胡文豪，張 陳，陳澤明，朱仁杰，徐 成，廖炫凱

（江蘇理工學(xué)院 機械工程學(xué)院，江蘇 常州 213001）

0 引 言

無縫鋼管是一種實用性很高的斷面鋼材，其推廣應(yīng)用有利于增加材料利用率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。在零部件制造業(yè)中需要將高精度鋼管的精密度控制在0.02 mm左右，制管廠必須嚴格控制無縫鋼管表面幾何參數(shù)以滿足工業(yè)應(yīng)用要求。目前，對于無縫鋼管表面幾何參數(shù)的檢測，如直徑、長度、圓度及直線度，大部分無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)仍采用人工手持測量設(shè)備檢測方式，勞動強度大、檢測準確性低、檢測成本高。本設(shè)計采用微米級激光位移傳感器作為傳感檢測單元，利用物聯(lián)網(wǎng)模塊與PLC實時通信傳輸數(shù)據(jù)，用戶可在線實時查看設(shè)備運行狀態(tài)、檢測產(chǎn)品良品率等信息。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 控制要求

由三相異步電機與齒形輪相連接，帶動V型軌道輪運動和無縫鋼管向前輸送，依靠前端傳感器控制鋼管停止位置；以V型軌道輪作為整個檢測系統(tǒng)的支撐和運輸平臺，由雙桿氣缸推動帶摩擦輪直流電動機貼緊鋼管使其整周旋轉(zhuǎn)；由伺服絲杠模組構(gòu)成的三維運動裝置帶動激光位移傳感器沿鋼管表面進行圓周幾何參數(shù)的讀取。

1.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，整體機械結(jié)構(gòu)中，帶座軸承被均勻安裝在支撐平臺上，通過軸與V型軌道輪配合安裝，該部分可根據(jù)待測鋼管長度自由選擇間距及增減惰輪；待測鋼管（5-冷軋無縫鋼管）會被人工或者機械臂放入V型軌道輪的凹槽內(nèi)，該凹槽既可防止待測鋼管在前移和旋轉(zhuǎn)過程中滾動，又能更方便地確定其軸線位置，提高了輸送機構(gòu)的穩(wěn)定性。單相交流異步電機輸出軸末端（主軸）固定有齒形輪，通過同步帶依次連接裝有齒形輪的傳動軸，由電機主軸帶動后續(xù)傳動軸旋轉(zhuǎn)，從而使冷軋無縫鋼管傳遞運輸。光電傳感器（光電開關(guān)）用于檢測當(dāng)前位置有無待測鋼管可控制單相交流異步電機的啟停。當(dāng)光電傳感器檢測搭配待測鋼管時輸送裝置停止運行，激光傳感器此時靠近待測鋼管端口處，軸步進電機啟動沿鋼管截面方向前后移動，確定其軸線位置；確定軸線位置后軸方向步進電機啟動，此時與軸滑塊固定的激光位移傳感器緩慢下移，初步確定鋼管直徑。然后軸伺服電機控制激光位移傳感器左移，確定其左端口位置之后激光位移傳感器會緩慢右移，直至到達待測鋼管右端位置時停止。最后，軸伺服電機控制激光位移傳感器返回原點，此時通過電磁閥控制豎直方向雙桿氣缸和水平方向雙桿氣缸動作，直流電機啟動摩擦輪帶動鋼管旋轉(zhuǎn)，激光位移傳感器檢測鋼管圓周數(shù)據(jù)進行分析，在激光位移傳感器靠近氣缸時，水平和豎直方向的雙桿氣缸復(fù)位，避免阻擋激光位移傳感器移動，檢測完成后V型軌道輪繼續(xù)運行將鋼管輸送出檢測位置；另外啟動按鈕、停止按鈕、復(fù)位按鈕、急停按鈕配合軟件控制檢測系統(tǒng)運行。

圖1 整體機械結(jié)構(gòu)

2 控制設(shè)計

2.1 電氣控制組成

如圖2所示，無縫鋼管表面幾何參數(shù)激光檢測系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)組成：①交流電機帶動V型軌道輪輸送的鋼管送料及輸送系統(tǒng)；②由PLC控制伺服電機驅(qū)動激光位移傳感器自動化檢測系統(tǒng)；③帶有摩擦輪的直流電動機，由橫縱兩個方向的雙桿氣缸推動的鋼管旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

2.2 電氣控制流程設(shè)計

由光電傳感器判斷有無待測鋼管，反饋給PLC控制交流電動機啟停；VB通過通信線與激光位移傳感器連接，實現(xiàn)無縫鋼管定位及后續(xù)檢測；由PLC控制電磁閥驅(qū)動四個氣缸動作，實現(xiàn)待測鋼管豎直位置調(diào)整和固定旋轉(zhuǎn)；PLC控制伺服驅(qū)動器帶動激光位移傳感器實現(xiàn)上下、左右、前后運動，VB依據(jù)檢測數(shù)據(jù)進行邏輯計算，應(yīng)用VB軟件編寫總體可視化控制界面，實現(xiàn)與PLC和激光位移傳感器通信；完善界面顯示數(shù)據(jù)與結(jié)果，通過物聯(lián)網(wǎng)模塊實時傳輸數(shù)據(jù)到PC端。

3 結(jié) 語

自動化是現(xiàn)代化加工制造業(yè)的發(fā)展趨勢，也是當(dāng)今社會的重要特征?？紤]到傳統(tǒng)檢測方式費時費力，本設(shè)計利用激光位移傳感器完成對無縫鋼管的自動化定位與檢測，以縮短檢測周期，提高檢測效率，加快出廠效率。無縫鋼管激光檢測系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣，提高了社會生產(chǎn)率和工作效率，保證了鋼管出廠質(zhì)量，加快了社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革和信息化進程。

注：本文通訊作者為張陳。