CN101018629A - 数个共同作用的轧制单元或辊子单元的精确定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧制或连铸机(1)的多个共同作用的轧制单元或辊子单元(2、3、4)的相互精确定位的方法。为了实现这些轧制单元或辊子单元的快速和精确的调节，本发明用一种测量仪(5)测定在每个轧制单元或辊子单元(2，3，4)上设置的至少三个参考点(6、7、8、9)和测量仪(5)之间的距离(a₆，a₇，a₈，a₉)，并根据测量结果操作每个轧制单元或辊子单元(2，3，4)上的调节件(10，11，12)，使参考点(6，7，8，9)和测量仪(5)之间的距离(a₆，a₇，a₈，a₉)尽可能与预定的值一致，其中每个轧制单元或辊子单元(2，3，4)的测量点(6，7，8，9)直接或间接设置在轧制单元或辊子单元(2，3，4)的一个支承件(13)上。此外，本发明涉及一种特别用于实施该方法的轧制或连铸机。

Description

数个共同作用的轧制单元或辊子 单元的精确定位方法和装置

技术领域

本发明涉及一种轧制或连铸设备的数个共同作用的轧制单元或辊子单元的相互精确定位方法。此外，本发明涉及一种具有数个共同作用的轧制单元或辊子单元的轧制或连铸设备。

背景技术

特别是对连续铸造设备来说，数个共同作用的辊子单元需要相对尽可能地精确对齐，其中辊子单元在对齐的状态内构成待浇注的金属铸坯的一个浇注扇形段。

众所周知，为了进行这种对齐，上述各个单元的位置必须用经纬仪、水准仪或定斜板进行测定。在测定时，一般取若干参考点，这些参考点相对于理想的设备尺寸参考线即通常到连铸坯的后边缘的配合线不是位置固定的(热膨胀、基础沉降)。每次单独测量分别只提供一个测量点的三个空间坐标中的两个。一个点在空间中的完全确定通常需要用手操作袖珍计算器得出互相关性。

在光学测量后，常常用样板再测量扇形段过渡区以进行检验。其中，在由辊子平面图得出的预期结果即理论的给定位置与测定的测量结果以及检验的结果之间常常出现差异。

为了达到一个轧制单元或辊子单元的各个位置的最佳调节(理想位置-测量-检验)，往往需要很高的费用。通常，一台连铸设备的全部辊子单元的定位大约需要两个星期。此外，不能完全避免错误的定位，从而引起质量问题和生产上的限制。连铸设备的各个辊子单元的不合格的定位所造成的代价是相当高的。

为了消除查出的辊子单元的错误位置尤指通过所谓矫正查出的过渡区误差，必须用吊车或机械手吊起各个轧辊单元(扇形块)并将其放到别的位置。然后拆卸并更换以及重新装上定位用的垫板叠并加以固定。随后将该扇形块重新装入。由于往往只备有一台吊车或一个机械手，所以全部扇形块必须相继地一一进行定位。每个扇形块至少花费2至3小时，其中特别是在新型时或改型后，每个连铸坯最多可能有15个扇形块需要进行定位。

FR2644715使用激光束来进行铸造设备的一组辊子的定位。实施时，要确定铸造设备各单元到激光束的距离，亦即激光束起铝锤作用。U S4298281也提出了类似的解决方案。

DE10160636A1描述了一种在连铸设备的连铸坯导辊上的浇注间隙的调节方法。为了能以简便的方式进行测量、确定缺陷并无干扰的开始浇注，在浇注开始之前用一个行程测量系统根据连铸坯厚度的理想变化调节浇注间隙。在浇注开始之后，在工作负荷下调定连续的无跃变的浇注间隙。这个解决方案没有披露连铸设备的单个扇形块的具体调节措施。

JP55070706A提出沿浇注扇形段进行连铸设备的单个辊子的距离测量，以便检验辊子的对齐定位。

US3831661提出连铸设备的数个扇形块的定位，单个扇形块设有参考点，在参考点上可放一个样板，以便检验相邻扇形块的相对位置。

两个机器零件尤指两个辊子定位的其他解决方案可从EP0075550B1、EP222732B1、EP0868649B1、FR2447764A、CH583598和DE-AS2720116中得知。

轧制或连铸设备的单个轧制单元或辊子单元的定位或调节的现有方法和相应装置可以说都存在如下的缺点：调节所需的时间很长，尤其是在改型后或在设备维修后；设备的利用率较低，这导致高的运行费用；此外，单个单元的定位精度部分是不合格的，所以产品质量不理想；其次，由于各单元相互不是最佳的定位，可使过程的可靠性严重下降并增加故障率。

虽然现有技术的不同解决方案部分地带来了改善的结果，但这对优质的生产或对轧制单元或辊子单元的快速而有效的调节来说是不够的。

发明内容

基于轧制或连铸设备的轧制单元或辊子单元的定位的上述解决方案，本发明的目的在于提出这样一种方法和装置来消除上述弊端，亦即可相当简便和精确地进行扇形块的定位或调节。从而可节省迄今为止所需时间的一大部分。

这个目的是通过本发明的方法这样实现的：用一种测量仪测定直接或间接布置在每个轧制单元或辊子单元上的至少三个参考点和该测量仪之间的距离，并根据测量结果操作每个轧制单元或辊子单元上的调节件，使这些参考点和该测量仪之间的距离尽可能与事先给定的值一致，其中每个轧制单元或辊子单元的这些测量点直接或间接设置在该轧制单元或辊子单元的一个支承件上。

通过每个轧制单元或辊子单元设置至少三个参考点就可用简便的方式确定一个轧制单元或辊子单元的空间位置和定向，并通过操作调节件改变所确定的位置，使每个扇形块达到最佳位置。

在这样情况中，优选使用连铸设备的扇形块的精确定位方法，即优选把测量仪大致布置在连铸设备的浇注扇形段的中点内。

根据一种改进方案，用测量仪测出比轧制单元或辊子单元的确切定位所需的参考点更多的参考点，并按照一个由全部测量点构成的平衡函数进行调节件的至少一部分的操作。该平衡函数优选为一个可以是线性的或多项式的回归函数；但也可以是别的类型的回归函数例如指数函数。亦即根据本发明构思的这种改进可把回归分析作为测量数据分析的统计方法使用。这样，所谓的“单边的”统计关系即统计因果关系就可用一个回归函数来描述。并由此对单个轧制单元或辊子单元的定位提供了“可信度”，见下面的说明。

根据本发明，带有多个共同作用的轧制单元或辊子单元的轧制或连铸设备具有以下特征：每个轧制单元或辊子单元都有一个支承件，在该支承件上直接或间接设置至少三个参考点；此外，该轧制或连铸设备配有一台测量仪或在该轧制或连铸设备中装有一台测量仪，该测量仪适用于在其自身或一个预定方向和参考点之间进行距离和/或角度测量。

轧制单元或辊子单元优选是连铸设备的扇形块，它们最好具有至少两个轧辊或辊子。

该测量仪特别是激光跟踪器或视距仪。

激光跟踪器配有一个高精密的运动三维测量系统，该测量系统可进行高精度的距离测量。所用的视距仪是可以精确测量距离和位置的精密仪器。这里优选的电子视距仪例如可通过干涉法自动地按瞄准过程测定方向。距离则通过电子距离测量来确定。这时要测定发射的并在目标点反射的激光束的传播时间或相位移。激光束的载波的光大多为光谱的红外区或近红外区。目标点的激光束的反射直接反射到对准的目标的表面上或者反射到对准的棱镜内。方向和距离的测量值用电子方式进行确定。

参考点优选是球，这些球可直接或间接布置在支承件上。

每个支承件都配有一个调节件，用该调节件可使该支承件相对于它的支座定位或移动。该调节件可优选实现该支承件相对于它的支座的平移；此外，该调节件可使该支承件相对于它的支座围绕至少一根空间轴、最好围绕一根横轴旋转。

作为调节件最好使用那种具有至少一个(双)楔形件的已公知的机器座垫。这样就能以简便的方式即通过拧紧或松开螺丝产生平移运动，这个运动根据该座垫在支承件上的布置引起该支承件相对于其支座的平移和/或旋转运动。这种调节最好在载荷下即不用吊车或机械手的情况下进行。而且调节件最好是自行制动的。

用上述的处理方式和装备就能以相当简捷的方式进行轧制或连铸设备的单个轧制单元或辊子单元的调节，使之相互位于最佳的位置。

本发明优选用于连续铸造设备，但也可用于其他冶金设备例如轧机和带钢处理生产线。

此外，用本发明可借助平衡计算基于所获得的测量结果来进行自动选参考点。由此可提高单个轧制单元或辊子单元相互定位的可靠性，并通过考虑冗余的测量值即例如每个扇形块用四个参考点代替实际需要的三个参考点能够提供“可信度”。亦即使用比数学唯一确定(静态确定)空间内的一个物体所需的参考点多的参考点是有利的。存在的冗余度减小了奇异误差，并例如通过标准偏差的评定而提供上述的“可信度”。

就这点而言，为了单个轧制单元或辊子单元的理论-实际平衡，“理想的”轧辊平面图用一条从测量数据本身通过平衡计算(回归)导出的曲线来代替。通过利用冗余度可使无法完全避免的测量误差减少，并可定量地提供测量的可靠性(“可信度”)。

本发明的另一方面在于：一个扇形块的测量任务可分成两步进行。一是进行扇形块辊道的测量，并事先在车间内转移到一个外部参考点。二是设备测量限制在参考点的测量并通过转移信息重建配合线。虽然由于转移使总费用变得稍大一些，但在车间工作过程中连铸设备可继续生产。在设备测量时，无须取下扇形块的上框架。

此外，借助从测量本身的平衡计算形成一个“虚拟的”参考坐标系统可以不用参考固定在设备的基础上的参考点。这就节省了把设备坐标原点费时地变换成浇注平台上的一个正确作业的位置。

本发明的实施例示于附图中。

附图说明

图1是用侧视图示出了设备的一些部件的连续铸造设备；

图2是带有三个辊子单元的图1的一个放大部分图；

图3是带有一个单个辊子单元的图2的一个放大部分图。

具体实施方式

图1表示一种连续铸造设备形式的铸造机1的示意图。金属液垂直向下从一个结晶器21流出并沿一个浇注弓形段14逐渐由垂直转入水平。浇注弓形段14由几个辊子单元2、3、4组成，这些辊子单元相互这样定位，使其构成浇注弓形段14。这里应当指出，实际上只示出了扇形下框架，但只要尺寸参考线总是指“连铸坯的后边缘”而言，这就不成问题。对下述方案来说，设备的测量也可在装配好上框架的情况下进行，这是特别有利的。

浇注扇形段14具有一个中心M，亦即浇注好的金属连铸坯呈四分之一圆形围绕中心M从垂直转入水平。

一台激光跟踪器形式的测量仪5布置在中心的区域内，但不必精确布置在该中心。

如图2所示，每个辊子单元2、3、4具有至少三个参考点，在本实施例中具有四个参考点6、7、8和9，这些参考点作为测量球构成，它们布置在一个支承件13上即相应辊子单元2、3、4的底架上。为简便起见，这里只提及一个测量球，尽管更确切地说，指的是一个测量球保持架，在这个保持架中，临时地和只是在实际测量和定位过程中才能放入一个测量球。这里还要指出，在图2中看出的单元2、3、4实际上也是扇形下框架。

通过一个测量球保持架布置测量球也是考虑能够以简便的方式对辊子磨损和设备或其零部件的几何尺寸变化及时作出反应，亦即测量球保持架应当设计成可通过调节元件来补偿上述的影响。

如图3所示，在每个支承件13内可旋转地支承多个辊子或轧辊15、16、17、18，支承件13固定在一个支架19上从而整个辊子单元2也固定在支架19上。

激光跟踪器5-由于其有利地布置在中心M的区域内-到每个辊子单元2、3、4的单个参考点6、7、8、9都具有“视域接触”。如上所述，激光跟踪器可测定到参考点6、7、8和9的精确距离a₆、a₇、a₈和a₉并在需要时测定角度α₆、α₇、α₈和α₉(见图3)。测距精度可达十分之几毫米。

对参考点7和8要说明的是，这两个参考点与图2的图示比较优选位于一个单元2、3、4的下框架外面，亦即象点6和9那样，最好位于相同的平面内，但在另一侧上位于浇注方向内。

支承件13通过仅简化示出的构成为机器座垫的调节件10、11和12布置在支座19上。调节件10、11、12的位移引起支承件13从而整个辊子单元2相对于位置固定的支座19既在平移方向内又在旋转方向内能够运动。在图3中，空间内的三个可能的平移方向或旋转方向只分别画出两个即空间方向x和y以及空间轴α和β。单个调节件的相应操作-可以设置比图示三个多得多的调节件-导致支承件13相对于支座在全部空间方向和空间轴内的精确定位。

应当指出，图3只示意地示出了单个空间方向的位移可能性和围绕单个空间轴的旋转，尽管不同的轴和方向具有不同的重要意义。尤其是借助于调节件10进行调节只有次要的意义，因为由此不对连铸过程产生决定性的影响。调节件11和12必须具有一个-从浇注方向看去-位于对应侧上的配合件，以便能够调节角度β。

在图3中，支承件13的位置在精确定位前用虚线表示，而在定位后的位置则用实线表示。为了调节支承件13，用激光跟踪器5测定距离a₆、a₇、a₈和a₉以及相应的角度α₆、α₇、α₈和α₉，亦即测定测量仪5和测量球形式的参考点6、7、8和9之间的距离和角度。

在调节前，测量仪5和参考点7之间的距离在图3中-代表别的参考点-用a₇’标示。测量仪5与未示出的计算装置连接。借助设备平面图把辊子15、16、17和18以及支承件13的理论位置存储在该计算装置中。因为在支承件13上的参考点6、7、8和9的位置是已知的，所以可立即得出参考点6、7、8、9和测量仪5之间的理论位置和理论距离。为此，必须事先例如在扇形段车间内把辊子的位置转移到外部参考点并进行存储。

此处重要的是，根据选出的至少三个参考点可确定空间内辊子单元2的位置。在进行测量仪5和参考点6、7、8、9之间的距离测定后即可根据辊子单元2的给定的几何尺寸简便地计算调节件10、11和12的调节量，这可在计算装置内自动完成。通过调节件10、11、12的相应操作即可以简便的方式很精确地、尤其是很快速地实现辊子单元2的调节。

还要说明的是，在图3中出于清晰考虑，只示出“平面问题”。实际上可用至少三个参考点确定支承件13和辊子单元2在空间内的平移和旋转位置。通过配置相应多的调节件10、11、12即可在空间内定位该辊子单元。

现在可把本发明方案再一次清楚而简要地说明如下：用一台优选激光跟踪器形式的测量仪5或一台精密视距仪测定连铸坯导辊几何尺寸。在这种情况下，使用测量球形式的“目标”，这样就可确定支承件13的三维位置(每次测量直接提供一个空间的三组坐标)。测量数据的处理在计算机内在线或离线进行。

为了测定单个扇形块的位置，不用测定辊道的位置，而是观察在支承件(框架)的固定部分上设置的参考点。这些参考点相对于对过程起决定性作用的辊道的位置事先例如在车间用所谓的转移测量进行测定。在这种情况下，不需要使用专门的矫直台。

在转移测量后，可对每个参考点确定一个相对于设备尺寸参考系统(辊子平面图，配合线)的理论值。

设备测量结果可与这个理论拓扑结构(辊子平面图，配合线)进行比较，且相对偏差可换算成矫正值用于校正扇形块位置。

此时，可优选把测量结果通过回归与测量数据的平均值曲线联系起来，并把校正与这个校正过的曲线(补偿曲线)联系起来。从而产生一个与原来的平面图稍微不同的新的设备理论几何尺寸。这个修改过的理论几何尺寸的评定尺度是坯壳上的变形功达到最小。这就可进一步减小矫正费用而对坯壳应力不产生不利影响。特别是不需要参照设备周围的参考点。

用(冗余的)测量结果回归可按线性的或多项式分布函数进行。

在测量时，可用设备周围的参考点，以便在测量过程中进行测量仪的位置变换。其中，通过使用尽可能多的点(一个冗余量就有误差补偿作用)来限制预期的误差，这些点尽可能是位置固定的并与被测目标没有关系。

为了把算出的过渡误差换算成扇形块的支承面内的高度变化，可使用一个程序来把入口辊和出口辊上的高度校正(按射束组和需要时在考虑弹性变形的情况下)换算到支承点。

为了扇形块的位置校正，最好使用在载荷下可调节的和熟知的机器坐垫。这样就可在不用吊车或机械手的情况下根据确定的误差进行扇形块支承的位置校正。

如前所述，测量应从一个固定的位置开始，从这个位置可同时尽可能清楚地“观察”设备的尽可能多的扇形块。这个位置一般为浇注扇形段的中心。在可能需要位置更换的情况下，可使用与该坐标系统相互同步的独立的参考点系统。

优选使用比支承件13的空间位置唯一确定所需的参考点更多的参考点6、7、8、9；三个点即可确定一个平面。这个冗余确定一方面用于减少通过冗余补偿在统计上无法完全避免的测量误差；另一方面由此可通过评估余隙提高测量的“可信度”。

对本发明方案来说，也象在现有技术中熟知的那样，可使用扇形过渡样板，以便在需要时可检验单个轧制单元或辊子单元的定位结果。

也即本发明方案把整个测量任务分成转移测量和从该转移测量中重新建立配合线的设备测量。其中转移测量在轧制单元或辊子单元的制造时可在车间内进行；而后者则可在浇注设备现场进行。这样就可明显减少轧制单元或辊子单元的调节费用和停机时间，从而提高本发明构思的经济效益。

附图标记

1  轧制或连铸机

2  轧制单元或辊子单元

3  轧制单元或辊子单元

4   轧制单元或辊子单元

5   测量仪

6   参考点

7   参考点

8   参考点

9   参考点

10  调节件

11  调节件

12  调节件

13  支承件

14  浇注扇形段

15  轧辊/辊子

16  轧辊/辊子

17  轧辊/辊子

18  轧辊/辊子

19  支座

21  结晶器

a₆  距离

a₇  距离

a₈  距离

a₉  距离

α₆ 角度

α₇ 角度

α₈ 角度

α₉ 角度

M   浇注扇形段的中心

x   空间方向

y   空间方向

α  空间轴

β  空间轴

Claims (17)

1.轧制或连铸机(1)的多个共同作用的轧制单元或辊子单元(2、3、4)的相互精确定位的方法，

其特征为，

用一种测量仪(5)测定直接或间接布置在每个轧制单元或辊子单元(2、3、4)上的至少三个参考点(6、7、8、9)和测量仪(15)之间的距离(a₆、a₇、a₈、a₉)，并根据测量结果操作每个轧制单元或辊子单元(2、3、4)上的调节件(10、11、12)，使参考点(6、7、8、9)和测量仪(5)之间的距离(a₆、a₇、a₈、a₉)尽可能与预定的值一致，其中每个轧制单元或辊子单元(2、3、4)的测量点(6、7、8、9)直接或间接设置在轧制单元或辊子单元(2、3、4)的一个支承件(13)上。

2.按权利要求1的方法，

其特征为，

该方法用于连铸设备的扇形块(2、3、4)的精确定位。

3.按权利要求2的方法，

其特征为，

测量仪(5)大致布置在连铸设备的浇注扇形段(14)的中心(M)区域。

4.按权利要求1至3中任一项的方法，

其特征为，

用测量仪(5)测量比轧制单元或辊子单元(2、3、4)的唯一定位所需的测量点更多的测量点(6、7、8、9)，并按照一个由全部测量点构成的平衡函数操作调节件(10、11、12)的至少一部分。

5.按权利要求4的方法，

其特征为，

该平衡函数是一个回归函数。

6.按权利要求5的方法，

其特征为，

该回归函数是线性的。

7.按权利要求5的方法，

其特征为，

该回归函数是二次的。

8.具有多个共同作用的轧制单元或辊子单元(2、3、4)的轧制或连铸机(1)，特别是用于实施权利要求1至7中任一项所述方法的轧制或连铸机，

其特征为，

每个轧制单元或辊子单元(2、3、4)具有一个支承件(13)，在该

支承件上直接或间接布置至少三个参考点(6、7、8、9)，此外，可将一台测量仪(5)装入轧制或连铸机(1)中，该测量仪适用于在它或一个预定方向和参考点(6、7、8、9)之间进行距离和/或角度(a₆、a₇、a₈、a₉；α₆、α₇、α₈、α₉)测量。

9.按权利要求8的轧制或连铸机，

其特征为，

轧制单元或辊子单元(2、3、4)是连铸设备的扇形块。

10.按权利要求8或9的轧制或连铸机，

其特征为，

每个轧制单元或辊子单元(2、3、4)具有至少两个轧辊或辊子(15、16、17、18)。

11.按权利要求8至10中任一项的轧制或连铸机，

其特征为，

测量仪(5)为激光跟踪器。

12.按权利要求8至10中任一项的轧制或连铸机，

其特征为，

测量仪(5)为视距仪。

13.按权利要求8至12中任一项的轧制或连铸机，

其特征为，

参考点(6、7、8、9)为测量球，它们直接或间接布置在支承件(13)上。

14.按权利要求8至13中任一项的轧制或连铸机，

其特征为，

在每个支承件(13)上布置调节件(10、11、12)，支承件(13)用这些调节件可相对于其支座(19)定位。

15.按权利要求14的轧制或连铸机，

其特征为，

调节件(10、11、12)可使支承件(13)相对于其支座(19)在至少一个、最好在径向的空间方向(x、y)内实现平移。

16.按权利要求14或15的轧制或连铸机，

其特征为，

调节件(10、11、12)使支承件(13)能够相对于其支座(19)围绕至少一根空间轴(α、β)、最好围绕横轴旋转。

17.按权利要求14至16中任一项的轧制或连铸机，

其特征为，

调节件(10、11、12)是具有至少一个楔形件的机器座垫。

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