CN116851932B - 一种基于光栅的钢板长度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及测量装置技术领域，公开了一种基于光栅的钢板长度测量系统，包括多组测量光栅、编码器、PLC控制器、客户端以及用于传输钢板的输送机；所述测量光栅通过以太网与所述PLC控制器相连，且所述测量光栅用于对所述输送机上输送的钢板进行长度测量；所述编码器与所述PLC控制器相连，所述编码器向所述PLC控制器发送高速脉冲信号，并反馈所述输送机的输送距离；所述PLC控制器与所述客户端通过以太网相连，所述PLC控制器向所述客户端反馈钢板尺寸。本申请的一种基于光栅的钢板长度测量系统，可实现大尺寸和高精度的测量性能，并且可根据客户的具体精度要求和最大钢板尺寸，选用不同分辨率和不同尺寸的测量型光栅，做到成本最优化。
Description
技术领域
本申请涉及测量装置技术领域，具体是一种基于光栅的钢板长度测量系统。
背景技术
钢板定长裁切系统在钢铁行业应用非常广泛，不仅可以提高生产效率，还可以有效降低浪费率和人工成本，提高产品质量和客户满意度。常见的钢板定长裁切系统中，钢板长度测量系统是其中的核心部分，直接决定了其整体的精度指标和稳定性。目前行业内通常采用的测量方法有：
1.通过激光测距仪进行检测，这是一种直接式测量技术，被测物需要有一个稳定的检测点，且测量精度容易受到光照、场景等物理条件的影响；
2.通过编码器进行检测，这是一种间接式测量技术，通过检测输送线的表面位移或滚筒旋转角度，间接检测钢板的长度，但会因为钢板与输送线之间出现的打滑，精度大幅度降低，稳定性较差。
因此，亟需一种高精度且不受钢板长度影响的测量系统，来满足客户日益增长的需求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于光栅的钢板长度测量系统，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：
一种基于光栅的钢板长度测量系统，包括多组测量光栅、编码器、PLC控制器、客户端以及用于传输钢板的输送机；
所述测量光栅通过以太网与所述PLC控制器相连，且所述测量光栅用于对所述输送机上输送的钢板进行长度测量；
所述编码器与所述PLC控制器相连，所述编码器向所述PLC控制器发送高速脉冲信号，并反馈所述输送机的输送距离；
所述PLC控制器与所述客户端通过以太网相连，所述PLC控制器向所述客户端反馈钢板尺寸。
在一种实施方式中，多组所述测量光栅沿着所述输送机的输送方向依次设置。
在一种实施方式中，所述测量光栅包括电连接的硬件测量头和软件控制器，所述软件控制器与所述PLC控制器相连，所述测量光栅的硬件测量头相互拼接，且相邻两个所述测量光栅的硬件测量头之间设置有重合部分。
在一种实施方式中，所述硬件测量头包括设置于所述输送机的输送滚筒下方的发射端和设置于所述输送机的输送滚筒上方的接收端；所述输送机上相邻两个所述输送滚筒之间间隔设置。
在一种实施方式中，该种基于光栅的钢板长度测量系统的工作方法包括以下步骤：
步骤S1：设定所需钢板的长度规格；
步骤S2：调整所述输送机的输送速度，将钢板放置于所述输送机的输送滚筒上进行输送；
步骤S3：编码器粗略测量系统运行；
步骤S4：获取粗略测量结果，判断所述输送机的输送距离是否满足钢板所需粗略长度要求，是则进行下一步，否则返回所述步骤S2；
步骤S5：停止钢板的输送；
步骤S6：光栅精确测量系统运行；
步骤S7：获取精确测量结果，判断钢板是否满足长度需求，是则进行下一步，否则激光切割机位置偏移后重复本步骤；
步骤S8：激光切割机对钢板进行裁切；
步骤S9：所述输送机将切割后的钢板输送出料；
步骤10：判断是否完成测量任务，是则结束，否则返回步骤S1。
在一种实施方式中，在所述步骤S4中，所述的获取粗略测量结果具体包括：所述PLC控制器接收所述编码器粗略测量系统发送的高速脉冲信号，控制所述测量光栅对钢板进行测量。
在一种实施方式中，在所述步骤S7中，所述的获取精确测量结果具体包括：所述PLC控制器接收所述光栅精确测量系统发送的高速脉冲信号，控制所述测量光栅对钢板进行测量。
在一种实施方式中，所述步骤S1中还包括对所有的所述测量光栅进行通讯诊断。
在一种实施方式中，在所述步骤S4和所述步骤S7中，所述的获取精确测量结果通过对每个所述测量光栅分别计算得到相应的结果。
在一种实施方式中，所述测量光栅与所述PLC控制器通过Profinet协议组网。
有益效果：本申请的一种基于光栅的钢板长度测量系统，可实现大尺寸和高精度的测量性能，并且可根据客户的具体精度要求和最大钢板尺寸，选用不同分辨率和不同尺寸的测量型光栅，做到成本最优化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请实施例中基于光栅的钢板长度测量系统的结构框图；
图2为本申请实施例中基于光栅的钢板长度测量系统工作方法的工艺流程图。
附图标记：1、测量光栅；2、编码器；3、PLC控制器；4、客户端；5、输送机。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语、“上”、“下”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公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语“1#”、“2#”、“3#”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
参考图1所示的一种基于光栅的钢板长度测量系统，包括多组测量光栅1、编码器2、PLC控制器3、客户端4以及用于传输钢板的输送机5。
具体的，测量光栅1通过以太网与PLC控制器3相连，且测量光栅1用于对输送机5上输送的钢板进行长度测量。
具体的，编码器2与PLC控制器3相连，编码器2向PLC控制器3发送高速脉冲信号，并反馈输送机5的输送距离。
具体的，PLC控制器3与客户端4通过以太网相连，PLC控制器3向客户端4反馈钢板尺寸。
在本实施例中，以3组测量光栅1为例作为一种具体实施方式进行公开，并将每组测量光栅1依次定义为1#光栅、2#光栅、3#光栅，其中，每组测量光栅1选用SICKMLG-2Webchecker测量型光栅，其基础结构包括光栅电源电缆、通讯/信号电缆等。3组测量光栅1沿着输送机5的输送方向依次设置。具体来说，测量光栅1除了包含上述的基础结构外，还包括电连接的硬件测量头和软件控制器，软件控制器与PLC控制器3相连，测量光栅1的硬件测量头相互拼接，且相邻两个测量光栅1的硬件测量头之间设置有重合部分，以保证系统整体测量到的长度数据连续性。硬件测量头包括设置于输送机5的输送滚筒下方的发射端和设置于输送机5的输送滚筒上方的接收端；输送机5上相邻两个输送滚筒之间间隔设置，避免输送滚筒遮挡测量光栅1的光束。进一步地，每各测量光栅1与PLC控制器3之间使用Profinet协议组网。更为细化的是，本实施例中的测量光栅1选用了整个测量区域宽度为2395mm、准确度为±0.3mm、分辨率为0.1mm、重复精度为6μm的型号，并且，测量光栅1的发射端与接收端距离输送滚筒表面的安装距离严格遵守手册中的指导参数。
在本实施例的一种可行的实施方式中，如图2所示，本申请的基于光栅的钢板长度测量系统的工作方法包括以下步骤：
步骤S1：设定所需钢板的长度规格；
步骤S2：调整输送机5的输送速度，将钢板放置于输送机5的输送滚筒上进行输送；
步骤S3：编码器粗略测量系统运行；
步骤S4：获取粗略测量结果，判断输送机5的输送距离是否满足钢板所需粗略长度要求，是则进行下一步，否则返回步骤S2；
步骤S5：停止钢板的输送；
步骤S6：光栅精确测量系统运行；
步骤S7：获取精确测量结果，判断钢板是否满足长度需求，是则进行下一步，否则激光切割机位置偏移后重复本步骤；
步骤S8：激光切割机对钢板进行裁切；
步骤S9：输送机5将切割后的钢板输送出料；
步骤10：判断是否完成测量任务，是则结束，否则返回步骤S1。
进一步地，在步骤S4中，获取粗略测量结果具体包括：PLC控制器3接收编码器粗略测量系统发送的高速脉冲信号，控制测量光栅1对钢板进行测量。在步骤S7中，获取精确测量结果具体包括：PLC控制器3接收光栅精确测量系统发送的高速脉冲信号，控制测量光栅1对钢板进行测量。且，在步骤S4和步骤S7中，获取精确测量结果通过对每个测量光栅1分别计算得到相应的结果，放弃采用3组长度拼接计算的方法，从而可以降低累计测量误差。
进一步地，步骤S1中还包括对所有的测量光栅1进行通讯诊断，避免因通讯异常导致测量数据错误，造成产品报废。
具体来说，3组测量光栅1当前测量区域内钢板状态，根据有被检测物、无被检测物和满量程3种测量状态进行区分，按照测量光栅1的硬件测量头拼接顺序和钢板行进方向，3组光栅正常情况下会被钢板按照1#光栅--2#光栅--3#光栅依次触发，如有例外，可能是由于现场灰尘污染或异物误触发导致。根据有被检测物、无被检测物和满量程3种测量状态判断当前钢板头部所处位置，启用对应光栅的偏移数据。
进一步地，光栅的偏移数据计算方法具体包括：
制作3块标准长度的标定钢板，分别定义为1#标准钢板、2#标准钢板和3#标准钢板，其中，1#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至1#光栅测量区域尾部之间的间距，2#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至2#光栅测量区域尾部之间的间距，3#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至3#光栅测量区域尾部之间的间距。根据计算公式：长度偏移值＝钢板总长度-光栅测量值，分别反向推算出3组测量光栅1距离激光切割机伺服原点的偏移长度，再将3组偏移值放到程序中用于正式生产时计算的钢板长度。
可行的是，测量系统的PLC控制器3均可以与上位的PLC做PNIO智能设备通信，从而完成状态信号和测量数据的交互。
基于上述，本实施例记载的基于光栅的钢板长度测量系统，使用标准长度钢板进行反向标定，引入了“长度偏移值”这个参数，使得传统方案中“绝对长度的测量精度”转化为“相对长度的重复精度”，整体的测量精度理论值为±0.1mm。并且主控制器使用的是PLC，市面上可选择的品牌很多，交互接口更丰富，系统整体柔性度更高。
综上，本申请的基于光栅的钢板长度测量系统，可实现大尺寸和高精度的测量性能，并且可根据客户的具体精度要求和最大钢板尺寸，选用不同分辨率和不同尺寸的测量型光栅，做到成本最优化。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多组指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应说明的是：以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，包括多组测量光栅（1）、编码器（2）、PLC控制器（3）、客户端（4）以及用于传输钢板的输送机（5）；
所述测量光栅（1）通过以太网与所述PLC控制器（3）相连，且所述测量光栅（1）用于对所述输送机（5）上输送的钢板进行长度测量；
所述编码器（2）与所述PLC控制器（3）相连，所述编码器（2）向所述PLC控制器（3）发送高速脉冲信号，并反馈所述输送机（5）的输送距离；
所述PLC控制器（3）与所述客户端（4）通过以太网相连，所述PLC控制器（3）向所述客户端（4）反馈钢板尺寸；
所述测量光栅（1）包括电连接的硬件测量头和软件控制器，所述软件控制器与所述PLC控制器（3）相连，所述测量光栅（1）的硬件测量头相互拼接，且相邻两个所述测量光栅（1）的硬件测量头之间设置有重合部分；
该种基于光栅的钢板长度测量系统的工作方法包括以下步骤：
步骤S1：设定所需钢板的长度规格；
步骤S2：调整所述输送机（5）的输送速度，将钢板放置于所述输送机（5）的输送滚筒上进行输送；
步骤S3：编码器粗略测量系统运行；
步骤S4：获取粗略测量结果，判断所述输送机（5）的输送距离是否满足钢板所需粗略长度要求，是则进行下一步，否则返回所述步骤S2；
步骤S5：停止钢板的输送；
步骤S6：光栅精确测量系统运行；
步骤S7：获取精确测量结果，判断钢板是否满足长度需求，是则进行下一步，否则激光切割机位置偏移后重复本步骤；
步骤S8：激光切割机对钢板进行裁切；
步骤S9：所述输送机（5）将切割后的钢板输送出料；
步骤10：判断是否完成测量任务，是则结束，否则返回步骤S1；
该种基于光栅的钢板长度测量系统的工作方法还包括以下步骤：根据有被检测物、无被检测物和满量程3种测量状态判断当前钢板头部所处位置，启用对应光栅的偏移数据；光栅的偏移数据计算方法具体包括：制作3块标准长度的标定钢板，分别定义为1#标准钢板、2#标准钢板和3#标准钢板，其中，1#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至1#光栅测量区域尾部之间的间距，2#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至2#光栅测量区域尾部之间的间距，3#标准钢板的长度对应为激光切割机伺服原点至3#光栅测量区域尾部之间的间距；根据计算公式：长度偏移值=钢板总长度-光栅测量值，分别反向推算出3组测量光栅1距离激光切割机伺服原点的偏移长度，再将3组偏移值放到程序中用于正式生产时计算的钢板长度。
2.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，多组所述测量光栅（1）沿着所述输送机（5）的输送方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，所述硬件测量头包括设置于所述输送机（5）的输送滚筒下方的发射端和设置于所述输送机（5）的输送滚筒上方的接收端；所述输送机（5）上相邻两个所述输送滚筒之间间隔设置。
4.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，在所述步骤S4中，所述的获取粗略测量结果具体包括：所述PLC控制器（3）接收所述编码器粗略测量系统发送的高速脉冲信号，控制所述测量光栅（1）对钢板进行测量。
5.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，在所述步骤S7中，所述的获取精确测量结果具体包括：所述PLC控制器（3）接收所述光栅精确测量系统发送的高速脉冲信号，控制所述测量光栅（1）对钢板进行测量。
6.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，所述步骤S1中还包括对所有的所述测量光栅（1）进行通讯诊断。
7.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，在所述步骤S4和所述步骤S7中，所述的获取精确测量结果通过对每个所述测量光栅（1）分别计算得到相应的结果。
8.根据权利要求1所述的基于光栅的钢板长度测量系统，其特征在于，所述测量光栅（1）与所述PLC控制器（3）通过Profinet协议组网。
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