筒節外徑激光測距檢測系統

一、項目概況

 1.設備概況

筒節軋機用來將空心鍛造毛坯進行整形或擴徑軋制成具有一定機加余量的無縫重型筒節，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，下方一根為驅動輥，為保證芯輥穿入筒節，芯輥與驅動輥有直徑差。軋制時保持芯輥中心線不變，建立芯輥、抱輥、下驅動輥的成形模型，輥系的磨損和變化無需墊板進行調整。在芯輥和機架窗口之間通過油壓進行軋制力的**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 工作過程

將擴有芯孔加熱的筒坯吊入軋機，再插入芯輥后，通過液壓進給壓上缸（HGC）通過下驅動輥將筒體靠近接觸上芯輥，芯輥和驅動輥帶動工件沿圓周旋轉，隨著軋制過程筒節坯料隨即被輾擴變形，產生壁厚逐漸減小、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，測量機構發信，進給停止再進行整形軋制后，軋制結束。驅動輥復位，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 電氣室室內溫度：   5-40℃

② 相對濕度：         大95%

③ 海拔高度：         小于2000m

4．技術要求

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 數據刷新時間：       ≤20mS

二、方案設計及實施

   根據以上現場技術參數和激光測距的特點我公司技術人員進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，通過架設在筒節周圍的高溫型激光測距傳感器對筒節的頭部和尾部實時檢測。測量開始前，需要對激光光路曲線進行三維標定，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圓曲線，進而得出筒節的外徑、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采集模塊進入計算機，然后經過系統的分析系統對筒節前后端的特征點當前三維坐標（X,Y,Z）進行定位、分析，測得三維坐標與原點坐標進行比較，計算出位移量，也就是X移動量，Y移動量，Z移動量，根據變化不斷擬合出新的圓形曲線，外徑測量系統就是把這一實時的曲線相關數據，按照預定的通訊協議（PROFIBUS-DP）發送給筒節軋機基礎自動化系統主PLC。進而實現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

根據技術標書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穩固可靠的支架上，支架分別位于筒節的2側，每個支架上部安裝有行走機構，2側分別安裝有伺服電機。筒節在軋制過程中的長度的變化，通過伺服電機調節激光組位置，可以實現不同長度筒節的參量要求。

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

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。

現場工作示意圖如下：

圖2 現場工作示意圖

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

圖3 工作現場