專利名稱：一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及螺紋鋼線徑在線測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在我國冶金工業(yè)中，螺紋鋼生產(chǎn)廠大部分仍采用在螺紋鋼軋制離線后，在熱態(tài)下由工人用卡尺測量，這種方法是隨機抽取測量，其測量精確度不高、速度慢、勞動強度大，且不能實時檢測，無法及時調(diào)整更換軋機軋輥，一旦發(fā)現(xiàn)超差則已有大批鋼材成為次品 或廢品，停機時間也嚴(yán)重影響著生產(chǎn)效率的提高。隨著棒材軋制技術(shù)不斷改進(jìn)，離線測量線徑早就無法滿足工業(yè)需要。同時，為了滿足客戶需要，降低成本，目前螺紋鋼生產(chǎn)廠大部分采取負(fù)公差軋制，為了進(jìn)一步提高成材率，就必須實現(xiàn)對軋件的連續(xù)在線檢測。目前，很多關(guān)于棒材線徑非接觸式在線測量的研究在不斷地深入，在《冶金管理》雜志2004年第11期“線、棒材及螺紋鋼截面形狀在線測量技術(shù)綜合評述”一文中總結(jié)性地介紹了當(dāng)前棒材線徑在線測量技術(shù)大體可分為激光掃描法和光電攝像法。激光掃描法由馬達(dá)帶動在發(fā)射透鏡焦點上的旋轉(zhuǎn)棱鏡將激光束反射到發(fā)射透鏡上形成一平行掃描的光帶，被測物的直徑(或?qū)挾?在此光帶上遮擋平行掃描光束，將遮擋時間乘平行光帶的掃描速度就可求出被測物的外徑(或?qū)挾?，但是該方法動態(tài)性能差。光電攝像法由光學(xué)系統(tǒng)形成一束連續(xù)的平行光通過接收鏡頭在線陣上形成遮擋陰影的電子圖像，經(jīng)圖象處理求出遮擋此平行光束的陰影區(qū)所對應(yīng)的物體投影尺寸，該方法對拍攝速度要求高，同時對圖像處理的要求極高。中國專利申請?zhí)?00420072685. 2，申請日為2004年6月30日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為二氧化鈾芯塊直徑在線測量系統(tǒng)，該申請案采用激光測量儀測量二氧化鈾芯塊的直徑。中國專利申請?zhí)?8111592. 6，發(fā)明創(chuàng)造名稱為一種自動在線測徑的方法及其裝置，該申請案也采用平行激光光束照射技術(shù)實現(xiàn)測徑。中國專利申請?zhí)?0238166. 4，發(fā)明創(chuàng)造名稱為高速運動物體的斷面尺寸測量裝置，該申請案CCD攝像機技術(shù)測量端面尺寸。中國專利申請?zhí)?00910070820. 7，發(fā)明創(chuàng)造名稱為抗振動大尺寸直徑精密在線測量方法，該申請案也采用CCD相機技術(shù)測量鋼管直徑。此外，中國專利申請?zhí)?00410009187. 8，申請日為2004年6月9日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，該申請案由測量縱肋高度的線陣CCD測量儀，測量內(nèi)徑、橫肋高的光電瞄準(zhǔn)式光學(xué)投影儀和計算機控制系統(tǒng)組成，光電瞄準(zhǔn)式光學(xué)投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統(tǒng)，分別在螺紋鋼的兩個相互垂直的方向上測量，兩者共用一個測量頭，兩個方向的測量信號同時輸入計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后輸出測量結(jié)果。該申請案雖然實現(xiàn)了在線測量螺紋鋼的內(nèi)徑、縱肋及橫肋高度三參數(shù)，但是采用的是CCD測量儀和光電瞄準(zhǔn)式光學(xué)投影儀技術(shù)，由于螺紋鋼軋制速度很高，導(dǎo)致高速運動的螺紋鋼形成流線，要同時在線測量螺紋鋼的內(nèi)徑、縱肋及橫肋三個參數(shù)，對拍攝速度要求極高，同時對圖像處理的要求也極高，導(dǎo)致檢測成本大幅度增大，不適合實際生產(chǎn)使用。中國專利申請?zhí)?00620018691. 9，申請日為2006年3月31日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為帶肋鋼筋特征尺寸測量儀，該申請案包括6 14組單軸向平行光測徑儀、箱體、高斜支架、低斜支架，6 14組單軸向平行光測徑儀是間隔交錯排放，分為與軸向成±10° 70°夾角的A、B兩組，6 14組單軸向平行光測徑儀的接收鏡頭、發(fā)射鏡頭分別由固定于箱體的低斜支架或高斜支架固定。該申請案雖然能夠直接測量得到內(nèi)徑及橫肋外徑，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用的是單軸向平行光測徑儀，生產(chǎn)及運行維護(hù)成本高。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對螺紋鋼線徑測量技術(shù)主要集中在激光掃描法和光電攝像法，這些方法在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)線徑的在線測量，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量圖像的處理要求極高，導(dǎo)致測量成本大，設(shè)備維護(hù)成本增加，不能適應(yīng)高速軋制的需要，在實際的生產(chǎn)使用過程中并未得到普遍的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容實用新型要解決的技術(shù)問題本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中螺紋鋼的線徑在線測量設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測徑要求高，測徑成本高的不足，提供一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，通過本實用新型構(gòu)建的電容式在線測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)螺紋鋼線徑的高精度在線測量，從而提高螺紋鋼成材率，且結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備維護(hù)成本低。技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，包括圓筒件、集電環(huán)、電容測量模塊、濾波模塊、數(shù)據(jù)運算模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，所述的圓筒件呈兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，螺紋鋼從圓筒件的中心軸線位置穿過，從圓筒件一端的端部引出第一電容極；所述的集電環(huán)設(shè)置于軋機的出口處，并與螺紋鋼相接觸，從集電環(huán)引出第二電容極，所述的圓筒件和螺紋鋼組成圓柱形電容器；上述的第一電容極和第二電容極接入電容測量模塊，該電容測量模塊用于測量圓柱形電容器的電容值，所述的電容測量模塊、濾波模塊、數(shù)據(jù)運算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊依次連接。優(yōu)選地，本實用新型的圓筒件為金屬件，并位于軋機的出口處，該圓筒件的外壁直徑為螺紋鋼直徑的3 10倍，該圓筒件的長度為5(Tl00cm。本實用新型中所稱的螺紋鋼的直徑均指公稱直徑，公稱直徑范圍為6 50mm，標(biāo)準(zhǔn)推薦的螺紋鋼公稱直徑為6、8、10、12、16、18、20、22、25、32、40、50mm等規(guī)格。有益效果采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果(I)本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。目前螺紋鋼生產(chǎn)廠大部分仍采用螺紋鋼軋制離線后，在熱態(tài)下由工人用卡尺測量，勞動強度很大，且不能實時檢測，無法及時調(diào)整更換軋機軋輥，一旦發(fā)現(xiàn)超差則已有大批鋼材成為次品或廢品，停機時間也嚴(yán)重影響著生產(chǎn)效率的提高，因此本實用新型實現(xiàn)了在線測量螺紋鋼線徑，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率；(2)本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，通過在螺紋鋼外部套設(shè)圓筒件的方式構(gòu)成了第一電容極，并利用與集電環(huán)接觸的螺紋鋼作為第二電容極，巧妙地構(gòu)建了一個圓柱形電容器，從而通過檢測電容值的方式測量螺紋鋼的直徑，相比現(xiàn)有技術(shù)中的激光掃描法和光電攝像法等技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，而且經(jīng)濟(jì)，容易實現(xiàn)高精度測量螺紋鋼的
直徑；(3)本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，其圓筒件的外壁直徑為螺紋鋼直徑的3 10倍，圓筒件的長度為5(Tl00Cm，通過試驗測試，該結(jié)構(gòu)尺寸的圓筒件測量并計算獲得的螺紋鋼直徑精度最高，且數(shù)據(jù)測量的穩(wěn)定性好；(4)本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理部分通過構(gòu)架標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，并采用局部線性化、偏差估計運算的方法，巧妙地將螺紋鋼的直徑計算出來，能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)在線測量；(5)本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)運算處理得到 實際生產(chǎn)的螺紋鋼直徑和螺紋鋼直徑的偏差量，該方法可以減少螺紋鋼的生產(chǎn)廢品率，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。

圖I為本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)的檢測方法中局部線性化計算的原理圖。示意圖中的標(biāo)號說明1_軋機；2_螺紋鋼；3_圓筒件；4_集電環(huán)；5_電容測量模塊；6_濾波模塊；7_數(shù)據(jù)運算模塊；8_數(shù)據(jù)顯示模塊。
具體實施方式
為進(jìn)一步了解本實用新型的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作詳細(xì)描述。實施例I本實施例的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，本實用新型的電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)包括圓筒件3、集電環(huán)4、電容測量模塊5、濾波模塊6、數(shù)據(jù)運算模塊7和數(shù)據(jù)顯示模塊8，其中圓筒件3呈兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，待測的螺紋鋼2從圓筒件3的中心軸線位置穿過，從圓筒件3 —端的端部引出第一電容極，本實用新型的圓筒件3為金屬件，并位于軋機I的出口處，本實施例中圓筒件3的左端距軋機I的出口處距離為I. O m，本實用新型中圓筒件3的外壁直徑適合取螺紋鋼2直徑的3 10倍，螺紋鋼2的直徑范圍為6 50 mm，本實施例中圓筒件3的外壁直徑取為100 mm，本實用新型的圓筒件3的長度在理論上是越長越好，但是考慮到實際成本和離軋機I出口越遠(yuǎn)螺紋鋼2震蕩幅度越大等因數(shù)，本實用新型的圓筒件3的長度宜選擇5(T100 cm，本實施例中圓筒件3的長度取為80 cm。為防止實際生產(chǎn)過程中螺紋鋼2跳動時與本實用新型的圓筒件3接觸導(dǎo)致短路，可在圓筒件3的表層涂覆耐熱防腐絕緣保護(hù)材料，用于保護(hù)金屬材質(zhì)的圓筒件3。本實用新型的集電環(huán)4設(shè)置于軋機I的出口處，位于軋機I的出口端與圓筒件3的左端之間，并與螺紋鋼2相接觸，為了保證集電環(huán)4與螺紋鋼2能夠良好接觸，本實用新型的集電環(huán)4采用可以旋轉(zhuǎn)的銅質(zhì)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并采用彈簧支撐固定，從集電環(huán)4引出第二電容極，本實用新型的圓筒件3和螺紋鋼2組成圓柱形電容器，圓筒件3和螺紋鋼2之間的絕緣介質(zhì)為空氣，空氣的相對介電常數(shù)約等于I ;將上述的第一電容極和第二電容極接入電容測量模塊5，該電容測量模塊5用于測量圓柱形電容器的電容值，能夠?qū)崿F(xiàn)電容測量和濾波功能的電路模塊和儀器很多，本實施例中選用常州市同惠電子有限公司生產(chǎn)的TH2617B型電容測量儀測量圓柱形電容器的電容值，該TH2617B型電容測量儀同時具有濾波模塊6，本實用新型中對檢測的電容值信號進(jìn)行濾波處理，是為了減少干擾，本實施例采用的TH2617B型電容測量儀的輸出端與數(shù)據(jù)運算模塊7、數(shù)據(jù)顯示模塊8依次相連接。本實用新型的數(shù)據(jù)運算模塊7對檢測的電容值進(jìn)行處理，從而計算得到待測的螺紋鋼2的直徑及偏差量，該數(shù)據(jù)運算過程可以采用單片機實現(xiàn)，也可以將相關(guān)數(shù)據(jù)送入工控機，在工控機上按著下述處理方面編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)，本實施例采用VisualC++6. O編寫運算監(jiān)控軟件，其數(shù)據(jù)運算的方法如下所述，最終將待測的螺紋鋼2的直徑及偏差量傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊8予以顯示。本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)的檢測方法，其具體步驟如下步驟(I)、建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫將多種直徑為Oi的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的螺紋鋼2在與實際生產(chǎn)相同的環(huán)境中離線狀態(tài)下穿過圓筒件3，電容測量模塊5通過第一電容極和第二電容極測量此時圓柱形電容器的電容值，并經(jīng)過濾波模塊6得到相應(yīng)的電容值Ci，其中Oi為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的螺紋鋼2直徑，Ci為直徑為Oi的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的螺紋鋼2對應(yīng)的電容值，從而得到(Ci, Oi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，其中
的取值為 6、8、10、12、16、18、20、22、25、32、40、50mm ；步驟(2)、檢測工況電容值Cx 當(dāng)待測的螺紋鋼2穿過圓筒件3時，電容測量模塊5通過第一電容極和第二電容極測量此時圓柱形電容器的電容值，并經(jīng)過濾波模塊6得到相應(yīng)的電容值Cx，其中CX為待測直徑Φχ的螺紋鋼2對應(yīng)的電容值；步驟(3)、數(shù)據(jù)處理將步驟(2)檢測得到的電容值Cx傳送至數(shù)據(jù)運算模塊7，進(jìn)行局部線性化、偏差估計運算得待測螺紋鋼2的直徑。，和螺紋鋼2直徑的偏差量△ Φ，其中局部線性化計算的原理如圖2所示，具體計算過程如下Α)根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑Φπ的規(guī)格，從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, Φ,)中提取與生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑相接近的兩組數(shù)據(jù)(C1, ΦΡ和(C2，Φ2)，其中=O1為比當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑規(guī)格Oii1小一個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)直徑，C1為準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, Oi)中O1對應(yīng)的電容值，Φ2為比當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑規(guī)格大一個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)直徑，C2為準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, Φ。中Φ2對應(yīng)的電容值；例如，當(dāng)前要求生產(chǎn)的螺紋鋼2規(guī)格是直徑Oni為20 mm的，則從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, Φ,)中提取(C18，Φ18)和(C22，Φ22)兩組數(shù)據(jù)。本實用新型中，如果當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑的規(guī)格是所建(Ci, Oi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的最小規(guī)格，則上述的O1取當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑Φπ的規(guī)格，C1為準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, 中O1對應(yīng)的電容值，上述的Φ2仍為比當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑規(guī)格大一個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)直徑，C2為準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, Φ。中Φ2對應(yīng)的電容值；如果當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑的規(guī)格是所建(Ci, 的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的最大規(guī)格，則上述的Φ2取當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑Φπ的規(guī)格，C2為準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci,Φ )中Φ2對應(yīng)的電容值，上述的cIi1仍為比當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2直徑規(guī)格φπ小一個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)直徑，C1為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(Ci, 中O1對應(yīng)的電容值。B)將(C1, Φ!)和(C2，Φ2)帶入公式(1-1)
Φ - ΦΦ. -Φ,Φ,=-——L C W，或 Φ - = ........:.....5 C- -b(1-1)
LJ-Jf-,- 廣 ,.s -vvy
C - — I. ■I · - C-.即可計算得到b，其中b為截距；C)將上述(C1, ◎)、(&，Φ2)、截距b及檢測得到的電容值Cx帶入公式(1-2)，
Φ.. ..... Φ.Φ. ...久-b(1-2)即可計算得到待測螺紋鋼2的直徑Φχ，其中Φχ為待測的螺紋鋼2直徑，Cx為待測直徑Φχ的螺紋鋼2對應(yīng)的電容值；D)將當(dāng)前生產(chǎn)的螺紋鋼2規(guī)格直徑Φπ和上述計算得到的待測螺紋鋼2的直徑Φχ帶入公式(1-3)Δ Φ = Φχ-Φηι(1-3)計算即得螺紋鋼2直徑的偏差量Λ Φ ；步驟(4)、數(shù)據(jù)顯示將步驟(3)中計算得到的待測螺紋鋼2的直徑Φχ和偏差量Λ Φ傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊8予以顯示。本實用新型的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，通過圓筒件3構(gòu)建了圓柱形電容器，并建立了標(biāo)準(zhǔn)的電容-直徑數(shù)據(jù)庫，通過檢測電容值的方式實現(xiàn)了測量螺紋鋼2的直徑，相比現(xiàn)有技術(shù)中的激光掃描法和光電攝像法等技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，而且經(jīng)濟(jì)，容易實現(xiàn)高精度測量螺紋鋼2的直徑，實現(xiàn)了螺紋鋼2直徑的在線測量和顯示，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，還可以減少螺紋鋼2的生產(chǎn)廢品率，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。以上示意性的對實用新型及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，其特征在于包括圓筒件(3)、集電環(huán)(4)、電容測量模塊(5)、濾波模塊(6)、數(shù)據(jù)運算模塊(7)和數(shù)據(jù)顯示模塊(8)，所述的圓筒件(3)呈兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，螺紋鋼(2)從圓筒件(3)的中心軸線位置穿過，從圓筒件(3) —端的端部引出第一電容極；所述的集電環(huán)(4)設(shè)置于軋機(I)的出口處，并與螺紋鋼(2)相接觸，從集電環(huán)(4)引出第二電容極，所述的圓筒件(3)和螺紋鋼(2)組成圓柱形電容器；上述的第一電容極和第二電容極接入電容測量模塊(5)，該電容測量模塊(5)用于測量圓柱形電容器的電容值，所述的電容測量模塊(5)、濾波模塊(6)、數(shù)據(jù)運算模塊(7)、數(shù)據(jù)顯示模塊(8)依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述的圓筒件(3)為金屬件，并位于軋機(I)的出口處，該圓筒件(3)的外壁直徑為螺紋鋼(2)直徑的3 10倍，該圓筒件(3)的長度為5(Tl00cm。
專利摘要本實用新型公開了一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統(tǒng)，屬于螺紋鋼線徑在線測量技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型的圓筒件呈兩端開口的中空筒狀結(jié)構(gòu)，螺紋鋼從圓筒件的中心軸線位置穿過，從圓筒件一端的端部引出第一電容極；集電環(huán)設(shè)置于軋機的出口處，并與螺紋鋼相接觸，從集電環(huán)引出第二電容極，圓筒件和螺紋鋼組成圓柱形電容器；上述的第一電容極和第二電容極接入電容測量模塊，電容測量模塊依次與濾波模塊、數(shù)據(jù)運算模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊相連接。本實用新型相比激光掃描法和光電攝像法等技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，而且經(jīng)濟(jì)，容易實現(xiàn)高精度在線測量螺紋鋼的直徑。
文檔編號G01B7/12GK202547588SQ20122021741
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者從宏壽, 馮旭剛, 李紹銘, 楊波, 章家?guī)r 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)