CN113546987B - 一种棒材直线度在线检测装置及其在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及棒材检测技术领域，具体提供了一种棒材直线度在线检测装置及其在线检测方法；其中在线检测装置包括底座、挡料装置、若干固定支撑梁、浮动检测梁、位移传感模块和控制器；各个固定支撑梁分别与底座连接，所有固定支撑梁共同形成落料斜面；挡料装置位于落料斜面的上方；各个浮动检测梁并排布设；各个浮动检测梁分别与固定支撑梁可上下滑动连接，且浮动检测梁与固定支撑梁之间设有弹性元件；浮动检测梁的上端面高于固定支撑梁的上端面。该在线检测装置充分利用设备出料处与落料区域之间的空间，结构紧凑，在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率，检测准确度高。

Description

一种棒材直线度在线检测装置及其在线检测方法

技术领域

本发明涉及棒材检测技术领域，更具体地说，涉及一种棒材直线度在线检测装置及其在线检测方法。

背景技术

在棒材矫直作业中，针对一些要求较高的产品，需要对矫直后的棒材进行直线度检测以确保棒材具有良好的直线度；如果直线度不合格则需要进行再次矫直。

目前常见的测量直线度的方法，主要有：1)人工目测；2)利用平尺或者百分表等工具进行人工测量；3)将矫直后的棒材转移到专门的直线度测量装置进行测量。前两种检测方法过度依赖于工人的经验，而且对于弯曲度不是很明显的部位，肉眼很难分辨，容易漏检，检测结果的可靠性很难保证。第三种方法相比前两种检测方法较为可靠，往往会采用一些接触式或者非接触式的传感器对待测棒材外形数据进行采集，但此种方法检测过程较为繁琐，比较费时，且需额外成本投入，不适用于矫直节奏快并对自动化程度要求较高的场合。上述三种方法只适用于离线检测，且很难做到全长范围内的直线度检测，影响了生产的连续性和生产率，而且离线检测不能及时反映矫直质量，导致废品率增加。此外，也有在矫直机出口附近设置的在线直线度测量装置，但因检测方法差异导致检测效果并不理想。

针对以上问题，需要设计一种棒材直线度检测装置及方法，来现实棒材全长直线度的在线自动检测，从而提高矫直生产效率和成品检测准确率，降低工人劳动强度。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种棒材直线度在线检测装置及其在线检测方法；该在线检测装置充分利用设备出料处与落料区域之间的空间，结构紧凑，在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率，检测准确度高。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种棒材直线度在线检测装置，其特征在于：包括：

底座；

用于在棒材落料过程中挡设于棒材落料方向前方、以限定棒材落料速度的挡料装置；

用于承托棒材滚动落料的若干固定支撑梁；

用于在棒材重力作用下作上下浮动、数量与固定支撑梁相同的浮动检测梁；

用于分别检测各个浮动检测梁上下浮动位移的位移传感模块；

以及控制器；

各个固定支撑梁分别与底座连接，所有固定支撑梁共同形成落料斜面；挡料装置位于所述落料斜面的上方；各个浮动检测梁并排布设，且相邻浮动检测梁之间存在间距；各个浮动检测梁分别与固定支撑梁可上下滑动连接，且浮动检测梁与固定支撑梁之间设有弹性元件以实现浮动检测梁弹性复位；浮动检测梁的上端面高于固定支撑梁的上端面；所述浮动检测梁和落料方向之间存在夹角α；所述控制器分别与挡料装置和位移传感模块信号连接。

本发明在线检测装置的工作原理是：棒材在落料斜面上滚动下落；在棒材滚动下落过程中，挡料装置挡设在棒材落料方向前方，使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并限定棒材落料速度；由于浮动检测梁与落料方向之间存在夹角α，因此棒材与浮动检测梁接触轨迹为绕棒材的螺旋线；在棒材压力作用下，各个浮动检测梁分别贴合接触轨迹随着棒材弯曲程度作不同的上下浮动，弹性元件可确保浮动检测梁保持与棒材贴合，位移传感模块获取各个浮动检测梁上下浮动位移，从而检测棒材的直线度。

本发明在线检测装置，可设置在设备出料处与落料区域之间，充分利用设备出料处与落料区域之间的空间，结构紧凑；在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率。浮动检测梁与落料方向倾斜布置，因此在棒材落料过程中浮动检测梁可与棒材在长度方向上的不同位置接触，接触轨迹为绕棒材的螺旋线，从而检测棒材更多区域的直线度，有利于提高棒材直线度判断的准确性。

优选地，所述浮动检测梁长度L的取值范围为：L≥S/sinα；其中，S代表相邻浮动检测梁之间的间距。该浮动检测梁长度L的取值范围，使得前一个浮动检测梁的尾部与下一个浮动检测梁的头部在垂直于落料方向平面上的投影头尾衔接，从而使棒材全长范围内的各个位置均能得到有效检测，实现棒材全长范围内直线度检测。

优选地，所述固定支撑梁包括固定支撑架和设置在固定支撑架上的固定梁本体；所述浮动检测梁包括浮动支撑架和设置在浮动支撑架上的浮动梁本体；固定支撑架与浮动支撑架之间可上下滑动连接；所述弹性元件是指设置在固定支撑架与浮动支撑架之间的若干弹性元件。

优选地，所述固定支撑架连接有若干连接件；各个连接件开设有通孔；所述浮动检测梁还包括若干连接柱和检测板；连接柱数量与连接件数量相匹配；各个连接柱的一端分别与浮动支撑架连接，另一端分别穿过连接件的通孔与检测板连接；各个弹性元件套设在连接柱外，且弹性元件的两端分别与连接件和浮动支撑架相抵；检测板与位移传感模块位置相对应。

通过位移传感模块位置对检测板的位移进行检测实现对浮动检测梁的位移检测，从而得到棒材接触位置的直线度。该结构的浮动检测梁可实现随棒材弯曲程度作不同的上下浮动，还便于位移传感模块进行位移检测。

优选地，所述固定支撑架与浮动支撑架之间还设有定位丝杆，通过调节定位丝杆的伸出长度来实现固定支撑架与浮动支撑架之间的位置调节。定位丝杆顶设在固定支撑架与浮动支撑架之间，调节定位丝杆的伸出长度可调节固定支撑架与浮动支撑架之间的位置，从而实现浮动检测梁上端面与固定支撑梁上端面的高度差调节。

优选地，所述固定支撑架与浮动支撑架之间通过直线导轨和滑块来实现可上下滑动连接。

优选地，所述挡料装置包括两个以上并排布设的挡料臂，以及挡料件；各个挡料件分别通过挡料驱动机构设置在挡料臂的下方，以实现挡料件沿落料方向往复移动。

优选地，所述挡料驱动机构包括电机、连杆和若干链条传动组件；各个挡料件分别连接在各个链条传动组件下方，各个链条传动组件通过连杆与电机连接。链条传动组件带动挡料件移动到链条传动组件的末端，在此过程中进行棒材直线度判断；当棒材直线度判定为合格时，链条传动组件继续带动挡料件向上转，使挡料件与落料斜面之间留出供棒材滚落的间隙，棒材落料后，链条传动组件将挡料件复位；当棒材直线度判定为不合格时，链条传动组件将挡料件反向移动，推动棒材返回起始位置，以与直线度合格棒材分离并进行后续矫直处理。

一种棒材直线度在线检测方法，其特征在于：用于上述棒材直线度在线检测装置；棒材在落料斜面上滚动下落；在棒材滚动下落过程中，挡料装置挡设在棒材落料方向前方使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并限定棒材落料速度，棒材与浮动检测梁接触轨迹为绕棒材的螺旋线；在棒材重力作用下，各个浮动检测梁分别贴合接触轨迹随着棒材弯曲程度作不同的上下浮动，弹性元件使浮动检测梁保持与棒材贴合；位移传感模块获取各个浮动检测梁上下浮动位移，检测出棒材的直线度。

本发明方法充分利用设备出料处与落料区域之间的空间；在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率；检测棒材更多区域的直线度，可提高棒材直线度判断的准确性。

优选地，获取挡料装置的运动信息，得到棒材移动位置数据；将位移传感模块采集到的各个浮动检测梁上下浮动位移数据结合对应的棒材移动位置数据，绘制出棒材的弯曲度曲线，从而检测出棒材的直线度。绘制出棒材的弯曲度曲线，可更直观和准确地判断棒材直线度。若为了节省处理时间和数据处理资源，也可以直接根据位移传感模块采集到的各个浮动检测梁上下浮动位移数据，得到接触轨迹上棒材面与棒材中心轴之间的浮动数值，得出棒材的直线度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明在线检测装置，可设置在设备出料处与落料区域之间，充分利用设备出料处与落料区域之间的空间，结构紧凑；在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率；

2、本发明在线检测装置，浮动检测梁与落料方向倾斜布置，可检测棒材更多区域的直线度，有利于提高棒材直线度判断的准确性；

3、本发明在线检测装置可使棒材全长范围内的各个位置均能得到有效检测，实现棒材全长范围内直线度检测。

附图说明

图1是本发明棒材直线度在线检测装置俯视角度的结构示意图；

图2是本发明棒材直线度在线检测装置侧视角度的结构示意图；

图3是本发明棒材直线度在线检测装置的结构示意图；

图4是本发明棒材直线度在线检测装置中浮动检测梁和固定支撑梁的安装示意图；

图5是本发明棒材直线度在线检测装置的浮动检测梁与棒材的检测关系示意图；

图6是本发明棒材直线度在线检测装置的棒材直线度检测原理示意图；

其中，1为底座、2为固定支撑梁、21为固定梁本体、22为固定支撑架、23为直线导轨、24为弹性元件、25为定位丝杆、3为浮动检测梁、31为浮动梁本体、32为浮动支撑架、33为连接柱、34为检测板、35为滑块、4为位移传感模块、5为控制器、6为挡料装置、61为挡料臂、62为挡料件、63为链条传动组件、7为棒材、8为出料辊道、9为储料框、10为矫直机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1至图6所示，本实施例一种棒材直线度在线检测装置，包括底座1、挡料装置6、若干固定支撑梁2、若干浮动检测梁3、位移传感模块4；以及控制器5。控制器5分别与挡料装置6和位移传感模块4信号连接。

各个固定支撑梁2分别与底座1连接；固定支撑梁2包括固定支撑架22和设置在固定支撑架22上的固定梁本体21；所有固定梁本体21共同形成落料斜面，例如落料斜面与水平面存在2°～3°的夹角。浮动检测梁3数量与固定支撑梁2相同；浮动检测梁和固定支撑梁的数量一般为多个，例如两、三、四、五、六、七、八、九、十，...；可根据棒材长度和检测精度来设定。

挡料装置6位于落料斜面的上方。挡料装置6包括两个以上并排布设的挡料臂61，以及挡料件62。本实施例中挡料臂数量为四个；实际应用中，挡料臂数量还可以是两个、三个、五个，甚至更多。各个挡料件62分别通过挡料驱动机构设置在挡料臂61的下方；挡料驱动机构包括电机、连杆和若干链条传动组件63；各个挡料件62分别连接在各个链条传动组件63下方，各个链条传动组件63通过连杆与电机连接，挡料件62可沿落料方向往复移动，落料方向如图1箭头方向所示。在棒材落料过程中挡料件62挡设于棒材落料方向前方、以使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并控制棒材落料速度。

各个浮动检测梁3并排布设，且相邻浮动检测梁3之间存在间距。浮动检测梁3和落料方向之间存在夹角α。浮动检测梁3包括浮动支撑架32和设置在浮动支撑架32上的浮动梁本体31；固定支撑架22与浮动支撑架32之间通过直线导轨23和滑块35来实现可上下滑动连接。

固定支撑架22连接有若干连接件；各个连接件开设有通孔；浮动检测梁3还包括若干连接柱33和检测板34；连接柱33数量与连接件数量相匹配；各个连接柱33的一端分别与浮动支撑架32连接，另一端分别穿过连接件的通孔与检测板34连接；在连接柱33外套设有弹性元件24，且弹性元件24的两端分别与连接件和浮动支撑架32相抵；以实现浮动检测梁3弹性复位。检测板34与位移传感模块4位置相对应。

浮动检测梁3的上端面高于固定支撑梁2的上端面，例如浮动检测梁的上端面比固定支撑梁2的上端面高2mm～3mm。固定支撑架22与浮动支撑架32之间还设有定位丝杆25，通过调节定位丝杆25的伸出长度来实现固定支撑架22与浮动支撑架32之间的位置调节。定位丝杆25顶设在固定支撑架22与浮动支撑架32之间，调节定位丝杆25的伸出长度可调节固定支撑架22与浮动支撑架32之间的位置，从而实现浮动检测梁3上端面与固定支撑梁2上端面的高度差调节。

本发明在线检测装置的工作原理是：棒材在落料斜面上滚动下落；在棒材滚动下落过程中，挡料装置6挡设在棒材落料方向前方，链条传动组件63带动挡料件62移动到链条传动组件63的末端，使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并限定棒材落料速度；由于浮动检测梁3与落料方向之间存在夹角α，因此棒材与浮动检测梁3接触轨迹为绕棒材的螺旋线；在棒材压力作用下，各个浮动检测梁3分别贴合接触轨迹随着棒材弯曲程度作不同的上下浮动，弹性元件24可确保浮动检测梁3保持与棒材贴合，位移传感模块4获取各个浮动检测梁3上下浮动位移，从而检测棒材的直线度。当棒材直线度判定为合格时，链条传动组件63继续带动挡料件62向上转，使挡料件62与落料斜面之间留出供棒材滚落的间隙，棒材落料后，链条传动组件63将挡料件62复位；当棒材直线度判定为不合格时，链条传动组件63将挡料件62反向移动，推动棒材返回起始位置，例如可返回出料辊道8，后续可传输到矫直机10进行二次矫直处理。

本发明在线检测装置，可设置在设备出料处（出料辊道8）与落料区域（储料框9）之间，充分利用设备出料处与落料区域之间的空间，结构紧凑；在落料的同时实现对棒材直线度的在线检测，节省检测时间和提高加工效率。浮动检测梁3与落料方向倾斜布置，因此在棒材落料过程中浮动检测梁3可与棒材在长度方向上的不同位置接触，接触轨迹为绕棒材的螺旋线，从而检测棒材更多区域的直线度，有利于提高棒材直线度判断的准确性。

优选的方案是：浮动检测梁3长度L的取值范围为：L≥S/sinα；其中，S代表相邻浮动检测梁3之间的间距。该浮动检测梁3长度L的取值范围，使得前一个浮动检测梁3的尾部与下一个浮动检测梁3的头部在垂直于落料方向平面上的投影头尾衔接，从而使棒材全长范围内的各个位置均能得到有效检测，实现棒材全长范围内直线度检测。

棒材与浮动检测梁接触轨迹为绕棒材的螺旋线，螺旋线的螺距P=3.14×D×tanα；一般来讲，浮动检测梁3与落料方向的夹角α越小，螺旋线的螺距越小，检测结果就会越准确。但是在相邻浮动检测梁之间的间距S不变的情况下，夹角α越小，浮动检测梁3长度L就会急剧增加，使得整个装置的更加庞大。因此浮动检测梁3与落料方向的夹角α的选择需要同时兼顾装置整体尺寸和检测精度两个方面的因素。

本实施例在线检测装置的检测方法是：棒材在落料斜面上滚动下落；在棒材滚动下落过程中，挡料装置6挡设在棒材落料方向前方使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并限定棒材落料速度，棒材与浮动检测梁3接触轨迹为绕棒材的螺旋线；在棒材重力作用下，各个浮动检测梁3分别贴合接触轨迹随着棒材弯曲程度作不同的上下浮动，弹性元件24使浮动检测梁3保持与棒材贴合；位移传感模块4获取各个浮动检测梁3上下浮动位移，检测出棒材的直线度。

检测出棒材的直线度方法是：直接根据位移传感模块4采集到的各个浮动检测梁3上下浮动位移数据，得到接触轨迹上棒材面与棒材中心轴之间的浮动数值，得出棒材的直线度。

更优选的方案是：获取挡料装置6的运动信息，得到棒材移动位置数据；将位移传感模块4采集到的各个浮动检测梁3上下浮动位移数据结合对应的棒材移动位置数据，绘制出棒材的弯曲度曲线，从而检测出棒材的直线度。该方案可更直观和准确地判断棒材直线度。

下面以具体例子来进一步描述：

待测棒材直径为100mm,长度为13米。浮动检测梁3间距S为600mm，数量为24个，与落料方向的夹角α为30°，浮动检测梁3长度L为1100mm。

矫直后的棒材经过出料辊道8输送到指定位置后，由拨料机构将棒材从出料辊道8上拨到固定支撑梁2上,此时挡料装置6的挡料杆处于初始位置。棒材在自重作用下，在倾斜的浮动支撑梁3上向储料框9滚动，直到碰到挡料件62后停下来。随后挡料装置6启动，挡料件62向着落料方向匀速移动，棒材随着挡料件62同步移动。

棒材滚动到浮动支撑梁3上后，由于棒材残余弯曲程度不同，会对每一个浮动检测梁3产生不同的压下量。棒材上的接触螺旋线螺距为181mm，可近似认为棒材在181mm长度范围内直线度是一致的。在棒材滚动过程中，浮动支撑梁3始终保持和棒材接触，棒材的弯曲程度将反映在浮动支撑梁3的上下位移变化中。控制器5采集位移传感模块4的数据进行分析处理，如图6中所示，假设此时挡料装置6位移为h=600mm，得出在棒材轴向已经检测过的距离m=600×tan30°=346mm。当棒材走完浮动检测梁全长时，检测的棒材长度为952.6×tan30°=550mm。因此可得到挡料装置6运动信息与棒材移动位置的对应关系，结合位移传感模块4采集到的各个浮动检测梁3上下浮动位移数据，可绘制出棒材的弯曲度曲线，从而检测出棒材的直线度。该方案可更直观和准确地判断棒材直线度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种棒材直线度在线检测装置，其特征在于：包括：

底座；

用于在棒材落料过程中挡设于棒材落料方向前方、以限定棒材落料速度的挡料装置；

用于承托棒材滚动落料的若干固定支撑梁；

用于在棒材重力作用下作上下浮动、数量与固定支撑梁相同的浮动检测梁；

用于分别检测各个浮动检测梁上下浮动位移的位移传感模块；

以及控制器；

各个固定支撑梁分别与底座连接，所有固定支撑梁共同形成落料斜面；挡料装置位于所述落料斜面的上方；各个浮动检测梁并排布设，且相邻浮动检测梁之间存在间距；各个浮动检测梁分别与固定支撑梁可上下滑动连接，且浮动检测梁与固定支撑梁之间设有弹性元件以实现浮动检测梁弹性复位；浮动检测梁的上端面高于固定支撑梁的上端面；所述浮动检测梁和落料方向之间存在夹角α；所述控制器分别与挡料装置和位移传感模块信号连接；

所述挡料装置包括两个以上并排布设的挡料臂，以及挡料件；各个挡料件分别通过挡料驱动机构设置在挡料臂的下方，以实现挡料件沿落料方向往复移动；

所述固定支撑梁包括固定支撑架和设置在固定支撑架上的固定梁本体；所述浮动检测梁包括浮动支撑架和设置在浮动支撑架上的浮动梁本体；固定支撑架与浮动支撑架之间可上下滑动连接；所述弹性元件是指设置在固定支撑架与浮动支撑架之间的若干弹性元件；

所述固定支撑架连接有若干连接件；各个连接件开设有通孔；所述浮动检测梁还包括若干连接柱和检测板；连接柱数量与连接件数量相匹配；各个连接柱的一端分别与浮动支撑架连接，另一端分别穿过连接件的通孔与检测板连接；各个弹性元件套设在连接柱外，且弹性元件的两端分别与连接件和浮动支撑架相抵；检测板与位移传感模块位置相对应。

2.根据权利要求1所述的棒材直线度在线检测装置，其特征在于：所述浮动检测梁长度L的取值范围为：L≥S/sinα；其中，S代表相邻浮动检测梁之间的间距。

3.根据权利要求1所述的棒材直线度在线检测装置，其特征在于：所述固定支撑架与浮动支撑架之间还设有定位丝杆，通过调节定位丝杆的伸出长度来实现固定支撑架与浮动支撑架之间的位置调节。

4.根据权利要求1所述的棒材直线度在线检测装置，其特征在于：所述固定支撑架与浮动支撑架之间通过直线导轨和滑块来实现可上下滑动连接。

5.根据权利要求1所述的棒材直线度在线检测装置，其特征在于：所述挡料驱动机构包括电机、连杆和若干链条传动组件；各个挡料件分别连接在各个链条传动组件下方，各个链条传动组件通过连杆与电机连接。

6.一种棒材直线度在线检测方法，其特征在于：用于权利要求1至5中任一项所述的棒材直线度在线检测装置；棒材在落料斜面上滚动下落；在棒材滚动下落过程中，挡料装置挡设在棒材落料方向前方使棒材中心轴保持与落料方向垂直，并限定棒材落料速度，棒材与浮动检测梁接触轨迹为绕棒材的螺旋线；在棒材重力作用下，各个浮动检测梁分别贴合接触轨迹随着棒材弯曲程度作不同的上下浮动，弹性元件使浮动检测梁保持与棒材贴合；位移传感模块获取各个浮动检测梁上下浮动位移，检测出棒材的直线度。

7.根据权利要求6所述的棒材直线度在线检测方法，其特征在于：获取挡料装置的运动信息，得到棒材移动位置数据；将位移传感模块采集到的各个浮动检测梁上下浮动位移数据结合对应的棒材移动位置数据，绘制出棒材的弯曲度曲线，从而检测出棒材的直线度。

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