CN1093631C

CN1093631C - 激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法和仪器

Info

Publication number: CN1093631C
Application number: CN 99116520
Authority: CN
Inventors: 张云; 李智祥; 翁显耀; 王玉华; 黄学洪; 王乐
Original assignee: Wuhan Polytechnic University
Current assignee: Wuhan Polytechnic University
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2002-10-30
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: CN1278594A

Abstract

一种激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法和仪器，用激光准直仪、托轮轴心磁性对中器、激光直角分光仪、直角折射仪、滑标尺及带专用程序的微机等设备先测出两托轮轴心一侧的空间位置参数，再测出两托轮轴心另一侧的空间位置参数；依次在各挡托轮处重复上述操作过程，即可测出所有挡次托轮空间位置参数。将测得的所有参数数输入微机，就可自动算出窑筒体实际轴线相对准直轴线的偏差，据此可进行窑轴线的调整。本发明测量仪器简单，操作方便，无需专业人员，工作量小，测量精度高，测算窑筒体中心点的误差≤1.5毫米，且仪器成本低。

Description

激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法和仪器

本发明涉及一种回转窑的测量方法及仪器，具体地是一种激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法和仪器。

回转窑是水泥、有色、黑色冶金、化工等工业的重要烧成设备，其托轮位置的偏移会引起窑机械故障，缩短窑衬寿命，降低窑生产运转率，故需经常对窑托轮位置进行测量，以便及时校准窑轴线。

80年代初，窑的校准技术只能采用经纬仪和水准仪来测量静止的回转窑。这种检测方法有两个缺点：只能在冷却的回转窑上进行测量；只能在窑运转操作中断时进行测量。这种测量方法没有考虑不同温度的效应和由此引起的托轮支承座的不同热胀量。为了克服这些缺点，德国KRUPP POLYSIUS公司从80年代初就开始研究更好的测量方法。如《WORD CEMENT》杂志1985年第三期105页“回转窑新型测量系统POLSCAN”简介了测量原理过程：与测地学一样，空间坐标采用前向交叉法来测量，使用2个ZEISS ELTA 2型视距仪，一个可读出测点的读数仪，并用磁性固定在托轮轴承上。如：每个测点测出一个水平，一个垂直角度，通过横测尺试出计算三角形所需要的数据，输入到2台与测量装相连的计算机中，整个过程都是自动进行和显示测量值，最后，打印出必需调整数据的计算结果。世界水泥工业权威杂志《ZEMENT-KALK-GIPS》1989年第11期549-552页“通过对窑轴线的光电检测提高窑设备的运转率”进一步介绍了PLLYSIUS公司POLSCAN系统的测量方法和仪器。该方法的实际操作是按下面步骤进行的：

沿着窑轴线方向安置多个反射镜；

测定所有反射镜的坐标；

安放测距仪；

通过测量反射镜来确定测距仪的位置；

借助前面测量反射镜的数据参数，来估算测距仪的定位误差；

测出所有托轮轴心目标点的空间坐标；

将测量数据存入计算机的固定存储器；

把测距仪移到下一个测站，并重新安放定位；

测定其余的目标。

重复进行上述操作过程，直到测出窑设备上所有的目标点为止。为了准确确定每个目标点需要3-5个方位参数。按照托轮支承座的数量和可接近性，一条窑通过计算机收集和处理约130至300个方位参数。

上述方法所用仪器主要有：2台带电子测角和红外测距的全站经纬仪(以下简称测距仪)、带专用软件的便携微机，一个装有多台计算机、一台打印机和标绘机的计算机工作站；至少3个测量反射镜；专用横测尺及各种辅助设备；运输设备由4个大铝箱组成。

上述方法能在窑正常运转状态下进行测量，可将全部测量结果联机输入计算机，以避免传输出错，当场打印出测量结果和修正系数，当窑设备为通常长度时，测量误差小于±2毫米等特点，但该方法至少需2名高级测量专家操作仪器，测量过程复杂，对3支承的窑需测多达300个方位参数，工作量太大，难免出现人为观察误差。该方法对通常(3支承50米长的)窑的测量误差为±2毫米，由此推算出测量6支承150米长窑时，测量误差约在±3至±4毫米，测窑精度不够高。且该系统仪器总重量达200公斤以上，成本约30万德国马克，造价太昂贵。

本发明的目的在于针对上述测量方法的不足，提供一种简化测量过程，减少人为观察误差，提高测量精度，并大大降低测量系统仪器制造成本的激光测定窑托轮位置校准窑的方法和测量仪器。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法，在窑一侧用固定的激光准直仪射出一束与窑体轴线平行的激光基准线，打开托轮端盖，将2个磁性光电对中器吸到同侧的2个托轮轴心上，在右托轮一侧放置激光直角分光仪，用激光直角分光仪分射出相互垂直的激光水平线1和线2，激光水平线1对准右托轮轴心R且平行于激光基准线决定的垂面Q；在放置激光直角分光仪同侧的左托轮旁放置一直角折射仪，将线2直角折射出激光水平线3，对准左托轮轴心L的垂线JL上，在对中器上测出两托轮轴心的高差ΔC；垂直于激光基准线决定的垂面Q，紧靠两托轮外壳水平拉一钢卷尺截住线1和线3，测出两托轮水平中心距F；将一滑标尺垂直于垂面Q，靠近托轮轴水平架立，移动滑标尺的光电靶截住激光基准点G，移动其滑尺截住线3，从滑标尺上读出垂面Q至轴心L的水平距K₁；水平旋转激光直角分光仪，将线2平射到滑标尺的光电靶上，读出垂距H_r，垂距H₁＝H_r+ΔC；

按上述步骤将激光直角分光仪、折射仪、滑标尺移至两托轮的另一侧测出ΔC＇、F＇、K₁＇、H₁＇，窑筒体在托轮中间截面X处的中点横纵坐标Y、Z按下列公式计算：

窑横坐标

Y = \frac{1}{2} (K_{1} + {K_{1}}^{'} + A_{1} + {A_{1}}^{'})

式中，A₁、A₁＇是轮带中心到左托轮轴心的水平距离

式中，

B_{1} = \frac{1}{2} (D + D_{1}); B_{r} = \frac{1}{2} (D + D_{r})

D是轮带热态直径，D₁是左托轮热态直径，Dr是右托轮热态直径，它们是已知量，用动态直径测量仪测出。纵坐标

Z = B_{1} \cdot \cos O_{1} - \frac{1}{2} (H_{1} + {H_{1}}^{'} + Φ)

式中，Φ是轮带热动态平均间隙，是已知量，用动态轮带间隙仪测出

左托轮支承角O₁＝arcsin(A₁+A₁＇)/2B₁

右托轮支承角O_r＝arcsin(F-A₁+F＇-A₁＇)/2B_r

依次在各挡托轮处重复上述操作，测算出各档窑体中点坐标X_i、Y_i、Z_i；将上述测量数据输入微机，按程序自动算出窑体实际轴线相对准直轴线的水平和垂直偏差ΔY_i、ΔZ_i，再算出支承角O_1i、O_ri，从而自动算出各托轮水平或垂直移动的精确数据及方向，并打印结果和图形。

所用的激光直角分光仪包括激光器、水泡器、分光镜、导轨、光栏和托板，激光器装在激光座上，圆水泡器安在激光器旁，长水泡器垂直于激光器安置，半透半反分光镜垂立装在三维微调器上且与激光器成45°角，光栏平行于激光器垂立，它们都装在托板上；托板固定在垂直移动导轨上，垂直移动导轨装在水平移动导轨上且与其垂直，水平移动导轨装在其下的水平底座上。

直角折射仪包括直角折射棱镜、微调座、托台、长水泡器、微旋机构和平移轨，直角折射棱镜装在微调座内并固定在托台上，它的一个直角面是半反半透镜面；长水泡器也固定在托台上且平行于棱镜的顶面和半反半透镜面，托台固定于微旋机构上可垂直旋转；微旋机构固定于平移轨上，平移轨装在其下的水平底座上。

滑标尺由光电靶、滑尺、标尺、光电阵列器、狭缝、长水泡器和水平底座组成，标尺装在水平底座上，滑尺、长水泡器及光电靶装在标尺上，光电靶上固定着可平卧或直立的光电阵列器和2个狭缝，两狭缝的距离≥500毫米。

磁性光电对中器为圆形对中器，圆形对中器的中心有4象限光电传感器，传感器直径50-70毫米且其上印有1毫米间距同心圆圈；对中器内还装有激光对中自动显示电路。

本发明使用激光直角分光仪和直角折射仪直接目视对准托轮轴心，并用光电对中器自动显示对中，简化了测量过程，消除了人为观察误差，对中误差≤±0.5毫米，且不需要专业人员操作；本发明使用的滑标尺采用光电阵列器，它由光电阵列和单片机组成，当激光准直仪基础振动或窑高温引起激光基准线波动时，光电阵列器能自动进行平均处理，消除和减少基准点的波动量，使其误差≤±1毫米。

本发明测量系统仪器简单，操作方便，测量工作量小，测算窑筒体中心的误差≤±1.5毫米，测量精度高，仪器成本低，便于普及应用。

下面参照附图详述本发明。

图1 为本发明在窑横截面测量托轮轴心的示意图

图2 为本发明在窑水平面测量托轮轴心的示意图

图3 为本发明的激光直角分光仪的结构示意图

图4 为本发明图3的俯视图

图5 为本发明的直角折射仪的结构示意图

图6 为本发明图5的俯视图

图7 为本发明的滑标尺的结构示意图

图8 为本发明的磁性光电对中器的结构示意图

图9 为本发明图8的侧视图

图10 为本发明的磁性光电对中器的光电对中自动显示电路方框图

参照附图，本发明的测量系统仪器主要包括：激光准直仪5、2个托轮轴心对中器30、激光直角分光仪6、直角折射仪7、滑标尺41、钢卷尺、动态直径测量仪、动态轮带间隙仪和带程序的微机，其中，激光准直仪、钢卷尺为通用仪器及工具；动态直径测量仪、动态轮带间隙仪为现有专用仪器。

如图3、4所示，激光直角分光仪6由激光器11、激光座12、圆水泡器13、长水泡器14、半透半反分光镜16、垂直移动导轨19、水平移动导轨10、光栏18和托板15等组成，激光器11装在激光座12上，圆水泡器13安在激光器11旁，长水泡器14垂直于激光器11安置，半透半反分光镜16垂立装在三维微调器17上且与激光器成45°角，光栏18平行于激光器11垂立，它们都装在托板15上；托板15固定在垂直移动导轨19上，垂直移动导轨19装在水平移动导轨10上且与其垂直，水平移动导轨19装在其下的水平底座29上。

如图5、6所示，直角折射仪7包括直角折射棱镜20、微调座22、托台24、长水泡器27、微旋机构25和平移轨26，直角折射棱镜20装在微调座22内并固定在托台24上，它的一个直角面是半反半透镜面21；长水泡器27也固定在托台24上且平行于棱镜的顶面23和半反半透镜面21，托台24固定于微旋机构25上可垂直旋转；微旋机构25固定于平移轨26上，平移轨26装在其下的水平底座28上。

如图7所示，滑标尺41由光电靶38、滑尺36、标尺35、光电阵列器39、狭缝40、长水泡器37和水平底座组成，标尺35装在水平底座上，滑尺36、长水泡器37及光电靶38装在标尺35上，光电靶38上固定着可平卧或直立的光电阵列器39和2个狭缝40，两狭缝40的距离≥500毫米。

如图8、9所示，磁性光电对中器30为圆形对中器，圆形对中器的中心装有4象限光电传感器31，该传感器直径50-70毫米且其上印有1毫米间距同心圆圈；在传感器31旁安有对中指示发光管32；对中器内装有激光对中自动显示电路；对中器外装有可装拆的防杂光罩33和3块匀布固定的磁铁34。

如图10所示，本发明的激光对中自动显示电路由4象限传感器31、对中放大比较器42、对中判断逻辑43、反馈控制单元44、可视对中状态指示单元45和对中指示发光管32组成。

本发明的测量方法是：如图1、2所示，在窑的一侧用固定的激光准直仪5射出一束激光基准线4，使其与窑体8轴线平行；打开两个托轮外壳端盖，将2个磁性光电对中器30吸到同侧的2个托轮轴心上。磁性光电对中器为圆形的，直径70毫米，其4象限光电传感元件上印有1毫米间距同心圆圈，其对中误差≤0.5毫米。在右托轮9一侧架立激光分光仪6，分光仪的激光器11射出激光水平线1，激光线1由分光镜16分出激光线2，它穿过光栏18的圆孔射出，激光线2平行于托轮底座边，即垂直于垂面Q，激光线1水平对准到右托轮轴心R；在激光直角分光仪同侧的左托轮10旁架立直角折射仪7，用其直角棱镜20的半反半透面21将线2的部分激光返回分光仪的光栏18孔中，则该面21垂直于线2；调整微旋机构25，使棱镜20的顶面23水平，则线2通过棱镜20可垂直折射出激光水平线3，它与线1在同一水平面，平行移动棱镜可将线3对准到左托轮轴心垂线JL上。其误差≤0.5毫米。在折射仪与托轮轴之间水平架立滑标尺41，先立起其光电靶的2个狭缝40，使激光基准线穿过2个缝宽2毫米的狭缝40，则滑标尺的标尺35垂直于垂面Q，标尺读数精度为0.1毫米，垂直角误差≤0.5毫米；放倒2个狭缝40，直立起光电阵列器39截住基准点G；移动其滑尺36截住线3；这样就可测出两托轮轴心一侧的空间位置参数ΔC、F、K₁、H₁。将上述测量仪器移到两托轮的另一侧按上述步骤进行测量，可测出托轮另一侧的空间位置参数ΔC＇、F＇、K₁＇、H₁＇。依次在各挡托轮处重复上述操作，把所有托轮参数输入带有专有程序的微机，就可自动算出窑筒体实际轴线相对准直轴线的偏差，据此可进行窑轴线的调整。

Claims

1、一种激光测定回转窑托轮位置校准窑的方法，在窑一侧用固定的激光准直仪射出一束与窑体轴线平行的激光基准线，打开托轮端盖，将2个磁性对中器吸到同侧的2个托轮轴心上，其特征在于：所述的对中器是光电对中器；在右托轮一侧放置激光直角分光仪，用激光直角分光仪分射出相互垂直的激光水平线1和线2，激光水平线1对准右托轮轴心R且平行于激光基准线决定的垂面Q；在放置激光直角分光仪同侧的左托轮旁放置一直角折射仪，将线2直角折射出激光水平线3，对准左托轮轴心L的垂线JL上，在对中器上测出两托轮轴心的高差ΔC；垂直于激光基准线决定的垂面Q，紧靠两托轮外壳水平拉一钢卷尺截住线1和线3，测出两托轮水平中心距F；将一滑标尺垂直于垂面Q，靠近托轮轴水平架立，移动滑标尺的光电靶截住激光基准点G，移动其滑尺截住线3，从滑标尺上读出垂面Q至轴心L的水平距K₁；水平旋转激光直角分光仪，将线2平射到滑标尺的光电靶上，读出垂距H_r，垂距H₁＝H_r+ΔC；

窑横坐标

Y = \frac{1}{2} (K_{1} + {K_{1}}^{'} + A_{1} {+ A}_{1}^{'})

式中，A₁、A₁＇是轮带中心到左托轮轴心的水平距离

°)

式中，

B_{1} = \frac{1}{2} (D + D_{1}); B_{r} = \frac{1}{2} (D + D_{r})

Z = B_{1} \cdot \cos O_{1} - \frac{1}{2} (H_{1} + {H_{1}}^{'} + Φ)

左托轮支承角O₁＝arcsin(A₁+A₁＇)/2B₁

右托轮支承角O_r＝arcsin(F-A₁+F＇-A₁＇)/2B_r

2、激光测定回转窑托轮位置校准窑的仪器，包括：激光准直仪、2个托轮轴心对中器、激光直角分光仪、直角折射仪、滑标尺、钢卷尺、动态直径测量仪、动态轮带间隙仪和带程序的微机，其特征在于：激光直角分光仪由激光器(11)、激光座(12)、圆水泡器(13)、长水泡器(14)、半透半反分光镜(16)、垂直移动导轨(19)、水平移动导轨(10)、光栏(18)和托板(15)组成，激光器(11)装在激光座(12)上，圆水泡器(13)安在激光器(11)旁，长水泡器(14)垂直于激光器(11)安置，半透半反分光镜(16)垂立装在三维微调器(17)上且与激光器成45°角，光栏(18)平行于激光器(11)垂立，激光器(11)、半透半反分光镜(16)、光栏(18)都装在托板(15)上；托板(15)固定在垂直移动导轨(19)上，垂直移动导轨(19)装在水平移动导轨(10)上且与其垂直，水平移动导轨(19)装在其下的水平底座(29)上，直角折射仪由直角折射棱镜(20)、微调座(22)、托台(24)、长水泡器(27)、微旋机构(25)和平移轨(26)组成，直角折射棱镜(20)装在微调座(22)内并固定在托台(24)上，直角折射棱镜(20)的一个直角面是半反半透镜面(21)；长水泡器(27)也固定在托台(24)上且平行于棱镜的顶面(23)和半反半透镜面(21)，托台(24)固定于微旋机构(25)上可垂直旋转；微旋机构(25)固定于平移轨(26)上，平移轨(26)装在其下的水平底座(28)上，滑标尺由光电靶(38)、滑尺(36)、标尺(35)、光电阵列器(39)、狭缝(40)、长水泡器(37)和水平底座组成，标尺(35)装在水平底座上，滑尺(36)、长水泡器(37)及光电靶(38)装在标尺(35)上，光电靶(38)上固定着可平卧或直立的光电阵列器(39)和2个狭缝(40)，两狭缝(40)的距离≥500毫米，磁性光电对中器为圆形对中器，圆形对中器的中心装有4象限光电传感器(31)，该传感器直径50-70毫米且其上印有1毫米间距同心圆圈；在传感器(31)旁安有对中指示发光管(32)；对中器内装有激光对中自动显示电路；对中器外装有可装拆的防杂光罩(33)和3块匀布固定的磁铁(34)。