專利名稱：車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輪熱鍛園柱鋼坯實際軸線與熱鍛機鍛壓中心之間位置偏差的在線檢測方法及其檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在車輪生產(chǎn)線上，首道工序是下料，將煉鋼廠送來的圓柱鋼棒，根據(jù)某規(guī)格車輪所需材料體積按照一定的下料長度，在數(shù)控圓盤鋸切機上鋸切成一塊塊園柱鋼坯，然后將鋼坯送加熱爐，加熱好的鋼坯經(jīng)除鱗機除去表面氧化皮，由機械手抓取送到熱鍛機的下模具上，進行鍛壓成型。鋼坯放到熱鍛機下模具上時，要求圓柱鋼坯軸線與熱鍛機鍛壓中心的重合度在一定公差范圍內(nèi)，即要將鋼坯放到熱鍛機的正中，不能偏心，否則經(jīng)后續(xù)軋制加工后車輪徑向方向尺寸不均，即產(chǎn)生偏心，使車輪動平衡達不到要求，滿足不了高質(zhì)量車輪的生產(chǎn)，嚴重的會產(chǎn)生廢品，且鋼坯位置偏心一般是由于機械手控制系統(tǒng)漂移產(chǎn)生的，一旦出現(xiàn)偏心又未能及時發(fā)現(xiàn)并進行修正，將會產(chǎn)生一批廢品，造成嚴重的經(jīng)濟損失。加熱好的鋼坯是用機械手送往熱鍛機的，采用機械手對鋼坯的位置進行控制，理論上講是可以將鋼坯放到準確位置，但是由于機械手回轉(zhuǎn)半徑大、控制系統(tǒng)漂移等原因，鋼坯實際軸線與熱鍛機鍛壓中心的重合度不在允許公差范圍內(nèi)的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，所以對鋼坯位置即所述的中心重合度必須進行實時檢測，對于超過允許公差范圍的鋼坯在進入后道工序前要檢出剔除，并報警以及時調(diào)整和補償機械手控制系統(tǒng)。目前生產(chǎn)線上是采用人工抽檢的方法進行檢驗，工作量大且容易漏檢。目前國內(nèi)車輪生產(chǎn)線上沒有車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了檢測判別加熱過的車輪圓柱鋼坯放到熱鍛機下模具上時，其實際軸線與熱鍛機鍛壓中心是否重合，本發(fā)明提出一種車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測方法和檢測系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的檢測方法的技術(shù)方案是如圖1所示，將三個高溫激光測距傳感器兩兩對稱地安裝在熱鍛機的三個立柱側(cè)面上，經(jīng)調(diào)整裝置微調(diào)并標定， 使激光器發(fā)出的三根激光線光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機中心、三根光柱之間的夾角為α及π-α。拆去熱鍛機下模具及模座，裝上本系統(tǒng)標定裝置，通過高精度的加工及裝配，保證本標定裝置的中心就是熱鍛機鍛壓中心，先將精加工的標準圓柱鋼坯放上標定裝置的測量位，此時標準鋼坯內(nèi)孔套在標定裝置的立軸上，標準圓柱鋼坯外園與內(nèi)孔的同軸度為0. 03mm，標準鋼坯的中心與熱鍛機鍛壓中心重合，測出激光測距傳感器到標準圓柱鋼坯外表面的距離，分別為‘、‘、‘。再換上熱鍛機下模具及模座，當機械手送進實際鋼坯后，測出激光測距傳感器到實際鋼坯外表面的距離分別為I1U2U3,圖中1、2、3點分別為三個激光光柱與實際鋼坯的交點，計算出此三點的坐標，據(jù)此計算出實際鋼坯中心的坐標及鋼坯位置偏差值。以熱鍛機鍛壓中心為原點建立xOy坐標系，根據(jù)式(1)就可計算出實際車輪圓柱鋼坯軸線與熱鍛機鍛壓中心的偏差為根據(jù)檢測原理及系統(tǒng)要達到的功能，確定的檢測過程的步驟是1)啟動檢測系統(tǒng)，并選擇鋼坯規(guī)格，設(shè)定偏差允許極限值δ m ；2)取出熱鍛機原有的下模及其模座，裝上標定裝置，放上標準圓柱鋼坯，測量激光器到標準鋼坯表面的三點距離Itll, Itl2, Itl3，測量激光光柱夾角a，并輸入程序中；取下標定裝置，裝上熱鍛機下模及其模座。(本步驟僅第一次安裝調(diào)試本系統(tǒng)時進行，正常生產(chǎn)時跳過此步驟)。3)熱鍛機機械手送進熱鋼坯，激光傳感器由機械手信號觸發(fā)測量激光器到實際鋼坯表面的三點距離I1,12,13 ；4)式(1) (6)進行數(shù)據(jù)計算；5)式(1)計算出的鋼坯位置偏差δ χ大于偏差允許值δ m，則報警，重新放置鋼坯并重新檢測其位置或取下鋼坯。對位置偏差\不大于偏差允許值Sm的鋼坯進行鍛壓并計數(shù)。根據(jù)檢測原理及系統(tǒng)要達到的功能構(gòu)建檢測系統(tǒng)如圖2、圖3所示，檢測系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，硬件部分主要由高溫激光測距傳感器及其水冷防護箱、激光線光柱標定裝置、激光器調(diào)整裝置、安裝支架、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、報警器、控制終端以及電纜電源等組成；軟件部分主要由信號通訊模塊、驅(qū)動控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、計數(shù)報警模塊等組成。電氣系統(tǒng)中，電源來自220V單相照明電，控制柜外側(cè)裝有空氣開關(guān)，用于整個系統(tǒng)的供電輸入?？刂乒裰性O(shè)有MV、350W的開關(guān)電源，可提供專門用于控制回路的MV DC 電源?？刂乒駜?nèi)安裝有控制器、顯示器、報警器、傳感器控制器、24V繼電器以及接線端子等電氣元件，安全可靠。傳感器及其調(diào)整機構(gòu)如圖4所示，所用傳感器為高溫激光測距傳感器，三個激光測距傳感器固定在各自的激光器調(diào)整裝置的激光器夾中，激光器夾由激光器調(diào)整裝置中串聯(lián)的升降機構(gòu)、垂直面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)、水平面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)帶動可以產(chǎn)生三個方向的運動，實現(xiàn)激光光柱的調(diào)整。配合激光器標定裝置，可以調(diào)整激光器發(fā)生上下移動、水平面內(nèi)擺動、垂直面內(nèi)擺動，最終使三根激光光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機鍛壓中心、三根光柱之間的夾角為α及η-α，三根激光光柱兩兩之間的夾角之和為180°。三組激光器及其調(diào)整裝置是通過連接支架與激光線光柱標定裝置相連的。標定針插在標定裝置的上立軸孔內(nèi)， 其軸線是熱鍛機的中心。激光器位置調(diào)好后，用固定支架將其固定在熱端機立柱的側(cè)面，固定好后，用標準鋼坯調(diào)試系統(tǒng)，調(diào)好后拆去標定裝置及連接支架，裝上熱壓機下模具及其模座，本系統(tǒng)就可以開始工作了。系統(tǒng)的輸入輸出本系統(tǒng)與現(xiàn)場熱鍛機的控制系統(tǒng)通過兩根信號線進行接口，實現(xiàn)在線檢測，紅色輸入信號線的信號為24V高電平時，此時機械手將鋼坯放置到熱鍛機下模具上，零件待檢，激光測距傳感器的電源接通，系統(tǒng)進入檢測工作狀態(tài)。黑色信號線為檢測完成輸出信號線，檢測完成后，激光測距傳感器電源斷開，控制器通過黑色信號線向熱鍛機控制系統(tǒng)發(fā)出24V高電平信號，表明檢測完成，位置偏差δ χ在允許偏差范圍內(nèi)，熱鍛機則進行鍛壓，超差則報警，停止熱鍛。檢測系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下表所示
類型項目AB檢測對象工件直徑辦380 mm (定值)Φ 450 mm (定值)偏差容許值S m5 mm (可調(diào))6 nun (可調(diào))檢測精度^0. 5mm^0. 5mm檢測時間15s15s鋼坯溫度1150°C±100°C激光器工作環(huán)境溫度60°C±10°C電源電壓220V開關(guān)電源24V、 350W高溫激光測距傳感器測量精度160 μ m高溫激光測距傳感器重復(fù)精度15 μ m 本發(fā)明的有益效果是，檢測系統(tǒng)能在線自動檢測加熱過的車輪圓柱鋼坯軸線與熱鍛機鍛壓中心是否重合，鋼坯位置偏差大于偏差允許值時進行聲光報警，重新放置鋼坯并重新檢測其位置或取下鋼坯，對位置偏差不大于偏差允許值的鋼坯進行鍛壓，系統(tǒng)還能自動記錄顯示被檢鋼坯的總數(shù)量、不偏置的鋼坯數(shù)量、偏置的鋼坯數(shù)量、偏置率以及每個鋼坯的位置偏差，有效地減少了因鋼坯放偏引起的料廢與工廢的發(fā)生，提高成品率和產(chǎn)品質(zhì)量， 降低人工檢驗成本。


圖1是本發(fā)明的車輪熱鍛鋼坯位置檢測原理圖；圖2是本發(fā)明的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)圖；圖3是圖2車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3中件5高溫激光測距傳感器及其調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。圖中1.激光線光柱標定裝置2.標定針3.園柱鋼坯4.連接支架5.高溫激光測距傳感器及其水冷防護箱6.固定支架7.激光器調(diào)整裝置8.升降機構(gòu)9.垂直面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)10.水平面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)11.激光器夾具體實施方法一種用于外徑為Φ 380mm或Φ 450mm車輪熱鍛鋼坯位置檢測的檢測系統(tǒng)(圖2、圖 3)，由硬件部分和軟件部分組成，硬件部分主要由激光線光柱標定裝置(1)、高溫激光測距傳感器及其水冷防護箱(5)、激光器調(diào)整裝置(7)、連接及固定支架(4) (6)、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、報警器、控制終端以及電纜電源等組成；軟件部分主要由信號通訊模塊、 驅(qū)動控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、計數(shù)報警模塊等組成。如圖3、4所示，本系統(tǒng)所用傳感器為高溫激光測距傳感器(5)，三個激光測距傳感器通過激光線光柱標定裝置(1)與激光器調(diào)整裝置(7)的配合使用，使發(fā)出的三根激光光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機中心，即標定針O)。激光測距傳感器(5)固定在激光器調(diào)整裝置(7)的激光器夾(11)中，激光器夾(11)由激光器調(diào)整裝置(7)中串聯(lián)的升降機構(gòu)(8)、垂直面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)(9)、水平面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)(10)帶動可以產(chǎn)生三個方向的運動，實現(xiàn)激光光柱的調(diào)整。三組激光器及其調(diào)整裝置是通過連接支架(4)與激光線光柱標定裝置 (1)相連。標定針( 插在標定裝置(1)的上立軸孔內(nèi)，其軸線是熱鍛機的中心。激光器位置調(diào)好后，用固定支架(6)將其點焊固定在熱端機立柱的側(cè)面，固定好后，用標準鋼坯調(diào)試系統(tǒng)，調(diào)好后拆去標定裝置(1)及連接支架G)，裝上熱壓機下模具及其模座。檢測系統(tǒng)的工作過程是(1)打開檢測系統(tǒng)電源開關(guān)，啟動檢測系統(tǒng)，在系統(tǒng)操作界面首先選擇好要檢測的鋼坯工件類型，A為Φ380πιπι車輪鋼坯，B為Φ450mm車輪鋼坯，設(shè)定極限位置偏差允許值
δχ;(2)取出熱鍛機原有的下模及其模座，裝上標定裝置，放上標準圓柱鋼坯，測量激光器到標準鋼坯表面的三點距離lcu，I02, Itl3，測量激光光柱夾角α，并輸入程序中；取下標定裝置，裝上熱鍛機下模及其模座。(本步驟僅第一次安裝調(diào)試本系統(tǒng)時進行，正常生產(chǎn)時跳過此步驟)。(3)實際熱鋼坯被機械手放上熱鍛機下模具上表面，激光測距傳感器由機械手信號觸發(fā)測量激光器到實際鋼坯表面的三點距離I1,12,13 ；(4)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)計算分析及判斷；(5)對位置偏差δ χ大于偏差允許值δ m的鋼坯進行聲光報警，并重新放置鋼坯并重新檢測其位置偏差，或取下鋼坯等待機械手調(diào)整。對位置偏差\不大于偏差允許值八的鋼坯進行鍛壓并計數(shù)。鍛壓過的鋼坯繼續(xù)由另側(cè)機械手取出走進入下一道工序，檢測系統(tǒng)開始下一個鋼坯的檢測。
權(quán)利要求
1. 一種車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征在于采用如下檢測原理 將三個高溫激光測距傳感器兩兩對稱地安裝在熱鍛機的三個立柱側(cè)面上，經(jīng)調(diào)整裝置微調(diào)并標定，使激光器發(fā)出的三根激光線光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機中心、三根光柱之間的夾角為α及π-α。拆去熱鍛機下模具及模座，裝上本系統(tǒng)標定裝置，通過高精度的加工及裝配，保證本標定裝置的中心就是熱鍛機鍛壓中心，先將精加工的標準圓柱鋼坯放上標定裝置的測量位，此時標準鋼坯內(nèi)孔套在標定裝置的立軸上，標準圓柱鋼坯外園與內(nèi)孔的同軸度為0. 03mm，標準鋼坯的中心與熱鍛機鍛壓中心重合，測出激光測距傳感器到標準圓柱鋼坯外表面的距離，分別為‘、‘、‘。再換上熱鍛機下模具及模座，當機械手送進實際鋼坯后，測出激光測距傳感器到實際鋼坯外表面的距離分別為I1U2U3,圖中1、2、 3點分別為三個激光光柱與實際鋼坯的交點，計算出此三點的坐標，據(jù)此計算出實際鋼坯中心的坐標及鋼坯位置偏差值。以熱鍛機鍛壓中心為原點建立xOy坐標系，根據(jù)式(1)就可計算出實際車輪圓柱鋼坯軸線與熱鍛機鍛壓中心的偏差為δχ = Vxm7T^m7(ι)式中xl23 = (aX (yb2-yb3)-bX (ybl-yb2))/(-c)(2)yl23 = (aX (xb2_xb3)_bX (xbl_xb2))/c(3)a = xbl2+ybl2-xb22-yb22(4)b = xb22+yb22-xb32-yb32(5)c = 2X (ybl-yb2) X (xb2-xb3)-2X (yb2-yb3) X (xbl-xb2) (6) xl23——實際鋼坯中心的橫坐標； yl23—實際鋼坯中心的縱坐標；xbl——點 1 的橫坐標，xbl = (loi+D/2-li) X cos (( π - α ) /2)； ybl——點 1 的縱坐標，ybl = (101+D/2-11) X sin (( π - α )/2)；xb2-點 2 的橫坐標，xb2 = (102+D/2-12) X cos (( π + α ) /2)；yb2——點 2 的縱坐標，yb2 = (102+D/2-12) X sin (( π + α ) /2)；xb3-點 3 的橫坐標，xb3 = (103+D/2-13) Xcos ((3 π - α )/2)；yb3——點 3 的縱坐標，xb3 = (103+D/2-13) X sin ((3 π - α ) /2)； D—鋼坯的直徑； α—激光線的夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征在于采用如下檢測步驟1)啟動檢測系統(tǒng)，并選擇鋼坯規(guī)格，設(shè)定偏差允許極限值Sm;2)取出熱鍛機原有的下模及其模座，裝上標定裝置，放上標準圓柱鋼坯，測量激光器到標準鋼坯表面的三點距離Itll, Itl2, Itl3，測量激光光柱夾角α，并輸入程序中；取下標定裝置， 裝上熱鍛機下模及其模座。(本步驟僅第一次安裝調(diào)試本系統(tǒng)時進行，正常生產(chǎn)時跳過此步驟)ο3)熱鍛機機械手送進熱鋼坯，激光傳感器由機械手信號觸發(fā)測量激光器到實際鋼坯表面的三點距離I1, I2, I3 ；4)按權(quán)利要求1所述的式(1) (6)進行數(shù)據(jù)計算；5)按權(quán)利要求1所述的式(1)計算出的鋼坯位置偏差3!￡大于偏差允許值δω，則報警，重新放置鋼坯并重新檢測其位置或取下鋼坯。對位置偏差\不大于偏差允許值八的鋼坯進行鍛壓并計數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)主要參數(shù)如下表件類型項目AB被檢鋼坯直徑Φ 380 mmΦ 450 mm位置偏差容許值S m5 mm6 mm檢測精度^0. 5mm^0. 5mm檢測時間15s15s被檢鋼坯溫度1150°C±10(TC激光器工作環(huán)境溫度60°C±10°C
4.一種車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征是檢測系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，硬件部分由高溫激光測距傳感器及其水冷防護箱、激光線光柱標定裝置、激光器調(diào)整裝置、安裝支架、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、報警器、控制終端以及電纜電源組成；軟件部分由信號通訊模塊、驅(qū)動控制模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、計數(shù)報警模塊組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求4所述的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征是 三個高溫激光測距傳感器固定在各自的激光器調(diào)整裝置的激光器夾中，激光器調(diào)整裝置中的升降機構(gòu)、垂直面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)、水平面內(nèi)調(diào)整機構(gòu)是串聯(lián)連接的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求4所述的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征是 激光器發(fā)出的三個激光光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機中心、三根激光光柱兩兩之間的夾角之和為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求4所述的車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，其特征是 標定針插在標定裝置的上立軸孔內(nèi)，其軸線是熱鍛機的中心。
全文摘要
一種車輪熱鍛鋼坯位置在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括高溫激光測距傳感器及其水冷防護箱、激光器調(diào)整裝置及激光線光柱標定裝置、數(shù)據(jù)采集卡、主控制器及顯示器、報警器、控制終端、電纜電源，信號通訊、驅(qū)動控制、數(shù)據(jù)采集與處理、計數(shù)報警等模塊。三個激光器兩兩對稱安裝在熱鍛機立柱側(cè)面上，激光器發(fā)出的三根激光光柱在同一平面內(nèi)，且均指向熱鍛機中心，通過測量三個激光器到標準圓柱鋼坯表面及實際鋼坯表面的距離，再進行計算就可在線檢測車輪鋼坯實際軸線與熱鍛機鍛壓中心是否重合，對位置偏差超過允許值的鋼坯進行聲光報警，并自動記錄顯示被檢鋼坯的數(shù)量、偏置率以及偏差值，有效減少料廢與工廢的發(fā)生。
文檔編號G01B11/00GK102252613SQ20111017797
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者劉愛兵, 吳海彤, 汪根祥, 王洋, 程建國 申請人:馬鞍山馬鋼華陽設(shè)備診斷工程有限公司