CN110340158A - 一种轧机衬板倾斜检测方法及检测工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧机衬板倾斜检测方法及检测工装，涉及冶金设备技术领域，基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系；基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点；将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面；基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向；检测精度更高，为评定衬板磨损量、轧机本体侵蚀程度、衬板装配精度等轧机空间精度问题有重要参考。

Description

一种轧机衬板倾斜检测方法及检测工装

技术领域

本发明涉及冶金设备技术领域，尤其涉及一种轧机衬板倾斜检测方法及检测工装。

背景技术

热轧及部分冷轧产线，其核心工艺为轧机轧制工艺，轧机衬板位或轧机限位面的倾斜状态是评定衬板磨损量、轧机本体侵蚀程度、衬板装配精度等轧机空间精度问题的重要参考量。

目前，现有测量技术只能用简单的尺寸测量仪器测量轧辊两侧衬板的上下间隙大小以判断是否有衬板倾斜，检测精度低。

发明内容

本申请实施例通过提供一种轧机衬板倾斜检测方法，解决了相关技术中对衬板倾斜检测精度低的技术问题。

一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种轧机衬板倾斜检测方法，包括：

基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系；

基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点；

将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面；

基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向。

可选的，在所述获得所述待测衬板的倾斜方向之后，所述方法还包括：根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量，获得所述待测衬板的倾斜值。

可选的，所述根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量，获得所述待测衬板的倾斜值，具体包括：

根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的倾斜值；

根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧制力方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面所述待测衬板所在机架的轧制力方向的倾斜值。

可选的，所述将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面，具体包括：

以最小二乘法将所述样本点拟合，获得待测衬板的平面方程。

可选的，在所述获得待测衬板的平面方程之后，所述方法还包括：

计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量；

判断所述偏移量是否在预设范围内，若否，则删除所述偏移量对应的样本点，并对删除所述偏移量不在预设范围内的样本点后的所述样本点再次进行拟合，获得所述待测衬板的平面方程。

可选的，所述计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量，具体包括：

通过点到平面距离公式，计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量。

可选的，所述采集所述轧机的待测衬板的表面的样本点，具体包括：

在所述待测衬板的表面均匀采集20～40个点位。

另一方面，本申请通过本申请的另一实施例提供一种点接触式平面偏移工装，所述工装用于轧机衬板倾斜检测方法时，配合激光测距，获取样本点和参考点；所述工装包括：用于放置反射装置的凹型槽以及连接在所述凹型槽底部的多点式支架。

可选的，所述多点式支架包括三个阵列分布的支撑脚。

可选的，所述支撑脚的脚尖为楔形结构。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本方法利用精密的激光测距，建立三维坐标系并获取轧机的待测衬板的表面的样本点，实现对轧机衬板几何空间形态的微米级点位检测，并进行逆向建模，拟合获得待测衬板的拟合衬板平面，并通过所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向，由于对衬板精确的拟合，并利用几何的方法精确的进行单个衬板倾斜方向检测，避免了现有技术只能用简单的尺寸测量仪器测量轧辊两侧衬板的上下间隙大小以判断轧辊两侧的是否有衬板倾斜，没法判断单侧衬板的倾斜情况，导致检测精度低；因此，本发明的方法检测精度更高，为评定衬板磨损量、轧机本体侵蚀程度、衬板装配精度等轧机空间精度问题有重要参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种实施例中的轧机衬板倾斜检测方法的流程图；

图2是本发明一种实施例中待测衬板所在的机架与三维坐标系的位置关系图；

图3是本发明一种实施例中的轧机衬板倾斜检测原理示意图；

图4是本发明另一种实施例中的检测工装的结构示意图；

图5是本发明另一种实施例中的检测工装的另一角度的结构示意图；

图6是本发明另一种实施例中的检测工装的正视图；

图中，1、凹型槽，2、多点式支架。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种轧机衬板倾斜检测方法及检测工装，解决了相关技术中对衬板倾斜检测精度低的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种轧机衬板倾斜检测方法，包括：

基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系；基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点；将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面；基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向；所述中心对称面为与轧制方向垂直的所述待测衬板所在机架的镜像面。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例一

本实施例中，一种轧机衬板倾斜检测方法，参见图1，所述方法包括：

S101、基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系；

S102、基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点；

S103、将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面；

S104、基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的沿轧辊轴承方向的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向。

本实施例中，利用激光跟踪仪以及图4～6所示的辅助检测工装进行激光测距，为保证取点精度，应调平激光跟踪仪后进行大地水平测量，以最大程度规避水平矫正时带来的计算误差。设站最先遵守不转站原则，实现对轧机的一站式测量，一般选取轧机沿轧制方向的对称面延伸面上，基础较为稳定的区域进行设站。协作目标选用直角玻璃反射球，为规避局部磨损与颗粒支撑对测量值的影响，配合使用图4～6所示的点接触式平面偏移工装在被测面表面进行取样，每个参考面样本容量不应小于30。通过双球作业等方法，保证整个采样过程应控制在1.5小时以内，以最大程度规避振动等环境因素导致的仪器位置蠕变对检测结果的影响。

需要说明的是，在本发明中，也可以不使用图4～6所示的点接触式平面偏移工装，使用现有的辅助工装，只要能采集平面坐标即可，但使用图4～6所示的点接触式平面偏移工装可规避局部磨损与颗粒支撑对测量值的影响，提高检测的准确性，并提高检测效率。

下面结合图1的步骤以及图2和3的示意图，对本发明的各步骤原理做进一步的解释。

参见图1，首先执行S101，基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系。

具体的，参考点可以为空间的任意点，坐标系也可以是任意旋转，但为了计算的方便，参见图2，本实施例中将参考点选在机架的一侧底部，而建立的三维坐标系中，x，y，z轴分别为沿轧制方向、沿轧辊轴承方向和沿轧制力的方向。

如前所述，利用激光跟踪仪以及图4～6所示的辅助检测工装进行激光测距，获得参考点的坐标，通过标定可准确获得检测工装的偏移量(即测试点距离衬板平面的距离，需要说的是，这里由于检测工装是点触式，其检测点悬空，因此获得的检测点需要做偏移较正，才能获得真实的衬板表面样本点坐标)。激光跟踪仪在该方法中的应用，在配合检测工装，可保证测量精度。

接下来，执行S102，基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点。

具体的，与步骤S101同样的激光测距操作，基于所述三维坐标系，获取待测衬板的表面的样本点的三维坐标。

为了提高检测效率，可在待测衬板的表面均匀间距取样，例如，在所述待测衬板的表面均匀采集20～40个点位。

接下来，执行S103，将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面。

作为一种可选的实施方式，所述将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面，具体包括：

以最小二乘法将所述样本点拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面得平面方程。

具体的，平面方程的一般形式为：

Ax+By+Cz+D＝0(C≠0)，其中，A、B和C表示常数；

或：

z＝a₀x+a₁y+a₂，其中，a₀、a₁、a₂表示常数。

依据单点到平面距离公式及最小二乘法可知，应使得：

最小，i为样本点编号，n为样本点的数量。

则应满足k＝0，1，2，即，

求解线性防方程组，获得常数值，得到最终的平面方程。

作为一种可选的实施方式，为了删除坏点，在所述获得待测衬板的拟合衬板平面得平面方程之后，所述方法还包括：

计算获得每个样本至平面方程的偏移量；

判断所述偏移量是否在预设范围内，若否，则删除所述偏移量对应的样本点，并对删除所述偏移量不在预设范围内的样本点后的所述样本点再次进行拟合，获得平面方程。

具体的，首先，通过点到平面距离公式，计算每个样本至平面方程的偏移量

然后，判断s_i大小，是否在预设范围内，即数值过大或明显超过一般水平的点，例如0-0.3mm。

删除坏点后，重复上述步骤，进行多次操作。

另外，如果s_i数值连续性变大，且最大值较大，应判断衬板平面度较差，查看衬板磨损或锈蚀程度。

接下来，执行S104，基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向；所述中心对称面为与轧制方向垂直的所述待测衬板所在机架的镜像面。

如图2和3所示，假设轧机与大地水平绝对平行，则所述中心对称面垂直于大地水平面，且与轧制方向垂直的所述待测衬板所在机架的镜像面重合。

中心对称面可以根据现有的方法直接获取，具体方法为：利用仪器自身水平，机旁预留基准以及轧机机架地面定位，具体为通过轧机操作侧底面中心位，与机旁轧制基准点连线垂直方向做直线，通过此直线做与大地垂直的平面，即为中心对称面。

但这里并不做中心对称面获取方法的限制，只要能实现获取都可以。

具体的，在中心对称面和拟合衬板平面已知的情况下，可通过衬板不同位置距离中心对称面的距离来判断单个衬板的倾斜方向，举例来说，形容方法为：上大、下大、内大、外大，具体解释如下：

上大：单个衬板面上边缘相对于下边缘距离中心对称面更远，数值单位为mm/m，即衬板由下至上相对中心面每米远离的尺寸大小。

下大：单个衬板面下边缘相对于上边缘距离中心对称面更远，数值单位为mm/m，即衬板由上至下相对中心面每米远离的尺寸大小。

内大：单个衬板面轧机内侧边缘相对于轧机外侧边缘距离中心对称面更远，数值单位为mm/m，即衬板由轧机外侧向轧机内侧相对中心面每米远离的尺寸大小。

外大：单个衬板面轧机外侧边缘相对于轧机内侧边缘距离中心对称面更远，数值单位为mm/m，即衬板由轧机内侧向轧机外侧相对中心面每米远离的尺寸大小。

作为一种可选的实施方式，在获得倾斜方向之后，为了准确的获得倾斜值，在所述获得所述待测衬板的倾斜方向之后，所述方法还包括：根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量，获得所述待测衬板的倾斜值。

具体的，根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的倾斜值；

根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧制力方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面所述待测衬板所在机架的轧制力方向的倾斜值。

具体的，可通过平面方程，获得每个面法线方向，并获得单位法向量；然后，将平面与中心对称面正方向调整至基本指向出口方向，具体实施方法为将单位法向量中x值均变为正值。

计算单个平面单位法向量与中心对称面单位法向量中y分量的差值：

Δy＝y_平面-y_中心

计算单个平面单位法向量与中心对称面单位法向量中z分量的差值：

Δz＝z_平面-z_中心

需要说明的是，如图2所示，一个机架上可能有多个分布于中心对称面两侧的衬板，图2中有16个衬板，中心对称面两侧各8个。

因此，不同平面方向判定原则与计算获得数值关系如下表：

方向	入口操作侧	入口传动侧	出口操作侧	出口传动侧
					上大	Δz＞0	Δz＞0	Δz＜0	Δz＜0
下大	Δz＜0	Δz＜0	Δz＞0	Δz＞0
					内大	Δy＞0	Δy＜0	Δy＜0	Δy＞0
外大	Δy＜0	Δy＞0	Δy＞0	Δy＜0

则，倾斜值大小即为每个面相对应的Δy*1000与Δz*1000，单位mm/m。

下面结合实例对本发明的方法做详细的说明。

以某钢厂热轧产线四辊轧机为例，方法具体实施步骤如下：

1、标定偏移工装：

步骤1：将激光跟踪仪架设距离实验台3m左右位置。

步骤2：激光跟踪仪调平，至电子水平仪示数均为0弧秒，后初始化仪器。

步骤3：选用00级大理石检测台，在平面均匀选择20～40点位。

步骤4：将反射球直接接触检测台，于不同点位获得点位坐标集合A。

步骤5：将反射球吸附于点接触式检测工装上，选择6～10个点位，获得点位坐标样本集合B。

步骤6：通过最小二乘法，将坐标集合A拟合为平面。

步骤7：计算集合B各个点位与平面A距离。

步骤8：计算B集合所有点到平面A距离的平均值，结果即为工装偏移量。

2、衬板检测：

步骤1：根据现场实际工况，选择轧机操作侧中心对称面与水平面交线的延长线，距离轧机最近的水泥路面上架设仪器。

步骤2：仪器调平，至电子水平仪示数均为0弧秒，后初始化仪器。

步骤3：于被测表面均匀分布选择20～40的点位，应避开明显缺陷痕迹和腐蚀部位，进行标记。

步骤4：将反射球吸附于点接触式平面偏移工装上，支脚区域覆盖标记点位。支脚规避腐蚀位和明显缺陷痕迹。

步骤5：获得被测面所有点位样本，记录点位坐标。

步骤6：旋转坐标系，将坐标系零位置于轧机中心，X正向指向轧制方向，Z轴正向竖直向上，XOY平面保持与大地水平面平行。

步骤7：通过最小二乘法将点位样本拟合平面，获得平面方程及平面法线方向。

步骤8：将平面向平面法线法向平移，平移距离为反射球半径与工装标定值之和，偏移方向为入口侧平面移向入口，出口侧平面移向出口。

步骤9：计算被测面方程法线y分量与中心面y分量差值，通过发明内容中倾斜方向判断表格，对应判断衬板倾斜方向。

步骤10：重复步骤3～步骤9，获得轧机16个衬板表面的倾斜值。

3、可建立衬板局部点位凸度二维图观察并删除坏点

步骤1：计算点位坐标集合到所拟合平面的距离及方向。

步骤2：出口点位坐标，y值与偏移方向逆向处理。

步骤3：以点位坐标y坐标为横坐标，z坐标为纵坐标，将点显示在二维坐标系内。

步骤4：每个点位旁标注偏移方向及大小。

步骤5：重复步骤1～步骤3，获得每个平面点位坐标偏移图。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本方法利用精密的激光测距，建立三维坐标系并获取轧机的待测衬板的表面的样本点，实现对轧机衬板几何空间形态的微米级点位检测，并进行逆向建模，拟合获得待测衬板的拟合衬板平面，并通过所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向，由于对衬板精确的拟合，并利用几何的方法精确的进行单个衬板倾斜方向检测，避免了现有技术只能用简单的尺寸测量仪器测量轧辊两侧衬板的上下间隙大小以判断轧辊两侧的是否有衬板倾斜，没法判断单侧衬板的倾斜情况，导致检测精度低；因此，本发明的方法检测精度更高，为评定衬板磨损量、轧机本体侵蚀程度、衬板装配精度等轧机空间精度问题有重要参考。

实施例二

本实施例中，一种点接触式平面偏移工装，参照图4～6，所述装置包括：

用于放置反射装置的凹型槽1以及连接在所述凹型槽底部的多点式支架2。

作为一种可选的实施方式，所述多点式支架包括三个阵列分布的支撑脚。保证稳定性的同时，减少接触面积。

可选的，所述支撑脚的脚尖为楔形结构。进一步减少接触面积，增加稳定性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种轧机衬板倾斜检测方法，其特征在于，包括：

基于激光测距，获取轧机所在三维空间的一个参考点，并以所述参考点为原点，建立三维坐标系；

基于激光测距，在所述三维坐标系中，获取所述轧机的待测衬板的表面的样本点；

将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟舍衬板平面；

基于所述拟合衬板平面与所述待测衬板所在机架的中心对称面的相对位置关系，获得所述待测衬板的倾斜方向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获得所述待测衬板的倾斜方向之后，所述方法还包括：根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量，获得所述待测衬板的倾斜值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量，获得所述待测衬板的倾斜值，具体包括：

根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面沿所述待测衬板所在机架的轧辊轴承方向的倾斜值；

根据所述拟合衬板平面的单位法向量与所述中心对称面的单位法向量中沿所述待测衬板所在机架的轧制力方向的分量的差值，确定所述拟合衬板平面相对于所述中心对称面所述待测衬板所在机架的轧制力方向的倾斜值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述样本点进行拟合，获得待测衬板的拟合衬板平面，具体包括：

以最小二乘法将所述样本点拟合，获得待测衬板的平面方程。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述获得待测衬板的平面方程之后，所述方法还包括：

计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量；

判断所述偏移量是否在预设范围内，若否，则删除所述偏移量对应的样本点，并对删除所述偏移量不在预设范围内的样本点后的所述样本点再次进行拟合，获得所述待测衬板的平面方程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量，具体包括：

通过点到平面距离公式，计算获得每个样本点至所述平面方程的偏移量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述轧机的待测衬板的表面的样本点，具体包括：

在所述待测衬板的表面均匀采集20～40个点位。

8.一种点接触式平面偏移工装，其特征在于，所述工装用于权利要求1～7的任一项所述轧机衬板倾斜检测方法时，配合激光测距，获取样本点和参考点；所述工装包括：用于放置反射装置的凹型槽以及连接在所述凹型槽底部的多点式支架。

9.如权利要求8所述的工装，其特征在于，所述多点式支架包括三个阵列分布的支撑脚。

10.如权利要求9所述的工装，其特征在于，所述支撑脚的脚尖为楔形结构。