CN116642829A - 一种钢管端面检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管材加工技术领域，公开了一种钢管端面检测装置及方法，其中装置包括：电机辊道，用于输送钢管；测量模块，位于电机辊道一侧，用于测量钢管的管径；辅助光源，位于钢管轴线一侧，用于照射钢管端面，生成漫反射面；打磨模块，设置有浮动磨头，浮动磨头用于对钢管进行打磨；分析模块，设置在电机辊道的一侧，用于对钢管的化学元素成分及含量进行检测；视觉模块，位于钢管轴线一侧。本发明通过使用视觉模块，其内部的视觉组件可以拍摄钢管漫反射面，然后对图片进行分析，进而得到钢管的粗糙度，然后装置可以根据粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，该装置提供了钢管产线中的打磨工位对应的装置及流程，自动化程度高，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于管材加工技术领域，特别涉及一种钢管端面检测装置及方法。
背景技术
在冶金行业钢管生产作业中，对于辊道上的钢管进行元素成分检测鉴定，是生产企业对判断钢管品质是否合格的重要依据，是生产作业的必要工序。目前生产企业对于钢管的检测鉴定，是采用传统的人工从钢管上切割取样，送交化验室进行化验鉴定，这种检验鉴定方法具有周期长、效率低等特点，无法适应工业生产需求。
发明内容
为了解决背景技术中至少一个问题，本发明提出一种钢管端面检测装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钢管端面检测装置，包括：
电机辊道，用于输送钢管；
测量模块，位于所述电机辊道一侧，用于测量钢管的管径；
辅助光源，位于钢管轴线一侧，用于照射钢管端面，生成漫反射面；
打磨模块，设置有浮动磨头，所述浮动磨头用于对钢管进行打磨；
分析模块，设置在电机辊道的一侧，用于对钢管的化学元素成分及含量进行检测；
视觉模块，位于钢管轴线一侧，与所述辅助光源对称设置，内部设置有视觉组件，所述视觉组件拍摄钢管的漫反射面，进而表征漫反射面的粗糙度。
优选地，所述测量模块包括测量探头、立柱和条形光源；
所述立柱位于电机辊道一侧，包括相互垂直的竖直段和水平段；
所述竖直段一端固定与地面，另一端与水平段固定连接；
所述水平段远离竖直段一端用于安装测量探头，所述测量探头位于钢管正上方，用于测量距离钢管的距离；
所述条形光源安装在竖直段，且与钢管的轴线等高，用于对钢管补光。
优选地，所述视觉模块还包括调整支架，所述调整支架用于安装所述视觉组件，调整所述视觉组件的拍摄角度。
优选地，所述视觉组件包括视觉相机，所述视觉相机用于拍摄钢管端部的漫反射面，进而表征漫反射面的粗糙度。
优选地，所述打磨模块还设置有机器人，所述机器人位于钢管一侧，用于夹持所述浮动磨头，调节所述浮动磨头的空间坐标。
优选地，钢管端面检测装置还包括挡板底座，所述挡板底座安装在钢管的前进方向，用于在钢管轴向挡住钢管。
优选地，所述分析模块包括减震底座和检测分析设备，所述减震底座固定在地面，所述检测分析设备安装在减震底座上，用于对钢管的化学元素成分及含量进行检测。
优选地，钢管端面检测装置还包括上控制箱和下控制箱，所述上控制箱与下控制箱电连接；
所述下控制箱与打磨模块中的机器人和浮动磨头电连接；
所述上控制箱还与测量模块中的测量探头、条形光源电连接；
所述上控制箱还与辅助光源电连接；
所述上控制箱还与分析模块中的检测分析设备电连接；
所述上控制箱还与视觉组件电连接。
一种钢管端面检测方法，用于上述的钢管端面检测装置，包括以下步骤：
通过电机辊道输送钢管；
通过测量模块测量钢管的管径；
通过辅助光源在钢管端部生成漫反射面；
通过视觉模块检测钢管的漫反射面表征的粗糙度；
基于所述表征的粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，直至所述粗糙度合格；
通过分析模块检测钢管的化学元素机含量。
优选地，通过测量模块测量钢管的管径，包括以下步骤：
通过测量模块中的测量探头从电机辊道正上方发射测量激光C，获取测量探头距离电机辊道的距离，记为L1；
通过测量模块中的测量探头从钢管正上方发射测量激光C，获取测量探头距离钢管的距离，记为L2；
通过L1减去L2获得钢管的管径。
优选地，通过视觉模块检测钢管的漫反射面的粗糙度，包括以下步骤：
在相同光源亮度的情况下，对端面粗糙度达到目标值的钢管的漫反射面拍照，照片存底作为对比样片；
保持光源亮度情况不变，对待测的钢管端部的漫反射面进行拍照，得到实际照片；
通过对比样片和实际照片的明暗区域表征粗糙度。
优选地，基于所述表征的粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，直至所述粗糙度满足目标值，包括以下步骤：
将对比样片与实际样片进行相同区域亮度对比，若实际照片亮度等于或高于对比样片的漫反射面区域，表示粗糙度合格，反之表示不合格；
若粗糙度不合格，则通过打磨模块中的浮动磨头对钢管进行打磨；
若粗糙度合格，则不进行打磨。
本发明的有益效果：
1、本发明通过使用视觉模块，其内部的视觉组件可以拍摄钢管漫反射面，然后对图片进行分析，进而得到钢管的粗糙度，然后装置可以根据粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，该装置提供了钢管产线中的打磨工位对应的装置及流程，自动化程度高，提高了生产效率；
2、本发明能根据管径和钢管停止位置自动调整机器人打磨轨迹，对钢管端面自动打磨；
3、本发明辅助光源能补充自然光或红外光，对钢管端面映像进行拍照摄像，计算钢管端面的停止距离。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的一种钢管端面检测装置的结构示意图；
图中：1、电机辊道；2、测量模块；201、测量探头；202、立柱；203、条形光源；3、打磨模块；301、机器人；302、浮动磨头；4、辅助光源；5、上控制箱；6、下控制箱；7、分析模块；701、减震底座；702、检测分析设备；8、挡板底座；9、视觉模块；901、视觉组件；902、调整支架。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种钢管端面检测装置，该装置安装在工业现场辊道端头，如图1所示，包括电机辊道1、测量模块2、打磨模块3、辅助光源4、上控制箱5、下控制箱6、分析模块7、挡板底座8和视觉模块9，下面对上述各部件进行说明，具体如下：
如图1所示，电机辊道1分为电机和辊道两个部分，其中辊道设置有若干个，每个辊道都跟电机的输出轴连接，从而通过电机带动辊道转动，而且从图1中可以得知，电机辊道1下侧设置了支撑架。当电机启动后，将钢管（图1中记为A）放置在辊道上，钢管A随着管道的转动往前移动（图1中从右往左移动）。
如图1所示，测量模块2位于电机辊道1一侧，用于测量钢管A的管径；具体地，测量模块2包括测量探头201、立柱202和条形光源203；其中立柱202位于电机辊道1一侧，包括相互垂直的竖直段和水平段，呈L形，而且竖直段一端固定与地面，另一端与水平段固定连接，水平段远离竖直段一端用来安装测量探头201，测量探头201位于钢管A正上方，用于测量距离钢管A的距离。条形光源203安装在竖直段，其高度与钢管A的轴线等高，用于给钢管A的背景补光，降低自然光对拍照测量的影响。
如图1所示，辅助光源4位于钢管A轴线一侧，用于照射钢管A端面（端面呈环状），生成漫反射面；具体地，辅助光源4可为自然光光源，也可为红外光源，和视觉模块9相对于钢管A的轴线进行对称安装，辅助光源4发射自然光或红外光对钢管A的端面进行照射，光线经漫反射后，形成漫反射面，视觉模块9接收漫反射面的反射光进行拍照摄像。
如图1所示，打磨模块3设置有机器人301和浮动磨头302，浮动磨头302可以对钢管A进行打磨，机器人301可以夹持浮动磨头302，调节浮动磨头302的空间坐标；具体地，机器人301安装于电机辊道1的一侧，前端机械臂可以夹持浮动磨头302，根据下控制箱6的程序指令，对不同规格的钢管A端面进行打磨。浮动磨头302采用电机砂轮片机构，内部通压缩空气进行减震，防止砂轮片打磨时硬碰撞损坏。
如图1所示，分析模块7，设置在电机辊道1的一侧，用于对钢管A的化学元素成分及含量进行检测；具体地，分析模块7包括减震底座701和检测分析设备702，减震底座701固定在地面，检测分析设备702安装在减震底座701上，用于对钢管A的化学元素成分及含量进行检测。
需要说明的是，检测分析设备702为检测分析仪，设置于电机辊道1的尽头，挡板底座8的后方（图1中左侧），检测分析设备702能发出检测激光B对钢管A的端面进行检测分析，得出钢管A中的化学元素成分和含量；另外，检测分析设备702能根据测量的钢管管径和钢管停止距离，调整检查激光B上下运动和左右运动，使焦距落在钢管A的端面上。
需要进一步说明的是，减震底座701下端与地面固定，上端与检测分析设备702连接，用于消除现场震动对本发明装置的影响。
如图1所示，挡板底座8采用钢板焊接的底座，上端装液压缓冲器，安装在钢管A的前进方向（图1中从右往左移动的方向），用于在钢管A轴向挡住钢管A，防止电机辊道1出错，钢管A冲出电机辊道1，发生安全事故。
如图1所示，视觉模块9位于钢管A轴线一侧，与辅助光源4对称设置，内部设置有视觉组件901，视觉组件901拍摄钢管A的漫反射面，进而计算漫反射面的粗糙度。另外视觉模块9还包括调整支架902，调整支架902用于安装视觉组件901，调整视觉组件901的拍摄角度。
需要说明的是，视觉组件901内部有相机，通过自动视觉感知钢管A的到达，对钢管A的端面进行拍照摄像，判断出钢管A的端面是否洁净，确定是否需要打磨。同时，根据钢管A的端面反射光映像，计算出钢管A停止后，端面的距离。而调整支架902用于将视觉组件901固定在检测分析设备702的侧面上，可俯仰和水平调整视觉组件901的角度，使得视觉组件901对准钢管A的端面，接收到辅助光源4的反射光。
上控制箱5分别与电机辊道1、测量探头201、条形光源203、辅助光源4、下控制箱6、检测分析设备702、视觉组件901电连接，下控制箱6与打磨模块3中的机器人301和浮动磨头302电连接，控制本发明装置的工作时序。
一种钢管A端面检测方法，用于上述的钢管端面检测装置，包括以下步骤：
S1：通过电机辊道1输送钢管A；
S2：通过测量模块2测量钢管A的管径；
S201：通过测量模块2中的测量探头201从电机辊道1正上方发射测量激光C，获取测量探头201距离电机辊道1的距离，记为L1；
S202：通过测量模块2中的测量探头201从钢管A正上方发射测量激光C，获取测量探头201距离钢管A的距离，记为L2；
S203：通过L1减去L2获得钢管A的管径。
S3：通过辅助光源4在钢管A端部生成漫反射面；
S4：通过视觉模块9检测钢管A的漫反射面表征的粗糙度；
S401:在相同光源亮度的情况下，对端面粗糙度达到目标值的钢管的漫反射面拍照，照片存底作为对比样片；
S402：保持光源亮度情况不变，对待测的钢管端部的漫反射面进行拍照，得到实际照片；
S403：通过对比样片和实际照片的明暗区域表征粗糙度。
S5：基于表征的粗糙度判断是否需要对钢管A进行打磨，直至粗糙度合格；
S501：将对比样片与实际样片进行相同区域亮度对比，若实际照片亮度等于或高于对比样片的漫反射面区域，表示粗糙度合格，反之表示不合格；
S502：若粗糙度不合格，则通过打磨模块3中的浮动磨头302对钢管进行打磨；
若粗糙度合格，则不进行打磨。
S6：通过分析模块7检测钢管A的化学元素机含量。
下面结合步骤S1~S6以及上控制箱5和下控制箱6对本发明的装置的工作流程做进一步说明，具体如下：
电机辊道1正常工作，将钢管A从右向左（图1中方向）运送，当钢管A到达电机辊道1的尽头时停止。此时，本发明装置视觉组件901也视觉感知到钢管A到达了指定检测位置。
上控制箱5发出指令，条形光源203和辅助光源4开启，视觉组件901对钢管A端面进行拍照摄像，判断钢管A的端面粗糙度是否符合检测要求，如果不符合检测要求，则需要进行打磨；如果符合检测要求，则不需要进行打磨。同时根据拍照结果计算出钢管A的停止距离，将数据信号发送给上控制箱5。
另一边测量探头201发射测量激光C对钢管A的上表面高度进行测量，计算出钢管的直径，将数据发送给上控制箱5。
情况一：如果视觉组件901判断钢管A端面粗糙度不符合检测要求，则上控制箱5收到数据信号后，分别向下控制箱6和检测分析设备702发出指令，下控制箱6接收到指令，根据钢管A的直径，钢管A的端面前后距离,切换到事先编辑好的轨迹运行程序，向机器人301和浮动磨头302发出打磨指令，机器人301和浮动磨头302开始运行，对钢管A端面进行打磨。打磨完成后，上控制箱5指令视觉组件901再次对钢管A端面粗糙度进行检查，直至符合检测要求，上控制箱5指令条形光源203和辅助光源4关闭。
另一边检测分析设备702接收到指令，根据钢管A的直径参数和钢管A端面的前后距离，上下和左右调整检测激光B的位置，使得检测激光B的焦点落在钢管A的端面上。
等待上控制箱5发出检测指令，检测分析设备702发射检测激光B，对钢管A的端面化学元素成分、含量进行检测，将数据发送给上控制箱5，上控制箱5接收到化学元素成分、含量的数据后，发出检测完成指令。检测分析设备702收到信号停止检测，电机辊道1收到信号，启动将钢管A运送到下一个工段。
情况二：当视觉组件901判断钢管A端面粗糙度符合检测要求，则本发明装置直接跳过打磨环节，上控制箱5发出指令，指挥检测分析设备702上下和左右调整检测激光B的位置，使得焦点落在钢管A的端面上，然后发出检测激光B对钢管A的端面化学元素成分、含量进行检测。
尽管参照前述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精神和范围。
Claims (12)
1.一种钢管端面检测装置，其特征在于，包括：
电机辊道（1），用于输送钢管；
测量模块（2），位于所述电机辊道（1）一侧，用于测量钢管的管径；
辅助光源（4），位于钢管轴线一侧，用于照射钢管端面，生成漫反射面；
打磨模块（3），设置有浮动磨头（302），所述浮动磨头（302）用于对钢管进行打磨；
分析模块（7），设置在电机辊道（1）的一侧，用于对钢管的化学元素成分及含量进行检测；
视觉模块（9），位于钢管轴线一侧，与所述辅助光源（4）对称设置，内部设置有视觉组件（901），所述视觉组件（901）拍摄钢管的漫反射面，进而表征漫反射面的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，所述测量模块（2）包括测量探头（201）、立柱（202）和条形光源（203）；
所述立柱（202）位于电机辊道（1）一侧，包括相互垂直的竖直段和水平段；
所述竖直段一端固定与地面，另一端与水平段固定连接；
所述水平段远离竖直段一端用于安装测量探头（201），所述测量探头（201）位于钢管正上方，用于测量距离钢管的距离；
所述条形光源（203）安装在竖直段，且与钢管的轴线等高，用于对钢管补光。
3.根据权利要求1所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，所述视觉模块（9）还包括调整支架（902），所述调整支架（902）用于安装所述视觉组件（901），调整所述视觉组件（901）的拍摄角度。
4.根据权利要求1所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，所述视觉组件（901）包括视觉相机，所述视觉相机用于拍摄钢管端部的漫反射面，进而表征漫反射面的粗糙度。
5.根据权利要求2所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，所述打磨模块（3）还设置有机器人（301），所述机器人（301）位于钢管一侧，用于夹持所述浮动磨头（302），调节所述浮动磨头（302）的空间坐标。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，还包括挡板底座（8），所述挡板底座（8）安装在钢管的前进方向，用于在钢管轴向挡住钢管。
7.根据权利要求6所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，所述分析模块（7）包括减震底座（701）和检测分析设备（702），所述减震底座（701）固定在地面，所述检测分析设备（702）安装在减震底座（701）上，用于对钢管的化学元素成分及含量进行检测。
8.根据权利要求7所述的一种钢管端面检测装置，其特征在于，还包括上控制箱（5）和下控制箱（6），所述上控制箱（5）与下控制箱（6）电连接；
所述下控制箱（6）与打磨模块（3）中的机器人（301）和浮动磨头（302）电连接；
所述上控制箱（5）还与测量模块（2）中的测量探头（201）、条形光源（203）电连接；
所述上控制箱（5）还与辅助光源（4）电连接；
所述上控制箱（5）还与分析模块（7）中的检测分析设备（702）电连接；
所述上控制箱（5）还与视觉组件（901）电连接。
9.一种钢管端面检测方法，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的钢管端面检测装置，包括以下步骤：
通过电机辊道（1）输送钢管；
通过测量模块（2）测量钢管的管径；
通过辅助光源（4）在钢管端部生成漫反射面；
通过视觉模块（9）检测钢管的漫反射面表征的粗糙度；
基于所述表征的粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，直至所述粗糙度合格；
通过分析模块（7）检测钢管的化学元素机含量。
10.根据权利要求9所述的一种钢管端面检测方法，其特征在于，通过测量模块（2）测量钢管的管径，包括以下步骤：
通过测量模块（2）中的测量探头（201）从电机辊道（1）正上方发射测量激光C，获取测量探头（201）距离电机辊道（1）的距离，记为L1；
通过测量模块（2）中的测量探头（201）从钢管正上方发射测量激光C，获取测量探头（201）距离钢管的距离，记为L2；
通过L1减去L2获得钢管的管径。
11.根据权利要求9所述的一种钢管端面检测方法，其特征在于，通过视觉模块（9）检测钢管的漫反射面的粗糙度，包括以下步骤：
在相同光源亮度的情况下，对端面粗糙度达到目标值的钢管的漫反射面拍照，照片存底作为对比样片；
保持光源亮度情况不变，对待测的钢管端部的漫反射面进行拍照，得到实际照片；
通过对比样片和实际照片的明暗区域表征粗糙度。
12.根据权利要求9所述的一种钢管端面检测方法，其特征在于，基于所述表征的粗糙度判断是否需要对钢管进行打磨，直至所述粗糙度满足目标值，包括以下步骤：
将对比样片与实际样片进行相同区域亮度对比，若实际照片亮度等于或高于对比样片的漫反射面区域，表示粗糙度合格，反之表示不合格；
若粗糙度不合格，则通过打磨模块（3）中的浮动磨头（302）对钢管进行打磨；
若粗糙度合格，则不进行打磨。
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