用于卷取机装置的管理方法及对应的设备与流程

本发明涉及用于热或冷卷取机装置的管理方法及对应的设备，其在钢铁行业领域以优先示例的方式使用。

具体地，本发明用于控制、调整和命令来自炼钢厂的半成品金属产品(例如棒、线、管元件等)的热或冷卷取，所述半成品金属产品例如在金属结构的生产(例如以获得钢筋混凝土或其他类型的结构)中使用。

背景技术：

卷取机装置是已知的，其能够制造来自例如炼钢厂的热或冷半成品金属产品的卷材，或二次加工产品(例如棒、线、管状元件等)的卷材；在下文的描述中，各种类型的金属产品全部包括在术语“棒”(rod)中。

众所周知，对于某些应用，棒具有不均匀的表面形态，即在其表面上具有边缘或更厚的区域，这些甚至连续地改变了棒的截面。

同样众所周知的是，经常在棒仍然是热的或非常热的情况下进行卷取，并且还知道在这些情况下棒的截面对温度变化是敏感的。

已知的卷取机装置可具有与旋转卷轴相协调的棒分配器，围绕该旋转卷轴形成卷材的螺旋。

已知的卷轴通常具有与限定卷材的宽度的容纳元件相关联的心轴，心轴中的至少一个可以拆卸以提取卷材。

卷取机装置的两种主要构造是已知的：第一种是卷轴处于垂直位置，第二种是卷轴处于水平位置。

在两种已知的构造中，棒分配器横向地定位在保持与卷轴的轴线大致正中的位置上。

分配器通常具有在平面上的有节奏的往复运动，该平面有利地包括分配器的出口的中心线并且有利地(尽管不是必要地)包括卷轴的轴线。

在另一方案中，随着卷取的进行，分配器每次都可以在平面上具有至少一个运动，该平面配置成与具有可变直径的、且由卷轴的轴线生成的圆柱形表面相切。

分配器可沿着卷材的宽度和/或螺旋的径向位置连续地定位。

为了对卷取进行管理，在现有技术中，知道棒的截面的标称值不足以获得足够精确的对卷材形成的控制，以优化填充率并防止相邻螺旋之间的重叠和/或空白空间。

因此，在卷取期间，已知的装置不能最佳地协调卷轴或分配器的功能，以根据棒的截面和特征，使螺旋相对于上面指出的优化参数以期望的方式定位，特别是具有期望的角度。

在卷曲期间不正确的螺旋布置会在所获得的卷材中生成瑕疵，例如螺旋的部分或全部的空白空间、不饱和和重叠。

用已知装置获得的卷材由于其缺陷而具有低螺旋密度系数，所述系数由螺旋的实际体积与卷材总体积的体积之比给出。

利用已知装置获得的卷材中的大量瑕疵以及螺旋的低密度，使得其在生产用于钢筋混凝土结构或类似的网、笼、格架、支架等的使用是非生产性的，并且在时间上也是如此。

事实上，已经知道在要用于获得钢筋混凝土的产品的情况下，卷材用合适的机器展开，在展开期间，如果有瑕疵，则必须停止以允许操作员进行干预。

这会导致时间损失，减慢了生产速度并且需要操作人员的介入，这增加了由于销售所获得的产品的竞争性市场而必须保持尽可能低的、或以任何比率受限但仍具有同样质量的成本。

为了提高卷材的质量，已知一些设备，例如具有棒分配系统与之协作的环型控制和调节设备。

一旦经过定位和校准，这些已知的设备能够测量一些参数(包括例如棒分配速度)，并且能够使用所收集的信息来控制和管理卷取。

然而，这些已知设备在测量参数方面不是非常可靠，这些设备是通过在检测环中感应的张力和/或电流而间接地进行的。

这意味着卷轴转速的随后调整、和/或运动速度和/或分配器的定位也不是非常精确。

而且，这些已知设备不仅不能检测棒的截面，还必须不断地与分配器相协调，并且每次都必须根据棒的截面进行更换和/或适应。

卷绕设备也是已知的，例如应用于电线或其他类似的材料，但是这些设备不适于管理棒的卷取，因为这样的设备不考虑要卷绕的产品在卷取期间的截面的可变性，也不考虑截面的可变性是作为温度的函数。

事实上，在对棒进行卷取的期间，棒在两个连续的螺旋之间具有非常可变的截面，并且以可变节距彼此间隔开地布置。

这使得使用在其他技术领域的已知卷绕设备不适合用于卷取热或冷的半成品金属产品的装置。

例如，文献US 4,570,875和US 6,443,385描述了与用于具有均匀截面的电缆的卷曲机装置相关联的管理设备，该管理设备不以与卷轴的旋转相协调的方式将分配器的动作作为缆线截面的变化和两个连续螺旋之间的距离(在这种情况下总是恒定的)的函数。

因此需要完善现有技术并且提供一种克服现有技术的至少一个缺点的、用于卷取机装置的管理方法及对应设备。

具体地，本发明的目的是提高棒的瞬时参数的直接检测的可靠性，并基于此来调节卷材的形成方式。

本发明的另一目的是提高卷轴的调整精度以及分配器的调整精度，以获得螺旋和卷材层的期望的位置，以防止瑕疵和/或残留张力。

另一目的是根据本发明的用于卷取机装置的管理设备可以应用于现有的卷取机，而不必根据棒的截面的可变性而进行替换和/或适应。

申请人已经设计、测试和实施了本发明，以克服已知技术的缺点并获得这些和其他的目的和优势。

技术实现要素：

独立权利要求陈述和表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其它特征或主要发明思想的变化例。

本发明设计用于卷取机装置的管理方法和设备，适用于改进在卷取期间对棒的管理，并获得改进的卷材。

根据所述目的，用于卷取机装置的管理设备以及相应的方法提供使用至少一个视频记录系统。

视频记录系统能够以卷取速度收集和处理棒的分配的图像。

管理设备在接收视频信号时能够处理这些信号，并且可能干预卷取机装置的操作参数，以获得期望的结果。

根据本发明，视频记录系统适于至少在从供给器或分配器的出口到卷轴的空间中聚焦在棒上。

根据变形例，管理装置能够至少在包括分配器的轴线的平面上逐点地测量包含在分配器的供给器的轴线和卷轴上的瞬时卷绕点之间的棒的相对于标称零点倾斜角。

根据本发明的一个特征，用于卷取机装置的管理设备具有装置，该装置能够处理在卷取期间采集的数据，并且至少干预卷轴和棒的分配器的运动系统的协调，以保持棒的倾斜角在期望值。

此外，在一个实施例中，管理设备根据螺旋之间的期望距离以及它们在卷轴上的径向位置，来协调棒和卷轴的运动系统

根据本发明的另一特征，管理设备可以与现有的卷取机装置相关联，因为它适于工作在所有类型和尺寸的棒以及所有类型的卷材上。

根据本发明的另一特征，管理设备有利地具有与棒的表面和/或与卷轴和/或分配器相关联的至少一个结构化光源系统。

对于在这里和下文的描述中的术语“结构光源”，我们指的是包括适用于该目的的具有合适的分配器格栅的激光源、LED、灯和/或其他类型的光源。

结构化光源系统适于发射一束或多束与棒和/或卷轴和/或分配器的表面相交的结构化光。

根据本发明的第一实施例，视频记录系统在预定的位置检测结构化光束/多束结构化光的存在，获取其参数，并与管理设备的控制和命令单元相交互。

结构化光源系统允许管理设备的控制和命令单元定义可用于处理由视频记录系统收集的图像的参考空间坐标。

根据本发明的一个特征，管理方法至少使用卷轴的旋转速度和分配器的运动速度作为调整参数。

根据变形例，管理方法还允许控制和/或优化分配器在卷轴的径向方向上的位置。

根据本发明的管理方法，允许识别对于在卷轴上的棒的期望分布的正确参数，并根据卷取时刻根据螺旋的期望位置来计算可能作出的适当修改。

附图说明

参考附图，通过作为非限制性示例给出的一些实施例的以下描述，本发明的这些和其它特征将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的用于卷取机装置的管理设备的立体图；

图2a是来自上述图1的视图，其展示了根据本发明的用于卷取机装置的管理设备；

图2b是图2a的根据本发明的与管理设备相关联的卷取机装置的截面图；

图3是展示根据本发明的管理卷取机装置的方法的简化框图。

为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来标识附图中相同的共用元件。应该理解的是，一个实施例的元件和特征可以方便地并入其他实施例而不需要进一步澄清。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的与卷取机装置11相关联的管理设备10至少包括视频记录系统12、处理和计算单元13以及控制和命令单元14。

卷取机装置11包括与卷轴16相关联且能够与其相协调的棒分配器15。

分配器15和卷轴16以已知的方式形成和定位，以分别通过特定的运动和旋转装置移动，可以以期望和受控的方式进行调节。

卷轴16在其两端处与容纳元件17或凸缘相关联，与心轴18相协作，该容纳元件17不仅包含且支撑卷材，而且还允许限定其尺寸。

此外，容纳元件17中的至少一个可以拆卸以移除所获得的卷材。

有利地，在所述容纳元件17中的至少一个中，具有与棒的一端的附接装置20相关联的合适的壳座19，以在开始卷取时准备棒。

在这种情况下，分配器15可以沿着在容纳元件17之间的横向延伸而平行于心轴18的轴线移动。

根据变形例(未图示)，在每次场合中，分配器15也能够相对于被卷取的特定的层来定位。

具体地，分配器15以期望的和受控的方式连续地将棒从供给器21的出口供给到卷轴16，将棒逐渐地定位在期望的与卷轴16的轴线平行的表面上。

根据本发明，进行分配器15的运动而保持在卷取期间供给器21的出口朝向临时受影响的特定表面。

视频记录系统12与处理和计算单元13以及控制和命令系统14相协作，处理和计算单元13以及控制和命令系统14可以位于视频记录系统12的附近或远离视频记录系统12。

具体地，处理和计算单元13以及控制和指令单元14可以是专用于卷取系统的控制的自主式实体，或是还管理设置在卷取机装置的上游和/或下游并与其交互的装置的总体控制单元的部分。

根据变形例，视频记录系统12还与结构化光源系统22相协作，结构化光源系统22配置为发射与棒和/或卷轴16和/或分配器15的表面相交的、并且可由视频记录系统12检测的一个或多个结构化光23。

具体地，作为非限制性示例的结构化光23可以是激光束、LED或其他类型，其与棒的表面和/或分配器15和/或卷轴16的表面相关联，并且特别地且有利地至少与所述容纳元件17的至少一个的外表面24相关联。

至少与视频记录系统12协作的结构化光源系统22允许管理设备10定义可用于处理由视频记录系统12收集的图像的参考空间坐标。由此，还可以将管理设备10与现有的卷取机装置11相关联，该卷取机装置11具有卷轴16，该卷轴16既可以在水平位置也可以在垂直或倾斜位置。

视频记录系统12包含图像捕获装置，例如电荷耦合图像检测器(CCD)或其它类似的设备。

为了具有适合于检测操作卷取参数的视野，视频记录系统12至少在从供给器19到卷轴16的出口处聚焦在棒上。

此外，视频记录系统12能够以与期望的卷取速度相协调的速度来收集图像。

例如由集成电路和/或微处理器组成的处理和计算单元13处理由视频记录系统12收集的图像，以获取其一个或多个操作卷取参数。

根据变形例，处理和计算单元13能够在包括分配器15的轴线的平面上逐点地测量至少棒的倾斜角α。

倾斜角α是在分配器15的供给器的轴线和卷轴16上的瞬时卷取点之间相对于标称零点来定义的。

根据变形例，处理和计算单元13能够在卷取期间逐点测量棒的界面的当量直径。

例如由合适的制动器协作的集成电路和/或微处理器组成的控制和命令单元14通过特定的连接和/或远程命令系统(未图示)、通过运动和旋转装置，分别与分配器15和卷轴16相关联。

此外，一旦操作卷轴参数已经被处理，控制和命令单元14就能够根据特定的卷取时刻来验证它们是期望的参数。

如果在控制操作参数和期望的参数之间存在不一致，则控制和命令单元14以协调的方式调整分配器15和卷轴16的操作速度。

根据本发明的一个实施例，对应于用于卷取机装置11的管理装置10的方法至少包括：

将管理设备10相对于卷取机装置11定位的步骤，设置视频记录系统12，使得其至少在由供给器21的出口到卷轴16所包括的空间中聚焦在棒上；

对准结构化光源系统22的可能的步骤，使得限定视频记录系统12相对于分配器15和/或卷轴16的方位；

初始定位并将棒从分配器15夹紧在与附接装置20相关联的壳座19中的可能的步骤；

将期望的参考操作卷取参数数据插入到控制和命令单元14中的步骤；

在卷取期间从视频记录系统12中收集图像的步骤，收集与卷取速度相协调；

通过处理和计算单元13处理图像并计算由此获得的操作参数的步骤；

通过比较获得的操作参数和先前插入在控制和命令单元14中的参考操作参数来进行控制的步骤；

将期望的操作卷取参数与那些检测到的参数之间的差值，转换成分配器15的运动和/或卷轴16的转速的适当且协调的变化的步骤。

根据本发明，根据螺旋的位置和卷材的层，该管理方法在卷取期间，使用算法必要地逐点地来计算分配器15的运动装置的速度以及卷轴16的转速。

该算法可以概括为以下功能表达式：

VR＝f1(VR^i,l,ΔVR^FB)

VD＝f2(VD^i,l,ΔVD^FB)

其中：

f1和f2表示连接分配器15和卷轴16的运动速度的两个函数关系；圆括号里包含参数

指数i和指数l分别表示卷材的第i次卷绕旋转和第l层；

VR是卷轴16的转速；

VD是分配器15的运动装置的速度；

VR^i,l是卷轴16对应于第l层的第i次旋转的转速；

VD^i,l是分配器15的运动装置对应于第l层的第i次旋转的速度；

ΔVR^FB是卷轴16的旋转速度的变化，其与插入的期望的操作卷取参数与检测到的操作参数之间的差值成比例；

ΔVR^FB是分配器的运动装置15的旋转速度的变化，其与插入的期望的操作卷取参数与检测到的操作参数之间的差值成比例。

根据本发明，对于每个期望的卷取，在第i个位置的螺旋与第l个位置的层之间至少存在一个特定的关系以及至少一个操作参数，例如棒的倾斜角α。

所述关系由插入在控制和命令单元14中的数据来限定，并且可以通过合适的校准来确定。

在i旋转和1层处，参数VD^i,l取决于参数VR^i,l和与前一层相距长度GS^i,l的当量直径D^i,l。

根据本发明，在分配器15的运动装置的速度(VD)与参数GS^i,l和卷轴的转速(VR)之间存在关系。

因此，由于速度VR和VD与棒的倾斜角α之间存在关系，所以可以控制确定螺旋的期望的位置的参数GS^i,l。参数GS^i,l的控制是通过测量倾斜角α来获得的。可能地，参数GS^i,l可以对应于每次旋转i和/或每层1而修改，干预分配器15的运动装置和卷轴16的速度。

在卷取期间连续地确定速度变化ΔVR^FB和ΔVD^FB，使得防止瑕疵和/或残留张力，并且在每次旋转i和每层l具有期望的螺旋定位。

图3展示了给出根据本发明的卷取机装置11的管理方法的示例的框图。

在这个示例中，将半成品产品的第i次旋转和第l层的倾角αSET^i,l和当量直径DSET^i,l作为操作参考卷取参数插入。

在图3中以简化的方式展示的方法初始地提供了将期望的参考操作参数插入到控制和命令单元14中的步骤。

视屏记录系统12在卷取期间获取图像并将它们发送到处理和计算单元13。

处理和计算单元13连续地计算操作参数并将它们发送到控制和命令单元14。

控制和命令单元14将所获得的参数与先前插入的参考操作参数相比较。

如果参考操作参数和所获得的操作参数之间有差值，那么控制和命令单元14将差值转换为分配器15的运动和/或卷轴的转速(ΔVR^FB,ΔVD^FB)中的适当且协调的变化。

控制和命令单元14可能地命令分配器15和/或卷轴16，分别改变它们的转速和运动速度。

对每个第i次旋转和每个第1层重复该过程，直到卷材完成。

显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可对所描述的用于卷取机器装置的管理设备和相应的方法进行修改和/或部分附加。

另外，虽然已经参考一些具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员一定能够实现用于卷取机装置的管理设备和相应的方法的许多其他等效形式，其具有在权利要求书中阐明的特征，因此，所有这些都在这里定义的保护范围内。