CN110000639A - 一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置及测量方法，该测量装置可增装在磨床砂轮架上，平时折叠起来，不干涉和影响正常的磨削过程，该测量装置主要由一维精密工作台、测量弓、激光位移传感器及尺寸校准杆构成。使用时，打开测量弓，随砂轮架运动至被测尺寸处以完成相关尺寸测量，并计算出轧辊锥度。本发明属于非接触、大尺寸、高精度在位测量，有效实现了轧辊磨削中加工尺寸的实时监控，特别是在最后一次进刀时，能提供准确的切削深度值。该装置及测量方法简单、可靠。

Description

一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置及测量 方法

技术领域

本发明属于轧辊磨床技术领域，具体是涉及一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置及测量方法。

背景技术

轧辊是造纸、水泥、钢铁等制造业领域重要的技术装备，在精密磨削其外圆及锥面时容易超差，其锥面为轴承安装面。传统的轧辊磨床上没有配备测量系统，每次进给后，需要人工采用大型千分尺测量被加工轧辊的尺寸，以此决定下一次走刀时的切削深度，这种方法受测量者主观因素影响大，测量精度低，且无法实现轧辊上锥面锥度的准确测量。

公告号为CN2709930的实用新型专利说明书中公开了一种便携式高精度智能辊形测量仪，是在鞍车的测量座上装有圆柱导轨，滑动臂可以在导轨上进行移动。在滑动测量臂与轧辊的对径位置处，前后分别装有测径传感机构和重力锤，以保证仪器重锤端部始终与轧辊表面接触。该仪器可在辊身上沿轴线移动，测量臂上的脉冲测长机构能测出测量臂沿辊轴线方向移动量，同时，测径传感机构上的传感器测出辊径的变化量。但该测量装置多点接触待测轧辊，存在可能划伤轧辊表面的缺点；其测量臂体非竖直状态、测量臂与导轨滑架间隙等均会导致实际得测量值并非轧辊直径值，造成误差。

国外的非接触式轧辊测量系统有日本三菱重工开发研制的超声波轧辊测距仪。其原理是沿轧辊轴向排列多个超声波测距仪，利用测量辊面与传感器之间的距离来反映辊型。为使辊面与传感器之间的介质均一化，提高检测精度，常采用喷水的方式。该超声波检测轧辊辊型的测量方法不受周围光及电磁干扰，其工作间隙大，对恶劣环境具有一定的适应能力。但是，其测量精度有限，且受到声速、水中气泡以及水流量等因素的干扰较大，抗干扰能力较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置及测量方法，以避免接触测量可能造成对轧辊表面的损伤、增加测量抗干扰能力，提高测量精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，包括轧辊磨床、直线导轨、工作台和测量弓，所述直线导轨固定于砂轮架表面；

所述轧辊磨床表面固定有Y轴导轨，并滑动安装有砂轮滑块，所述砂轮滑块表面固定有X轴导轨，砂轮滑块表面滑动安装有砂轮架，所述砂轮架端面活动安装有砂轮；

所述轧辊磨床表面竖直固定有支撑台，两个相对设置的支撑台之间通过轧辊磨床主轴固定有待测轧辊工件；

所述直线导轨表面竖直固定有方形支撑台，所述方形支撑台表面贯穿安装有丝杆，所述丝杆一端通过联轴器与步进电机连接；

所述直线导轨表面滑动安装有工作台，所述工作台一表面固定有滑块，所述滑块与直线导轨滑动连接，另一表面固定有铰链；

所述测量弓周侧外表面竖直固定有定位销，所述定位销与铰链铰接连接；

所述测量弓周侧内表面开有支撑孔，端面固定有传感器。

进一步地，所述砂轮滑块与Y轴导轨滑动连接，所述砂轮架侧表面与X轴导轨滑动连接。

进一步地，所述直线导轨表面相对设置有两个方形支撑台。

进一步地，所述直线导轨包括支撑板和竖直固定于支撑板表面的两条平行导轨。

进一步地，所述传感器为激光位移传感器，测量弓相对两端面固定有两个传感器。

进一步地，一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、用长度为n的标准杆对两只传感器之间的距离进行标定，获得两只激光位移传感器之间的距离标定值L为：L＝a+n+b，a和b分别为两只传感器针对标准杆杆端的测量值；

S2、用传感器对待测轧辊进行检测，获得两只传感器针对待测轧辊的直径位置测量值分别为a1和b1，计算待测轧辊的直径D为：D＝L-a1-b1；

S3、将砂轮架沿Y轴导轨移动，并记录位移量X，分别记录两只传感器在砂轮架两端点位置处针对待测轧辊的检测直径D1、D2，并计算锥度C为C＝(D1-D2)/X。

进一步地，针对待测轧辊的被测断面，将砂轮架沿X轴导轨移动，确定两只传感器的测量值的最小值，即为a1和b1。

进一步地，所述位移量根据步进电机输入脉冲数、丝杆螺距值得到。

本发明的有益效果：

1、本发明相比接触式辊形仪，实现了无标尺、非接触测量，避免接触测量可能造成对轧辊表面的损伤；

2、本发明中测量系统的主体结构可折叠收起，巧妙利用机床上有限的空间进行安装，不干涉和影响机床的正常切削；

3、本发明采用基于三角法的激光位移传感，成对配置，差动测量，基本消除了工件偏心、台架变形及其它结构、装配误差对测量结果的影响，保证了测量精度；

4、本发明在测量中，其砂轮架带动测量弓径向移动寻找“拐点”，能自动准确识别出轴的直径，完成准确测量；

5、本发明结构简单，成本低，容易安装，操作简单，易于企业实施。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明磨削位俯视图。

图3是本发明安装结构示意图。

图4是本发明校准示意图。

图5是本发明轧辊直径测量原理图。

图6是本发明轧辊锥度测量原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，包括直线导轨1、工作台2和测量弓9，所述直线导轨1固定于砂轮架15表面，如图1、2所示；

需要说明的是，轧辊磨床12表面固定有Y轴导轨，并滑动安装有砂轮滑块19，所述砂轮滑块19表面固定有X轴导轨，砂轮滑块19表面滑动安装有砂轮架15，砂轮架15端面活动安装有砂轮16，如图3所示；

较优的，所述砂轮滑块19与Y轴导轨滑动连接，所述砂轮架15侧表面与X轴导轨滑动连接；

较优的，所述Y轴导轨与X轴导轨呈竖直分布；

需要说明的是，轧辊磨床12表面竖直固定有支撑台，两个相对设置的支撑台之间通过轧辊磨床主轴13固定有待测轧辊工件14；

所述直线导轨1表面竖直固定有方形支撑台18，所述方形支撑台18表面贯穿安装有丝杆5，丝杆5一端通过联轴器6与步进电机7连接；

具体的，所述直线导轨1表面相对设置有两个方形支撑台18；

具体的，所述直线导轨1包括支撑板和竖直固定于支撑板表面的两条平行导轨；

需要说明的是，步进电机7通过丝杆5驱动所述移动工作台2沿直线导轨1水平移动；

直线导轨1表面滑动安装有工作台2，工作台2为方形板，所述工作台2一表面固定有滑块4，所述滑块4与直线导轨1滑动连接，另一表面固定有铰链3；

所述测量弓9周侧外表面竖直固定有定位销11，所述定位销11与铰链3铰接连接；

需要说明的是，通过定位销11与铰链3铰接使测量弓9具有两个不同的状态位，分别是测量位和磨削位，所述测量位是在测量状态下，测量弓9的平面平行于待测轧辊工件14的横断面；所述磨削位是在磨削状态下，测量弓9的平面平行于移动工作台2的移动平面；

需要说明的是，述测量弓9连同传感器8可绕铰链3回转90°，在正常磨削过程中，测量弓9折叠收起，磨削加工停止，工件待测时，该测量弓9打开，并用定位销11锁死在测量位置，同时砂轮架15移动，带动测量弓9至待测轧辊工件14表面完成测量；

较优的，所述测量弓9截面为半圆环，表面均布有圆形通孔；

测量弓9周侧内表面开有支撑孔10，端面固定有传感器8；

具体的，所述传感器8为激光位移传感器，测量弓9相对两端面固定有两个传感器8；

需要说明的是，激光位移传感器对待测轧辊工件14形成差动测量，两只激光位移传感器基于三角法原理，采用差动读数进行非接触高精度测量，被测件的安装偏心等误差因素不影响测量结果；

需要说明的是，激光位移传感器可实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强，激光位移传感器按原理可分为激光三角测量法和激光回波分析法，在轧辊磨削现场进行轧辊直径、锥度测量，属于高精度、短距离测量，选用激光三角测量法的激光位移传感器，两只传感器采用差动读数进行非接触高精度测量，被测件的安装偏心、测量弓受力变形等误差因素不影响测量结果；

如图4-6所示，一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量方法，包括如下步骤：

S1、用长度为n的标准杆17对两只传感器8之间的距离进行标定，获得两只激光位移传感器8之间的距离标定值L为：L＝a+n+b，a和b分别为两只传感器8针对标准杆17杆端的测量值；

需要说明的是，直径测量方法为相对测量，测量前需采用标准杆17校准，标准杆17两端面间距离n已知，标准杆17为石英杆，热膨胀系数小，以传感器测量值与标准杆标准值相对比得到轧辊工件直径；

S2、用传感器8对待测轧辊进行检测，获得两只传感器8针对待测轧辊的直径位置测量值分别为a1和b1，计算待测轧辊的直径D为：D＝L-a1-b1；

具体的，针对待测轧辊的被测断面，将砂轮架15沿X轴导轨移动，确定两只传感器8的测量值的最小值，即为a1和b1；

S3、将砂轮架15沿Y轴导轨移动，并记录位移量X，分别记录两只传感器8在砂轮架15两端点位置处针对待测轧辊14的检测直径D1、D2，并计算锥度C为C＝(D1-D2)/X；

具体的，所述位移量根据步进电机7输入脉冲数、丝杆5螺距值得到；

需要说明的是，若加工精度要求高，可在一维精密位移台上增装长光栅进行测量，从而更加准确地获取该移动量；

本实施例的一个具体实施方式包括如下步骤：

测量开始前，安装标准杆17于支撑孔10内，长度为n的标准杆17针对两只传感器8之间的距离进行标定；a为左侧传感器8到标准杆17左侧端面的距离测量值，b为右侧传感器8到标准杆17右侧端面的距离测量值；获得两只传感器8之间的距离标定值L为：L＝a+n+b，校准完毕后取下标准杆17，无需每次测量前都进行校准，实际使用中，只需定期校准即可；

测量时，测量弓9应通过铰链3转至垂直于待测轧辊工件14进行测量；

砂轮架15沿轧辊径向带动测量弓9缓慢移动寻找直径“拐点”，此时，激光位移传感器8连续读取示数a，b，当出现最小值时，计算机存储该读数作为测量数据，则待测轧辊工件14直径记为：D＝L-a1-b1，同时计算机发出提示，操作工人停止砂轮架横向进给；

在进行锥度测量时，测得A位的直径D1后，步进电机7驱动工作台2沿轴向水平移动至B位，获取直径D2，结合步进电机7的输入脉冲、丝杆5的螺距，可获取测量弓9的位移量X，则待测轧辊工件14的锥度记为C：C＝(D1-D2)/X；

测量完成后收起测量弓9平行于砂轮架15放置，并由销栓11锁住，以防机床切削中测量弓松转造成事故。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，包括轧辊磨床(12)，其特征在于，还包括直线导轨(1)、工作台(2)和测量弓(9)，所述直线导轨(1)固定于砂轮架(15)表面；

所述轧辊磨床(12)表面固定有Y轴导轨，并滑动安装有砂轮滑块(19)，所述砂轮滑块(19)表面固定有X轴导轨，砂轮滑块(19)表面滑动安装有砂轮架(15)，所述砂轮架(15)端面活动安装有砂轮(16)；

所述轧辊磨床(12)表面竖直固定有支撑台，两个相对设置的支撑台之间通过轧辊磨床主轴(13)固定有待测轧辊工件(14)；

所述直线导轨(1)表面竖直固定有方形支撑台(18)，所述方形支撑台(18)表面贯穿安装有丝杆(5)，所述丝杆(5)一端通过联轴器(6)与步进电机(7)连接；

所述直线导轨(1)表面滑动安装有工作台(2)，所述工作台(2)一表面固定有滑块(4)，所述滑块(4)与直线导轨(1)滑动连接，另一表面固定有铰链(3)；

所述测量弓(9)周侧外表面竖直固定有定位销(11)，所述定位销(11)与铰链(3)铰接连接；

所述测量弓(9)周侧内表面开有支撑孔(10)，端面固定有传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：所述砂轮滑块(19)与Y轴导轨滑动连接，所述砂轮架(15)侧表面与X轴导轨滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：所述直线导轨(1)表面相对设置有两个方形支撑台(18)。

4.根据权利要求1所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：所述直线导轨(1)包括支撑板和竖直固定于支撑板表面的两条平行导轨。

5.根据权利要求1所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：所述传感器(8)为激光位移传感器，测量弓(9)相对两端面固定有两个传感器(8)。

6.一种根据权利要求1所述的基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、用长度为n的标准杆(17)对两只传感器(8)之间的距离进行标定，获得两只激光位移传感器(8)之间的距离标定值L为：L＝a+n+b，a和b分别为两只传感器(8)针对标准杆(17)杆端的测量值；

S2、用传感器(8)对待测轧辊进行检测，获得两只传感器(8)针对待测轧辊的直径位置测量值分别为a1和b1，计算待测轧辊的直径D为：D＝L-a1-b1；

S3、将砂轮架(15)沿Y轴导轨移动，并记录位移量X，分别记录两只传感器(8)在砂轮架(15)两端点位置处针对待测轧辊(14)的检测直径D1、D2，并计算锥度C为C＝(D1-D2)/X。

7.根据权利要求8所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：针对待测轧辊的被测断面，将砂轮架(15)沿X轴导轨移动，确定两只传感器(8)的测量值的最小值，即为a1和b1。

8.根据权利要求8所述的一种基于轧辊磨床的轧辊直径与锥度在位测量装置，其特征在于：所述位移量X根据步进电机(7)输入脉冲数、丝杆(5)螺距值得到。