CN102686971B - 用于测量圆柱体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于尤其在工作圆柱体的研磨操作期间展现所述工作圆柱体的几何形状的装置，其包括可以关于固定中间结构（15）远离和靠近对方运动的一对可动夹具（13，14），所述一对夹具（13，14）具有关于待测圆柱体（11）按照燕尾结构沿彼此相反方向倾斜的表面（19，20），所述待测圆柱体（11）置于所述倾斜表面之间和所述固定中间结构（15）的表面（21）之间，所述可动夹具（13，14）的所述表面（19，20）和所述固定中间结构（15）的所述表面（21）始终与所述圆柱体（11）保持接触，无论圆柱体（11）处于静止或旋转状态，其中，所述固定结构（15）在其内部还具有一组部件，所述部件（32，33；29，43；28，35，36，37，38）彼此相互作用以使所述一对夹具（13，14）的运动相互关联。

Description

用于测量圆柱体的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于展现工作着的圆柱体的几何形状的方法和装置，所述圆柱体例如为用于材料加工的圆柱体，诸如专用于滚轧机的。

根据本发明的方法和装置特别但非排它地用于所述工作着的圆柱体的研磨操作。

此外，根据本发明的方法和装置不仅可以用于生产金属材料条的滚轧机中的圆柱体，而且同样可用在其它领域中，包括用于造纸业的圆柱体、辊和类似物体及更具体地非铁质的平坦层压件的研磨处理，和/或诸如具有大尺寸（即，通常用于工业）的船用发动机和/或液压系统的建造等领域。

背景技术

为本领域专家所熟知的是，滚轧机具有将原材料（无论它是钢铁、铝或其它材料）的厚度降低至要求尺寸的功能。

滚轧机圆柱体被设计成将使材料变形所需要的负载从固定结构（滚轧机罩壳）转移给条带。

在滚轧机处理过程中，因直接接触条带或其它圆柱体（就中间和静止圆柱体而言）产生的负载、意外的应力以及在很多情况下暴露于高温下均会在该同一圆柱体上产生磨损、疲劳及各种损伤类型的现象。这些源于机械和热作用的现象使圆柱体表面出现恶化，一方面产生缺陷，诸如外形上的误差、缺口或粗糙度变化（这使得条带的质量且因此其销售价格下降），另一方面，它们还会产生结构性缺陷（诸如烧伤和裂缝），这会引起灾难性事件，诸如在滚轧机处理过程中圆柱体发生破裂，其会导致更为严重的经济损失。

因此需要定期将圆柱体拆离罩壳，利用非破坏性控制（NDC）技术测量、分析其几何特征，并且在重新接纳用于运行之前通过研磨对其进行重建。由于一套圆柱体需要高投资，因此每个能够降低测量和重建时间的创新均能够提高其精度和可靠性，并且延长其工作寿命，为层压件生产者提供确实的净利润。

特别地，用于展现工作圆柱体几何形状的装置的当前展望的特点是解决方案特别复杂和费钱，其中圆柱体几何形状的检测借助具有多个测量点的机器来实现，该机器因其复杂性而具有繁重的维护需求。

在WO2006084072中提出了一个这种类型的解决方案。

此外，US 6,159,074或JP 8285504描述了具有两个测量点的测量仪，其能够基于设置成直径相对的两个读取仪器或者基于由固定燕尾协助的单个仪器测量外形误差。然而，在这些情况下，结构上的简化和成本上的限制的实现是以仪器的精度、测量可靠性和关键特性的损失及校准复杂性为代价的。

发明内容

因此，本发明的大体目标是提供一种测量装置，其通过找到一种简化结构来解决现有技术的缺陷，所述简化结构在任何情况下均能够保证这种测量所需要的可靠性和精确性。

另一目标是提供一种用于展现圆柱体几何形状（尤其是在研磨操作过程中）的装置，其极其简单、经济且特别有用。

考虑到上述目标，根据本发明，已经构想了一种用于展现圆柱体轮廓的方法和装置，其具有在所附权利要求中规定的特征。

通过参考附图，本发明的结构和功能特征及其相对于现有技术的优点将从下列描述中变得显而易见，其中所述附图示出了根据本发明制造的装置的实施例。

附图说明

在附图中：

图1是升高的侧视图，其以非常示意性的方式示出了根据本发明的装置，该装置可以例如被设置在研磨机（未示出）上；

图2是与图1类似的升高视图，其中该装置正在测量与图1相比尺寸极其受限的圆柱体；

图3为示意图，其示出了安装在研磨机上的装置；

图4和5是根据本发明的一个实施例的装置的部分剖面透视图；

图6是图4的细节的放大视图；

图7-9是处于各运行阶段的与图1和2类似的示意图；

图10是图1-9的装置的部分剖开的升高侧视图，用于示出一些细节；

图11-14均为示意图，其示出了根据本发明的方法和装置的四种不同的操作行为。

具体实施方式

已知其上可安装本发明目标的装置的研磨机包括在底座上滑动的研磨台车CR，而所述研磨台车CR支撑研磨头61，该研磨头配备有相关的磨石。参见图3，应当指出，诸如图示的装置可以安装在用于圆柱体、辊和类似物（无论其工作目的是什么）的研磨机前方；该方案可以通过将该装置装配在特定台车上而不是在磨石保持头部或磨石保持台车上来实现，其中所述特定台车在相对于圆柱体位于磨石保持头的相对侧的另一底座上滑动。

根据本发明的装置12大体装配在独立系统（图3）、诸如与机器或研磨机的头部61形成一体的固定结构60上。

借助线性引导件和控制设备（例如气动式的）在其内部滑动的可动部件62与装置12形成一体，所述装置12的内部容纳有实现上述圆柱体的几何形状检测的可动部件。

作为其第一特定特征，本发明的装置12利用三个点展现圆柱体的几何形状，其中两个点通过可动设备获得，一个点通过固定部件获得。

实际上，图1示出了如何将圆柱体11设置在一对夹具（上部夹具13和下部夹具14）之间，其中所述夹具可以相对于中间固定结构15彼此远离和靠近。

应当指出，这些可动部件自身不具备驱动系统，因为这些可动部件借助可动部件62的驱动系统对待测圆柱体施加的推力的组合作用和利用倾斜平面规律的测量夹具的特定形态直接产生运动。

这种运动与系统几何形状一起使得在圆柱体11具有特定尺寸（图1）以及圆柱体11具有最小尺寸（图2）的情况下，圆柱体11始终与本发明的装置形成三个受限的接触点或区域。

两个夹具13和14实际上是由按照燕尾（“V”）结构相对于圆柱体11沿相反方向倾斜的接触表面19和20形成的，因此，随着圆柱体直径的变化，与圆柱体的受限接触点或区域16（上部点）和17（下部点）沿倾斜表面19和20滑动。这种结构还允许圆柱体同时接触位于两个夹具13和14之间的固定中间结构15的表面21的固定点或受限区域18。

这种燕尾结构使得可以想象，接触表面19和20即使在能够自由远离和靠近对方的情况下也能够形成固定角度。

因此，本发明的装置使得能够想象，除了形成三点式测量仪外，此外有两个接触点是可动的，即在夹具13和14的接触表面19和20上定义的点16和17，一个接触点是固定的，即固定中间结构15的表面21的点18。

根据本发明的方法，在所有测量阶段期间，这三个点16、17和18必须始终保持接触圆柱体11的表面，无论圆柱体处于静止或旋转状态。

在这种方式下，通过保持表面21和圆柱体11之间的接触，如果已知夹具13和14的接触表面19和20的倾斜角以及夹具13和14之间的相对距离，则能够检测出圆柱体11的直径。

此外，通过使设备沿圆柱体的轴线滑动，能够展现圆柱体自身的母体轮廓。

最后，通过旋转圆柱体11，能够展现与设备的测量点对应的圆柱体截面的偏心率和圆度误差。

显然，借助合适的算法处理从测量仪中获得的数据能够获得上述结果。

由此能够重建正在处理的圆柱体的正确几何形状。此外，这种连续检测使得能够连续介入以恰当地驱动研磨机的磨石，以便将正在处理的圆柱体重新调整成具有期望的几何参数。

该装置可以用于直径范围很广的圆柱体，从“最细的”（诸如“Sendzimir”）圆柱体到最大的圆柱体，因此，该装置与研磨过程同时地工作，并且构造非常简单且保证过程实时控制所需要的精度。

此外，可以轻易地将本发明用于相对于圆柱体位于与磨石径向相对位置上且在另一底座上滑动的特定拖车（truck）；这种方案允许测量设备相对于磨石保持台车独立地工作。

现在对所示实施例的一些细节进行描述，所述细节使得能够实现本发明的性能和目标。实现圆柱体11的几何形状的确定的所有机构均容纳在固定结构15内。

更具体地，根据所示实施例，上臂32和下臂33借助线性引导件在其内部滑动。

这两个臂32和33的运动同时进行且方向相反，即，当上臂32向上运动时，下臂33向下运动，反之亦然。

这两个臂32、33的这种运动特性通过由绳索或线或滑轮系统形成的连接来实现。通过绳索或钢丝索43（图4、5和6）实现上臂32和下臂33之间连接的手段具体如下。

在上臂32上，钢丝索43和上臂32之间的连接通过拧在臂32上的止动件28形成，钢丝索43在止动件28中受到阻挡。

钢丝索43从止动件28中升起，并且缠绕到位于固定结构15上部的滑轮29上。在绕滑轮29缠绕半圈后，钢丝索43下降以连接到下臂33，其贯穿三个块体。

第一块体35与钢丝索43形成一体，但不与臂33形成一体；第二块体36与下臂33形成一体，但不与钢丝索43形成一体，因此钢丝索43能够自动通过设在块体36上的孔洞（未示出）自由延伸；第三块体37也不连接臂33，但是与钢丝索43相连，从而形成钢丝索43的最后止动件及弹簧38的反作用点。还应指出，块体36的下端和块体37的上端的形状要保证能够装入弹簧，由此确保最佳定位，同时保证它与两个块体36和37的联接的稳定性。

还应指出，可动部件或上臂与可动部件或下臂具有不同重量。特别地，上臂32具有更大重量，且两者的重量差能够提升下臂33，以便在设备处于停止状态、即两个夹具13和14之间无圆柱体时，上部夹具下落，并且向上拖动下部夹具，直至分别装配在下臂33和上部止动件54上的设备52和53接触以及系统达到平衡状态（图10）。

设备运行良好意味着两个测量夹具13和14始终与待测圆柱体保持接触，即使在圆柱体自身轮廓存在微小不对称的情况下，例如由于导致某一时刻（圆柱体和相关夹具之间的）接触点之间的距离和圆柱体的理论轴线（或加工轴线、或支撑圆柱体的中心的连接线）不是精确相等的偏心或圆度误差。

这种必要条件要求在两个夹具之间存在自由相互作用，此为不能通过与滑轮和绳索的简单连接保证的特征。因此，为允许下部夹具14相对于上部夹具13的位置存在较小或微小变化，通过上述弹簧38向上推动下臂33（及与之连接的夹具）。在测量设备的启动过程中，通过按照下述方式沿竖直方向相对于圆柱体11的理论轴线偏置装置12的中心线的位置来产生弹簧38的预加负载：当设备12接近圆柱体11时，借助可动臂62的控制，下部夹具14早于上部夹具与圆柱体接触，导致与之连接的下臂33下移，从而压缩弹簧38。对上述偏置进行计算，使得在弹簧38的当前预加负载（其等于偏置行程与弹簧弹性常数的乘积）超出上部可动部件的重量之前，上部夹具接触圆柱体表面；具体而言，该系统的尺寸被设计成弹簧允许在系统运行过程中获得更多的预加负载，因而允许在所述预加负载等于上部可动部件的重量（其导致上部可动部件脱离圆柱体）之前，两个臂32、33具有更大的相对间距。

通过这种方式，以纯机械的方式且因此借助简单可靠的设备得到了其两个夹具始终接触圆柱体的系统。在夹具之间的接触点的距离和圆柱体自身的理论轴线之间存在较小或微小差异时，设备如下地工作：

a）如果上部接触点向中心移动：上臂在重力作用下下降，钢丝索的张力将弹簧38压缩与所考虑的移动量相同的量。该移动量使弹簧的预加负载增大；为使装置运行良好，重要的是上臂的重力能够产生这种更多的预加负载，否则在上部夹具和圆柱体之间将不存在接触（图11）。

b）如果上部接触点远离中心：上臂在圆柱体轮廓的推动作用下上升，由此形成的钢丝索张力的损失由与所考虑的移动量相等的弹簧延伸量（即弹簧预加负载的损失）补偿。借助它的这种构造方式，该装置能够补偿这种类型的移动，直至弹簧的原始预加负载变为零，从此开始，下部夹具不与圆柱体发生接触（图12）。

c）如果下部接触点向中心移动：下臂在弹簧38的推动作用下升起以保持接触圆柱体，弹簧的卸载量与所考虑的移动量相同。该装置能够补偿这种类型的移动，直至弹簧的原始预加负载变为零，从此开始，下部夹具不与圆柱体发生接触（图13）。

d）如果下部接触点远离中心：下臂下降，从而压缩弹簧且因此增加预加负载。只要弹簧的预加负载未达到使上部夹具脱离圆柱体的数值（图14），就能保证装置的良好运行。

此外，上述两个夹具之间的自由相互作用的另一个好处是，即使在圆柱体的轴线和本发明目标设备的轴线之间存在较小不对准（例如源于设备本身及其所在的机器的建造和组装公差）时，该系统也能够完美地实施其功能。

在两个臂32、33上还固定有由光学线路49和读取设备50构成的测量设备的部件。光学线路49固定在下臂33上，读取设备50安装在固定于上臂32上的支撑件58中。光学线路49为增量型，即，它测量两个臂之间的相对移动量，但不能提供两个夹具13和14之间的绝对距离值。为了获得代表系统零点的参考点，在下臂33上安装参考物52，在上部止动件54（其被约束至上臂32）上安装参考物53。通过这种方式，在设备的每次启动过程中，在测量仪未工作（图10），即，两个夹具之间无圆柱体的情况下，当零件52和53形成接触时，记录光学线路和读取设备之间的相对位置，其定义了测量系统的零点。

然而，应当指出的是，在首次启动系统的情况下，必须展现直径（dima）已知的样品圆柱体的直径；此次测量被用于为上述零点位置指定参考值，其可用于实现测量。

为避免液体和处理残留物侵入容纳于固定部件15内的设备，安装两个波纹管，上部波纹管56、下部波纹管57，它们分别连接到上部止动件54和下部止动件55。此外，为了改善这两个波纹管的密封，将空气引入结构15而形成微小压力，其构成污染剂的进入屏障。

简而言之，整个装置12的运行如下。

在停止位置上，装置的可动部件62（如图3中所示）被设置在与测量装置或研磨机的支撑件形成一体的固定结构60中，装置或测量仪的主体的两个臂32和33位于行程末端，下臂的部件52接触上臂的部件53。

为实现测量，测量仪的与装置12形成一体的可动部件62被推向圆柱体11，直至下部夹具14的表面20接触圆柱体11（图7）。

可动臂62继续朝向圆柱体11推进，借助夹具14的倾斜表面20，下臂33发生向下移动，由此确定弹簧38的预加负载，且如上所述，该预加负载小于上臂的重量。

基于上述步骤，通过这种方式确保两个夹具13、14和圆柱体之间发生持续接触，即使圆柱体存在缺陷（不对称）。

测量仪的臂62继续前进，直至上部夹具13也通过表面19与圆柱体形成接触（图8）；要重申的是，已对系统的几何形状进行了研究，使得当上部夹具13接触圆柱体11时，弹簧38上的预加负载能够仍然处在由此产生的作用力之和不会使上部夹具13脱离圆柱体11的范围内。测量仪的夹具的特定V形确保在测量仪移向圆柱体11时，上臂32和下臂33分别向上和向下移动。测量仪的臂62朝向圆柱体11的运动持续至测量仪的主体的固定部件15的表面21接触圆柱体11（图9），从而形成中心接触点18，同时以机械的方式阻止臂62的运动，而无需其它位置控制机电设备。

通过这种方式，在测量仪12和圆柱体11之间形成三个接触点；通过维持这些接触点并旋转圆柱体11，借助合适算法获得与夹具对应的圆柱体剖面的几何形状（偏心率、圆度）。相反地，在相同的配置下，通过保持圆柱体静止，能够展现圆柱体11的绝对直径。通过保持圆柱体静止并沿圆柱体表面的整个长度平移测量仪，能够展现圆柱体自身母体轮廓。

在测量结束时，测量仪的可动臂62返回静止位置，上臂在其重量作用下下降，直至达到静止位置。上臂的下落引起下臂的同步上升。

由此实现在本说明书序言中提及的目标。

本发明的装置自然可以具有众多实施例形式。

本发明的保护范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于在工作圆柱体的研磨操作期间展现所述圆柱体的几何形状的装置，所述装置包括能够相对于固定中间结构(15)远离和靠近彼此运动的一对上部和下部夹具(13，14)，所述一对上部和下部夹具具有相对于待测圆柱体(11)以燕尾结构彼此沿相反方向倾斜的倾斜表面(19，20)，待测的所述圆柱体布置在所述倾斜表面之间以及所述固定中间结构(15)的表面(21)之间，可动的所述一对上部和下部夹具(13，14)的所述倾斜表面(19，20)和所述固定中间结构(15)的所述表面(21)始终与所述圆柱体(11)保持接触，而无论所述圆柱体是处于静止或旋转状态；

其特征在于，所述固定中间结构(15)在内部具有一组部件，所述一组部件(32，33；29，43；28，35，36，37，38)彼此相互作用以使所述一对上部和下部夹具(13，14)的运动相互关联；

所述一组部件包括上部可动臂或部件(32)和下部可动臂或部件(33)，所述上、下部可动臂或部件承载所述一对上部和下部夹具(13，14)并且借助绳索或钢丝索系统(43)和滑轮(29)以反向同步运动的方式连接；

所述上、下部可动臂或部件具有不同的重量，所述上部可动臂或部件(32)的重量比所述下部可动臂或部件(33)的重量大，其中所述上、下部可动臂或部件之间的重量差能够提升下部可动臂或部件(33)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绳索或钢丝索系统(43)和滑轮(29)设计成使得，所述钢丝索(43)的末端被约束至止动件(28)，所述止动件被约束至所述上部可动臂或部件(32)，所述钢丝索(43)被缠绕到位于固定结构(15)上部的所述滑轮(29)上，并且在围绕滑轮(29)缠绕半圈之后下降以连接到所述下部可动臂(33)，所述钢丝索穿过第一块体(35)、第二块体(36)及第三块体(37)，其中所述第一块体与钢丝索(43)形成一体，但不与所述下部可动臂(33)形成一体，第二块体与所述下部可动臂(33)形成一体，但不与自由穿过块体(36)上的孔洞的钢丝索(43)形成一体，所述第三块体(37)与钢丝索(43)的另一端形成一体，由此形成最后的止动件及预加负载的弹簧(38)的反应点，这保证上部夹具(13)、下部夹具(14)和圆柱体(11)之间的持续接触。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述装置用于其中设计成所述圆柱体(11)和上部夹具(13)之间的接触点和圆柱体的理论轴线或加工轴线之间的距离不同于所述圆柱体(11)和下部夹具(14)之间的接触点和所述理论轴线之间的距离的结构。

4.一种用于在研磨操作期间展现工作圆柱体的几何形状的方法，其中待重建的圆柱体(11)被布置在包括一对上部和下部夹具(13，14)的装置中，所述一对上部和下部夹具能够相对于固定中间结构(15)远离和靠近彼此运动，所述一对上部和下部夹具(13，14)具有相对于所述圆柱体(11)按照燕尾结构彼此沿相反方向倾斜的倾斜表面(19，20)，所述圆柱体布置于所述倾斜表面之间和所述固定中间结构(15)的表面(21)之间，在所述方法中，可动的所述一对上部和下部夹具(13，14)的所述表面(19，20)和所述固定中间结构(15)的表面(21)始终与所述圆柱体(11)保持接触，无论圆柱体是处于静止或旋转状态；

其特征在于，在所述固定中间结构(15)的内部具有彼此相互作用的一组部件(32，33；29，43；28，35，36，37，38)，由此引起设置在所述一组部件中的上部可动臂(32)和下部可动臂(33)上的所述一对上部和下部夹具(13，14)的运动；

所述上、下部可动臂(32，33)沿相反方向同步运动；

由于所述上、下部可动臂或部件(32，33)具有不同的重量，且所述上部可动臂(32)的重量大于所述下部可动臂(33)的重量，其中所述上、下部可动臂之间的重量差能够提升下部可动臂(33)，在圆柱体(11)的直径变小的情况下，所述上部夹具(13)和圆柱体(11)之间的接触点(16)通过由重力作用引起的上部可动臂(32)的向下移动来保证，由于借助钢丝索(43)、弹簧(38)和重量差形成的连接，所述上部可动臂(32)的所述移动引起下部可动臂(33)的相等且反向的移动，使得所述一对上部和下部夹具(13，14)始终与圆柱体(11)形成接触。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由于所述上、下部可动臂或部件(32，33)具有不同的重量，所述上部可动臂(32)的重量大于所述下部可动臂(33)的重量，其中所述上、下部可动臂之间的重量差能够提升所述下部可动臂(33)，在圆柱体(11)的直径变大的情况下，上部夹具(13)和圆柱体(11)之间的接触点(16)通过由所述上部夹具(13)和圆柱体之间的接触引起的上部可动臂(32)的向上移动来保证，由于借助钢丝索(43)、弹簧(38)和重量差形成的连接，所述上部可动臂(32)的所述移动引起所述下部可动臂(33)的相等且反向的移动，使得所述一对上部和下部夹具(13，14)始终与所述圆柱体(11)形成接触。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述上、下部可动臂(32、33)和所述钢丝索两头之间的连接不是刚性的，而是两者之一是通过插入弹簧来实现的，在测量仪接近圆柱体阶段期间被适当地预加负载的所述弹簧在测量仪的测量范围内、且对应于圆柱体的形状误差以及测量仪的轴线与圆柱体的轴线之间的对准误差保证所述一对上部和下部夹具(13，14)与圆柱体(11)之间的接触。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果上部接触点向中心移动，所述上部可动臂在重力作用下下降，钢丝索的张力将弹簧(38)压缩与所考虑的移动量相同的量，该移动量使弹簧(38)的预加负载增大，所述上部可动臂的重力能够产生这种更多的预加负载，由此始终保证所述一对上部和下部夹具(13，14)与圆柱体(11)的接触。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果上部接触点远离中心移动，所述上部可动臂在圆柱体轮廓的推动作用下上升，由此形成的钢丝索张力的损失由与所考虑的移动量相等的弹簧(38)的延伸量补偿，弹簧(38)的延伸量等于弹簧预加负载的损失，该装置能够补偿这种类型的移动，直至弹簧(38)的原始预加负载变为零，由此始终保证所述一对上部和下部夹具(13，14)与圆柱体(11)的接触。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果下部接触点向中心移动,下部可动臂在弹簧(38)的推动作用下升起以保持接触圆柱体，所述弹簧的卸载量与所考虑的移动量相同，该装置能够补偿这种类型的移动，直至弹簧的原始预加负载变为零，由此始终保证所述一对上部和下部夹具(13，14)与圆柱体(11)的接触。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果下部接触点远离中心运动，下部可动臂下降，从而压缩弹簧(38)且因此增加预加负载，只要弹簧的预加负载未达到使所述上部夹具脱离所述圆柱体的数值，就能保证装置的良好运行，由此始终保证所述一对上部和下部夹具(13，14)与圆柱体(11)的接触。