摘 要：针对无缝钢管把系统分自动化输送、固定旋转和测量三部分，采用VB软件结合PLC控制通信，完成了对检测控制系统的设计与研发。其中机械运动定位控制采用V型轨道轮输送钢管至检测位置，旋转装置带动待测钢管圆周旋转，接着通过PLC控制伺服电机使激光位移传感器可在钢管表面外自由移动采集数据。依据数据进行逻辑算法编程完成对无缝钢管表面几何参数自动化检测，再结合物联网技术实时通信传输数据，使用户可实时在线查看设备运行状态、产品的良品率等信息。实验证明，该系统实现了对无缝钢管表面几何参数的自动化检测；与传统检测手段相比检测结果准确率高，检测过程自动化程度高。
关键词:伺服定位;激光传感器;工业物联网技术;自动化;无缝钢管;控制系统;
0 引 言
无缝钢管是一种实用性很高的断面钢材，其推广应用有利于增加材料利用率，改善产品质量，提高生产效率[1]。在零部件制造业中需要将高精度钢管的精密度控制在0.02 mm左右，制管厂必须严格控制无缝钢管表面几何参数以满足工业应用要求。目前，对于无缝钢管表面几何参数的检测，如直径、长度、圆度及直线度，大部分无缝钢管生产企业仍采用人工手持测量设备检测方式，劳动强度大、检测准确性低、检测成本高[2]。本设计采用微米级激光位移传感器作为传感检测单元，利用物联网模块与PLC[3]实时通信传输数据，用户可在线实时查看设备运行状态、检测产品良品率等信息。
1 机械结构设计
1.1 控制要求
由三相异步电机与齿形轮相连接，带动V型轨道轮运动和无缝钢管向前输送，依靠前端传感器控制钢管停止位置；以V型轨道轮作为整个检测系统的支撑和运输平台，由双杆气缸推动带摩擦轮直流电动机贴紧钢管使其整周旋转；由伺服丝杠模组构成的三维运动装置带动激光位移传感器沿钢管表面进行圆周几何参数的读取。
1.2 机械结构设计
如图1所示，整体机械结构中，带座轴承被均匀安装在支撑平台上，通过轴与V型轨道轮配合安装，该部分可根据待测钢管长度自由选择间距及增减惰轮；待测钢管(5-冷轧无缝钢管)会被人工或者机械臂放入V型轨道轮的凹槽内，该凹槽既可防止待测钢管在前移和旋转过程中滚动，又能更方便地确定其轴线位置，提高了输送机构的稳定性。单相交流异步电机输出轴末端(主轴)固定有齿形轮，通过同步带依次连接装有齿形轮的传动轴，由电机主轴带动后续传动轴旋转，从而使冷轧无缝钢管传递运输。光电传感器(光电开关)用于检测当前位置有无待测钢管可控制单相交流异步电机的启停。当光电传感器检测搭配待测钢管时输送装置停止运行，激光传感器此时靠近待测钢管端口处，Y轴步进电机启动沿钢管截面方向前后移动，确定其轴线位置；确定轴线位置后Z轴方向步进电机启动，此时与Z轴滑块固定的激光位移传感器缓慢下移，初步确定钢管直径。然后X轴伺服电机控制激光位移传感器左移，确定其左端口位置之后激光位移传感器会缓慢右移，直至到达待测钢管右端位置时停止。最后，X轴伺服电机控制激光位移传感器返回原点，此时通过电磁阀控制竖直方向双杆气缸和水平方向双杆气缸动作，直流电机启动摩擦轮带动钢管旋转，激光位移传感器检测钢管圆周数据[4]进行分析，在激光位移传感器靠近气缸时，水平和竖直方向的双杆气缸复位，避免阻挡激光位移传感器移动，检测完成后V型轨道轮继续运行将钢管输送出检测位置；另外启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮配合软件控制检测系统运行。
2 控制设计
2.1 电气控制组成
如图2所示，无缝钢管表面几何参数激光检测系统由三大子系统组成：①交流电机带动V型轨道轮输送的钢管送料及输送系统；②由PLC控制伺服电机[5,6,7]驱动激光位移传感器自动化检测系统；③带有摩擦轮的直流电动机，由横纵两个方向的双杆气缸推动的钢管旋转系统。
2.2 电气控制流程设计
由光电传感器判断有无待测钢管，反馈给PLC控制交流电动机启停；VB通过通信线与激光位移传感器连接，实现无缝钢管定位及后续检测；由PLC控制电磁阀驱动四个气缸动作，实现待测钢管竖直位置调整和固定旋转；PLC控制伺服驱动器带动激光位移传感器实现上下、左右、前后运动，VB依据检测数据进行逻辑计算，应用VB软件编写总体可视化控制界面[8,9,10]，实现与PLC和激光位移传感器通信；完善界面显示数据与结果，通过物联网模块实时传输数据到PC端。
3 结 语
自动化是现代化加工制造业的发展趋势，也是当今社会的重要特征。考虑到传统检测方式费时费力，本设计利用激光位移传感器完成对无缝钢管的自动化定位与检测，以缩短检测周期，提高检测效率，加快出厂效率。无缝钢管激光检测系统的应用与推广，提高了社会生产率和工作效率，保证了钢管出厂质量，加快了社会产业结构变革和信息化进程。
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