螺旋输送的钢管前进速度检测装置及检测系统的制作方法

1.本发明涉及钢管防腐涂覆技术领域，具体涉及一种螺旋输送的钢管前进速度检测装置及检测系统。


背景技术：

2.在钢管的外表面涂覆3pe防腐生产过程中，钢管沿其轴线方向螺旋式前进，为保证钢管的涂覆质量，需要钢管的直线前进速度、旋转线速度和涂覆挤出机转速精确配合来实现，如果三者配合不好，很容易出现次品或浪费材料。
3.现有技术的普遍做法是用辊道电机变频器的实际频率值做为钢管前进线速度的参考值，但是钢管在辊道上做螺旋运动前进，变频器的实际频率值只能代表辊道电机的旋转线速度；钢管在辊道上滚动，呈螺旋前进，有时会出现打滑或者卡滞现象。因此，变频器的频率值并不是钢管直线前进的速度值；另外由于涂覆辊道支撑轮角度与间距的调整，都会造成涂覆过程中钢管前进与旋转线速度的不精确。因此，钢管防腐生产之初，都需要经过很长时间的工艺参数调整，才能够正常生产，即影响生产效率又浪费原材料，更影响涂覆质量。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题之一是提供一种螺旋输送的钢管前进速度检测装置，以便于对钢管的直线前进速度和旋转速度进行计算；本发明要解决的技术问题之二是提供一种螺旋输送的钢管前进速度检测系统，其可以实时反馈钢管的直线前进速度和旋转线速度。
5.为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种螺旋输送的钢管前进速度检测装置，包括升降装置，该升降装置包括固定部和与该固定部在竖直方向上滑动连接的滑动部；角度传感器，该角度传感器的壳体固定安装在所述滑动部上，该角度传感器的转轴沿竖直方向设置，且所述角度传感器的转轴与一转接块固定连接；测速部，该测速部包括编码器和滚轮，所述滚轮同轴且固定套接在所述编码器的转轴的外周，使得所述滚轮和所述编码器的转轴能同步转动；连接杆，所述编码器的壳体固定连接在该连接杆的上部，所述转接块与该连接杆的下部通过铰接轴铰接，且所述铰接轴的轴线与所述编码器的转轴的轴线平行；复位弹簧，该复位弹簧的两端分别与所述连接杆和所述转接块连接，所述滚轮能在该复位弹簧的作用下紧密抵接在待测钢管的底部。
6.本发明适用于呈螺旋输送状态的钢管的速度检测，在检测时，将检测装置置于待测钢管的下方，调节升降装置，使得滚轮与待测钢管的底部紧密抵接。当待测钢管运动时，滚轮在摩擦力的带动下转动，编码器的转轴与滚轮同步转动，同时由于待测钢管呈螺旋前进状态，则测速部、连接杆、转接块和角度传感器的转轴同步围绕角度传感器的轴线转动，直至滚轮的径向方向与待测钢管的螺旋前进方向一致。由此，根据编码器在单位时间内产生的脉冲数量可以计算得出待测钢管的螺旋前进线速度，根据角度传感器检测的角度可知
待测钢管螺旋前进方向和直线前进方向的夹角，进而根据三角函数关系，可以计算得出待测钢管的直线前进速度和旋转线速度，并由此指导涂覆挤出机转速，以此保证成品质量和减少材料的浪费。
7.优选地，所述升降装置为直线电机，该直线电机的机架形成所述固定部，该直线电机的滑台形成所述滑动部。
8.优选地，所述测速部位于所述待测钢管的正下方。
9.优选地，所述滚轮采用聚氨酯材料制成。
10.优选地，所述滚轮的直径大于所述编码器的直径。
11.优选地，所述连接杆上从上至下设置有第一安装孔和第二安装孔；所述铰接轴穿过所述第二安装孔后与所述转接块固定连接，且所述铰接轴与所述第二安装孔转动配合；所述编码器的壳体和所述滚轮分别位于所述连接杆的两侧，所述编码器的转轴穿过所述第一安装孔后与所述滚轮固定连接，且所述编码器的转轴与所述第一安装孔转动配合。采用这种结构设计，可以使得连接杆能围绕铰接轴的轴线转动，实现连接杆和转接块的铰接；同时，编码器、连接杆和滚轮的连接结构可以使得结构整体更加紧凑，便于编码器和滚轮的安装，且能实现滚轮和编码器的转轴的同步转动。
12.优选地，所述复位弹簧的底部与所述转接块连接，所述复位弹簧的顶部与所述连接杆的连接位置靠近所述测速部。复位弹簧处于其自由状态时，连接杆沿竖直方向设置，在使用时，转动连接杆使得滚轮与待测钢管的底部抵接，此时连接杆围绕铰接轴的轴线转过了一定角度，进而带动复位弹簧拉伸，使得滚轮能在该复位弹簧的回复力作用下紧密抵接在待测钢管的底部。
13.优选地，本发明的螺旋输送的钢管前进速度检测装置还包括安装在水平面上的底座，所述升降装置的固定部安装在该底座上。
14.为解决上述技术问题之二，本发明提供了一种螺旋输送的钢管前进速度检测系统，包括上述螺旋输送的钢管前进速度检测装置，还包括plc控制器，用于获取所述角度传感器相对于其零点的偏转角度θ，以及用于获取所述编码器在t1时刻的累计脉冲数n1和所述编码器在t2时刻的累计脉冲数n2，并根据式(1)计算得到所述待测钢管的螺旋前进线速度v：
[0015][0016]
其中，r为所述滚轮的半径，n为所述编码器转动一周产生的脉冲数；在所述角度传感器的偏转角度为0时，若所述铰接轴垂直于所述待测钢管的轴线，则所述plc控制器分别根据式(2)和式(3)计算得到所述待测钢管的直线前进速度v1和旋转线速度v2：
[0017]
v1＝vcosθ
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(2)
[0018]
v2＝vsinθ
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(3)
[0019]
v1＝vsinθ
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(4)
[0020]
v2＝vcosθ
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(5)
[0021]
在所述角度传感器的偏转角度为0时，若所述铰接轴平行于所述待测钢管的轴线，则所述plc控制器分别根据式(4)和式(5)计算得到所述待测钢管的直线前进速度v1和旋转线速度v2。
[0022]
本发明在检测开始前，可以对角度传感器的零点进行标定，该零点位置对应的铰
接轴所在直线可以平行或垂直于待测钢管的轴线，则在检测时，无需刻意调整测速部的初始位置，只要保证滚轮抵接在待测钢管的底部即可。plc控制器每隔一定时间(该时间间隔δt＝t
2-t1)获取一次编码器的累计脉冲数，并根据式(1)计算得出待测钢管的螺旋前进线速度v，结合角度传感器返回的其相对于零点的偏转角度θ，即可计算得出待测钢管的实时直线前进速度和旋转线速度，工作人员可以基于此调节涂覆挤出机转速。
[0023]
优选地，本发明的螺旋输送的钢管前进速度检测系统还包括工业计算机，与所述plc控制器信号连接，用于获取并显示所述待测钢管的螺旋前进线速度v、直线前进速度v1和旋转线速度v2。工业计算机可以实时显示螺旋前进线速度v、直线前进速度v1和旋转线速度v2，以便于工作人员实时掌握待测钢管的速度变化，以更好地调节涂覆挤出机的转速。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0025]
图1为本发明实施例的螺旋输送的钢管前进速度检测装置的结构示意图；
[0026]
图2为本发明实施例的待测钢管的螺旋前进线速度、直线前进速度和旋转线速度的三角函数关系示意图；
[0027]
图3为本发明实施例的螺旋输送的钢管前进速度检测系统的结构框图。
[0028]
附图标记：
[0029]
1-底座；2-升降装置；21-固定部；22-滑动部；3-角度传感器；4-转接块；5-连接杆；6-复位弹簧；7-滚轮；8-编码器；9-plc控制器；10-工业计算机。
具体实施方式
[0030]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0031]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0032]
如图1所示，本实施例公开了一种螺旋输送的钢管前进速度检测装置，包括底座1、升降装置2、角度传感器3、转接块4、测速部、连接杆5和复位弹簧6。
[0033]
上述升降装置2为直线电机，该直线电机的机架形成固定部21，该直线电机的滑台形成滑动部22，滑动部22与固定部21在竖直方向上滑动连接，上述固定部21固定安装在底座1上，且底座1安装在水平面上。
[0034]
上述角度传感器3的壳体固定安装在滑动部22上，该角度传感器3的转轴沿竖直方向设置，且角度传感器3的转轴与转接块4固定连接。
[0035]
上述测速部位于待测钢管的正下方，包括编码器8和滚轮7，滚轮7同轴且固定套接在编码器8的转轴的外周，使得滚轮7和编码器8的转轴能同步转动。其中，滚轮7采用聚氨酯材料制成，且滚轮7的直径大于编码器8的直径。
[0036]
上述测速部和转接块4均与连接杆5连接，连接杆5上从上至下设置有与测速部连
接的第一安装孔和与转接块4连接的第二安装孔。
[0037]
上述编码器8的壳体和滚轮7分别位于连接杆5的上部的两侧，其中，编码器8的壳体固定连接在连接杆5的一侧，编码器8的转轴穿过连接杆5的第一安装孔后与位于连接杆5另一侧的滚轮7固定连接，且编码器8的转轴与第一安装孔转动配合。具体地，滚轮7上同轴设置有连接孔，该连接孔的内周与编码器8的转轴的外周适配，编码器8的转轴固定连接在滚轮7的连接孔内，实现滚轮7和编码器8的转轴的同步转动。
[0038]
上述转接块4与连接杆5的下部通过铰接轴铰接，且铰接轴的轴线与编码器8的转轴的轴线平行。具体地，铰接轴穿过连接杆5的第二安装孔后与转接块4固定连接，且铰接轴与第二安装孔转动配合，使得连接杆5能围绕铰接轴的轴线转动，实现连接杆5和转接块4的铰接。
[0039]
本实施例中，由于滚轮7和编码器8的转轴同轴固定连接，所以二者能围绕编码器8的轴线同步转动，且测速部和连接杆5作为一个整体能围绕铰接轴转动，此外，测速部、连接杆5、转接块4和角度传感器3的转轴作为一个整体，能围绕角度传感器3的轴线同步转动。
[0040]
上述复位弹簧6的两端分别与连接杆5和转接块4连接，滚轮7能在该复位弹簧6的作用下紧密抵接在待测钢管的底部。具体地，复位弹簧6的底部与转接块4连接，复位弹簧6的顶部与连接杆5的连接位置靠近测速部，其中，复位弹簧6的底部与转接块4的连接位置位于上述铰接轴的上方。复位弹簧6处于其自由状态时，连接杆5沿竖直方向设置，在使用时，转动连接杆5使得滚轮7与待测钢管的底部抵接，此时连接杆5围绕铰接轴的轴线转过了一定角度，进而带动复位弹簧6拉伸，使得滚轮7能在该复位弹簧6的回复力作用下紧密抵接在待测钢管的底部。
[0041]
在检测时，将检测装置置于待测钢管的下方，调节升降装置2的滑动部22的高度，同时调节连接杆5围绕铰接轴的转动角度，使得测速部位于待测钢管的正下方，且保证滚轮7与待测钢管的底部紧密抵接。当待测钢管运动时，滚轮7在摩擦力的带动下转动，编码器8的转轴与滚轮7同步转动，同时由于待测钢管呈螺旋前进状态，则测速部、连接杆5、转接块4和角度传感器3的转轴同步围绕角度传感器的轴线转动，直至滚轮7的径向方向与待测钢管的螺旋前进方向一致。由此，根据编码器8在单位时间内产生的脉冲数量可以计算得出待测钢管的螺旋前进线速度，根据角度传感器3检测的角度可知待测钢管螺旋前进方向和直线前进方向的夹角，进而根据三角函数关系，可以计算得出待测钢管的直线前进速度和旋转线速度，并由此指导涂覆挤出机转速，以此保证成品质量和减少材料的浪费。
[0042]
为便于检测，需要对角度传感器3的零点位置进行标定，该零点位置对应的铰接轴所在直线可以平行或垂直于待测钢管的轴线，本实施例中，在角度的传感器3位于其零点位置时，铰接轴所在直线垂直于待测钢管的轴线。则在检测时，无需调整测速部相对于待测钢管的初始角度，角度传感器3返回的角度为相对于其零点偏转的角度，该角度即是待测钢管的螺旋前进方向和其直线前进方向的夹角。
[0043]
进一步地，如图3所示，本实施例提供了一种螺旋输送的钢管前进速度检测系统，包括上述螺旋输送的钢管前进速度检测装置，还包括plc控制器9和工业计算机10。其中，plc控制器9为西门子s7-1500系列plc，用于获取角度传感器3相对于其零点的偏转角度θ，以及用于获取编码器8在t1时刻的累计脉冲数n1和编码器8在t2时刻的累计脉冲数n2，并根据式(1)计算得到待测钢管的螺旋前进线速度v：
[0044][0045]
v1＝vcosθ
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(2)
[0046]
v2＝vsinθ
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(3)
[0047]
其中，r为滚轮7的半径，n为编码器8转动一周产生的脉冲数。本实施例中，待测钢管的螺旋前进线速度v、直线前进速度v1和旋转线速度v2的三角函数关系如图2所示，则plc控制器9可以分别根据式(2)和式(3)计算得到待测钢管的直线前进速度v1和旋转线速度v2。
[0048]
上述工业计算机10与plc控制器9信号连接，用于获取并显示待测钢管的螺旋前进线速度v、直线前进速度v1和旋转线速度v2。工业计算机可以实时显示螺旋前进线速度v、直线前进速度v1和旋转线速度v2，以便于工作人员实时掌握待测钢管的速度变化，以更好地调节涂覆挤出机的转速。
[0049]
需要说明的是，plc控制器9在t1时刻和t2时刻分别获取编码器8的累计脉冲数，这两次获取编码器8的信息的时间间隔δt设定为10ms，或者，操作人员可以根据需要，将其设计为其它合理数值。
[0050]
当然，在实际中，也可以将角度传感器3的零点标定为其它位置，如该零点位置对应的铰接轴所在直线平行于待测钢管的轴线。此时，角度传感器3测得的偏转角度即为待测钢管的螺旋前进方向与待测钢管的径向方向的夹角，则plc控制器9可以分别根据式(4)和式(5)计算得到待测钢管的直线前进速度v1和旋转线速度v2。
[0051]
v1＝vsinθ
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(4)
[0052]
v2＝vcosθ
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(5)
[0053]
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0054]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0055]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。