筒節外徑激光測距檢測系統

筒節外徑激光測距檢測系統

一、項目概況

 1.設備概況

筒節軋機用來(lái)將空心鍛造毛坯進(jìn)行整形或擴徑軋制成具有一定機加余量的無(wú)縫重型筒節，明顯改善筒節鍛件的圓度、壁厚均勻性和表面平整度。

筒節軋機為可逆全液壓壓上臥式軋機（軋輥水平布置），開(kāi)式輾擴結構。

1.1 設備組成

在機架窗口中安裝有兩根軋輥，位于上方一根為芯輥，筒形軋件內孔穿入芯軸，下方一根為驅動(dòng)輥，為保證芯輥穿入筒節，芯輥與驅動(dòng)輥有直徑差。軋制時(shí)保持芯輥中心線(xiàn)不變，建立芯輥、抱輥、下驅動(dòng)輥的成形模型，輥系的磨損和變化無(wú)需墊板進(jìn)行調整。在芯輥和機架窗口之間通過(guò)油壓進(jìn)行軋制力的**檢測。筒節軋機入出口側裝有抱輥裝置（定心裝置），由各自伺服液壓缸壓力和位置控制。

1.2 工作過(guò)程

將擴有芯孔加熱的筒坯吊入軋機，再插入芯輥后，通過(guò)液壓進(jìn)給壓上缸（HGC）通過(guò)下驅動(dòng)輥將筒體靠近接觸上芯輥，芯輥和驅動(dòng)輥帶動(dòng)工件沿圓周旋轉，隨著(zhù)軋制過(guò)程筒節坯料隨即被輾擴變形，產(chǎn)生壁厚逐漸減小、直徑逐漸擴大、截面輪廓成形的塑性加工。當筒節外徑增大到需要的外徑，測量機構發(fā)信，進(jìn)給停止再進(jìn)行整形軋制后，軋制結束。驅動(dòng)輥復位，并抽出芯輥，隨即將輾擴精整完畢的筒節從設備中取出。

2． 技術(shù)數據

2.1 鍛造空心毛坯限制尺寸范圍

① 毛坯外徑：φ3300-6000mm

② 毛坯內徑：φ3000-5700 mm

③ 毛坯壁厚：150-650mm

④ 毛坯高度：根據軋后筒節尺寸確定（考慮寬展），具體根據軋后筒節尺寸確定。

2.2 軋制后筒節尺寸范圍

① 筒節外徑：φ3300~8000mm，外徑公差±20mm

② 筒節內徑：φ3000~7700mm

③ 壁    厚：150~400mm

④ 筒節高度：2000~3750mm

2.3 軋制溫度

① 軋制溫度：800-1200℃

2.4大重量

① 大重量：250噸

3. 供電電源及工廠(chǎng)條件

3.1 供電電源

① 電壓：AC380V/220V ±10%

② 頻率：50Hz±1Hz

3.2 工廠(chǎng)條件

① 電氣室室內溫度：   5-40℃

② 相對濕度：         大95%

③ 海拔高度：         小于2000m

4．技術(shù)要求

4.1 檢測內容：

筒節外徑檢測裝置檢測內容包括被檢測筒節外圓的下列數據

① 筒節前端橢圓半徑、真圓半徑、橢圓度

② 筒節后端橢圓半徑、真圓半徑、橢圓度

③ 筒節錐度（前后端橢圓真圓半徑差）

④ 筒節扭度（前后端橢圓旋轉角度差）

4.2 精度指標：

① 筒節外徑測量精度：≤±5mm

② 筒節扭度角度精度：≤0.2°

③ 數據刷新時(shí)間：       ≤20mS

二、方案設計及實(shí)施

   根據以上現場(chǎng)技術(shù)參數和激光測距的特點(diǎn)我公司技術(shù)人員進(jìn)行了詳細的討論研究，制定了以下解決方案。

1．系統工作原理

該軋環(huán)外徑測量系統利用激光相位測量、空間標定、數據擬合等核心算法，通過(guò)架設在筒節周?chē)母邷匦图す鉁y距傳感器對筒節的頭部和尾部實(shí)時(shí)檢測。測量開(kāi)始前，需要對激光光路曲線(xiàn)進(jìn)行三維標定，激光測光傳感器投射在筒節外表面上的三維坐標可以擬合出一個(gè)圓曲線(xiàn)，進(jìn)而得出筒節的外徑、錐度、扭度等，由于筒節的表面溫度在1200℃左右，本系統選擇耐高溫型激光測距傳感器。

激光測距傳感器采集筒節位置三維信息通過(guò)采集模塊進(jìn)入計算機，然后經(jīng)過(guò)系統的分析系統對筒節前后端的特征點(diǎn)當前三維坐標（X,Y,Z）進(jìn)行定位、分析，測得三維坐標與原點(diǎn)坐標進(jìn)行比較，計算出位移量，也就是X移動(dòng)量，Y移動(dòng)量，Z移動(dòng)量，根據變化不斷擬合出新的圓形曲線(xiàn)，外徑測量系統就是把這一實(shí)時(shí)的曲線(xiàn)相關(guān)數據，按照預定的通訊協(xié)議（PROFIBUS-DP）發(fā)送給筒節軋機基礎自動(dòng)化系統主PLC。進(jìn)而實(shí)現軋制過(guò)程自動(dòng)控制的目的。如圖1所示。

圖1 工作原理圖

2．工作過(guò)程

根據技術(shù)標書(shū)中的描述并結合我公司定位系統特性，計劃采用32套高溫型激光測距傳感器應用在該測徑系統中，其中16套用于筒節的前端部，前端部2側各用8臺；另外16套用于筒節的后端部，后端部2側各用8臺。所有的激光傳感器安裝一個(gè)穩固可靠的支架上，支架分別位于筒節的2側，每個(gè)支架上部安裝有行走機構，2側分別安裝有伺服電機。筒節在軋制過(guò)程中的長(cháng)度的變化，通過(guò)伺服電機調節激光組位置，可以實(shí)現不同長(cháng)度筒節的參量要求。

如下圖文件中圖2中所示，當筒節到達指定軋制位置時(shí)，啟動(dòng)筒節外徑測量系統，測量系統把測量結果通過(guò)協(xié)議實(shí)時(shí)傳送給軋機主PLC。在實(shí)際生產(chǎn)中，為大程度上避免筒節在軋制過(guò)程中引起的振動(dòng)，除傳感器安裝支做抗振處理外，總的框架應盡量遠離振動(dòng)源。

激光測距傳感器采用高溫型，高頻型。溫度高可承受在1300℃，測量頻率為100Hz。

現場(chǎng)工作示意圖如下：

圖2 現場(chǎng)工作示意圖

該系統工作過(guò)程快捷，單次測量20ms內即可完成，測得筒節尺寸數據后實(shí)時(shí)傳送給筒節PLC。由于筒節的表面溫度較高，傳感器安裝現場(chǎng)采用風(fēng)水冷保護套，以保證傳感器在一個(gè)正常的工作溫度。冷卻圖如下：

圖3 工作現場(chǎng)