CN102840807B - 非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轧辊辊形曲线测量领域，尤其涉及一种在线轧辊辊形曲线测量装置及方法。一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置，包括基准面、测量平台、滑轨、滑块、第一滑块探头、第二滑块探头、第三滑块探头和滑轨探头，所述基准面和滑轨设置在测量平台上，所述滑块设置在滑轨上，所述第一滑块探头设置在滑块靠近轧辊一侧。一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法，首先定位测量平台，然后测量并利用基准面算出修正量，最后滑块在滑轨上移动并在每一个测量位置重复上述步骤得到轧辊辊形曲线。本发明利用基准面修正，补偿了因传感器在测量平台的滑轨上振动造成的误差，使用本发明在现场比较恶劣的环境下依然能够较为准确的测量出辊形曲线。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊辊形曲线测量领域，尤其涉及一种在线轧辊辊形曲线测量装置及方法。
背景技术
测量轧辊辊形曲线有接触式和非接触式两种，接触式是把传感器探头接触到轧辊表面，轧辊表面有起伏时，利用探测轧辊和探头间的作用力变化，从而得知轧辊表面与探头所在位置间的位移。如果探头所在位置是静止的，那么辊形曲线就知道了。接触式测量有一个优点：传感器探头和轧辊间的相对振动为0，这一部分误差被消除了。但是它也有缺点：探头磨损大，对轧辊表面有划伤。如果轧辊转速高，这个问题尤其突出。为了修正因探头不垂直于被测体表面带来的误差，探头后面的机械臂设计比较复杂。非接触式是传感器不直接接触轧辊表面，利用磁场变化、光学测距等原理，探测轧辊表面起伏量。非接触式法对传感器没有损害，使它的寿命大大延长。但它的最大弱点是：要在测量结果中扣除传感器和轧辊间的相对振动量。传感器所在位置必须是不动的，才能得到真实的测量值。也就是说，传感器本身的振动是一个要补偿的量。
在线测量轧辊辊形比离线更加困难，因为离线测量的环境好，传感器和轧辊都可以放在一个振动很小的地方。在线则完全不同，目前应用到轧机上的高精度辊形仪不多。其原因在于轧机环境恶劣，特别是由于轧辊振动大，找不到一个相对静止的测量平台安装点，传感器也无法做到和测量平台完全同步振动。
目前为了解决非接触式在线测量轧辊辊形过程中遇到的振动补偿问题，现有技术中公开了一种相对基准面测量法，具体如图1所示，见日本专利JP63030706A，METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING SIGNAL IN MEASUREMENT OF ON-LINE ROLL PROFILE。在每个测量点处有两个探头——3A和4A、3B和4B、......3J和4J。3、4系列探头安装在同一个测量架2上，3系列探头测量到轧辊1表面的距离，4系列探头测量到基准面13的距离。基准面是一个被认为静止的面，测量点到它的距离变了，就说明测量点的位置发生变化了，这样在测量到的距轧辊1表面的距离上要加上测量点位置的变化量，才是真实的距轧辊1表面的距离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置及方法，利用基准面修正偏差，提高了在线测量轧辊辊形的精度。
本发明是这样实现的：一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置，包括基准面、测量平台、滑轨、滑块、第一滑块探头、第二滑块探头、第三滑块探头和滑轨探头，所述基准面和滑轨设置在测量平台上，所述滑块设置在滑轨上，滑轨探头共有2个，分别设置在靠近轧辊一侧的滑轨两端，所述第一滑块探头设置在滑块靠近轧辊一侧，所述第二滑块探头和第三滑块探头设置在滑块远离轧辊一侧两端；所述滑轨轴线与基准面平行，基准面垂直于测量平台，所述基准面平行于轧辊的轴线，滑轨轴线与轧辊轴线平行；所述测量平台的延长面与轧辊的轴线在同一平面内，第一滑块探头、第二滑块探头、第三滑块探头和滑轨探头的轴线与测量平台在同一平面内，第一滑块探头和第二滑块探头同轴，第一滑块探头、第二滑块探头与第三滑块探头的轴线平行，滑轨探头的轴线与滑轨轴线垂直。
一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法，包括以下步骤：
步骤一、定位测量平台，先将测量平台靠近轧辊，确定一个初始位置，缓慢转动轧辊，确保轧辊与测量平台无相对振动，使位于滑轨两端的一对滑轨探头测出的距离平均值相同，此时即基准面平行于轧辊的轴线；然后绕测量平台轴线旋转测量平台，找到一对滑轨探头测出的距离平均值最小时的测量平台位置，固定此位置，定位结束；
步骤二、开始测量，首先将滑块移动到某一测量位置，分别测量出两个滑轨探头到轧辊表面的距离值、第一滑块探头到轧辊表面的测量值、第二滑块探头到基准面的测量值和第三滑块探头到基准面的测量值；利用两个滑轨探头到轧辊表面的距离值推出因轧辊相对振动造成的第一滑块探头测量值的修正量，利用第二滑块探头到基准面的测量值和第三滑块探头到基准面的测量值推出因振动造成的第一滑块探头相对于基准面的偏差，将第一滑块探头测量值结合第一滑块探头测量值的修正量与第一滑块探头相对于基准面的偏差得到第一滑块探头实际值；
步骤三、滑块在滑轨上移动并在每一个测量位置重复步骤二得到轧辊辊形曲线。
以测量平台为水平面，X轴与测量平台的轴向平行并经过第一滑块探头初始位置的测量面中心点，测量平台的径向为Y轴，Z轴垂直于测量平台；
第一滑块探头在滑轨上边移动边测量，轧辊横坐标点x处的辊形曲线表达式 如公式1： （1）
d(x)——第一滑块探头在点x处的测量值
δy(x)——第一滑块探头的探测面在点x处的y方向的移动误差
α(x)——第一滑块探头的探测面在点x处绕z轴的扭转角
Δ1(x)——点x处轧辊的相对振动量
Δ2(x)——扭转角α(x)使轧辊上的被测点发生偏离造成的误差
本发明非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置及方法利用基准面修正，补偿了因传感器在测量平台滑轨上移动造成的传感器探测面的位移和转角误差，使用本发明在现场比较恶劣的环境下依然能够较为准确的测量出辊形曲线。
附图说明
图1为现有的在线测量轧辊辊形测量装置示意图；
图2为本发明非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置结构示意图；
图3为本发明非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法原理图；
图4为本发明非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法中利用基准面修正计算第一滑块探头偏差原理图。
图中：1轧辊、2测量架、3测量平台、4滑轨、5滑块、61第一滑块探头、62第二滑块探头、63第三滑块探头、7滑轨探头、13基准面。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图2所示，一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置，包括基准面13、测量平台3、滑轨4、滑块5、第一滑块探头61、第二滑块探头62、第三滑块探头63和滑轨探头7，所述基准面13和滑轨4设置在测量平台3上，所述滑块5设置在滑轨4上，滑轨探头7共有2个，分别设置在靠近轧辊1一侧的滑轨4两端，所述第一滑块探头61设置在滑块5靠近轧辊1一侧，所述第二滑块探头62和第三滑块探头63设置在滑块5远离轧辊1一侧两端；所述滑轨4轴线与基准面13平行，所述基准面13平行于轧辊1的轴线，基准面13垂直于测量平台3，滑轨4轴线与轧辊1轴线平行；所述测量平台3的延长面与轧辊1的轴线在同一平面内，第一滑块探头61、第二滑块探头62、第三滑块探头63和滑轨探头7的轴线与测量平台3在同一平面内，第一滑块探头61和第二滑块探头62同轴，第一滑块探头61、第二滑块探头62与第三滑块探头63的轴线平行，滑轨探头7的轴线与滑轨4轴线垂直。滑块5在滑轨4上移动，第一滑块探头61的测量值是第一滑块探头61探测面到轧辊1表面的距离d，根据所有测量位置的距离d，从而得到轧辊1表面辊形曲线；一对滑轨探头7用于定位测量平台3和测量轧辊1的振动量，基准面13是一个平行于滑轨4，垂直于测量平台3的光滑、不易变形的平面，第二滑块探头62、第三滑块探头63用来测量第一滑块探头61相对于基准面13的位移，起补偿第一滑块探头61因振动造成的误差。
如图2所示，一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法，包括以下步骤：
步骤一、定位测量平台3，先将测量平台3靠近轧辊1，确定一个初始位置，缓慢转动轧辊1，确保轧辊1与测量平台3无相对振动，使位于滑轨4两端的一对滑轨探头7测出的距离平均值相同，此时即基准面13平行于轧辊1的轴线；然后绕测量平台3轴线旋转测量平台3，找到一对滑轨探头7测出的距离平均值最小时的测量平台3位置，固定此位置，定位结束；
步骤二、开始测量，首先将滑块5移动到某一测量位置，分别测量出两个滑轨探头7到轧辊1表面的距离值、第一滑块探头61到轧辊1表面的测量值、第二滑块探头62到基准面13的测量值和第三滑块探头63到基准面13的测量值；利用两个滑轨探头7到轧辊1表面的距离值推出因轧辊1相对振动造成的第一滑块探头测量值的修正量，利用第二滑块探头62到基准面13的测量值和第三滑块探头63到基准面13的测量值推出因振动造成的第一滑块探头61相对于基准面13的偏差，将第一滑块探头测量值结合第一滑块探头测量值的修正量与第一滑块探头61相对于基准面13的偏差得到第一滑块探头实际值；
步骤三、滑块在滑轨上移动并在每一个测量位置重复步骤二得到轧辊辊形曲线。
以测量平台3为水平面，X轴与测量平台3的轴向平行并经过第一滑块探头初始位置的测量面中心点，测量平台3的径向为Y轴，Z轴垂直于测量平台3；
如图3所示，虚线表示理想位置，实线表示实际位置。
第一滑块探头在滑轨上边移动边测量，轧辊横坐标点x处的辊形曲线表达式如公式1： （1）
d(x)——第一滑块探头在点x处的测量值
δy(x)——第一滑块探头的探测面在点x处的y方向的移动误差
α(x)——第一滑块探头的探测面在点x处绕z轴的扭转角
Δ1(x)——点x处轧辊的相对振动量
Δ2(x)——扭转角α(x)使轧辊上的被测点发生偏离造成的误差
下面为分别计算各种误差量的步骤：
1）利用基准面修正计算δy(x)和α(x)
如图4所示，虚线表示滑块5在滑轨4上的理想位置，实线表示滑块5在滑轨4上的实际位置，实线所示的位置相对于理想位置有一个y方向的位移和绕z轴的扭转角。相应的第一滑块探头61的探测面也有一个y方向的位移和绕z轴的扭转角，第一滑块探头61探测到的距离也就变了，利用第二滑块探头62和第三滑块探头63来测量滑块4相对于测量平台3上的基准面13的位移s1和s2，推算出第一滑块探头61的探测面在y方向的位移和绕z轴的扭转角。
第一滑块探头的探测面在点x处的y方向的移动误差
（2）
第一滑块探头的探测面在点x处绕z轴的扭转角
（3）
D12——第一滑块探头和第二滑块探头的探测面间距
D23——第二滑块探头和第三滑块探头的探测面间距
s——理想位置时第一滑块探头的探测面距基准面的位移
s'——实际位置时第一滑块探头的探测面距基准面的位移
2）利用一对滑轨探头计算点x处轧辊的相对振动量Δ1(x)
用一对滑轨探头测量轧辊两端在某一时刻的振动量，根据三角形相似关系，推算出轧辊中部某点的振动量。如图3所示，利用一对滑轨探头测出的到轧辊表面的距离值，推出因轧辊相对振动造成的点x处轧辊的相对振动量
（4）
（5）
dA、dB——一对滑轨探头当前时刻测量值
dA0、dB0——一对滑轨探头初始时刻测量值
w——第一滑块探头在点x时，一对滑轨探头测出的距离差
v——第一滑块探头在点x时，因相对振动造成的轧辊平移量
L1、 L2——理想位置时第一滑块探头与两侧滑轨探头的间距
3）计算扭转角α(x)使轧辊上的被测点发生偏离造成的误差Δ2(x)
如图3，根据几何关系，可以推出因扭转角α(x)使轧辊上的被测点发生偏离造成的误差
（6）
Δx——第一滑块探头的探测面在点x处的扭转角α(x)使轧辊上的被测点偏离量
下表1为某钢厂现场的一个机架的离线实测辊形磨损曲线和使用本发明的非接触式在线轧辊辊形曲线测量方法测出的数据比较表；根据现场实测，测量平台与轧辊的相对振动频率在100—150Hz，轧辊与轴承座的最大间隙是200um，轧辊辊身长2200mm，直径800mm。
由此可见，应用本发明提出的测量装置，在调整好测量平台的位置后，利用本发明提出的测量方法，在轧辊和传感器的一般振动情况下进行测量，在线计算出的辊形曲线和离线实测辊形曲线差别微小，只有百万分之几。说明本发明能够消除在辊形测量过程中因振动造成的误差，是有效的。
Claims (3)
1.一种非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置，其特征是：包括基准面(13)、测量平台(3)、滑轨(4)、滑块(5)、第一滑块探头(61)、第二滑块探头(62)、第三滑块探头(63)和滑轨探头(7)，所述基准面(13)和滑轨(4)设置在测量平台(3)上，所述滑块(5)设置在滑轨(4)上，滑轨探头(7)共有2个，分别设置在靠近轧辊(1)一侧的滑轨(4)两端，所述第一滑块探头(61)设置在滑块(5)靠近轧辊(1)一侧，所述第二滑块探头(62)和第三滑块探头(63)设置在滑块(5)远离轧辊(1)一侧两端；所述滑轨(4)轴线与基准面(13)平行，所述基准面(13)平行于轧辊(1)的轴线，基准面(13)垂直于测量平台(3)，滑轨(4)轴线与轧辊(1)轴线平行；所述测量平台(3)的延长面与轧辊(1)的轴线在同一平面内，第一滑块探头(61)、第二滑块探头(62)、第三滑块探头(63)和滑轨探头(7)的轴线与测量平台(3)在同一平面内，第一滑块探头(61)和第二滑块探头(62)同轴，第一滑块探头(61)、第二滑块探头(62)与第三滑块探头(63)的轴线平行，滑轨探头(7)的轴线与滑轨(4)轴线垂直。
2.一种利用权利要求1所述的非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置的测量方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一、定位测量平台，先将测量平台靠近轧辊，确定一个初始位置，缓慢转动轧辊，确保轧辊与测量平台无相对振动，使位于滑轨两端的一对滑轨探头测出的距离平均值相同，此时即基准面平行于轧辊的轴线；然后绕测量平台轴线旋转测量平台，找到一对滑轨探头测出的距离平均值最小时的测量平台位置，固定此位置，定位结束；
步骤二、开始测量，首先将滑块移动到某一测量位置，分别测量出两个滑轨探头到轧辊表面的距离值、第一滑块探头到轧辊表面的测量值、第二滑块探头到基准面的测量值和第三滑块探头到基准面的测量值；利用两个滑轨探头到轧辊表面的距离值推出因轧辊相对振动造成的第一滑块探头测量值的修正量，利用第二滑块探头到基准面的测量值和第三滑块探头到基准面的测量值推出因振动造成的第一滑块探头相对于基准面的偏差，将第一滑块探头测量值结合第一滑块探头测量值的修正量与第一滑块探头相对于基准面的偏差得到第一滑块探头实际值；
步骤三、滑块在滑轨上移动并在每一个测量位置重复步骤二得到轧辊辊形曲线。
3.如权利要求2所述的利用权利要求1所述的非接触式在线轧辊辊形曲线测量装置的测量方法，其特征是：以测量平台为水平面，X轴与测量平台的轴向平行并经过第一滑块探头初始位置的测量面中心点，测量平台的径向为Y轴，Z轴垂直于测量平台；
第一滑块探头在滑轨上边移动边测量，轧辊横坐标点x处的辊形曲线表达式s(x)如公式1：s(x)＝d(x)×cos(α(x))+δy(x)+Δ1(x)+Δ2(x) (1)
d(x)——第一滑块探头在点x处的测量值
δy(x)——第一滑块探头的探测面在点x处的y方向的移动误差
α(x)——第一滑块探头的探测面在点x处绕z轴的扭转角
Δ1(x)——点x处轧辊的相对振动量
Δ2(x)——扭转角α(x)使轧辊上的被测点发生偏离造成的误差。
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