一种穿孔机顶头脱落检测装置及方法与流程

1.本发明属于无缝钢管生产技术领域，涉及穿孔机顶头，尤其涉及一种穿孔机顶头脱落检测装置及方法。


背景技术：

2.在热轧无缝钢管生产中，穿孔工序是重要的工序，在穿孔轧制过程中，顶头是重要的工具，顶头的消耗量对钢管生产成本有重要影响。采用顶头快换装置，可有效增加顶头冷却效果，延长顶头使用寿命。然而，在生产过程中，经常由于各种原因，导致顶头在更换完成后，前进过程中脱落，如果不及时发现，会造成无顶头轧制，造成事故发生，导致处理时间长，影响生产节奏，顶杆报废等问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种穿孔机顶头脱落检测装置及方法，根据顶杆与顶头总长度不变，利用传感模块对顶杆的位置进行监控，基于位置反馈值到达指定光栅时距离一定的原理，对顶头是否脱落进行判断，从而实现准确判断。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.第一方面，本发明提供了一种穿孔机顶头脱落检测装置，用于检测顶杆一端的顶头是否发生脱落，所述的穿孔机顶头脱落检测装置包括控制模块、传动模块、光栅模块与传感模块，所述传动模块、光栅模块与传感模块分别电性连接所述控制模块；
6.所述传动模块用于驱动具有顶头的顶杆向靠近穿孔机的一侧移动；
7.所述光栅模块包括第一光栅组件与第二光栅组件，所述第一光栅组件与第二光栅组件根据顶杆和/或顶头的状态分别发出动作，并反馈至所述控制模块；
8.所述传感模块用于采集顶杆的位移信息，并反馈至所述控制模块；
9.所述控制模块基于所述第一光栅组件、所述第二光栅组件与所述传感模块的信息进行判断，并发出指令。
10.作为本发明一个优选技术方案，所述第一光栅组件与所述第二光栅组件依次设置，所述传动模块驱动顶杆依次穿过所述第一光栅组件与所述第二光栅组件。
11.所述第一光栅组件设置于穿孔机靠近顶杆的一侧，所述第二光栅组件设置于穿孔机内。
12.作为本发明一个优选技术方案，所述的穿孔机顶头脱落检测装置还包括故障检测模块，所述故障检测模块分别与所述光栅模块和所述控制模块进行电性连接。
13.作为本发明一个优选技术方案，所述控制模块包括报警装置，所述报警装置用于发出警报。
14.第二方面，本发明提供了一种穿孔机顶头脱落检测方法，所述的穿孔机顶头脱落检测方法采用第一方面所述的穿孔机顶头脱落检测装置检测穿孔机顶杆一端的顶头是否发生脱落，所述的穿孔机顶头脱落检测方法包括：
15.(ⅰ)获取穿孔机的位置信息，顶头的长度l
dt
，以及顶杆的长度ld，将顶杆的原位设定为0位点；
16.(ⅱ)设定第一间距与第二间距，在距离顶头第一间距处设置第一光栅组件，在距离顶头第二间距处设置第二光栅组件；
17.(ⅲ)驱动顶杆向靠近穿孔机的一侧移动，并实时采集顶杆的位移信息，顶头随着顶杆的移动进行移动，并经过第一光栅组件和/或第二光栅组件，所述第一光栅组件和/或第二光栅组件发出动作，并反馈至控制模块；
18.(ⅳ)基于采集的位移信息，以及第一光栅组件和/或第二光栅组件的状态，控制模块进行判断，并发出指令。
19.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅱ)中，所述第一间距与l
dt
的总和小于所述第二间距。
20.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅲ)中，将所述第一光栅组件与所述第二光栅组件的初始状态分别设定为“状态0”，将所述第一光栅组件或所述第二光栅组件具有顶头和/或顶杆经过时的状态设定为“状态1”；
21.当顶头和/或顶杆经过所述第一光栅组件时，所述第一光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”，并反馈至控制模块；
22.当顶头和/或顶杆经过所述第二光栅组件时，所述第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”，并反馈至控制模块。
23.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅳ)中，所述判断包括：
24.(1)传动模块驱动顶杆由0位点开始进行移动，传感模块采集顶杆移动第一间距时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头未脱落，顶杆继续前进，进行步骤(3)，反之，控制模块确认顶头脱落，进行步骤(2)；
25.(2)传感模块采集顶杆移动第一间距 l
dt
时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头在经过第一光栅组件前已脱落，并发出警报；
26.(3)传感模块采集顶杆移动第二间距时，第一光栅组件的状态保持为“状态1”，第二光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”时，若是，控制模块确认顶头未脱落，允许轧制，反之，控制模块确认顶头移动至第一光栅组件与第二光栅组件之间后脱落，并发出警报。
27.作为本发明一个优选技术方案，所述的穿孔机顶头脱落检测方法还包括：
28.当顶杆移动至0位点前，所述第一光栅组件和/或所述第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修；
29.当传感模块采集顶杆的位置为0位点时，所述第一光栅组件和/或所述第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修。
30.作为本发明一个优选技术方案，步骤(1)中，当传感模块采集顶杆移动第一间距时，第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明提供的一种穿孔机顶头脱落检测装置及方法，根据顶杆与顶头总长度不变，利用传感模块对顶杆的位置进行监测，在固定位置设置光栅，光栅采用开关量的形式反馈至控制模块，传感模块采用模拟量反馈至控制模块，在控制模块内部，基于位置反馈值到达指定光栅时距离一定的原理，对顶头是否脱落进行判断，从而实现准确判断，保证能够及时发现顶头脱落，并与主机产生连锁停机，避免产生无顶头轧制的重大生产事故。
附图说明
33.图1为本发明应用例1提供的顶杆与顶头的结构示意图；
34.图2为本发明应用例1提供的穿孔机顶头脱落检测过程的示意图；
35.图3为本发明应用例1提供的穿孔机顶头脱落检测方法的流程图。
具体实施方式
36.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
39.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种穿孔机顶头脱落检测装置，用于检测顶杆一端的顶头是否发生脱落，包括控制模块、传动模块、光栅模块与传感模块，所述传动模块、光栅模块与传感模块分别电性连接所述控制模块；所述传动模块用于驱动具有顶头的顶杆向靠近穿孔机的一侧移动；所述光栅模块包括第一光栅组件与第二光栅组件，所述第一光栅组件与第二光栅组件根据顶杆和/或顶头的状态分别发出动作，并反馈至所述控制模块；所述传感模块用于采集顶杆的位移信息，并反馈至所述控制模块；所述控制模块基于所述第一光栅组件、所述第二光栅组件与所述传感模块的信息进行判断，并发出指令。
40.本发明中的顶杆与顶头的总长度不变，采用插入式结构，顶杆的一端插入顶头的尾部，并采用机械结构锁紧。传感模块用于采集测量顶杆前进过程中实时位置，设定顶杆的原位为0位点，可得到顶杆的位移信息，并反馈至控制模块。光栅模块内的第一光栅组件与第二光栅组件固定于特定位置，当有顶杆或顶头经过时，能够通过开关量的形式反馈至控制模块。本发明的控制模块采用可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)，基于传感模块采集到的顶杆位置至到达第一光栅组件或第二光栅组件时的位置一定的原
转变为“状态1”，并反馈至控制模块。
57.本发明中第一光栅组件与第二光栅组件，当没有顶杆或顶头经过时，状态保持为“状态0”，当有顶杆或顶头经过时发出动作，即由“状态0”转变为“状态1”，并反馈至控制模块，用于判断顶头是否脱落。
58.在一些实施方式中，步骤(4)中，所述判断包括：
59.步骤一：传动模块驱动顶杆由0位点开始进行移动，传感模块采集顶杆移动第一间距时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头未脱落，顶杆继续前进，进行步骤三，反之，控制模块确认顶头脱落，进行步骤二。
60.即，当顶杆由0位点移动第一间距时，第一光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”，第二光栅组件的状态保持为“状态0”时，表明顶头进入第一光栅组件，控制模块确认顶头未脱落，传动模块驱动顶杆继续前进，反之，当第一光栅组件与第二光栅组件的状态均保持为“状态0”时，表明没有顶头进入第一光栅组件，控制模块确认顶头脱落，进行步骤二，进一步确认顶头脱落的位置。
61.步骤二：传感模块采集顶杆移动第一间距 l
dt
时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头在经过第一光栅组件前已脱落，并发出警报。
62.即，顶头已脱落的情况下，顶杆继续移动l
dt
(顶头的长度)距离时，顶杆开始进入第一光栅组件，第一光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”，第二光栅组件的状态保持为“状态0”，控制模块确认顶头在经过第一光栅组件前已脱落，并发出警报。
63.步骤三：传感模块采集顶杆移动第二间距时，第一光栅组件的状态保持为“状态1”，第二光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”时，若是，控制模块确认顶头未脱落，允许轧制，反之，控制模块确认顶头移动至第一光栅组件与第二光栅组件之间后脱落，并发出警报。
64.即，当顶杆继续移动第一光栅组件与第二光栅组件的间距(第二间距-第一间距)的距离时，第一光栅组件的状态保持为“状态1”，第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”，表明顶头进入第二光栅组件，控制模块确认顶头未脱落，允许轧制，反之，当第一光栅组件的状态保持为“状态1”，第二光栅组件的状态保持“状态0”时，表明没有顶头进入第二光栅组件，控制模块确认顶头移动至第一光栅组件与第二光栅组件之间脱落，并发出警报。
65.在一些实施方式中，所述的穿孔机顶头脱落检测方法还包括：
66.当顶杆移动至0位点前，所述第一光栅组件和/或所述第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修。将顶杆放置于0位点之前，第一光栅组件与第一光栅组件的状态应同时为“状态0”，若其转变为“状态1”，则表明发生故障。
67.当传感模块采集顶杆的位置为0位点时，所述第一光栅组件和/或所述第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修。将顶杆放置于0位点后，顶杆与顶头并未进行移动，第一光栅组件与第一光栅组件的状态应同时为“状态0”，若其转变为“状态1”，则表明发生故障。
68.在一些实施方式中，步骤(1)中，当传感模块采集顶杆的移动至第一间距处，第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第二光栅组件故障”，控
制模块发出警报，并进行元件检修。即，在顶杆移动至第一间距处，顶头和顶杆并未到达第二光栅组件，此时第二光栅组件的状态应为“状态0”，若其转变为“状态1”，则表明发生故障。
69.实施例1
70.本实施例提供了一种穿孔机顶头脱落检测装置，用于检测顶杆一端的顶头是否发生脱落，包括控制模块、传动模块、光栅模块、传感模块与故障检测模块。传动模块、光栅模块、与传感模块分别电性连接控制模块，故障检测模块分别与光栅模块和控制模块进行电性连接。控制模块包括报警装置，用于发出警报。
71.传动模块用于驱动具有顶头的顶杆向靠近穿孔机的一侧移动。光栅模块包括第一光栅组件与第二光栅组件，第一光栅组件设置于穿孔机靠近顶杆的一侧，第二光栅组件设置于穿孔机内，第一光栅组件与第二光栅组件根据顶杆和/或顶头的状态分别发出动作，并反馈至控制模块。传感模块用于采集顶杆的位移信息，并反馈至控制模块。控制模块则是基于第一光栅组件、第二光栅组件与传感模块的信息进行判断，并发出指令。
72.应用例1
73.本应用例中采用实施例1提供的穿孔机顶头脱落检测装置进行穿孔机顶头脱落的检测，具体包括如下步骤：
74.s1如图1所示，获取穿孔机的位置信息，顶头的长度l
dt
，以及顶杆的长度ld，将顶杆的原位设定为0位点；
75.s2设定第一间距t1与第二间距t2，如图2所示，在距离顶头t1处设置第一光栅组件，在距离顶头t2处设置第二光栅组件；
76.s3如图2和图3所示，传动模块驱动顶杆向靠近穿孔机的一侧移动，同时传感模块实时采集顶杆的位移信息，顶头随着顶杆的移动进行移动；
77.s4当顶杆移动至0位点前，第一光栅组件与第一光栅组件的状态应同时为“状态0”，若第一光栅组件和/或第一光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修；
78.s5当传感模块采集顶杆移动至0位点时，第一光栅组件与第一光栅组件的状态应同时为“状态0”，若第一光栅组件和/或第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第一光栅组件故障”和/或“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修；
79.s6传动模块驱动顶杆由0位点开始进行移动，传感模块采集顶杆移动t1距离时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头未脱落，顶杆继续前进，进行步骤s9，反之，控制模块确认顶头脱落，进行步骤s8；
80.s7当顶杆移动至t1处，第二光栅组件的状态应为“状态0”，若第二光栅组件的状态由“状态0”转变为“状态1”时，故障检测模块输出“第二光栅组件故障”，控制模块发出警报，并进行元件检修；
81.s8传感模块采集顶杆移动t1 l
dt
距离时，第一光栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”，若是，控制模块确认顶头在经过第一光栅组件前已脱落，并发出警报；
82.s9传感模块采集顶杆移动t2距离时，第一光栅组件的状态保持为“状态1”，第二光
栅组件的状态是否由“状态0”转变为“状态1”时，若是，控制模块确认顶头未脱落，允许轧制，反之，控制模块确认顶头移动至第一光栅组件与第二光栅组件之间后脱落，并发出警报。
83.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。