筒節(jié)外徑激光測距檢測系統(tǒng)

一、項(xiàng)目概況

 1.設(shè)備概況

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

筒節(jié)軋機(jī)為可逆全液壓壓上臥式軋機(jī)（軋輥水平布置），開式輾擴(kuò)結(jié)構(gòu)。

1.1 設(shè)備組成

在機(jī)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(nèi)孔穿入芯軸，下方一根為驅(qū)動輥，為保證芯輥穿入筒節(jié)，芯輥與驅(qū)動輥有直徑差。軋制時(shí)保持芯輥中心線不變，建立芯輥、抱輥、下驅(qū)動輥的成形模型，輥系的磨損和變化無需墊板進(jìn)行調(diào)整。在芯輥和機(jī)架窗口之間通過油壓進(jìn)行軋制力的**檢測。筒節(jié)軋機(jī)入出口側(cè)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 工作過程

將擴(kuò)有芯孔加熱的筒坯吊入軋機(jī)，再插入芯輥后，通過液壓進(jìn)給壓上缸（HGC）通過下驅(qū)動輥將筒體靠近接觸上芯輥，芯輥和驅(qū)動輥帶動工件沿圓周旋轉(zhuǎn)，隨著軋制過程筒節(jié)坯料隨即被輾擴(kuò)變形，產(chǎn)生壁厚逐漸減小、直徑逐漸擴(kuò)大、截面輪廓成形的塑性加工。當(dāng)筒節(jié)外徑增大到需要的外徑，測量機(jī)構(gòu)發(fā)信，進(jìn)給停止再進(jìn)行整形軋制后，軋制結(jié)束。驅(qū)動輥復(fù)位，并抽出芯輥，隨即將輾擴(kuò)精整完畢的筒節(jié)從設(shè)備中取出。

2． 技術(shù)數(shù)據(jù)

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(nèi)徑：φ3000-5700 mm

③ 毛坯壁厚：150-650mm

④ 毛坯高度：根據(jù)軋后筒節(jié)尺寸確定（考慮寬展），具體根據(jù)軋后筒節(jié)尺寸確定。

2.2 軋制后筒節(jié)尺寸范圍

① 筒節(jié)外徑：φ3300~8000mm，外徑公差±20mm

② 筒節(jié)內(nèi)徑：φ3000~7700mm

③ 壁    厚：150~400mm

④ 筒節(jié)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. 供電電源及工廠條件

3.1 供電電源

① 電壓：AC380V/220V ±10%

② 頻率：50Hz±1Hz

3.2 工廠條件

① 電氣室室內(nèi)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(nèi)容：

筒節(jié)外徑檢測裝置檢測內(nèi)容包括被檢測筒節(jié)外圓的下列數(shù)據(jù)

① 筒節(jié)前端橢圓半徑、真圓半徑、橢圓度

② 筒節(jié)后端橢圓半徑、真圓半徑、橢圓度

③ 筒節(jié)錐度（前后端橢圓真圓半徑差）

④ 筒節(jié)扭度（前后端橢圓旋轉(zhuǎn)角度差）

4.2 精度指標(biāo)：

① 筒節(jié)外徑測量精度：≤±5mm

② 筒節(jié)扭度角度精度：≤0.2°

③ 數(shù)據(jù)刷新時(shí)間：       ≤20mS

二、方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

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

1．系統(tǒng)工作原理

該軋環(huán)外徑測量系統(tǒng)利用激光相位測量、空間標(biāo)定、數(shù)據(jù)擬合等核心算法，通過架設(shè)在筒節(jié)周圍的高溫型激光測距傳感器對筒節(jié)的頭部和尾部實(shí)時(shí)檢測。測量開始前，需要對激光光路曲線進(jìn)行三維標(biāo)定，激光測光傳感器投射在筒節(jié)外表面上的三維坐標(biāo)可以擬合出一個(gè)圓曲線，進(jìn)而得出筒節(jié)的外徑、錐度、扭度等，由于筒節(jié)的表面溫度在1200℃左右，本系統(tǒng)選擇耐高溫型激光測距傳感器。

激光測距傳感器采集筒節(jié)位置三維信息通過采集模塊進(jìn)入計(jì)算機(jī)，然后經(jīng)過系統(tǒng)的分析系統(tǒng)對筒節(jié)前后端的特征點(diǎn)當(dāng)前三維坐標(biāo)（X,Y,Z）進(jìn)行定位、分析，測得三維坐標(biāo)與原點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算出位移量，也就是X移動量，Y移動量，Z移動量，根據(jù)變化不斷擬合出新的圓形曲線，外徑測量系統(tǒng)就是把這一實(shí)時(shí)的曲線相關(guān)數(shù)據(jù)，按照預(yù)定的通訊協(xié)議（PROFIBUS-DP）發(fā)送給筒節(jié)軋機(jī)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)主PLC。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋制過程自動控制的目的。如圖1所示。

圖1 工作原理圖

2．工作過程

根據(jù)技術(shù)標(biāo)書中的描述并結(jié)合我公司定位系統(tǒng)特性，計(jì)劃采用32套高溫型激光測距傳感器應(yīng)用在該測徑系統(tǒng)中，其中16套用于筒節(jié)的前端部，前端部2側(cè)各用8臺；另外16套用于筒節(jié)的后端部，后端部2側(cè)各用8臺。所有的激光傳感器安裝一個(gè)穩(wěn)固可靠的支架上，支架分別位于筒節(jié)的2側(cè)，每個(gè)支架上部安裝有行走機(jī)構(gòu)，2側(cè)分別安裝有伺服電機(jī)。筒節(jié)在軋制過程中的長度的變化，通過伺服電機(jī)調(diào)節(jié)激光組位置，可以實(shí)現(xiàn)不同長度筒節(jié)的參量要求。

如下圖文件中圖2中所示，當(dāng)筒節(jié)到達(dá)指定軋制位置時(shí)，啟動筒節(jié)外徑測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)把測量結(jié)果通過協(xié)議實(shí)時(shí)傳送給軋機(jī)主PLC。在實(shí)際生產(chǎn)中，為大程度上避免筒節(jié)在軋制過程中引起的振動，除傳感器安裝支做抗振處理外，總的框架應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振動源。

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(xiàn)場工作示意圖如下：

圖2 現(xiàn)場工作示意圖

該系統(tǒng)工作過程快捷，單次測量20ms內(nèi)即可完成，測得筒節(jié)尺寸數(shù)據(jù)后實(shí)時(shí)傳送給筒節(jié)PLC。由于筒節(jié)的表面溫度較高，傳感器安裝現(xiàn)場采用風(fēng)水冷保護(hù)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(xiàn)場