辊轴空间位置检测方法的研究

辊轴空间位置检测方法的研究

1种高精度的检测方法目前，大型冶金行业弯曲系统空间状态检测技术的应用主要集中在弯曲装置的辊系状态的检测上。为了满足市场要求,大量冷轧钢卷要求厚度在0.2~0.4mm之间,甚至更薄。所以,对设备生产线辊轴的安装精度要求极高,垂直度和水平度一般要求在0.1mm,因此需要一种能达到这一精度要求的检测方法。传统的检测方法如图1所示,图中11表示被测辊轴,12是一根紧固在辊轴上的摆杆,13是钢丝绳。检测时,将摆杆12的一端固定辊身上,将钢丝绳13设置成与整个运送系统的运行方向(也称为设备中心线)平行的状态。然后,转动辊轴11,在转动时,通过百分表检测摆杆两次经过钢丝绳(图1中的状态12A和状态12B)时摆杆自由端与钢丝绳13之间的水平距离Sa和Sb,然后再检测出摆杆两个位置状态时只有端之间的距离Sab,通过式(1)计算出该被测辊轴11的垂直度:但这种传统方法存在如下的缺点:(1)精确量取摆杆点到钢丝绳的距离存在人为误差,操作人员要十分熟练控制,才能获得比较精确的检测结果;(2)只能获得局部空间位置关系数据,不能获得整条工艺段辊系的空间位置关系,不能满足设备维护的需要。(3)条件要求较高,要拉钢丝绳,就必须保证有足够的空间,保证钢丝绳的固定和准确对点,同时要保证摆杆固定的位置与钢丝绳间的关系适当,来保证检测过程的顺利完成,这样就降低了检测范围和工作效率。显然,这种传统的检测方法与现代化流程工业的需求不相适应,业界迫切需求一种高精度的检测方法。为此,本文介绍一种方便、高效、高精度的辊轴垂直度检测方法。2基于全站仪的辊轴垂直度检测方法、原理和步骤2.1旋转位置检测点坐标如图2所示,辊系检测中包括有第一中心点R01和第二中心点R02以及位于该两中心线点之间的辊轴,所述方法包括如下步骤:(1)将全站仪架设于两中心点之间;(2)将一根杆固定于被测辊轴上;(3)通过全站仪检测R01和R02的坐标,该空间的坐标原点为全站仪的架设位置;(4)转动所述被测辊轴,通过该全站仪检测所述被测辊轴3个不同旋转位置(如图3所示),所属标杆上的反射标志的空间状态,分别定义第1旋转位置检测点坐标,第2旋转位置检测点坐标和第3旋转位置检测点坐标,该空间坐标的原点为该全站仪的架设位置。(5)将上述第1点、第2点和第3点的坐标转换成以R01为原点,以R01与R02之间的连线为X轴的坐标系的坐标值中,其中A1(X1,Y1,Z1)表示第1旋转点坐标;A2(X2,Y2,Z2)表示第2旋转点坐标;A3(X3,Y3,Z3)表示第3旋转点坐标;(6)通过式(2)~式(9)计算得到被测辊轴的垂直度。式中,为所述第2点至所述第1点的矢量线;为所述第2点至所述第3点的矢量线;式中,量线和矢量线构成的平面的法线矢量线,另外式(4)中:根据上述公式得出辊轴A垂直度的计算公式:2.2确定坐标的位置工业现场环境千变万化,有时候在检测时一台全站仪无法同时与两中心点通视,如图4所示,此时需要两台全站仪进行联合作业。具体步骤如下:(1)将两台全站仪架设于两中心线之间或者将全站仪分两次架设于该两中心线之间(图中51和53位置),并使其中第一台全站仪能通视R01;第二全站仪能通视R02;(2)在辊系外设置两个公共点XP和XY,该两公共控制点位置的选取保证与两全站仪位置(图中51和53位置)都能通视;(3)将第一标杆固定于被测轴上;(4)通过该第一全站仪检测R01和两公共控制点XP和XY的空间坐标,该空间坐标的原点为第一全站仪的架设位置;(5)通过该第二全站仪检测R02和两公共控制点XP和XY的空间坐标,该空间坐标的原点为第二全站仪的位置;(6)转动所述被测辊轴,通过第二全站仪检测所述被测辊轴3个不同旋转位置时,所述标杆上的反射标志的空间坐标,方法与同单台全站仪检测步骤相同;(7)将所通过第一全站仪测得的R01的空间坐标转换层所述两公共控制点之一为原点,以两公共控制点的连线为X轴的坐标系;(8)将通过第二全站仪测得的R02空间坐标以及辊轴旋转的第1点、第2点和第3点的坐标转换成以两公共控制点之XP或XY之一为原点,以两公共控制点的连线为X轴的坐标系;(9)将上述坐标系中的坐标转换为以R01或R02为原点,以R01和R02的连线为X轴的坐标下的坐标值。其中A1(X1,Y1,Z1)表示第1点坐标;A2(X2,Y2,Z2)表示第2点坐标;A3(X3,Y3,Z3)表示第3点坐标;(10)计算过程同样按照式(2)~式(9)计算,得到辊轴的垂直度。3确定稳定位置的坐标系将本方法应用于某钢厂冷轧1420酸洗机组的辊轴检测,如图2所示。通常在安装辊轴系统时,为了保证安装的垂直度,在整个系统的外侧会设置两个中心点R01和R02,该两中心点R01和R02之间的连线即为整个系统的中心线,要求所有的辊轴A、B、C都与该中心线垂直。在本例中,先检测辊轴A的垂直度。首先,将全站仪31架设在两中心点R1和R2之间,使得全站仪能观测到R1和R2;然后,在被测辊轴A上固定一标杆32。标杆可使用传统的标杆,在标杆32的自由端(即远离与辊轴固定的一端)上设有反射标志,全站仪后续就是检测该反射标志的坐标值。在完成这些架设和固定动作之后,即开始检测了。先检测中心点R01和R02的坐标值。此时测得的坐标值是以架设全站仪31的架设位置为原点的坐标系的坐标值。然后再检测被测辊轴A的3个不同旋转位置时,标杆上的反射标志的空间坐标。转动被测辊轴A,并在如图3所示的3个点1、2、3#上检测辊轴A的3个不同旋转位置时,标杆上的反射标志的坐标值。此时的坐标是这些点的实测坐标,按照操作步骤,还需要坐标转换,转换到以辊轴系统的中心线为基础的设备坐标系统中,即转换到以R1或R2为原点,以中心线为X轴的坐标系中。直接检测的坐标和转换后的坐标如表1所示。对于标杆的转动角度,3个检测点之间的角度越大,则检测的精度