CN201455005U - 一种钢管测长系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢管测长系统，该系统包括设置在一条直线上的多个输送辊、至少一个测量辊和分别设置于系统两侧的第一光栅和第二光栅；其中，所述输送辊包括底座和固连于底座的支架，在支架上设置有由电机驱动的转动轴，转动轴上设有包胶的钢辊；所述测量辊包括一个编码器；还包括一个控制系统，该控制系统连接第一光栅、第二光栅和编码器。本实用新型中通过使用旋转编码器和测量辊，大大提高了测量精度，还由于完成同样功能所需要的工位数的减少，这样一方面可以大大降低系统成本，另一方面，也可以提高系统对不同规格钢管的适应能力。

Description

一种钢管测长系统

技术领域

本发明主要涉及的技术领域包括：自动化控制、机械输送和油井管加工。这种新型的钢管测长与称重方法及其机电一体装置，可以应用于油井管生产和加工的各种生产线，也可以应用于与钢管类似(长度较长、横截面为圆形)的产品的生产过程中，用于实现产品的测长和称重。

背景技术

现有钢管测长和称重系统的结构详见附图1。整个系统一般包括如下工位：

取料工位：由上料台架构成，用于钢管待料，通过步进梁实现钢管从取料工位至对齐工位的运送。

对齐工位：包括输送辊道和对齐挡板，用于钢管的自动对齐。动作过程为：输送辊道正转，带动钢管向对齐挡板方向移动，当接近对齐挡板时，对齐停止传感器检测到信号，停止输送辊旋转，钢管依靠惯性向前移动到挡板后停止，实现了钢管端面的对齐。

测长工位：包括测长汽缸(或油缸，内置位移传感器)、钢管支架和六对测长光栅(根据被测钢管的最短长度，从距离测长汽缸原始位置开始的7米或更近处开始每米放置一对测长光栅)，可实现最长13米钢管的长度测量(如果被测钢管的长度更长，可以通过增加光栅对数的方式实现长度测量)；测长过程为：测长汽缸向前推出，推动钢管移动，当钢管尾部触发了新的光栅信号时，记录下当时测长汽缸的移动位置，这样就获得了被测量钢管的长度，即：钢管长度＝测长开始前最后一个被遮挡光栅与测长汽缸原始位置之间的距离(已知)+(触发信号光栅与最后一个被遮挡光栅之间的距离-测长汽缸的位移)，如图2A、2B所示：

称重工位：包括磅秤、V型支架及秤台，用于实现秤台上钢管的重量自动称量；

喷印、出料工位：包括输送辊道、喷印机支架，用于钢管的输送和喷印；工作过程为：当钢管由步进梁从称重工位移送到喷印和出料工位后，电气和计算机系统把该钢管的长度和重量，以及预定义的喷印内容发送给喷印机，发送完成后，系统通过输送辊道驱动钢管向前运行，当钢管喷印位置到达喷印机安装位置后，系统启动喷印机进行喷印，从而完成整个钢管的测长、称重和喷印工作。

步进梁：用于实现钢管在各个工位之间的平滑移动；也有的系统不使用步进梁，而是使用翻板(拨料器)实现钢管在各个工位之间的移动，但是这种方式钢管移动不平稳，对设备冲击大。

整个动作过程可描述为，：当取料工位有料时，且其它工位已经就绪，步进梁开始运行一周，实现钢管从【有料工位】→【对齐工位】→【测长工位】→【称重工位】→【喷印、出料工位】的顺序移动。移动完成后，各个工位开始进行各个工位的工作。之后，再进行下一轮循环。整个生产过程中，由电气控制系统和上位计算机系统实现钢管的跟踪和长度与重量数据等的收集，并负责把需要喷印的信息按预先定义格式，发送给喷印机和触发喷印机的喷印动作。

现有技术和系统的缺点是工位多、机械系统结构复杂，需要的空间大，成本高。

根据对现有系统的分析和描述，可知：现有系统包括了五个工位和一个贯穿所有工位的步进梁，以及测长汽缸等。系统结构复杂，整个系统的加工周期长、现场安装所需的空间比较大。因此，整套系统的成本较高，不利于广泛使用和推广。目前，很多钢管生产企业是由人工完成的测长和称重，并把数据手动输入到计算机实现喷印，这样就存在的严重的隐患，也影响生产效率。

测长汽缸或油缸所使用的直线位移传感器精度不高，抗干扰性能差，测量精度低；目前所使用的测长汽缸和油缸，其行程需要大于等于1100mm，这样的大行程汽缸或油缸加工复杂，而且需要内置位移传感器。由于行程大，所以传感器的绝对测量精度不高，一般为±2mm。再考虑到机械和电气系统的误差，一般的钢管测长系统精度为±5mm～±10mm之间。并且，这样的直线位移传感器容易受到现场的干扰，从而进一步增加系统误差，导致测长故障。

测长汽缸或油缸的使用，需要汽源或液压源，工辅条件要求多；

现有的测长方式，需要现场提供汽源或液压源，这一方面增加了工辅要求，另一方面也增加了系统复杂性和成本。

整个系统对所生产钢管的规格变化适应性不强。

现有的测长和称重系统，对钢管规格变化的适应性不强，这主要是因为步进梁的步距必须是确定的，是机械系统的结构形式决定的。这样，当钢管规格变化较大时，就必须按照最大的尺寸来设计整个步进梁系统，这样会导致整个系统更加复杂，成本也将进一步提高。在目前情况下，钢管生产企业的产品范围一般要求覆盖面广，所以这也影响了现有系统和方法的推广和应用。

不适用于规格特别大或重量特别大的钢管

现有的测长方法(通过汽缸或油缸推动进行测长)不适用于规格特别大或重量特别大的钢管，因为随着钢管直径和重量的增加，推动钢管运动变得越来越难，成本也越来越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测长系统，其能够在对齐工位或输送辊道上实现钢管的自动测长；并把称重工位和喷印与输出工位相结合，从而简化整个测长和称重以及喷印系统，以大大降低系统成本，提高系统稳定性，降低维护强度。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种钢管测长系统，该系统包括设置在一条直线上的多个输送辊、至少一个测量辊和分别设置于系统两侧的第一光栅和第二光栅。其中，

所述输送辊包括底座和固连于底座的支架，在支架上设置有由电机驱动的转动轴，转动轴上设有包胶的钢辊；

所述测量辊包括底座，配合于底座上的导向支架，设置于导向支架上的浮动支架，一根中心轴一端固定于浮动支架底部，另一端固定于底座，中部套有弹簧，并穿过分别导向支架上表面和下表面的孔，且所述上表面的孔大于下表面的孔，所述浮动支架上设有一个传动轴，该传动轴外固定有包胶的钢辊(圆柱形)，在传动轴的一侧通过一联轴器配合一个编码器；

还包括一个控制系统，该控制系统连接第一光栅、第二光栅和编码器。

本实用新型的测长系统的工作原理是，输送辊将待测钢管从一端输入测长系统，当第一光栅检测到待测钢管完全通过时，发出启动信号给控制系统，控制系统启动编码器的计数，当钢管到达第二光栅后，第二光栅发出停止信号给控制系统，控制系统终止编码器计数，这样，已知的两光栅间的距离与编码器所计的旋转圈数与包胶钢辊周长的乘积之差即钢管的长度。

本实用新型的系统还可以包括设置在一侧光栅之外的对齐安全挡板。钢管通过第二光栅后，还可以继续前进，并到达对齐安全挡板后，被运送到下一工位。

本实用新型的测长系统还可以包括一个称重系统和一双联翻板系统，该称重系统与上述测长系统平行设置，包括多个可升降输送辊，以及可升降称重器，该双联翻版系统与所述控制系统相连，在该控制系统的控制下将经过测长的钢管拨至称重系统。

本发明中通过使用旋转编码器和测量辊来代替测长汽缸或油缸，将大大提高测量精度至±0.1mm。相对于原来的±2mm，提高约20倍。测长汽缸或油缸被取代后，也将降低系统对工辅系统的要求，从而降低成本和能耗。

另外，由于完成同样功能所需要的工位数的减少，也就不再需要复杂的步进梁机构，而是可以以垂直升降的双联翻板系统来取代，这样一方面可以大大降低系统成本(约30％)，另一方面，也可以提高系统对不同规格钢管的适应能力。

测量辊的关键点是弹性支撑机构，如上所述，该结构通过由弹簧支撑的浮动支架实现，并通过导向支架导向，从而可以自适应的调整其与待测钢管的接合，并保证消除钢管运行过程中，钢管直度因素和跳动因素对测长精度的影响。

使用测长辊代替测长汽缸或油缸，也就是说使用编码器代替直线位移传感器可以大大提高测量精度。以测量辊周长314mm计算，编码器分辨率5000脉冲/转，则长度测量精度为0.06mm，可以大大提高测量精度和分辨率。另外，使用编码器进行长度测量，不存在直线位移传感器的线性度问题，因此测量重复精度也将更高。而且，使用编码器进行长度测量，其抗干扰性能也将优于位移传感器。

附图说明

图1为现有技术中的钢管测长和称重系统的结构示意图。

图2A为现有技术中的钢管测长系统的工作原理图。

图2B为现有技术中的钢管测长系统的工作原理图。

图3A为本实用新型的测长系统的测量辊的结构主视图。

图3B为本实用新型的测长系统的测量辊的结构侧视剖视图。

图4A为本实用新型的测长系统结构布局图。

图4B为本实用新型的上料、测长、承重系统结构布局图。

图5A为表示本实用新型的测长系统动作原理的示意图。

图5B为表示本实用新型的测长系统动作原理的示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本实用新型的钢管测长系统做详细说明：

工艺布局：

参照图4A，一种钢管测长系统100，该系统包括设置在一条直线上的多个输送辊10、至少一个测量辊20和分别设置于系统两侧的第一光栅30和第二光栅40；其中，

所述输送辊10包括底座和固连于底座的支架，在支架上设置有由电机驱动的转动轴，转动轴上设有包胶的钢辊；

如图3A、3B所示，所述测量辊20包括底座201，配合于底座201上的导向支架202，设置于导向支架202上的浮动支架203，一根中心轴204，一端固定于浮动支架203底部，另一端固定于底座201，中心轴204中部套有弹簧205，并分别穿过导向支架202上表面和下表面的孔221、222后通过螺母241固定于底座201，且所述上表面的孔221大于下表面的孔222，所述浮动支架203上设有一个传动轴206，该传动轴206外固定有包胶的钢辊207，在传动轴的一侧通过一联轴器208配合一个编码器209；

还包括一个控制系统50，该控制系统连接第一光栅30、第二光栅40和编码器209。

本实用新型的测长系统的工作原理是，如图5A、5B所示，输送辊10将待测钢管S从一端输入测长系统100，当第一光栅30检测到待测钢管S完全通过时，发出启动信号给控制系统50，控制系统50启动编码器209的计数，当钢管到达第二光栅40后，第二光栅40发出停止信号给控制系统50，控制系统终止编码器209计数，这样，已知的两光栅间的距离与编码器所计的旋转圈数与包胶钢辊周长的乘积之差即钢管的长度。

本实用新型的系统还可以包括设置在一侧光栅之外的对齐安全挡板60。钢管通过第二光栅后40，还可以继续前进，并到达对齐安全挡板后，被运送到下一工位。

参照图4B，本实用新型的测长系统100还可以进一步包括一个称重系统200和一双联翻板系统300，该称重系统200与上述测长系统100平行设置，包括多个可升降输送辊，以及称重器，该双联翻版系统300与所述控制系统50相连，在该控制系统的控制下将经过测长的钢管S拨至称重系统200。

本实用新型中的系统还可以包括一个与所述测长系统平行设置的上料系统400，该上料系统400位于双联翻版系统300的操作范围内，其上放置有待测钢管，这些待测钢管可被双联翻版系统300逐一拨至测长系统上，实现测长和对齐。

本实用新型的工艺步骤与动作关系如下：

(1)上料：当上料系统有料时，控制系统驱动双联翻板运行，把台架上的第一根钢管拨料到测长和对齐工位；

(2)对齐和测长：对齐和测长工位有料时，系统开始对齐和测长(参见本发明的对齐和测长方法)；

(3)称重和输出：当测长和对齐结束后，控制系统驱动双联翻板运行，把测长和对齐工位的钢管拨料到称重和输出辊道(同时，把上料台架上的第二根钢管拨料到测长和对齐工位，为下一次测量上料)。此时，系统进行称重(称重架比辊道的初始位置高)。当重量值稳定后，系统记录此钢管的重量数据(连同上个工位的长度数据一起记录)。之后，输出辊道上升，上升到位后，输送辊道旋转，完成钢管出料。

本实用新型中的控制系统可以由PLC控制系统、MCC控制系统和工控机及软件系统构成，主要的功能是完成逻辑控制、马达驱动、长度计算、重量采集以及钢管测量过程中的跟踪和数据管理.

电控系统和上位机系统的另外功能还可以包括：系统自诊断和系统维护。

在钢管对齐过程中，实现钢管测长是本发明的关键点；因为这样可以在不影响生产节奏的情况下节省工位，从而为降低投资奠定基础。

钢管测长用测量辊是实现钢管测长的重要手段，尤其是具有弹性支撑结构，可以防治测量过程中的打滑和运行不同步，从而影响测量精度。

通过这样的测量方法，可以实现在钢管对齐(是钢管生产所必须的，为了保证走钢线的统一)过程中的钢管长度测量，这样不仅节省了生产时间，同时也减少了工位，从而可以节约投资成本。

此外，应该了解的是，在当前的第一光栅和第二光栅之间增加测量光栅数量也可以实现测长功能。这样可以对不同长度范围的钢管，实现快速测长，但是与本发明的本质原理一致；

在测量过程中，即使没有对齐挡板，系统也可以正常工作，对齐挡板仅仅是安全考虑。

只要物理空间允许，测长和对齐工位与称重工位合并，即可以将输送辊以及测量辊全部设置为可升降式，并将称重器设置在待测钢管的运动路径上。但是与本发明的本质原理一致。

Claims (3)

1.一种钢管测长系统，该系统包括设置在一条直线上的多个输送辊、至少一个测量辊和分别设置于系统两侧的第一光栅和第二光栅；其中，

所述输送辊包括底座和固连于底座的支架，在支架上设置有由电机驱动的转动轴，转动轴上设有包胶的钢辊；

所述测量辊包括底座，配合于底座上的导向支架，设置于导向支架上的浮动支架，一根中心轴一端固定于浮动支架底部，另一端固定于底座，中部套有弹簧并穿过分别导向支架上表面和下表面的孔，且所述上表面的孔大于下表面的孔，所述浮动支架上设有一个传动轴，该传动轴外固定有包胶的钢辊，在传动轴的一侧通过一联轴器配合一个编码器；

还包括一个控制系统，该控制系统连接第一光栅、第二光栅和编码器。

2.根据权利要求1所述的钢管测长系统，其特征在于：还包括设置在一侧光栅之外的对齐安全挡板，该对齐安全挡板起到故障安全作用。

3.根据权利要求1所述的钢管测长系统，其特征在于：还可以包括一个称重系统和一双联翻板系统，该称重系统与上述测长系统平行设置，包括多个可升降输送辊，以及可升降称重器，该双联翻版系统与所述控制系统相连，在该控制系统的控制下将经过测长的钢管拨至称重系统。

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