CN105014145B - 一种管件切割径向误差检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管件切割径向误差检测装置，该装置与控制器所控制的伺服电机连接，包括检测臂、带动检测臂动作的驱动装置以及检测开关。本发明通过简单的检测装置实现了管件径向误差的检测，避免因要提高切割精度而增加切割设备机械加工精度的要求，从而大大降低设备的成本，提高了切割精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种误差检测装置及补偿方法，具体涉及一种管件切割径向误差检测装置。
背景技术
目前管件切割领域发展很快，像标志性建筑、体育场馆、机场、车站等越来越多的采用管架结构。尤其是特高压输电的快速发展，对管件加工提出了更高的要求，在管塔结构中有大量的管件切槽进行插板连接的情况；但目前的管件槽切割设备大多存在切割精度低达不到要求的情况。
现在管件槽切割设备在进行端头槽切割时，由于设备本身轨道多是只进行了粗加工，在安装时与床身之间的平行度不够好，导致管件切割存在径向误差。针对这种情况，通过对轨道进行精加工可有效的降低由于轨道产生的径向误差；但对轨道进行精加工，加工成本会大大提高，更主要的是该方式不能解决由于管件自身圆度与弯曲变形所带来的径向误差。
另外，部分加工设备为了解决径向误差的问题，增加了管件侧面的径向检测装置。通过这种径向检测装置检测出管件中心线在径向上的偏移位移，根据偏移量进行直接补偿，这种方式在一定程度上解决了径向误差的问题，经过大量的实验数据，所切割出的端头槽中线偏移误差基本上在2mm以内，但对于要求严格的管件加工(误差控制在0.5mm以内)，这种误差补偿方式便不能很好的满足加工要求。
进行管件槽切割时，在切割设备与管件都没有误差的理论状态下，端头槽切割的情况如图1所示，上下两个槽的中心轴线是在一条直线上的，切割出的工件进行插板连接时，固定厚度的板材可顺利的插入工件的槽中。而实际的管件槽切割中，却会产生各种误差，导致固定厚度的连接板不能插入槽中，如图2和图3所示的误差为管件槽切割的各种情况的综合。
如图2所示，由于切割设备本身的误差及管件自身圆度所带来的误差可用此模型来概括分析。由于以上原因管件的理论轴线H1变为偏移轴线H2，偏移量为H；因此，理论切割线K1变为实际切割线K2，切割出的槽的中心轴线分别为槽实际轴线L1与槽实际轴线L2，两轴线不在同一条直线上，固定厚度连接板无法顺利的插入槽内。
如图3所示，由于管件的扭转、弯曲等变形造成管件两端头中心轴线不重合的情况产生切割误差，两端头中心轴线偏移量为h。该种情况下，工件右侧端头R的轴线起点为A，工件左侧端头L的轴线起点为B，扭转角度为α若没有其它因素造成的误差影响，两端头的固定厚度连接板均能顺利的插入槽中，但两端连接板之间发生了扭转，存在一定的角度，这就使得这个工件两个端头无法与两端的连接部分正确连接。因为两端的板是存在扭转角度的，若板都已固定好了，管子一端可插入，另一端便不能插入；若板没固定，两端都可插入，板便不能正确固定。
发明内容
针对上述两种模型下的误差，本发明提供一种能够精确检测出管件径向偏移量并通过管件的误差模型分析计算出各轴的补偿量，从而达到精确切割目的的管件切割径向误差检测装置。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种管件切割径向误差检测装置，与控制器所控制的伺服电机连接，包括检测臂、带动检测臂动作的驱动装置以及检测开关，所述的驱动装置为安装于固定座上的无杆气缸，无杆气缸上设有无杆气缸滑块；所述的检测臂包括一端与无杆气缸滑块连接的检测推杆以及与检测推杆另一端连接的检测挡板；所述的检测开关包括用于感应无杆气缸滑块位置的左感应开关和右感应开关。为了能够有效检测到工件侧母线的最高点，固定在检测推杆一端的检测挡板加工成平板挡块。具体检测方法：未有检测命令时，无杆气缸处于右感应开关处，检测推杆处于缩回状态；当有检测命令时，无杆气缸动作，检测推杆随着无杆气缸滑块运行至左感应开关处，检测推杆处于伸出状态，控制器控制伺服电机带动整个检测装置往工件方向移动，当检测挡板碰到工件时，控制器便记录此时伺服电机的位置数据。根据记录的位置数据，针对误差情况进行分析计算，将补偿结果通过控制器补偿到实际切割的各数控轴中，从而达到精确切割的效果。
所述的检测推杆一端通过滑块连接板与无杆气缸滑块固定在一起。这样便保证了检测推杆与无杆气缸滑块的可靠连接，当无杆气缸滑块动作时，可带动检测推杆实现伸出与缩回的检测动作。
为便于安装左、右感应开关，所述的无杆气缸上安装有感应开关安装架。
所述的左感应开关和右感应开关分别安装至感应开关安装架的左、右两端。左、右感应开关用以检测无杆气缸滑块所处的位置，并将此位置信息传送给控制器，控制器由此判断检测臂所处的状态，并以此为根据，控制无杆气缸进行下一步的动作，同时两感应开关也起到了限位的作用。
为实现检测推杆与滑块连接板之间的牢固连接，所述的检测推杆一端通过第二螺钉组固定到滑块连接板上。
为实现滑块连接板与无杆气缸滑块之间的牢固连接，所述的滑块连接板通过第一螺钉组固定到无杆气缸滑块上。
保证驱动装置的稳定可靠，所述的无杆气缸通过第三螺钉组固定到固定座上。
为防止驱动装置、检测开关受到不必要的碰撞，为驱动装置提供一层保护屏障，所述的固定座左端安装有护板，且护板中间设有供检测推杆穿出的通孔。
一种管件切割径向误差补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、首先测得管件两端理论轴线与实际轴线之间轴线偏移误差；的间距；
步骤二、分别补偿管件两端的轴线偏移误差；
步骤三、补偿管件两端的扭曲误差：首先建立误差分析模型，再根据管件两端头的轴线偏移误差计算出两端实际轴线起点的偏移角度。当管件切割出现轴线偏移时，若根据检测得知理论轴线与偏移轴线之间间距为H，则在实际补偿时，则垂直于管件的数控轴则相应的补偿大小为H的偏差；然后补偿管件双端头扭转误差：以管件右端为基准，切割管件左端时，旋转数控轴反方向补偿一个角度α，这样便有效的抵消了双端扭转带来的误差。此处的角度α是进行模型抽象化之后，根据两端头的检测数据计算出来的。
本发明采用无杆气缸作为驱动装置，无杆气缸本身具有导向的作用，与采用普通气缸相比，省去了直线导轨及滑块等部件，使结构得到了简化；并且该装置采用检测推杆与检测挡块来作为检测部件，利用伺服系统本身的定位功能来读取管件的位置数据，与采用位移传感器的方案相比节省了成本。该系统结构简单，通过简单的检测装置实现了管件径向误差的检测，避免因要提高切割精度而增加切割设备机械加工精度的要求，从而大大降低设备的成本，提高了切割精度。
附图说明
图1为工件理论切割示意图；
图2为工件轴线偏移误差示意图；
图3为工件双端扭转误差示意图；
图4为检测装置立体结构示意图；
图5为检测装置初始状态结构主视图；
图6为检测装置初始状态结构俯视图；
图7为图6的A-A向剖视图；
图8为图6的B-B向剖视图；
图9为检测装置无杆气缸滑块运动到最左侧时的结构主视图；
图10为检测装置无杆气缸滑块运动到最左侧时的结构俯视图；
图11为检测装置检测工件时的结构主视图；
图12为检测装置检测工件时结构俯视图；
其中，1、检测挡板，2、检测推杆，3、护板，4、固定座，5、滑块连接板，6、第一螺钉组，7、第二螺钉组，8、感应开关安装架，9、无杆气缸，10、无杆气缸滑块，11、底板，12、第三螺钉组，13、左感应开关，14、右感应开关。
具体实施方式
一种管件切割径向误差检测装置，与控制器所控制的伺服电机连接，并可在伺服电机的带动下移动，如图4至图8所示，其包括检测臂、带动检测臂动作的驱动装置以及检测开关，所述的驱动装置为通过第三螺钉组12安装于固定座4上的无杆气缸9，无杆气缸9上设有无杆气缸滑块10；所述的检测臂包括一端通过滑块连接板5与无杆气缸滑块10连接的检测推杆2以及与检测推杆2另一端连接的检测挡板1。所述的检测推杆2通过第二螺钉组7固定到滑块连接板5上，所述的滑块连接板5通过第一螺钉组6固定到无杆气缸滑块10上。所述的固定座4由底板11和侧板组成，其左端安装有护板3，且护板3中间设有供检测推杆2穿出的通孔。所述的无杆气缸9上安装有感应开关安装架，所述的检测开关包括用于感应无杆气缸滑块10位置的分别安装至感应开关安装架的左、右两端的左感应开关13和右感应开关14。
如图5和图6所示，若无检测信号时，检测装置处于初始状态，无杆气缸滑块10处于无杆气缸9的右端，此时右感应开关14有信号，表明检测装置处于缩回状态；如图9和图10所示，当有检测命令时，无杆气缸9动作，无杆气缸滑块10带检测推杆2移动至左端，此时左感应开关13有信号，表明检测装置处于伸出状态，此时检测挡板1还未接触到工件。当左感应开关13有信号后，控制器控制伺服系统带动整个检测装置向工件方向移动直至检测挡板1碰触到工件，在移动过程中，检测装置一直处于伸出状态。如图11和图12所示，当检测档板1碰触到工件时，在工件给检测挡板1的反作用力的作用下，无杆气缸滑块10会向右滑动，当左感应开关13感应不到无杆气缸滑块10时，伺服系统停止移动，并将此时的数控轴位置记录下来，根据数控轴的位置，便可得知管件中心轴线的偏移误差。读取数控轴的位置信息后，便检测装置移动至原位置，并控制无杆气缸滑块10移动至右端至右感应开关14处，检测推杆2处于缩回状态，检测过程完毕。
一种管件切割径向误差补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、首先测得管件两端理论轴线与实际轴线之间轴线偏移误差；的间距；
步骤二、分别补偿管件两端的轴线偏移误差；
步骤三、补偿管件两端的扭曲误差：首先建立误差分析模型，再根据管件两端头的轴线偏移误差计算出两端实际轴线起点的偏移角度。如图2所示，当管件切割出现轴线偏移时，若根据检测得知理论轴线与实际轴线之间间距为H，在实际补偿时，垂直于管件的数控轴则相应的补偿大小为H的距离。但在管件双端头切槽时，首先要根据轴线偏移补偿方法进行补偿，由于管件扭曲，弯曲等原因产生的切割误差，通过建立误差模型仔细分析误差，除去上述的轴线偏移误差外，其它的误差可归结为双端头扭转误差。如图3所示，由于管件的扭转、弯曲等变形造成管件两端头中心轴线不重合的情况产生切割误差，两端头中心轴线偏移量为h。该种情况下，工件右侧端头R的轴线起点为A，工件左侧端头L的轴线起点为B，扭转角度为α。根据图中关系可得，当管件实际双端头切割时，为避免这种扭转误差，则以工件右侧端头R为基准，切割左侧端头L时，旋转数控轴反方向补偿一个角度α，这样便有效的抵消了双端扭转带来的误差。经过大量的实验表明，采用以上的误差补偿方式，针对管件双端槽切割的情况，端头槽中线偏移误差控制在了0.5mm以内，有效解决了槽切割误差的问题。
Claims (8)
1.一种管件切割径向误差检测装置，与控制器所控制的伺服电机连接，其特征在于：包括检测臂、带动检测臂动作的驱动装置以及检测开关，所述的驱动装置为安装于固定座上的无杆气缸，无杆气缸上设有无杆气缸滑块；所述的检测臂包括一端与无杆气缸滑块连接的检测推杆以及与检测推杆另一端连接的检测挡板；所述的检测开关包括用于感应无杆气缸滑块位置的左感应开关和右感应开关。
2.根据权利要求1所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的检测推杆一端通过滑块连接板与无杆气缸滑块固定在一起。
3.根据权利要求1所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的无杆气缸上安装有感应开关安装架。
4.根据权利要求3所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的左感应开关和右感应开关分别安装至感应开关安装架的左、右两端。
5.根据权利要求2所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的检测推杆一端通过第二螺钉组固定到滑块连接板上。
6.根据权利要求2所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的滑块连接板通过第一螺钉组固定到无杆气缸滑块上。
7.根据权利要求1所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的无杆气缸通过第三螺钉组固定到固定座上。
8.根据权利要求1所述的管件切割径向误差检测装置，其特征在于：所述的固定座左端安装有护板，且护板中间设有供检测推杆穿出的通孔。
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