專利名稱：一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及螺紋鋼線徑在線測量技術領域，更具體地說，涉及一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統及其檢測方法。
背景技術：
目前，在我國冶金工業中，螺紋鋼生產廠大部分仍采用在螺紋鋼軋制離線后，在熱態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，無法及時調整更換軋機軋輥，一旦發現超差則已有大批鋼材成為次品或廢品，停機時間也嚴重影響著生產效率的提高。隨著棒材軋制技術不斷改進，離線測量線徑早就無法滿足工業需要。同時，為了滿足客戶需要，降低成本，目前螺紋鋼生產廠大部分采取負公差軋制，為了進一步提高成材率，就必須實現對軋件的連續在線檢測。目前，很多關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綜合評述”一文中總結性地介紹了當前棒材線徑在線測量技術大體可分為激光掃描法和光電攝像法。激光掃描法由馬達帶動在發射透鏡焦點上的旋轉棱鏡將激光束反射到發射透鏡上形成一平行掃描的光帶，被測物的直徑(或寬度)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(或寬度)，但是該方法動態性能差。光電攝像法由光學系統形成一束連續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，經圖象處理求出遮擋此平行光束的陰影區所對應的物體投影尺寸，該方法對拍攝速度要求高，同時對圖像處理的要求極高。中國專利申請號200420072685. 2，申請日為2004年6月30日，發明創造名稱為二氧化鈾芯塊直徑在線測量系統，該申請案采用激光測量儀測量二氧化鈾芯塊的直徑。中國專利申請號98111592. 6，發明創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實現測徑。中國專利申請號00238166. 4，發明創造名稱為高速運動物體的斷面尺寸測量裝置，該申請案CCD攝像機技術測量端面尺寸。中國專利申請號200910070820. 7，發明創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相機技術測量鋼管直徑。此外，中國專利申請號200410009187. 8，申請日為2004年6月9日，發明創造名稱為螺紋鋼三參數在線測量系統，該申請案由測量縱肋高度的線陣CCD測量儀，測量內徑、橫肋高的光電瞄準式光學投影儀和計算機控制系統組成，光電瞄準式光學投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統，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，計算機控制系統經數據處理后輸出測量結果。該申請案雖然實現了在線測量螺紋鋼的內徑、縱肋及橫肋高度三參數，但是采用的是CCD測量儀和光電瞄準式光學投影儀技術，由于螺紋鋼軋制速度很高，導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徑、縱肋及橫 肋三個參數，對拍攝速度要求極高，同時對圖像處理的要求也極高，導致檢測成本大幅度增大，不適合實際生產使用。中國專利申請號200620018691. 9，申請日為2006年3月31日，發明創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徑及橫肋外徑，但是其結構復雜，采用的是單軸向平行光測徑儀，生產及運行維護成本高。綜上所述，現有技術中對螺紋鋼線徑測量技術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實現線徑的在線測量，但是其結構復雜，測量圖像的處理要求極高，導致測量成本大，設備維護成本增加，不能適應高速軋制的需要，在實際的生產使用過程中并未得到普遍的應用。
發明內容
發明要解決的技術問題
本發明的目的在于克服現有技術中螺紋鋼的線徑在線測量設備結構復雜，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及其檢測方法，通過本發明構建的電容式在線測量系統，能夠實現螺紋鋼線徑的高精度在線測量，從而提高螺紋鋼成材率，且結構簡單，設備維護成本低。技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為
本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，包括圓筒件、集電環、電容測量模塊、濾波模塊、數據運算模塊和數據顯示模塊，所述的圓筒件呈兩端開口的中空筒狀結構，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；所述的集電環設置于軋機的出口處，并與螺紋鋼相接觸，從集電環引出第二電容極，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、數據運算模塊、數據顯示模塊依次連接。優選地，本發明的圓筒件為金屬件，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。本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法，其步驟為
I)建立標準數據庫
將多種直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼在與實際生產相同的環境中離線狀態下穿過圓筒件，電容測量模塊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，并經過濾波模塊得到相應的電容值Ci，其中Φ 為標準規格的螺紋鋼直徑，Ci為直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼對應的電容值，從而得到(Ci, Φ )的標準數據庫，其中Φ 的取值為6、8、10、12、16、18、20、22、25、32、40、50mm等規格，本發明中所建(Ci, 的標準數據庫規格越全越完善，所測結果越準確。
2)檢測工況電容值Cx
當待測的螺紋鋼穿過圓筒件時，電容測量模塊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，并經過濾波模塊得到相應的電容值Cx，其中cx為待測直徑。，的螺紋鋼對應的電容值；
3)數據處理
將步驟2)檢測得到的電容值Cx傳送至數據運算模塊，進行局部線性化、偏差估計運算得待測螺紋鋼的直徑。，和螺紋鋼直徑的偏差量Λ Φ，具體計算過程如下
Α)根據當前生產的螺紋鋼直徑Φπ的規格，從標準數據庫(Ci, Φ,)中提取與生產的螺紋鋼直徑相接近的兩組數據(C1, ΦΡ和(C2，Φ2)，其中O1S比當前生產的螺紋鋼直徑規格小一個規格的標準直徑，C1為準數據庫(Ci, Φ )中O1對應的電容值，Φ2為比當前生產的螺紋鋼直徑規格大一個規格的標準直徑，C2為準數據庫(Ci, 中Φ2對應的電容值；
B)將(C1,Φ!)和(C2，Φ2)帶入公式(1-1)
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 = <P.......:.+$( (1-2)
即可計算得到待測螺紋鋼的直徑Φχ，其中ΦΧ為待測的螺紋鋼直徑，Cx為待測直徑Φχ的螺紋鋼對應的電容值；
D)將當前生產的螺紋鋼規格直徑Φ ^Ρ上述計算得到的待測螺紋鋼的直徑Φχ帶入公式(1-3)
Δ Φ = Φχ-Φηι (1-3)
計算即得螺紋鋼直徑的偏差量Λ Φ ；
4)數據顯示
將步驟3)中計算得到的待測螺紋鋼的直徑Φχ和偏差量Λ Φ傳送至數據顯示模塊予以顯示。本發明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，標準推薦的螺紋鋼公稱直徑為6、8、10、12、16、18、20、22、25、32、40、50mm等規格。有益效果
采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果
(1)本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，減輕了勞動強度，提高了生產效率。目前螺紋鋼生產廠大部分仍采用螺紋鋼軋制離線后，在熱態下由工人用卡尺測量，勞動強度很大，且不能實時檢測，無法及時調整更換軋機軋輥，一旦發現超差則已有大批鋼材成為次品或廢品，停機時間也嚴重影響著生產效率的提高，因此本發明實現了在線測量螺紋鋼線徑，減輕了勞動強度，提高了生產效率；
(2)本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，通過在螺紋鋼外部套設圓筒件的方式構成了第一電容極，并利用與集電環接觸的螺紋鋼作為第二電容極，巧妙地構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，相比現有技術中的激光掃描法和光電攝像法等技術，結構簡單，而且經濟，容易實現高精度測量螺紋鋼的直徑；
(3)本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，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，該結構尺寸的圓筒件測量并計算獲得的螺紋鋼直徑精度最高，且數據測量的穩定性好；
(4)本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法，其數據處理部分通過構架標準數據庫，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，能夠準確實現在線測量；
(5)本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法，通過數據運算處理得到實際生產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廢品率，提高企業的生產效率和管理水平。
圖I為本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的結構示意 圖2為本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法中局部線性化計算的原理圖。示意圖中的標號說明1_軋機；2_螺紋鋼；3_圓筒件；4_集電環；5_電容測量模塊；6_濾波模塊；7_數據運算模塊；8_數據顯示模塊。
具體實施例方式為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。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，其結構示意圖如圖I所示，本發明的電容式螺紋鋼線徑在線測量系統包括圓筒件3、集電環4、電容測量模塊5、濾波模塊6、數據運算模塊7和數據顯示模塊8，其中圓筒件3呈兩端開口的中空筒狀結構，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，本發明的圓筒件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，本發明中圓筒件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，本發明的圓筒件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出口越遠螺紋鋼2震蕩幅度越大等因數，本發明的圓筒件3的長度宜選擇5(Tl00 cm，本實施例中圓筒件3的長度取為80 cm。為防止實際生產過程中螺紋鋼2跳動時與本發明的圓筒件3接觸導致短路，可在圓筒件3的表層涂覆耐熱防腐絕緣保護材料，用于保護金屬材質的圓筒件3。本發明的集電環4設置于軋機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4與螺紋鋼2能夠良好接觸，本發明的集電環4采用可以旋轉的銅質的環狀結構，并采用彈簧支撐固定，從集電環4引出第二電容極，本發明的圓筒件3和螺紋鋼2組成圓柱形電容器，圓筒件3和螺紋鋼2之間的絕緣介質為空氣，空氣的相對介電常數約等于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，能夠實現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，本發明中對檢測的電容值信號進行濾波處理，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據運算模塊7、數據顯示模塊8依次相連接本發明的數據運算模塊7對檢測的電容值進行處理，從而計算得到待測的螺紋鋼2的直徑及偏差量，該數據運算過程可以采用單片機實現，也可以將相關數據送入工控機，在工控機上按著下述處理方面編寫相應的數據處理軟件實現，本實施例采用VisualC++6. O編寫運算監控軟件，其數據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據顯示模塊8予以顯示。本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法，其具體步驟如下 步驟(I)、建立標準數據庫
將多種直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼2在與實際生產相同的環境中離線狀態下穿過圓筒件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，并經過濾波模塊6得到相應的電容值Ci，其中Oi為標準規格的螺紋鋼2直徑，Ci為直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼2對應的電容值，從而得到(Ci, 的標準數據庫，其中Oi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，并經過濾波模塊6得到相應的電容值Cx，其中CX為待測直徑Φχ的螺紋鋼2對應的電容值；
步驟(3)、數據處理
將步驟(2)檢測得到的電容值Cx傳送至數據運算模塊7，進行局部線性化、偏差估計運算得待測螺紋鋼2的直徑Φχ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)根據當前生產的螺紋鋼2直徑Φπ的規格，從標準數據庫(Ci, Φ。中提取與生產的螺紋鋼2直徑相接近的兩組數據(C1, ΦΡ和(C2，Φ2)，其中O1S比當前生產的螺紋鋼2直徑規格Oni小一個規格的標準直徑，C1為準數據庫(Ci, 中O1對應的電容值，Φ2為比當前生產的螺紋鋼2直徑規格Φπ大一個規格的標準直徑，C2為準數據庫(Ci, 中Φ2對應的電容值；例如，當前要求生產的螺紋鋼2規格是直徑Oni為20 mm的，則從標準數據庫(Ci, Φ。中提取(C18，Φ18)和(C22，Φ22)兩組數據。本發明中，如果當前生產的螺紋鋼2直徑的規格是所建(Ci, Φ。的標準數據庫中的最小規格，則上述的O1取當前生產的螺紋鋼2直徑 ' 的規格，C1為準數據庫(Ci, Φ)中Φ1對應的電容值，上述的％仍為比當前生產的螺紋鋼2直徑規格Φπ大一個規格的標準直徑，C2為準數據庫(Ci, 中Φ2對應的電容值；如果當前生產的螺紋鋼2直徑Φπ的規格是所建(Ci, 的標準數據庫中的最大規格，則上述的Φ2取當前生產的螺紋鋼2直徑的規格，C2為準數據庫(Ci, 中Φ2對應的電容值，上述的O1仍為比當前生產的螺紋鋼2直徑規格小一個規格的標準直徑，C1為標準數據庫(Ci, 中O1對應的電容值。B)將(C1, Φ!)和(C2，Φ2)帶入公式(1-1)
φ —φ,Φ— .....Φ,.. ,
Φ’ = ^L C, — A 或 ' ■= ^——一丄 Γ. + b(1-1)
■ C1' C2 - Q '即可計算得到b，其中b為截距；
C)將上述(C1,ΦΧ。Φ2)、截距b及檢測得到的電容值Cx帶入公式(1-2)，
Φ =.ff-.......+*(1-2)
C η — C_ ;
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對應的電容值；
D)將當前生產的螺紋鋼2規格直徑Φ ^Ρ上述計算得到的待測螺紋鋼2的直徑^^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)、數據顯示
將步驟(3)中計算得到的待測螺紋鋼2的直徑。，和偏差量Λ Φ傳送至數據顯示模塊8予以顯示。本發明的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統及其檢測方法，通過圓筒件3構建了圓柱形電容器，并建立了標準的電容-直徑數據庫，通過檢測電容值的方式實現了測量螺紋鋼2的直徑，相比現有技術中的激光掃描法和光電攝像法等技術，結構簡單，而且經濟，容易實現高精度測量螺紋鋼2的直徑，實現了螺紋鋼2直徑的在線測量和顯示，減輕了勞動強度，提聞了生廣效率，還可以減少螺紋鋼2的生廣廢品率，提聞企業的生廣效率和管理水平。以上示意性的對發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性地設計出與該技術方案相 似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，其特征在于包括圓筒件(3)、集電環(4)、電容測量模塊(5)、濾波模塊(6)、數據運算模塊(7)和數據顯示模塊(8)，所述的圓筒件(3)呈兩端開口的中空筒狀結構，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(4)設置于軋機(I)的出口處，并與螺紋鋼(2)相接觸，從集電環(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)、數據運算模塊(7)、數據顯示模塊(8)依次連接。
2.根據權利要求I所述的一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統，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。
3.一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統的檢測方法，其步驟為 1)建立標準數據庫 將多種直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼(2)在與實際生產相同的環境中離線狀態下穿過圓筒件(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，并經過濾波模塊(6)得到相應的電容值Ci，其中Oi為標準規格的螺紋鋼(2)直徑，Ci為直徑為Oi的標準規格的螺紋鋼(2)對應的電容值，從而得到(Ci, 的標準數據庫，其中 Φ 的取值為 6、8、10、12、16、18、20、22、25、32、40、50mm ； 2)檢測工況電容值Cx 當待測的螺紋鋼(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，并經過濾波模塊(6 )得到相應的電容值Cx，其中Cx為待測直徑Φχ的螺紋鋼(2)對應的電容值； 3)數據處理 將步驟2)檢測得到的電容值Cx傳送至數據運算模塊(7)，進行局部線性化、偏差估計運算得待測螺紋鋼(2)的直徑Φχ和螺紋鋼(2)直徑的偏差量△ Φ，具體計算過程如下 Α)根據當前生產的螺紋鋼(2)直徑Φπ的規格，從標準數據庫(Ci, Φ,)中提取與生產的螺紋鋼(2)直徑相接近的兩組數據(C1, Φ)和(C2，Φ2)，其中=O1為比當前生產的螺紋鋼(2)直徑規格小一個規格的標準直徑，C1為準數據庫(Ci, 中O1對應的電容值，Φ2為比當前生產的螺紋鋼(2)直徑規格Oni大一個規格的標準直徑，C2為準數據庫(Ci, Oi)中Φ2對應的電容值；
全文摘要
本發明公開了一種電容式螺紋鋼線徑在線測量系統及其檢測方法，屬于螺紋鋼線徑在線測量技術領域。本發明的圓筒件呈兩端開口的中空筒狀結構，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；集電環設置于軋機的出口處，并與螺紋鋼相接觸，從集電環引出第二電容極，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、數據運算模塊、數據顯示模塊相連接。本發明的檢測方法通過建立標準數據庫，并進行局部線性化、偏差估計運算得待測螺紋鋼的直徑和偏差量。本發明相比激光掃描法和光電攝像法等技術，結構簡單，而且經濟，容易實現高精度在線測量螺紋鋼的直徑。
文檔編號G01B7/12GK102636104SQ201210149770
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者從宏壽, 馮旭剛, 李紹銘, 楊波, 章家巖 申請人:安徽工業大學