心，同时处理器将所述监控频率调整至第二预设周期；

若ΔF_i+1≥0，所述处理器判定所述穿孔顶头达到所述第一预设条件；

并且，所述第一预设周期对应的时间间隔大于所述第二预设周期对应的时间间隔。

6.根据权利要求5所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S2中，当所述穿孔顶头进行转动时，其末端对各所述压力传感器顺次施加压力，所述处理器将各所述压力传感器受压的合力方向记为受压力方向，受压力方向沿所述末端几何中心对称的方向记为穿孔顶头的偏离方向。

7.根据权利要求6所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述处理器中设有对应穿孔顶头材质的预设波动位移距离，所述撞针的位置能够在穿孔顶头直线运动方向的预设波动位移距离内进行移动，并且，设置在穿孔顶头中心线的正上方，所述处理器控制撞针在对穿孔顶头进行撞击时，所述合力方向与撞针运动方向相同。

8.根据权利要求7所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当所述摄像头拍摄到所述穿孔顶头达到预设终点位置时，所述处理器根据所述摄像头拍摄到的所述穿孔顶头的最大运动半径，控制所述撞针对穿孔顶头进行撞击，以使穿孔顶头能够穿过端部固定件的通孔；所述处理器将所述第i个周期所述穿孔顶头的最大运动半径记为R_i，处理器中设有第一预设半径R_α以及第二预设半径R_β，其中，0＜R_α＜R_β，处理器将R_i与R_α以及R_β进行比较，以确定撞针的撞击力度，

若R_i≤R_α，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动处于预设误差范围，并控制所述撞针静止；

若R_α＜R_i≤R_β，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动处于预设第一容许范围，并控制所述撞针以预设调整力度对穿孔顶头进行撞击；

若R_β＜R_i，所述处理器判定所述穿孔顶头的位移波动超出预设第一容许范围，同时，处理器控制所述穿孔顶头逐渐降低旋转速度并控制所述撞针以预设调整力度，以第三预设周期对穿孔顶头进行敲击；

其中，R_α＜RB，RB为所述端部固定件通孔半径，所述预设第一容许范围为所述穿孔顶头的运动范围处于小于钢管内径的对应范围，所述预设调整力度以及所述第三预设周期与所述穿孔顶头的材料刚度有关，所述预设误差范围为所述穿孔顶头在进行旋转时产生的自然位移对应的范围。

9.根据权利要求8所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述处理器根据所述摄像头拍摄到的钢管管坯的最大外径确定所述钢管管坯外部塑形的举升位置，摄像头以第四预设周期对所述最大外径进行检测，设定第j个第四预设周期中对应的钢管管坯外半径为Rj，处理器中设有第三预设半径R_γ以及第四预设半径R_δ，其中，0＜R_γ＜R_δ，所述处理器将Rj与R_γ以及R_δ进行比较，以确定所述钢管管坯外部塑形的状态，

若Rj≤R_γ，所述处理器判定所述钢管管坯未达到所述第二预设条件，同时，处理器控制所述举升台将所述钢管管坯的设定端调整至第一预设举升位置；

若R_γ＜Rj≤R_δ，所述处理器判定所述钢管管坯达到所述第二预设条件，同时，处理器控制所述举升台以预设举升速度将所述设定端从所述第一预设举升位置调整至第二预设举升位置；

若R_δ＜Rj，所述处理器判定所述钢管管坯处于熔融状态，同时，处理器判断外观塑形温度超过预设温度容许范围，并提示调低温度；

其中，j＝1，2，3，…，m，m＞3且m为正整数，所述第四预设周期与所述外观塑形的速度有关，所述第一预设举升位置为所述钢管管坯的中心线处于水平面上对应的位置，所述第二预设举升位置为所述钢管管坯的中心线与水平面成预设外观塑形夹角的对应位置，所述预设外观塑形夹角与所述钢管管坯的熔点有关，所述设定端为所述钢管管坯两端中的靠近所述穿孔顶头的一端。

10.根据权利要求9所述的无缝钢管生产用矫正方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述处理器中设有预设最大深度以及预设最大内径，

若所述钢管管坯的内径超出所述预设最大内径，所述处理器判定以第二预设半径调整值ΔR_β将所述第一预设条件对应的所述预设第二压力Fβ调整至Fβ×ΔR_β；

若所述钢管管坯的外部塑形深度超出预设最大深度，所述处理器判定以第一预设半径调整值ΔR_α将所述第二预设条件对应的所述第三预设半径R_γ调整至R_γ×ΔR_α；

其中，0＜ΔR_β＜1，0＜ΔR_α＜1。

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