光纖傳感器在金屬擠壓機供錠裝置中的應用

李其秀

（太重（天津）濱海重型機械有限公司技術中心，天津300270）

光纖傳感器在金屬擠壓機供錠裝置中的應用

李其秀

（太重（天津）濱海重型機械有限公司技術中心，天津300270）

本文主要介紹光纖傳感器檢測裝置的原理、功能及在擠壓機供錠裝置中的應用。結(jié)合PLC應用技術，實現(xiàn)擠壓機供錠過程的自動化控制。

擠壓機；供錠裝置；光纖傳感器；應用；短行程；前上料；自動化

金屬擠壓加工行業(yè)中，短行程前上料擠壓機因能耗少、效率高、工藝先進等特點，已成為現(xiàn)代擠壓機的標準配置[1]。它的一個重要特征是采用了（擠壓筒）前上料中心供錠技術，因此其供錠裝置設計了伸縮式拖料盤，可根據(jù)料長實現(xiàn)料盤的自動伸縮。這種結(jié)構(gòu)可以滿足一定料長的供錠需求，但實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)廠家因為經(jīng)濟等因素對于超短棒料也希望加以利用，受超短料棒制約，料盤寬度有限，在固定料盤和伸縮料盤之間存在較大空擋。在坯料進入拖料盤過程中，需要檢測坯料位置，控制伸縮式料盤跟隨坯料進行移動。上錠結(jié)束后，還需要檢測出坯料長度，并將信號傳輸至PLC控制系統(tǒng)中，為下一步主機控制提供原始參數(shù)。在金屬熱擠壓工藝中，鋁、鎂合金坯料溫度一般在350℃～450℃之間，鋼擠坯料溫度甚至高達700℃。由于靠近坯料，環(huán)境溫度遠高于常規(guī)檢測元件工作范圍，同時安裝空間狹小，一般的檢測元件難以滿足這種工況。而實現(xiàn)供錠過程的自動化控制，尤其是供錠裝置拖料盤的伸縮定位控制，對于短行程擠壓機減少輔助操作時間具有重要意義[2]。

光纖傳感器是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器，它具有輕巧性、耐用性和長期穩(wěn)定性以及抗震蕩、抗干擾、響應速度快、安裝方便等優(yōu)點，在工程裝備中有著廣泛的應用前景[3]。光纖傳感器可分為功能型和非功能型。非功能型光纖傳感器是利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為信息的傳輸介質(zhì)。目前，實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。我公司設計制造的一種前上料自適應供錠裝置，在坯料進入拖料盤過程中，采用了光纖傳感器技術，對被測信號進行遠距離檢測，結(jié)合伺服電機控制技術，能夠?qū)崿F(xiàn)坯料位置實時檢測，并測出料長，通過對擠壓機坯料供錠過程的閉環(huán)控制，提高了供錠精度，實現(xiàn)了供料過程自動化。在實際使用過程中，供錠準確、可靠，得到用戶的充分認可。如圖1所示。

圖1 光電檢測裝置實物現(xiàn)場照片

1 光纖傳感器的工作原理

如圖2所示，光纖傳感器系統(tǒng)由光源、光纖、光纖器件、傳感元件、探測器和信號處理部分組成。

圖2 光纖傳感器基本結(jié)構(gòu)圖

其工作原理如下：在測量系統(tǒng)中，電信號首先經(jīng)模擬調(diào)制后激發(fā)光發(fā)送器發(fā)光，光沿著光纖內(nèi)部傳輸至被測量對象，受被測對象作用后產(chǎn)生物理量變化，再次進入光纖內(nèi)傳輸，并由控制器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)解調(diào)后輸出，完成信號的傳輸過程。在金屬擠壓機供錠裝置光纖測量裝置中，光纖僅用來傳輸開關量信號，開關量只有0和1兩種狀態(tài)，即為無光和有光兩種狀態(tài)信號。開關量電信號不必經(jīng)模擬調(diào)制，直接激勵光源LED進行光強調(diào)質(zhì)產(chǎn)生光信號。在接收端，光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接變成輸出電信號，完成信號的傳輸過程。由于對光的強度大小和相位不需要作鑒別，而只需要檢測出是否有光信號，對光纖和發(fā)送接收器件的性能要求較低，元件成本較低。

擠壓機供錠裝置中光纖傳感器具備兩種功能：①坯料進入供錠裝置托料盤的過程中，實時檢測坯料的位置，并將此信號傳輸至PLC系統(tǒng)中，作為伸縮料盤的控制信號。供錠裝置伸縮料盤采用伺服電機控制，其收縮速度由光纖檢測信號得來，采用閉環(huán)回路控制系統(tǒng)[4]。②伸縮料盤停止移動后，檢測坯料的長度，為下一步擠壓機主機的自動化程序提供控制參數(shù)。工藝流程圖如圖3所示。

2 光纖檢測裝置的組成和功能

2.1 組成

該裝置由雙回路控制器、發(fā)射探頭、光纖、光纖電纜、接收探頭、安裝支架等組成。

2.2 硬件安裝

為了完成對料長及坯料的位置檢測，該裝置使用了兩套檢測光路，即采用兩組對射型檢測光纖，沿坯料料長方向布置，兩組光纖通過安裝支座固定在供錠裝置的伸縮料盤端部。雙回路控制器、發(fā)射探頭及接收探頭等遠離熱源安裝，可有效減小環(huán)境對檢測元件的影響。光纖的發(fā)射及接收端使用具有可調(diào)節(jié)接發(fā)角度的安裝支架進行固定。

圖3 工藝流程框圖

3 工作方式

坯料的供錠過程可采用半自動/自動的工作模式[5]。采用半自動工作模式時，坯料從運錠小車至推錠位就位后，按下起始開關，推錠頭按設定速度運行，推動坯料至供錠裝置伸縮料盤。隨著坯料的行進，兩組對射型開關的狀態(tài)依次為11→10→00→01，當開關狀態(tài)轉(zhuǎn)換為01時，提供信號給驅(qū)動伸縮料盤的伺服電機，伺服電機啟動并匹配推錠頭速度，保證伸縮料盤與坯料以相同速度移動，消除兩料盤間空間。當坯料到達極限位，推錠裝置檢測元件發(fā)訊后，推錠頭停止動作，伸縮料盤動作停止，兩組開關狀態(tài)為01。如果開關狀態(tài)不滿足此條件，伸縮料盤繼續(xù)動作，直到坯料的后端面位于兩組開關之間（此時開關狀態(tài)為01），活動鉗口收縮停止。推錠頭快速退回，待供錠的其他連鎖條件滿足后，開始供錠。

工作過程中若推錠動作中斷，無論兩組開關處于何種狀態(tài)，活動料盤收縮動作停止，故障信號燈亮。故障排除后，如果想重新供錠需按動復位開關。

4 結(jié)束語

光纖傳感器應用于擠壓機供錠裝置中，通過自動檢測坯錠長度，提供過程控制信號，具有響應快、抗干擾、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，結(jié)合PLC控制技術，可有效提高設備的自動化水平，提高生產(chǎn)效率，為鋁擠壓機自適應供錠系統(tǒng)的進一步開發(fā)提供有效的技術依據(jù)。

[1]郭玉璽，趙國棟.當代鋁擠壓技術的節(jié)能價值取向[J].精密成形工程，2011，（2）.

[2]郭玉璽，李景莉，趙國棟.短行程鋁擠壓機前上料系統(tǒng)及夾鉗式自適應供錠機械手[J].有色金屬加工，2005，34（3）.

[3]魏軍.金屬擠壓機[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[3]盧一鑫，楊璐娜.光纖傳感器的應用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J].科技信息，2011，（3）.

[4]秦月明.75MN“短行程”鋁擠壓機上料部分的自動化控制[J].鍛壓技術，2008，33（3）.

[5]石如磐.擠壓機供錠器的研究進展[J].鍛壓裝備與制造技術，2012，47（4）.

The application of fiber-optical sensor in billet loader for metal extrusion press

LI Qixiu
（Technical Center,Taiyuan Heavy(Tianjin)Binhai Heavy Industry Co.,Ltd.,Tianjin 300270,China）

The principle and function of fiber-optical sensor inspection device have been mainly introduced in the text,as well as the application in billet loader for metal extrusion press.By combining with PLC application technology,the automatic control of the billet loading process has been realized.

Short-travel extrusion press;Front feeding;Billet loader;Fiber-optical inspection;Automation

TG375+.23

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.017

1672-0121（2016）05-0059-03

2016-06-25；

2016-06-15

李其秀（1984-），男，工程師，從事鍛壓設備設計與研發(fā)。E-mail：jszxdylqx@tz.com.cn