專利名稱：一種鋼管測長系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括自動(dòng)化控制、機(jī)械輸送和油井管加工。這種新型
的鋼管測長與稱重方法及其機(jī)電一體裝置，可以應(yīng)用于油井管生產(chǎn)和加工的各種生產(chǎn)線， 也可以應(yīng)用于與鋼管類似(長度較長、橫截面為圓形)的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 的測長和稱重。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有鋼管測長和稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)詳見附圖1。整個(gè)系統(tǒng)一般包括如下工位 取料工位由上料臺架構(gòu)成，用于鋼管待料，通過步進(jìn)梁實(shí)現(xiàn)鋼管從取料工位至對 齊工位的運(yùn)送。
對齊工位包括輸送輥道和對齊擋板，用于鋼管的自動(dòng)對齊。動(dòng)作過程為輸送輥
道正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鋼管向?qū)R擋板方向移動(dòng)，當(dāng)接近對齊擋板時(shí)，對齊停止傳感器檢測到信號，
停止輸送輥旋轉(zhuǎn)，鋼管依靠慣性向前移動(dòng)到擋板后停止，實(shí)現(xiàn)了鋼管端面的對齊。
測長工位包括測長汽缸(或油缸，內(nèi)置位移傳感器)、鋼管支架和六對測長光柵
(根據(jù)被測鋼管的最短長度，從距離測長汽缸原始位置開始的7米或更近處開始每米放置
一對測長光柵)，可實(shí)現(xiàn)最長13米鋼管的長度測量(如果被測鋼管的長度更長，可以通過
增加光柵對數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)長度測量)；測長過程為測長汽缸向前推出，推動(dòng)鋼管移動(dòng)，當(dāng)
鋼管尾部觸發(fā)了新的光柵信號時(shí)，記錄下當(dāng)時(shí)測長汽缸的移動(dòng)位置，這樣就獲得了被測量
鋼管的長度，即鋼管長度=測長開始前最后一個(gè)被遮擋光柵與測長汽缸原始位置之間的
距離(已知)+ (觸發(fā)信號光柵與最后一個(gè)被遮擋光柵之間的距離_測長汽缸的位移)，如圖
2A、2B所示: 稱重工位包括磅秤、V型支架及秤臺，用于實(shí)現(xiàn)秤臺上鋼管的重量自動(dòng)稱量； 噴印、出料工位包括輸送輥道、噴印機(jī)支架，用于鋼管的輸送和噴??；工作過程 為當(dāng)鋼管由步進(jìn)梁從稱重工位移送到噴印和出料工位后，電氣和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把該鋼管的 長度和重量，以及預(yù)定義的噴印內(nèi)容發(fā)送給噴印機(jī)，發(fā)送完成后，系統(tǒng)通過輸送輥道驅(qū)動(dòng)鋼 管向前運(yùn)行，當(dāng)鋼管噴印位置到達(dá)噴印機(jī)安裝位置后，系統(tǒng)啟動(dòng)噴印機(jī)進(jìn)行噴印，從而完成 整個(gè)鋼管的測長、稱重和噴印工作。 步進(jìn)梁用于實(shí)現(xiàn)鋼管在各個(gè)工位之間的平滑移動(dòng)；也有的系統(tǒng)不使用步進(jìn)梁， 而是使用翻板(撥料器)實(shí)現(xiàn)鋼管在各個(gè)工位之間的移動(dòng)，但是這種方式鋼管移動(dòng)不平穩(wěn)， 對設(shè)備沖擊大。 整個(gè)動(dòng)作過程可描述為，當(dāng)取料工位有料時(shí)，且其它工位已經(jīng)就緒，步進(jìn)梁開始 運(yùn)行一周，實(shí)現(xiàn)鋼管從有料工位一對齊工位一測長工位一稱重工位一噴印、 出料工位的順序移動(dòng)。移動(dòng)完成后，各個(gè)工位開始進(jìn)行各個(gè)工位的工作。之后，再進(jìn)行下 一輪循環(huán)。整個(gè)生產(chǎn)過程中，由電氣控制系統(tǒng)和上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼管的跟蹤和長度與 重量數(shù)據(jù)等的收集，并負(fù)責(zé)把需要噴印的信息按預(yù)先定義格式，發(fā)送給噴印機(jī)和觸發(fā)噴印 機(jī)的噴印動(dòng)作。[0010] 現(xiàn)有技術(shù)和系統(tǒng)的缺點(diǎn)是工位多、機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要的空間大，成本高。 根據(jù)對現(xiàn)有系統(tǒng)的分析和描述，可知現(xiàn)有系統(tǒng)包括了五個(gè)工位和一個(gè)貫穿所有 工位的步進(jìn)梁，以及測長汽缸等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)的加工周期長、現(xiàn)場安裝所需的 空間比較大。因此，整套系統(tǒng)的成本較高，不利于廣泛使用和推廣。目前，很多鋼管生產(chǎn)企 業(yè)是由人工完成的測長和稱重，并把數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入到計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)噴印，這樣就存在的嚴(yán)重 的隱患，也影響生產(chǎn)效率。 測長汽缸或油缸所使用的直線位移傳感器精度不高，抗干擾性能差，測量精度低； 目前所使用的測長汽缸和油缸，其行程需要大于等于1100mm，這樣的大行程汽缸或油缸加 工復(fù)雜，而且需要內(nèi)置位移傳感器。由于行程大，所以傳感器的絕對測量精度不高，一般為 士2mm。再考慮到機(jī)械和電氣系統(tǒng)的誤差，一般的鋼管測長系統(tǒng)精度為士5mm 士10mm之 間。并且，這樣的直線位移傳感器容易受到現(xiàn)場的干擾，從而進(jìn)一步增加系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致測 長故障。 測長汽缸或油缸的使用，需要汽源或液壓源，工輔條件要求多； 現(xiàn)有的測長方式，需要現(xiàn)場提供汽源或液壓源，這一方面增加了工輔要求，另一方
面也增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。 整個(gè)系統(tǒng)對所生產(chǎn)鋼管的規(guī)格變化適應(yīng)性不強(qiáng)。 現(xiàn)有的測長和稱重系統(tǒng)，對鋼管規(guī)格變化的適應(yīng)性不強(qiáng)，這主要是因?yàn)椴竭M(jìn)梁的 步距必須是確定的，是機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的。這樣，當(dāng)鋼管規(guī)格變化較大時(shí)，就必須 按照最大的尺寸來設(shè)計(jì)整個(gè)步進(jìn)梁系統(tǒng)，這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本也將進(jìn)一步 提高。在目前情況下，鋼管生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品范圍一般要求覆蓋面廣，所以這也影響了現(xiàn)有系 統(tǒng)和方法的推廣和應(yīng)用。 不適用于規(guī)格特別大或重量特別大的鋼管 現(xiàn)有的測長方法(通過汽缸或油缸推動(dòng)進(jìn)行測長)不適用于規(guī)格特別大或重量特 別大的鋼管，因?yàn)殡S著鋼管直徑和重量的增加，推動(dòng)鋼管運(yùn)動(dòng)變得越來越難，成本也越來越 大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種測長系統(tǒng)，其能夠在對齊工位或輸送輥道上實(shí)現(xiàn)鋼管 的自動(dòng)測長；并把稱重工位和噴印與輸出工位相結(jié)合，從而簡化整個(gè)測長和稱重以及噴印 系統(tǒng)，以大大降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低維護(hù)強(qiáng)度。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種鋼管測長系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在一條 直線上的多個(gè)輸送輥、至少一個(gè)測量輥和分別設(shè)置于系統(tǒng)兩側(cè)的第一光柵和第二光柵。其 中， 所述輸送輥包括底座和固連于底座的支架，在支架上設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng) 軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有包膠的鋼輥； 所述測量輥包括底座，配合于底座上的導(dǎo)向支架，設(shè)置于導(dǎo)向支架上的浮動(dòng)支架， 一根中心軸一端固定于浮動(dòng)支架底部，另一端固定于底座，中部套有彈簧，并穿過分別導(dǎo)向 支架上表面和下表面的孔，且所述上表面的孔大于下表面的孔，所述浮動(dòng)支架上設(shè)有一個(gè) 傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸外固定有包膠的鋼輥(圓柱形)，在傳動(dòng)軸的一側(cè)通過一聯(lián)軸器配合一個(gè)編碼器； 還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)連接第一光柵、第二光柵和編碼器。 本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)的工作原理是，輸送輥將待測鋼管從一端輸入測長系統(tǒng)，
當(dāng)?shù)谝还鈻艡z測到待測鋼管完全通過時(shí)，發(fā)出啟動(dòng)信號給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)編碼器
的計(jì)數(shù)，當(dāng)鋼管到達(dá)第二光柵后，第二光柵發(fā)出停止信號給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)終止編碼器
計(jì)數(shù)，這樣，已知的兩光柵間的距離與編碼器所計(jì)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與包膠鋼輥周長的乘積之差
即鋼管的長度。 本實(shí)用新型的系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在一側(cè)光柵之外的對齊安全擋板。鋼管通過第
二光柵后，還可以繼續(xù)前進(jìn)，并到達(dá)對齊安全擋板后，被運(yùn)送到下一工位。 本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)還可以包括一個(gè)稱重系統(tǒng)和一雙聯(lián)翻板系統(tǒng)，該稱重系統(tǒng)
與上述測長系統(tǒng)平行設(shè)置，包括多個(gè)可升降輸送輥，以及可升降稱重器，該雙聯(lián)翻版系統(tǒng)與
所述控制系統(tǒng)相連，在該控制系統(tǒng)的控制下將經(jīng)過測長的鋼管撥至稱重系統(tǒng)。 本發(fā)明中通過使用旋轉(zhuǎn)編碼器和測量輥來代替測長汽缸或油缸，將大大提高測量
精度至±0. lmm。相對于原來的士2mm，提高約20倍。測長汽缸或油缸被取代后，也將降低
系統(tǒng)對工輔系統(tǒng)的要求，從而降低成本和能耗。 另外，由于完成同樣功能所需要的工位數(shù)的減少，也就不再需要復(fù)雜的步進(jìn)梁機(jī) 構(gòu)，而是可以以垂直升降的雙聯(lián)翻板系統(tǒng)來取代，這樣一方面可以大大降低系統(tǒng)成本(約 30% )，另一方面，也可以提高系統(tǒng)對不同規(guī)格鋼管的適應(yīng)能力。 測量輥的關(guān)鍵點(diǎn)是彈性支撐機(jī)構(gòu)，如上所述，該結(jié)構(gòu)通過由彈簧支撐的浮動(dòng)支架 實(shí)現(xiàn)，并通過導(dǎo)向支架導(dǎo)向，從而可以自適應(yīng)的調(diào)整其與待測鋼管的接合，并保證消除鋼管 運(yùn)行過程中，鋼管直度因素和跳動(dòng)因素對測長精度的影響。 使用測長輥代替測長汽缸或油缸，也就是說使用編碼器代替直線位移傳感器可以 大大提高測量精度。以測量輥周長314mm計(jì)算，編碼器分辨率5000脈沖/轉(zhuǎn)，則長度測量 精度為0. 06mm，可以大大提高測量精度和分辨率。另外，使用編碼器進(jìn)行長度測量，不存在 直線位移傳感器的線性度問題，因此測量重復(fù)精度也將更高。而且，使用編碼器進(jìn)行長度測 量，其抗干擾性能也將優(yōu)于位移傳感器。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的鋼管測長和稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2A為現(xiàn)有技術(shù)中的鋼管測長系統(tǒng)的工作原理圖。 圖2B為現(xiàn)有技術(shù)中的鋼管測長系統(tǒng)的工作原理圖。 圖3A為本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)的測量輥的結(jié)構(gòu)主視圖。 圖3B為本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)的測量輥的結(jié)構(gòu)側(cè)視剖視圖。 圖4A為本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局圖。 圖4B為本實(shí)用新型的上料、測長、承重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局圖。 圖5A為表示本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)動(dòng)作原理的示意圖。 圖5B為表示本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)動(dòng)作原理的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖，對本實(shí)用新型的鋼管測長系統(tǒng)做詳細(xì)說明 工藝布局 參照圖4A，一種鋼管測長系統(tǒng)100，該系統(tǒng)包括設(shè)置在一條直線上的多個(gè)輸送輥 10、至少一個(gè)測量輥20和分別設(shè)置于系統(tǒng)兩側(cè)的第一光柵30和第二光柵40 ;其中， 所述輸送輥10包括底座和固連于底座的支架，在支架上設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有包膠的鋼輥； 如圖3A、3B所示，所述測量輥20包括底座201，配合于底座201上的導(dǎo)向支架202， 設(shè)置于導(dǎo)向支架202上的浮動(dòng)支架203， 一根中心軸204， 一端固定于浮動(dòng)支架203底部，另 一端固定于底座201，中心軸204中部套有彈簧205，并分別穿過導(dǎo)向支架202上表面和下 表面的孔221 、222后通過螺母241固定于底座201，且所述上表面的孔221大于下表面的孔 222，所述浮動(dòng)支架203上設(shè)有一個(gè)傳動(dòng)軸206，該傳動(dòng)軸206外固定有包膠的鋼輥207，在 傳動(dòng)軸的一側(cè)通過一聯(lián)軸器208配合一個(gè)編碼器209 ; 還包括一個(gè)控制系統(tǒng)50，該控制系統(tǒng)連接第一光柵30、第二光柵40和編碼器209。 本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)的工作原理是，如圖5A、5B所示，輸送輥10將待測鋼管S 從一端輸入測長系統(tǒng)100，當(dāng)?shù)谝还鈻?0檢測到待測鋼管S完全通過時(shí)，發(fā)出啟動(dòng)信號給 控制系統(tǒng)50，控制系統(tǒng)50啟動(dòng)編碼器209的計(jì)數(shù)，當(dāng)鋼管到達(dá)第二光柵40后，第二光柵40 發(fā)出停止信號給控制系統(tǒng)50，控制系統(tǒng)終止編碼器209計(jì)數(shù)，這樣，已知的兩光柵間的距離 與編碼器所計(jì)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與包膠鋼輥周長的乘積之差即鋼管的長度。 本實(shí)用新型的系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在一側(cè)光柵之外的對齊安全擋板60。鋼管通過 第二光柵后40，還可以繼續(xù)前進(jìn)，并到達(dá)對齊安全擋板后，被運(yùn)送到下一工位。 參照圖4B，本實(shí)用新型的測長系統(tǒng)100還可以進(jìn)一步包括一個(gè)稱重系統(tǒng)200和一 雙聯(lián)翻板系統(tǒng)300，該稱重系統(tǒng)200與上述測長系統(tǒng)100平行設(shè)置，包括多個(gè)可升降輸送輥， 以及稱重器，該雙聯(lián)翻版系統(tǒng)300與所述控制系統(tǒng)50相連，在該控制系統(tǒng)的控制下將經(jīng)過 測長的鋼管S撥至稱重系統(tǒng)200。 本實(shí)用新型中的系統(tǒng)還可以包括一個(gè)與所述測長系統(tǒng)平行設(shè)置的上料系統(tǒng)400， 該上料系統(tǒng)400位于雙聯(lián)翻版系統(tǒng)300的操作范圍內(nèi)，其上放置有待測鋼管，這些待測鋼管 可被雙聯(lián)翻版系統(tǒng)300逐一撥至測長系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)測長和對齊。 本實(shí)用新型的工藝步驟與動(dòng)作關(guān)系如下 (1)上料當(dāng)上料系統(tǒng)有料時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)翻板運(yùn)行，把臺架上的第一根鋼 管撥料到測長和對齊工位； (2)對齊和測長對齊和測長工位有料時(shí)，系統(tǒng)開始對齊和測長(參見本發(fā)明的對 齊和測長方法)； (3)稱重和輸出當(dāng)測長和對齊結(jié)束后，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)翻板運(yùn)行，把測長和對 齊工位的鋼管撥料到稱重和輸出輥道(同時(shí)，把上料臺架上的第二根鋼管撥料到測長和對 齊工位，為下一次測量上料)。此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行稱重(稱重架比輥道的初始位置高)。當(dāng)重 量值穩(wěn)定后，系統(tǒng)記錄此鋼管的重量數(shù)據(jù)(連同上個(gè)工位的長度數(shù)據(jù)一起記錄)。之后，輸 出輥道上升，上升到位后，輸送輥道旋轉(zhuǎn)，完成鋼管出料。 本實(shí)用新型中的控制系統(tǒng)可以由PLC控制系統(tǒng)、MCC控制系統(tǒng)和工控機(jī)及軟件系統(tǒng)構(gòu)成，主要的功能是完成邏輯控制、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、長度計(jì)算、重量采集以及鋼管測量過程中 的跟蹤和數(shù)據(jù)管理。
電控系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)的另外功能還可以包括系統(tǒng)自診斷和系統(tǒng)維護(hù)。
在鋼管對齊過程中，實(shí)現(xiàn)鋼管測長是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)；因?yàn)檫@樣可以在不影響生
產(chǎn)節(jié)奏的情況下節(jié)省工位，從而為降低投資奠定基礎(chǔ)。 鋼管測長用測量輥是實(shí)現(xiàn)鋼管測長的重要手段，尤其是具有彈性支撐結(jié)構(gòu)，可以 防治測量過程中的打滑和運(yùn)行不同步，從而影響測量精度。 通過這樣的測量方法，可以實(shí)現(xiàn)在鋼管對齊(是鋼管生產(chǎn)所必須的，為了保證走 鋼線的統(tǒng)一)過程中的鋼管長度測量，這樣不僅節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)也減少了工位，從而 可以節(jié)約投資成本。 此外，應(yīng)該了解的是，在當(dāng)前的第一光柵和第二光柵之間增加測量光柵數(shù)量也可 以實(shí)現(xiàn)測長功能。這樣可以對不同長度范圍的鋼管，實(shí)現(xiàn)快速測長，但是與本發(fā)明的本質(zhì)原 理一致； 在測量過程中，即使沒有對齊擋板，系統(tǒng)也可以正常工作，對齊擋板僅僅是安全考慮。 只要物理空間允許，測長和對齊工位與稱重工位合并，即可以將輸送輥以及測量 輥全部設(shè)置為可升降式，并將稱重器設(shè)置在待測鋼管的運(yùn)動(dòng)路徑上。但是與本發(fā)明的本質(zhì) 原理一致。
權(quán)利要求一種鋼管測長系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在一條直線上的多個(gè)輸送輥、至少一個(gè)測量輥和分別設(shè)置于系統(tǒng)兩側(cè)的第一光柵和第二光柵；其中，所述輸送輥包括底座和固連于底座的支架，在支架上設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有包膠的鋼輥；所述測量輥包括底座，配合于底座上的導(dǎo)向支架，設(shè)置于導(dǎo)向支架上的浮動(dòng)支架，一根中心軸一端固定于浮動(dòng)支架底部，另一端固定于底座，中部套有彈簧并穿過分別導(dǎo)向支架上表面和下表面的孔，且所述上表面的孔大于下表面的孔，所述浮動(dòng)支架上設(shè)有一個(gè)傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸外固定有包膠的鋼輥，在傳動(dòng)軸的一側(cè)通過一聯(lián)軸器配合一個(gè)編碼器；還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)連接第一光柵、第二光柵和編碼器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管測長系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)置在一側(cè)光柵之外的 對齊安全擋板，該對齊安全擋板起到故障安全作用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管測長系統(tǒng)，其特征在于還可以包括一個(gè)稱重系統(tǒng)和一 雙聯(lián)翻板系統(tǒng)，該稱重系統(tǒng)與上述測長系統(tǒng)平行設(shè)置，包括多個(gè)可升降輸送輥，以及可升降 稱重器，該雙聯(lián)翻版系統(tǒng)與所述控制系統(tǒng)相連，在該控制系統(tǒng)的控制下將經(jīng)過測長的鋼管 撥至稱重系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼管測長系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置在一條直線上的多個(gè)輸送輥、至少一個(gè)測量輥和分別設(shè)置于系統(tǒng)兩側(cè)的第一光柵和第二光柵；其中，所述輸送輥包括底座和固連于底座的支架，在支架上設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有包膠的鋼輥；所述測量輥包括一個(gè)編碼器；還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)連接第一光柵、第二光柵和編碼器。本實(shí)用新型中通過使用旋轉(zhuǎn)編碼器和測量輥，大大提高了測量精度，還由于完成同樣功能所需要的工位數(shù)的減少，這樣一方面可以大大降低系統(tǒng)成本，另一方面，也可以提高系統(tǒng)對不同規(guī)格鋼管的適應(yīng)能力。
文檔編號B21B38/00GK201455005SQ20092007342
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者紀(jì)建軍, 蘇永琢 申請人:上海鼎經(jīng)自動(dòng)化科技有限公司