CN102914251B - 一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，涉及电涡流位移传感器测量轧辊外径的设备领域，该测量系统包括：测量头安装基座，安装在轧辊的底座上；导轨副，安装在测量头安装基座上；电涡流位移传感器，安装在导轨副的运动部件上，并与轧辊的测量面垂直。本发明的创新之处在于采用了电涡流位移传感器对轧辊表面进行非接触式的测量，因而能在轧辊轧制无缝钢管时，实时检测轧辊的外径，无需拆卸粗重的轧辊，省去了大量工作量，避免了轧辊再安装过程中的精度损失。同时，在优选技术方案中，利用导轨副、齿条和齿轮实现了电涡流位移传感器的自动定位，免去了人工定位的麻烦，提高了测量精度，降低了工作量。

Description

一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统

技术领域

本发明涉及电涡流位移传感器测量轧辊外径的设备领域，尤其是涉及一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统。

背景技术

随着无缝钢管在石油、化工、军事等方面的使用不断增多，无缝钢管轧制的精度要求也越来越高。研究表明，无缝钢管的主要缺陷包括横伤、纵伤和厚壁不均匀等，这些缺陷主要由轧制过程中轧辊表面的精度随着磨损和变形的增加而下降引起的。因此，实时监控轧制穿孔过程中的轧制精度就显得尤为重要，而轧制精度的检测主要是通过测量斜轧辊的外径来完成的。无缝钢管轧制中，斜轧辊安装在轧辊的底座上。

目前轧辊外径的测量方法通常有以下几种：

一、直接使用千分尺测量；二、采用鞍式辊型测量仪，如名称为“轧辊测量装置”、授权公告号为CN200991854Y的实用新型专利，该轧辊测量装置在一些低端带板钢的厂家得到使用；三、采用ZDC系列轧辊多参数测量仪，目前被国内外几百家板带钢生产厂家使用；四、采用由英国MetrologySystem Wales公司推出的CADNO电子辊型测量仪；五、采用由德国爱佛特工业技术有限公司研发的PWT便携式轧辊测量仪。

但是上述的五种测量方法存在如下缺陷：方法一很难保证测量时所需的几何条件，在多次轴向测量时无法保证测量方向与轴心线严格平行，也无法实现动态测量；方法二虽然可以根据轧辊的大小选择合适的鞍式辊型测量仪，但随之带来的问题是所需的马鞍数量较多，同时操作者需要具备较高的使用技能；方法三主要用来测量轧辊辊型的凸度、凹度、锥度、椭圆度等多种参数，但是由于手工操作等原因带来的精度问题一直无法得到有效的解决；方法四和方法五虽然在轧辊外径的测量精度上有了很大的改善，但在传感器的选择和测量仪的定位上仍然无法满足高精度测量的要求。

目前轧辊外径测量主要以接触式手工测量为主，而无缝钢管轧制所用斜轧辊体积较大，接触式手工测量很难保证测量精度。此外，由于轧机内部空间狭小，上述的五种方法都需要将轧辊从轧机上卸下，进行离线测量。由于轧辊体积大，质量大，因此，离线测量存在很多问题：一、拆卸不方便，拆卸和重新安装的过程耗费了大量的时间；二、测量完后重新安装时的精度无法控制；三、离线测量时还需要放入专用的测量架内，该过程也会对测量精度造成影响；四、由于轧制过程中轧辊表面容易沾上铁屑等杂质，接触式测量容易磨损或损坏接触式测头。基于上述问题，迫切需要一种新的轧辊外径测量系统来对斜轧辊外径进行在线测量。

电涡流位移传感器是一种非接触的线性化计量工具，能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。将电涡流位移传感器安装在测量头上，由精密导轨控制测量探头的位置，就可以在测量头与轧辊表面之间距离的测量中获得足够高的精度。

发明内容

本发明提供了一种精度高、操作方便、能实时非接触式测量的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，包括：

测量头安装基座，安装在轧辊的底座上；

导轨副，安装在所述测量头安装基座上；

电涡流位移传感器，安装在所述导轨副的运动部件上，并与所述轧辊的测量面垂直。

通过导轨副带动电涡流位移传感器移动，从而电涡流位移传感器可以测量轧辊上不同位置的外径。

作为优选，所述测量头安装基座设置在所述轧辊的底座的顶部，解决了由于轧辊之间空间过小而使测量难以进行的问题。

作为优选，所述导轨副包括导向轨道以及与所述导向轨道滑动配合的滑块，所述电涡流位移传感器固定连接在所述滑块上；所述滑块由与所述滑块固定连接的导轨驱动电机驱动，所述导轨驱动电机的转轴上设有齿轮，所述导向轨道设有与该齿轮配合的齿条。通过导轨驱动电机的转动，即可实现滑块在导向轨道的滑动，并且可以通过控制导轨驱动电机的转动，调整滑块在导向轨道的位置，其结构简单，易于实现，实现了电涡流位移传感器的自动定位，免去了人工定位的麻烦。

作为优选，所述导轨副为贴塑导轨，即贴塑导轨副，本领域技术人员通常称为贴塑导轨，贴塑导轨能够抗油污、抗灰尘，不会生锈，从而防止油水等恶劣环境对测量精度的影响。

作为优选，所述导轨副的运动部件上设有底板，所述底板上设有用于调整电涡流位移传感器位置的调整机构，所述电涡流位移传感器安装在所述调整机构上，通过调整机构对电涡流位移传感器的位置进行调整，从而方便测量轧辊的外径，并可提高电涡流位移传感器的测量精度。

进一步优选，所述调整机构包括与所述底板铰接的翻转台以及设置所述翻转台上的丝杠副，所述电涡流位移传感器安装在所述丝杠副上。通过翻转台调整电涡流位移传感器的角度，从而调整电涡流位移传感器与轧辊的测量面的角度，以便电涡流位移传感器与轧辊的测量面垂直，通过丝杠副调整电涡流位移传感器与轧辊的测量面之间的距离。

更进一步优选，所述底板上垂直固定有两块平行的角度调整底板，所述翻转台设置在两块平行的角度调整底板之间，所述角度调整底板上设有调整孔，所述翻转台上设有与该调整孔配合的锁紧部件。通过锁紧部件调整翻转台在调整孔中的位置，调整翻转台与轧辊的测量面的角度，并调整到所需位置后固定，从而能够方便地调整电涡流位移传感器与轧辊的测量面垂直，提高测量精度。

更进一步优选，所述角度调整底板上的调整孔为弧形调整孔，所述锁紧部件包括与所述翻转台连接并从所述弧形调整孔伸出的螺杆以及与该螺杆相配合的手拧螺母，通过手拧螺母与翻转台的螺杆配合，从而调整电涡流位移传感器与轧辊的测量面的角度，结构简单，易于实现。

更进一步优选，所述丝杠副包括通过安装板安装在所述翻转台上的丝杠以及与所述丝杠配合的移动块，所述丝杠与所述翻转台平行，所述丝杠由丝杠电机驱动，所述电涡流位移传感器安装在所述移动块上。通过丝杠电机驱动丝杠转动，使得与丝杠配合的移动块运动，从而使得移动块上的电涡流位移传感器可以随移动块移动，从而进一步可以调整电涡流位移传感器与轧辊的测量面之间的距离。进一步优选，所述安装板上设有与所述翻转台平行的导杆，所述导杆贯穿所述移动块并与所述移动块间隙配合。导杆起到对移动块导向的作用。

与现有技术相比，本发明具有的有益的效果是：

本发明的创新之处在于采用了电涡流位移传感器对轧辊表面进行非接触式的测量，因而能在轧辊轧制无缝钢管时，实时检测轧辊的外径，无需拆卸粗重的轧辊，省去了大量工作量，避免了轧辊再安装过程中的精度损失。另外，本发明中的轧辊外径测量系统安装于轧辊的底座的顶部，解决了由于轧辊之间空间过小而使测量难以进行的问题，同时，在优选技术方案中，利用导轨副、齿条和齿轮实现了电涡流位移传感器的自动定位，免去了人工定位的麻烦，提高了测量精度，降低了工作量。

附图说明

图1为本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统安装在轧辊的底座上的结构示意图；

图2为本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统的放大的结构示意图；

图3为本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统的离线测量的结构示意图；

图4为本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统的在线测量的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统作进一步说明。

如图1所示，无缝钢管轧制中，斜轧辊2安装在斜轧辊2的底座1上。如图1和图2所示，基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，包括：测量头安装基座4，安装在轧辊的底座1的顶部；导轨副，安装在测量头安装基座4上，导轨副3沿斜轧辊2的母线设置；测量头5，包括底板9、调整机构以及电涡流位移传感器6，安装在所述导轨副3的运动部件上，并与斜轧辊2的测量面垂直。

如图2所示，导轨副3包括导向轨道以及与导向轨道滑动配合的滑块，滑块上固定有底板9，底板9上固定安装有导轨驱动电机8，滑块由导轨驱动电机8驱动，导轨驱动电机8的转轴上设有齿轮，导向轨道设有与该齿轮配合的齿条10，图中齿条10上的齿没有显示。即可实现滑块在导向轨道的滑动，并且可以通过控制导轨驱动电机8的转动，调整滑块在导向轨道的位置。导轨副选用贴塑导轨，能够抗油污、抗灰尘，不会生锈，从而防止油水等恶劣环境对测量精度的影响。导轨副3沿斜轧辊2的母线设置，一般可以与斜轧辊2的轴线平行或者成一定的角度，电涡流位移传感器6返回的检测信号要结合导轨副3的设置参数、丝杠副的移动的位置参数等进行计算得到。

如图2所示，底板9上设有用于调整电涡流位移传感器6位置的调整机构，调整机构包括与底板9铰接的翻转台17以及设置翻转台17上的丝杠副。底板9上垂直固定有两块平行的角度调整底板7，翻转台17设置在两块平行的角度调整底板7之间，角度调整底板7上设有弧形调整孔（未标出），翻转台17上设有与该弧形调整孔配合的锁紧部件。锁紧部件包括与翻转台17连接并从弧形调整孔伸出的螺杆以及与该螺杆相配合的手拧螺母，通过手拧螺母与翻转台17的螺杆配合，从而调整电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面的角度，结构简单，易于实现。

如图2所示，翻转台17的顶部设有与翻转台17垂直的安装板（未标出），丝杠副包括通过安装板安装在翻转台17上的丝杠14以及与丝杠14配合的移动块12，即移动块12内部设有与丝杠14相配合的螺纹，丝杠14与翻转台17平行，丝杠14由丝杠电机13驱动，丝杠电机13的侧面紧靠翻转台17，顶部紧靠安装板，丝杠电机13的转轴从安装板伸出，并通过同步带16与丝杠14连接，带动丝杠14转动。通过丝杠电机13驱动丝杠14转动，使得与丝杠14配合的移动块12移动。安装板上设有与翻转台17平行的导杆11，导杆11贯穿移动块12并与移动块12间隙配合，导杆11起到对移动块12导向的作用。移动块12上固定安装有传感器底座15，传感器底座15的端部设有电涡流位移传感器6。

本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，通过翻转台17调整电涡流位移传感器6的角度，从而调整电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面的角度，以便电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面垂直，通过丝杠副调整电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面之间的距离，从而达到准确检测斜轧辊2外径的目的。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统的工作过程如下：

1）在测量之前，要对本发明基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统进行校准，通过翻转台17调整电涡流位移传感器6的角度，使得电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面垂直，通过丝杠副调整电涡流位移传感器6与斜轧辊2的测量面之间的距离；

2）如图3所示，进行离线测量时，斜轧辊2不动，由导轨驱动电机8通过齿轮与齿条10啮合带动测量头5运动，使电涡流位移传感器6沿斜轧辊2的母线方向掠过斜轧辊2的外表面，测得斜轧辊2的外表面一条母线上各点的数据；

3）将此数据输入工控机，根据电涡流位移传感器6的信号频率和电涡流位移传感器6移动的速度以及结合导轨副3设置时距离斜轧辊2的轴线参数以及丝杠副的移动位置参数等对数据进行处理分析可以得到斜轧辊2表面一条母线上各点的外径。

4）如图4所示，进行在线测量时，由导轨驱动电机8和齿条10带动测量头5至需要测量的轮廓处，在斜轧辊2转动的过程中，由电涡流位移传感器6测得该处斜轧辊2外表面一周的数据，如图4所示。

5）根据电涡流位移传感器6的信号频率和以及斜轧辊2的转速以及结合导轨副3设置时距离斜轧辊2的轴线参数以及丝杠副的移动位置参数等对数据进行分析处理可以得到该处斜轧辊2一周的外径。

6）如图4所示，如需要得到斜轧辊2多处的外径值，可重复步骤4）~5），可以在不同位置的进行外径测量，图4中画出的两个测量头5表明在两个不同位置的进行测量。

7）测量完毕后，可以拆下测量头5以延长寿命。

Claims (6)

1.一种基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，包括：

测量头安装基座，安装在轧辊的底座上；

导轨副，安装在所述测量头安装基座上；

电涡流位移传感器，安装在所述导轨副的运动部件上，并与所述轧辊的测量面垂直；

所述导轨副的运动部件上设有底板，所述底板上设有用于调整电涡流位移传感器位置的调整机构，所述电涡流位移传感器安装在所述调整机构上；

所述调整机构包括与所述底板铰接的翻转台以及设置所述翻转台上的丝杠副，所述电涡流位移传感器安装在所述丝杠副上；

所述底板上垂直固定有两块平行的角度调整底板，所述翻转台设置在两块平行的角度调整底板之间，所述角度调整底板上设有调整孔，所述翻转台上设有与该调整孔配合的锁紧部件；

所述角度调整底板上的调整孔为弧形调整孔，所述锁紧部件包括与所述翻转台连接并从所述弧形调整孔伸出的螺杆以及与该螺杆相配合的手拧螺母。

2.根据权利要求1所述的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，所述测量头安装基座设置在所述轧辊的底座的顶部。

3.根据权利要求1所述的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，所述导轨副包括导向轨道以及与所述导向轨道滑动配合的滑块，所述电涡流位移传感器固定连接在所述滑块上；

所述滑块由与所述滑块固定连接的导轨驱动电机驱动，所述导轨驱动电机的转轴上设有齿轮，所述导向轨道设有与该齿轮配合的齿条。

4.根据权利要求1所述的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，所述导轨副为贴塑导轨。

5.根据权利要求1所述的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，所述丝杠副包括通过安装板安装在所述翻转台上的丝杠以及与所述丝杠配合的移动块，所述丝杠与所述翻转台平行，所述丝杠由丝杠电机驱动，所述电涡流位移传感器安装在所述移动块上。

6.根据权利要求5所述的基于电涡流位移传感器的轧辊外径测量系统，其特征在于，所述安装板上设有与所述翻转台平行的导杆，所述导杆贯穿所述移动块并与所述移动块间隙配合。