CN109029269A - 一种辊筒产品几何参数检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械工程技术领域，公开了一种辊筒产品几何参数检测方法，将辊筒可可转动地安装在检测平台上，通过可沿辊筒轴向直线移动的激光位移传感器对辊筒柱面进行扫描，同时通过光栅尺记录激光位移传器扫描时的轴向位置。基于激光传感器扫描获得距离数据及光栅尺记录的轴向位置，计算分析获得辊筒的安装同轴度、锥柱度等几何参数。本发明检测方法具体实现了可以反应辊筒质量的关键几何参数的检测，填补了辊筒质量检测技术的空白。

Description

一种辊筒产品几何参数检测方法

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及机械构件的质量检测技术，尤其涉及辊筒的质量检测技术。

背景技术

我国物流业正处于飞速发展时期，皮带输送机作为最重要的物流运输设备不仅在企业内部物流系统中起着重要的作用,而且在干线输送中也起到重要的作用。由于带式输送机设备功能单一,辊筒作为最基础的机械结构件，其质量的好坏将是影响皮带输送机正常作业的关键。但是在辊筒制造行业内，并没有针对辊筒质量检测的规范化指标和相关自动化检测技术。所以，亟需为量大面广的基础产品建立起质量标准并配以标准检测技术。

发明内容

本发明目的是鉴于现有技术中针对辊筒质量检测技术的缺失，提出一种针对辊筒的关系其产品质量的几个主要几何参数进行检测的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种辊筒产品几何参数检测方法，所述几何参数包括锥柱度和安装同轴度，其特征在于，该检测方法包括：

检测条件：辊筒沿产品轴线可转动地安装在检测平台上，检测平台上配置有可沿辊筒轴向直线移动的距离测量装置、用于测量距离测量装置直线移动位置的位置测量装置，所述距离测量装置的移动轴线与辊筒的产品轴线同面平行，所述距离测量装置的测量中线与辊筒的产品轴线垂直相交；所述距离测量装置的移动范围覆盖整个辊筒长度。

参数检测：以辊筒加工柱面为基准，距离测量装置针对辊筒选定轴向位置的柱面圆周进行扫描获取一组表示在该轴向位置辊筒不同旋转角度下辊筒柱面相对测量头的间距的数据，根据该组数据和测量头到辊筒的产品轴线的距离计算获得该轴向位置辊筒不同旋转角度下理论半径，进一步根据不同旋转角度下理论半径计算分析得到辊筒该轴向位置的圆心和实际半径；

将针对辊筒不同轴向位置计算分析得到的圆心合成连接为辊筒的理论轴线；分析辊筒的理论轴线与辊筒的产品轴线，得到辊筒的安装同轴度；

距离测量装置扫描的辊筒轴向位置数据由位置测量装置测量得到；

在距离测量装置轴向扫描范围包括整个辊筒长度的条件下，根据距离测量装置获得有效位移的两个端点确定辊筒两端的端面位置，根据辊筒不同轴向位置的实际半径分析获得辊筒两端锥柱段与中间圆柱段的临界位置；根据辊筒端面实际半径、本端锥柱段与中间圆柱段临界位置的实际半径、以及端面位置到本端锥柱段与中间圆柱段临界位置的距离计算辊筒锥柱段的锥柱度。

进一步地，所述距离测量装置优选激光位移传感器，所述的距离测量装置的测量中线是指激光位移传感器的激光束的中线。优选地，所述激光位移动传感器通过导轨机构安装在检测平台上。

可选地，所述位置测量装置可以是测量中线平行于所述激光位移传感器直线移动方向的一个固定安装位移传感器，或者是光栅尺。优选光栅尺。

可选地，获得有效位移的端点，可以按照如下方法获得：

在覆盖整个辊筒长度的移动范围内，从一端向另一端单向移动激光位移传感器，以获得有效位移数据的起点和终点作为获得有效位移的端点。

根据获得有效位移的两个端点位置，可以进一步计算辊筒总柱长。

进一步地，为了方便辊筒在检测平台上的安装，针对从动辊筒产品，检测平台可选配置两个分别用于从辊筒两端支撑辊筒的V型块。所述V型块的V型开口朝上，V型开口的中线垂直。

进一步地，两个V型块相互平行且轴线重合。V型块的轴线特指相对两侧面的中轴面上特定高度的水平线；这条轴线的高度，由安装有两侧连接轴辊筒的实际设计轴线所决定。激光位移传感器在沿长度方向扫描整个辊筒时，必须确保移动扫描轴线与V型块的这条轴线在同一平面上相平行。

针对主动辊筒产品，检测平台优选配置两组分别用于从辊筒两端支撑辊筒的支撑轮组，每组支撑轮组包括两个支撑轮，两个支撑轮间距小于被检辊筒的连接轴的直径。一组支撑轮组的两个支撑轮轴线同面平行，一组支撑轮组的两个支撑轮轴线分别与另一组支撑轮组的两个支撑轮轴线重合，两组支撑轮组的共四个支撑轮半径相等。

显然地，支撑轮组的支撑方式同样适用于从动辊筒产品。

进一步地，本发明检测方法按如下方法进行数据采集：先将辊筒静止，并将激光位移传感器移动至其移动范围的第一端，然后从第一端向(激光位移传感器移动范围的)第二端移动激光位移传感器对辊筒柱面进行扫描，获取包括两个获得有效位移数据端点在内的一组距离数据(测量头到辊筒柱面的距离)，光栅尺记录得获取每个一个距离数据时的激光位移传感器的轴向位置。

保持激光位移传感器在第一端，或者先将激光位移传感器复位到第一端，然后将辊筒旋转一定角度，再移动激光位移传感器，对辊筒进行再一次的整长扫描。获取与第一次扫描相同轴向位置的第二组距离数据。获取至少三组相同轴向位置的距离数据后，计算分析得到各参数值。

更具体地，均速移动激光位移传感器，等时间间隔记录激光位移传感器测量的即时距离数据和光栅尺测量的激光位移传感器即时轴向位置。

本发明有益效果：具体实现了可以反应辊筒质量的关键几何参数的检测，填补了辊筒质量检测技术的空白。

附图说明

图1所示为辊筒技术指标体系图。

图2为辊筒几何参数检测过程中数据采样原理示意图。

图3所示为辊筒圆心拟合坐标系示意图。

图4为本发明检测方法一种优选检测过程示意图。

图中：1：V型块；2：激光位移传感器；3：导轨和丝杆；4：扫描移动轴线；5：理论轴线；6：V型块轴线；7：步进电机；8：可移开摩擦轮；9：摩擦传动轮。

具体实施方式

参照图1，可以用于评价辊筒质量的技术指标包括心何尺寸/参数、固有特性/性能、负载&综合特性三大类。其中几何尺寸/参数，包括直径/半径、圆柱长/锥柱长、锥柱锥度、安装同轴度、以及外延轴理论同轴度等；固有特性/性能,包括辊筒惯量/质量、表面摩擦系数、空载振动特性、空载转动噪声等；负载&综合特性，包括辊筒轴承发热量、辊筒表面温升、驱动辊筒传输特性、皮带跑偏量等，所述驱动辊筒传输特性包括涨紧力～摩擦系数和涨紧力～转速。

在三类技术指标中，固有特性/性能和负载&综合特性两类技术指标中除与摩擦有关的指标外，其余技术指标基本决定于辊筒的几何尺寸指标。也就是说，当辊筒的几何尺寸类的技术指标达到特定的标准，其固有特性/性能和负载&综合特性两类技术指标中大部分指标自然可以达到相应的标准。因此，本发明针对辊筒几何参数设计检测方法。

下面结合附图2-4对本发明所述检测方法涉及到的计算分析过程做进一步的具体说明。以下描述围绕锥柱度及安装同轴度的如何获得展开，其中同时涉及到获得该两个几何参数所需要的辊筒半径、总柱长等几何参照的获得过程。距离测量装置选用激光位移传感器，位置测量装置选择光栅尺。检测平台上配置两个相互平行且同轴的V型块作为辊筒的支撑部件。

辊筒主要分别主动辊筒和从层辊筒两种，从动筒辊两端内设轴承，与连接轴转动连接，因此，在检测从动辊筒时，可以选择直接将安装有连接轴的辊筒放置在检测平台上的V型块上，使其两端连接轴分别由两个V型块的V型开口支撑起来。主动驱动辊筒至少其一端的连接轴与辊筒固定连接，如果直接放置主动驱动辊筒，与辊筒固定连接的连接轴与V型块之间会发生摩擦，如需避免连接轴与V型块之间的摩擦，可在V型块上加装两个滑轮，由滑轮支撑连接轴。

检测平台上配置的激光位移传感器测量头，沿辊筒轴向移动采集辊筒柱面相对测量头的间距，移动位置由光栅尺获取，移动轴线与两个V型块轴线同面平行；以辊筒加工柱面为基准，激光位移传感器针对柱面特定位置圆周扫描获取数据，计算分析得到圆心，不同位置计算分析得到的圆心合成连接为辊筒理论轴线，得到相对理论轴线的辊筒半径值；激光位移传感器扫描全辊筒柱面后，由光栅尺数据分析得到辊筒柱面长的起点和终点，求得总柱长，并通过数据分析得到辊筒两侧锥柱长和中段圆柱长；按锥柱段，计算分析锥柱度；分析辊筒理论轴线与V型块轴线，得到辊筒的安装同轴度。

参照图2，激光位移传感器采集激光位移传感器端面与辊筒特定轴向l位置的圆周面的间距W，并依据激光位移传感器端面与V型块轴线(产品轴线所)的距离z，计算得到l位的辊筒理论半径：r_l(β)＝z_l(β)-w_l(β)(β＝0°～360°)。以轴心为原点O(0,0)建立二维坐标系，如图2所示，得到l位径向圆切面上各采样点坐标P(x(β),y(β))，拟合出圆心E(x,y),计算得到l位的辊筒实际半径：

其中，圆心的计算公式为:

各点坐标值计算公式(以点B为例)为：

x₂＝r_l(β)sin(180°-β)，y₂＝r_l(β)cos(180°-β)

在测得辊筒两侧端面的理论半径后，以两端偏心量作为评估同轴度指标，表示为：左侧端右侧端

在这里，可取β＝0°、β＝90°、β＝180°、β＝270°四个圆周位的平均值评估同轴度。

使辊筒处静止态(特定的β值)，激光位移传感器轴向移动到辊筒接近l＝0位置，激光头被触发(开始获得有效位移数据)，开始检测辊筒半径，直到移动到辊筒末端l＝L位置后，结束扫描。以数据(r_β＝Const(l)，(l:0～L))分析判知4个星号标记位，并同时以激光头支架上的光栅尺加以记录；分析得出图2所示的左侧锥柱段A、中间圆柱段B、右侧锥柱段C三段长度，得到辊筒圆(锥)柱长度。

在测量计算获得辊筒锥柱/圆柱段长度后，通过锥度公式对二维数据M(l_i,w_i)进行处理，从而获得辊筒圆柱(锥柱)的锥度C。

左侧端：

右侧端：

参照图4，整个检测过程包括重复多次移动检测。以四次为例，分别取β＝0°、β＝90°、β＝180°、β＝270°，首先，取β＝0°，激光位移传感器从一端向另一端移动，在接近辊筒时被触发，开始检测。待沿导轨移动另一端，完成第一次长度与理论半径的检测。辊筒转动90度，此时β＝90°，重新移动激光位移传感器，完成第二次移动检测。辊筒再转动90，此时β＝180°，再重新移动激光位移传感器，完成第三次移动检测。再转动辊筒90，此时β＝270°，再重新移动激光位移传感器，完成第四次移动检测。四次移动检测结束，由前述计算方式计算分析得到各参数值。

Claims (10)

1.一种辊筒产品几何参数检测方法，所述几何参数包括锥柱度和安装同轴度，其特征在于，该检测方法包括：

检测条件：辊筒沿产品轴线可转动地安装在检测平台上，检测平台上配置有可沿辊筒轴向直线移动的距离测量装置、用于测量距离测量装置直线移动位置的位置测量装置，所述距离测量装置的移动轴线与辊筒的产品轴线同面平行，所述距离测量装置的测量中线与辊筒的产品轴线垂直相交；所述距离测量装置的移动范围覆盖整个辊筒长度。

参数检测：以辊筒加工柱面为基准，距离测量装置针对辊筒选定轴向位置的柱面圆周进行扫描获取一组表示在该轴向位置辊筒不同旋转角度下辊筒柱面相对测量头的间距的数据，根据该组数据和测量头到辊筒的产品轴线的距离计算获得该轴向位置辊筒不同旋转角度下理论半径，进一步根据不同旋转角度下理论半径计算分析得到辊筒该轴向位置的圆心和实际半径；

将针对辊筒不同轴向位置计算分析得到的圆心合成连接为辊筒的理论轴线；分析辊筒的理论轴线与辊筒的产品轴线，得到辊筒的安装同轴度；

距离测量装置扫描的辊筒轴向位置数据由位置测量装置测量得到；

在距离测量装置轴向扫描范围包括整个辊筒长度的条件下，根据距离测量装置获得有效位移的两个端点确定辊筒两端的端面位置，根据辊筒不同轴向位置的实际半径分析获得辊筒两端锥柱段与中间圆柱段的临界位置；根据辊筒端面实际半径、本端锥柱段与中间圆柱段临界位置的实际半径、以及端面位置到本端锥柱段与中间圆柱段临界位置的距离计算辊筒锥柱段的锥柱度。

2.根据权利要求1所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，所述距离测量装置优选激光位移传感器，所述的距离测量装置的测量中线是指激光位移传感器的激光束的中线，所述激光位移动传感器通过导轨机构安装在检测平台上。

3.根据权利要求2所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，所述位置测量装置是光栅尺。

4.根据权利要求1所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，针对从动辊筒产品，检测平台配置有两个分别用于从辊筒两端支撑辊筒的V型块，所述V型块的V型开口朝上，V型开口的中线垂直；两个V型块相互平行且轴线重合；距离测量装置移动扫描轴线与V型块的轴线在同一平面上相平行。

5.根据权利要求3所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，针对从动辊筒产品，检测平台配置有两组分别用于从辊筒两端支撑辊筒的支撑轮组，每组支撑轮组包括两个支撑轮，两个支撑轮间距小于被检辊筒的连接轴的直径。

6.根据权利要求3所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，将辊筒静止，移动激光位移传感器移动至其移动范围的第一端，然后从第一端向第二端移动激光位移传感器，对辊筒柱面进行完整长度的扫描，获取包括两个获得有效位移数据端点在内的一组距离数据，光栅尺记录得获取每个一个距离数据时的激光位移传感器的轴向位置；

保持激光位移传感器在一端，将辊筒旋转一定角度，再移动激光位移传感器，对辊筒进行再一次的完整长度的扫描，获取与第一次扫描相同轴向位置的第二组距离数据；获取至少三组相同轴向位置的距离数据后，计算分析得到各参数值。

7.根据权利要求3所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，激光位移传感器采集激光位移传感器端面与辊筒特定轴向l位置的圆周面的间距W，并依据激光位移传感器端面与V型块轴线的距离Z，计算得到l位的辊筒理论半径：r_l(β)＝z_l(β)-w_l(β)(β＝0°～360°)；以轴心为原点O(0,0)建立二维坐标系，得到l位径向圆切面上各采样点坐标P(x(β),y(β))，拟合出圆心E(x,y),计算得到l位的辊筒实际半径：

其中，圆心的计算公式为:

各点坐标值计算公式(以点B为例)为：

x₂＝r_l(β)sin(180°-β)，y₂＝r_i(β)cos(180°-β)；

在测得辊筒两侧端面的理论半径后，以两端偏心量作为评估同轴度指标，表示为：左侧端右侧端

8.根据权利要求7所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，取β＝0°、β＝90°、β＝180°、β＝270°四个圆周位的平均值评估同轴度。

9.根据权利要求7所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，使辊筒处静止态，激光位移传感器轴向移动到辊筒接近l＝0位置，激光头被触发，开始检测辊筒半径，直到移动到辊筒末端l＝L位置后，结束扫描。以数据(r_β＝Const(l)，(l:0～L))分析判知4个星号标记位，并同时以激光头支架上的光栅尺加以记录；分析得出图2所示的左侧锥柱段A、中间圆柱段B、右侧锥柱段C三段长度，得到辊筒圆(锥)柱长度。

10.根据权利要求9所述的辊筒产品几何参数检测方法，其特征在于，在测量计算获得辊筒锥柱长度后，通过锥度公式对二维数据M(l_i,w_i)进行处理，获得辊筒圆柱(锥柱)的锥度C；

左侧端：

右侧端：