一種管材位置檢測裝置及方法
2023-05-13 10:10:06
一種管材位置檢測裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種管材位置檢測裝置及方法，所述裝置包括雷射發射端、雷射接收端和控制器，雷射發射端位於管材的下方，雷射接收端位於管材的上方；雷射發射端包括陣列式平置的LED和平置的菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡用於將LED的散射光折射成向上的平行光；雷射接收端包括陣列式平置的雷射接收管，雷射接收管用於接收LED透過菲涅爾透鏡折射出的光信號；相鄰雷射接收管之間的間距小於等於管材的直徑；控制器用於接收所有雷射接收管的檢測信號並據此判斷管材位置。本發明提供的管材位置檢測裝置及方法，只要管材在檢測範圍內就會有相應的信號輸出，解決原有點式檢測存在漏檢的問題和攝像頭檢測的高成本問題，提高檢測裝置的抗抖動性。
【專利說明】一種管材位置檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管材位置檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]高速盤拉設備是銅鋁管加工企業的專用生產設備，採用遊動芯頭拉伸方式，拉制極長的管材。如圖1所示為高速盤拉設備的結構示意圖，主要包括兩臺電機，一臺電機負責放料稱為放料電機1，一臺電機負責收料稱為盤拉電機3，兩臺電機之間對管材產生很大的拉力，使得管材得以拉伸，變細。在高速盤拉系統中由於盤拉電機3與放料電機I兩電機的實時速度的不同步使得兩電機之間的管材會晃動，利用在中間位置的管材檢測裝置2檢測出的位置信號對兩電機的速度進行實時補償可以使得晃動減小。
[0003]當前的管材位置檢測裝置2主要有兩種:一種是使用光電開關，具體做法就是利用控制器採集光電開關的信號；另一種是利用攝像頭檢測管材位置。這種兩種方案在實際運用中都會存在一些問題。
[0004]在第一種控制方案中，控制器的一個控制周期內米集光電開關的瞬間，由於光電開關屬於點式的檢測方式，它只檢測對應點的管材有無情況，所以當管材在相應時間點處於偏離光電開關對應的位置時，會導致控制器採集不到光電開關的信號，出現信號採集錯誤，這樣在高速的盤拉過程中會出現一定的問題；同時該方案也不能有效判斷、解決漏檢測與錯檢測的問題。
[0005]在第二種控制方案中，由於圖像處理的複雜性，必須採用高速的攝像頭與高速的數位訊號處理器，這樣就造成成本較高，同時不能有效解決整臺機械的抖動較大的問題。
【發明內容】
[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種管材位置檢測裝置及方法，採用光發生面和光接收面的方式對管材的位置進行檢測，只要管材在檢測範圍內就會有相應的信號輸出，解決原有點式檢測存在漏檢的問題和攝像頭檢測的高成本問題，提高檢測裝置的抗抖動性。
[0007]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0008]一種管材位置檢測裝置，包括雷射發射端、雷射接收端和控制器，所述雷射發射端位於管材的下方，所述雷射接收端位於管材的上方；
[0009]所述雷射發射端包括陣列式平置的LED燈和平置的菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡位於LED燈的正上方，用於將LED燈的散射光折射成向上的平行光；
[0010]所述雷射接收端包括陣列式平置的雷射接收管，所述雷射接收管的排布方向垂直於管材的理想走向，且位於菲涅爾透鏡的正上方，用於接收LED燈透過菲涅爾透鏡折射出的光信號；垂直於管材的理想走向，相鄰雷射接收管之間的間距小於等於管材的直徑；
[0011]所述控制器用於接收所有雷射接收管的檢測信號並據此判斷管材位置，能接收到光信號的雷射接收管位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管位置有管材通過。
[0012]優選的，所述雷射接收端還包括平置的柵格板，所述柵格板上的柵格平行於管材的理想走向，用於將菲涅爾透鏡折射出的光分成一組條狀光帶；每一個雷射接收管的正下方設置有一個柵格。
[0013]優選的，所述雷射接收端還包括選通電路，所述所有雷射接收管均接入選通電路的輸入端，所述選通電路的輸出端接入控制器。
[0014]一種管材位置檢測方法，包括如下步驟:
[0015](I)在一個採集周期內採集所有雷射接收管是否接收到光信號的信息，初步判定能接收到光信號的雷射接收管位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管位置有管材通過；
[0016](2)漏檢更正:若所有雷射接收管均接收到光信號，則重複步驟(1)，若連續3次步驟(I)的採集信息均顯示為所有雷射接收管均接收到光信號，則判斷無管材，否則認定為漏檢，並進行漏檢更正；
[0017](3)錯檢更正:若沒有接收到光信號的雷射接收管數目超過理論上不能接收到光信號的雷射接收管數目的最大值，則根據前η個採集周期的記錄，確認並記錄正確的信號和錯誤的信號；若在一定的時間長度範圍內同一雷射接收管始終出現錯誤信號則跳過該雷射接收管的檢測。
[0018]優選的，所述LED燈發生的光波為加載了頻率為180kHz、佔空比為50%的方波的650nm光波。
[0019]有益效果:本發明提供的管材位置檢測裝置及方法，採用光發生面和光接收面的方式對管材的位置進行檢測，只要管材在檢測範圍內就會有相應的信號輸出，解決原有點式檢測存在漏檢的問題和攝像頭檢測的高成本問題，提高檢測裝置的抗抗抖動性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為高速盤拉設備的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明所用的菲涅爾透鏡的示意圖；
[0023]圖4為本發明的軟體流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0025]如圖2所示為一種管材位置檢測裝置，包括雷射發射端、雷射接收端和控制器，所述雷射發射端位於管材的下方，所述雷射接收端位於管材的上方。
[0026]所述雷射發射端包括陣列式平置的LED燈21和平置的菲涅爾透鏡22，所述菲涅爾透鏡22位於LED燈21的正上方，用於將LED燈21的散射光折射成向上的平行光。
[0027]所述雷射接收端包括平置的柵格板23、陣列式平置的雷射接收管24和選通電路，所述柵格板23上的柵格平行於管材的理想走向，用於將菲涅爾透鏡22折射出的光分成一組條狀光帶；所述雷射接收管24的排布方向垂直於管材的理想走向，且位於菲涅爾透鏡23的正上方，用於接收LED燈21透過菲涅爾透鏡22折射出的光信號；垂直於管材的理想走向，相鄰雷射接收管24之間的間距小於等於管材的直徑；每一個雷射接收管24的正下方設置有一個柵格。
[0028]所述控制器用於接收所有雷射接收管24的檢測信號並據此判斷管材位置，能接收到光信號的雷射接收管24位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管24位置有管材通過；所述所有雷射接收管均接入選通電路的輸入端，所述選通電路的輸出端接入控制器。
[0029]下面結合一個具體的實例進行說明。
[0030]本例中控制器以DSP為核心、信號調理電路為輔助構成。
[0031]本例中LED燈21發生的光波為加載了頻率為180kHz、佔空比為50%的方波的650nm光波，是一種調製雷射，增加低頻信號是為了區分自然界中的波長為650nm的紅光。當然這也就同時要求雷射接收管24需要對應180kHz的頻率需求。這樣的設計就提高了系統抗自然光的幹擾能力。
[0032]本例中使用的是功率為Iw的LED燈21，數目為6個；調製雷射的調製信號從控制器部分直接引入，通過DSP給定一條調製信號線；此外在控制器部分還設計了 3根LED選通線，這3根LED選通線主要對6個大功率LED燈21進行選通；由於LED燈21的功率較大，若在同一時刻同時點亮必然會使得整個系統的功耗增大，使得電源的功率增大、成本提高，並不利於低功耗的目標；通過這3根信號線使得LED燈21隻有在需要的時候才點亮，從而減少了整個系統的功耗。
[0033]由於LED燈21所發出的光是向四周散射的，如果直接將這種光用於管材的位置檢測，會因而光線的不平行性而產生位置檢測的偏差，通過菲涅爾透鏡22可以將LED燈21發出的光折射成為向上的平行光。菲涅爾透鏡是由法國物理學家A.J.菲涅爾於1820年研製成功並首次將其應用於燈塔上的。菲涅爾透鏡與普通的透鏡的區別在於，由於光的折射只在表面進行，因此菲涅爾透鏡保留了普通透鏡的表面曲率，並將中間無用的部分省去，在不影響相關的光學效應的同時與普通透鏡相比整體的體積有著明顯的減小，將LED燈放在距離菲涅爾透鏡一倍焦距的地方可以使LED燈發出的散射光變成平行矩形光；圖3為菲涅爾透鏡的結構示意圖。
[0034]本例中管材的直徑在4mm之上，但是並不要求管材的位置檢測精度高達4mm，這要求垂直於管材的理想走向，相鄰雷射接收管24的間距要小於4mm ;因此，我們在50cm的檢測範圍內布置了 125個雷射接收管24，每4mm距離設置一個雷射接收管24，每連續的8個雷射接收管24作為一組檢測3.2cm的距離，這樣就有15組信號，將這15組信號通過三態門選通電路，就可以利用8根信號線完全讀取到雷射接收的所有狀態。
[0035]本例中使用的雷射接收管24的寬度為5mm,為了實現4mm距離內設置有一個雷射接收管24，本例中使用的方法是，排布兩排雷射接收管24，每排中每8mm距離設置一個雷射接收管24，兩排雷射接收管24交錯4mm放置，以實現垂直於管材的理想走向，相鄰雷射接收管24的間距為4mm的目的。
[0036]所述柵格板23上柵格的設置為每4mm距離內設置一個寬度為Imm的柵格，柵格的位置完全與雷射接收管24對應。
[0037]基於本案的管材檢測裝置的檢測方法，對15組雷射接收管24依次連續編號，由於每組雷射接收管24的跨距為3.2cm,完全大於管材直徑4mm，因此在設備正常運行情況下，能夠檢測到管材(雷射接收管24)的組數情況有兩種:一種是只有一組雷射接收管24檢測到管材；另一種是有兩組雷射接收管24檢測到管材，並且這兩組雷射接收管24是連續編號的。上述兩種情況以外的情況都屬於錯誤檢查，具體如圖4所示，包括如下步驟:
[0038](I)在一個IOOms的採集周期內採集15組雷射接收管是否接收到光信號的信息，初步判定能接收到光信號的雷射接收管位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管位置有管材通過；
[0039](2)漏檢更正:若所有雷射接收管均接收到光信號，則重複步驟(1)，若連續3次步驟(I)的採集信息均顯示為所有雷射接收管均接收到光信號，則判斷無管材，否則認定為漏檢，並進行漏檢更正；
[0040](3)錯檢更正:由於錯誤信號主要是由於接收管或者相關晶片燒壞或者由於光線角度存在偏差等原因造成的，所有錯誤信號有一個特徵就是在很長一段時間內錯誤的組號都是不變的，利用這一特徵判斷檢測到的信號是否正確；如果檢測到兩組被遮擋信號，則需要觀察之前的信號，確認不變的信號為錯誤信號，比對錯誤信號和正確信號進行記錄，如果在很長一段時間內同一組信號總是出現錯誤則跳過該組檢測信號。
[0041]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種管材位置檢測裝置，其特徵在於:包括雷射發射端、雷射接收端和控制器，所述雷射發射端位於管材的下方，所述雷射接收端位於管材的上方； 所述雷射發射端包括陣列式平置的LED燈和平置的菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡位於LED燈的正上方，用於將LED燈的散射光折射成向上的平行光； 所述雷射接收端包括陣列式平置的雷射接收管，所述雷射接收管的排布方向垂直於管材的理想走向，且位於菲涅爾透鏡的正上方，用於接收LED燈透過菲涅爾透鏡折射出的光信號；垂直於管材的理想走向，相鄰雷射接收管之間的間距小於等於管材的直徑； 所述控制器用於接收所有雷射接收管的檢測信號並據此判斷管材位置，能接收到光信號的雷射接收管位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管位置有管材通過。
2.根據權利要求1所述的管材位置檢測裝置，其特徵在於:所述雷射接收端還包括平置的柵格板，所述柵格板上的柵格平行於管材的理想走向，用於將菲涅爾透鏡折射出的光分成一組條狀光帶；每一個雷射接收管的正下方設置有一個柵格。
3.根據權利要求1所述的管材位置檢測裝置，其特徵在於:所述雷射接收端還包括選通電路，所述所有雷射接收管均接入選通電路的輸入端，所述選通電路的輸出端接入控制器。
4.一種管材位置檢測方法，其特徵在於:包括如下步驟: (1)在一個採集周期內採集所有雷射接收管是否接收到光信號的信息，初步判定能接收到光信號的雷射接收管位置沒有管材通過，不能接收到光信號的雷射接收管位置有管材通過； (2)漏檢更正:若所有雷射接收管均接收到光信號，則重複步驟(1)，若連續3次步驟(O的採集信息均顯示為所有雷射接收管均接收到光信號，則判斷無管材，否則認定為漏檢，並進行漏檢更正； (3)錯檢更正:若沒有接收到光信號的雷射接收管數目超過理論上不能接收到光信號的雷射接收管數目的最大值，則根據前η個採集周期的記錄，確認並記錄正確的信號和錯誤的信號；若在一定的時間長度範圍內同一雷射接收管始終出現錯誤信號則跳過該雷射接收管的檢測。
5.根據權利要求4所述的管材位置檢測方法，其特徵在於:所述LED燈發生的光波為加載了頻率為180kHz、佔空比為50%的方波的650nm光波。
【文檔編號】B21C51/00GK103464527SQ201310452619
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】李新德, 曹昊然, 楊偉, 陸楓 申請人:東南大學