CN113587860B - 一种回转窑轴中心线在线动态检测方法 - Google Patents

一种回转窑轴中心线在线动态检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回转窑轴中心线在线动态检测方法，通过设置激光跟踪仪与反射器，建立科学可靠的三维空间测量体系和测量基准，通过坐标系的变换，能够动态可视化的将回转窑轴中心线的三维信息展示出来，使相关人员能够方便的观看与了解回转窑在运行过程中轴中心线的偏移情况，此测量方法的测量精度高，采取非接触式自动遥测与计算，同时综合考虑了回转窑基础振动等因素对测量精度的影响，更加贴近实际生产，为后续调窑以及回转窑的健康状态监测提供理论依据。

Description

一种回转窑轴中心线在线动态检测方法
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域，特别是涉及一种回转窑轴中心线在线动态检测方法。
背景技术
回转窑不仅是水泥生产过程中的重要设备，更是水泥企业的心脏，回转窑运行状态的正常与否直接影响到整个生产线的运行效率及产品质量。当回转窑运行轴中心线不直时，会使筒体产生周期性弯曲和塑性变形。当回转窑在运行轴中心线偏移过大时，会使得各部位受力不均，各运动部件磨损加剧、寿命缩短，从而引发托轮轴折断、轴瓦温度过高、轴承座振动超标、轮带和托轮工作表面磨损严重等一系列机械故障，甚至引起筒体断裂等重大事故。因此，通过检测回转窑运行轴中心线来掌握回转窑的运行状况便显得尤为重要，当轴中线偏移达到一定的程度时能及时做出科学有效的调整依据，避免带来巨大的经济损失，保证回转窑能够长期安全正常的运行。
目前，常规检测方法分为内部测量法和外部测量法。内部测量法是在停窑静止状态下，直接测量内壁的中心，通过不同测量点得到回转窑的轴中心线，但是此种检测方法得到的结果只是静态下的数据，当回转窑正常运转后，在高温和物料的负荷作用下，窑筒体轴中心线必然发生变化，那么通过静态测量的数据就无法真实反映窑轴中心线在动态运转过程中的情况。外部测量法是通过测量轮带、托轮直径、轮带与筒体间隙等相关尺寸间接计算回转窑运行轴中心线，属于间接测量，各部件测量都有误差，因此总体测量精度不高。如何在回转窑正常运转下，在线对回转窑轴中心线进行高精度科学有效的检测，如发现存在较大偏差，及时通过动态检测分析的数据采取科学有效调整，成了水泥生产企业实现回转窑状态检测与长期安全运维的重要难题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种无需停产，检测精度高的回转窑轴中心线在线动态检测方法，通过设置激光跟踪仪与反射器，建立科学可靠的三维空间测量体系和测量基准，通过坐标系的变换，能够动态可视化的将回转窑轴中心线的三维信息展示出来，使相关人员能够方便的观看与了解回转窑在运行过程中轴中心线的偏移情况，此测量方法的测量精度高；采取非接触式自动遥测与计算，同时综合考虑了回转窑基础振动等因素对测量精度的影响，更加贴近实际生产，为后续调窑以及回转窑的健康状态监测提供理论依据。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种回转窑轴中心线在线动态检测方法，包括以下步骤：
S1、布置反射器与激光跟踪仪：
在回转窑筒体表面顶部母线沿直线方向布置多个反射器，在回转窑窑头与回转窑轴中心线正上方的空间位置布置激光跟踪仪；
以靠近窑头的第一个反射器为初始测量点，取窑头与第i个反射器坐标信息，并经过三角函数关系计算回转窑轴中心线与水平面的夹角
Figure BDA0003201976380000021
夹角
Figure BDA0003201976380000022
的计算公式为：
Figure BDA0003201976380000023
其中，H1为激光跟踪仪与第一反射器在Z轴方向的距离、L1为激光跟踪仪与第一反射器在Y轴方向的距离，i表示第i个反射器的测量点；
S2、建立坐标系：
1)以激光跟踪仪的中心坐标建立三维空间第一坐标系(X，Y，Z)，则中心点为坐标0(0，0，0)，第一坐标系的XOY平面与水平面平行，Z轴方向与回转窑轴中心线垂直；
2)以回转窑筒体表面的初始测量点所在截面圆的圆心建立三维空间第二坐标系(X＇，Y＇，Z＇)，则中心点为坐标O＇(X＇，Y＇，Z＇)，第二坐标系X＇0＇Y＇平面与水平面夹角为
Figure BDA0003201976380000024
Y＇轴方向与轴中心线重合；
3)结合步骤S1所测激光跟踪仪距离初始测量点在Z轴方向距离H1、Y轴方向距离L1与回转窑设计筒体半径R，则第二坐标系中心点O＇相对第一坐标系中心点O在Y轴方向距离为
Figure BDA0003201976380000025
在Z轴方向距离为/>
Figure BDA0003201976380000026
则第二坐标系通过以下公式转换得到；
Figure BDA0003201976380000031
S3、测量点数据采集：通过检测系统控制激光跟踪仪开始或结束对反射器随回转窑转动时的不间断取点测量，并得到多组测量点在第一坐标系中的三维坐标数据；
S4、计算各测量点所在截面圆的圆心坐标：结合步骤S1中各反射器相对于第一个反射器在Z轴方向距离H1、在Y轴方向的距离Li，得到各测量点在第二坐标系中数据{Pij}＝(X＇ij，Y＇ij，Z＇ij)；
S5、计算回转窑轴中心线偏移量：结合步骤S3中各测量点所在截面圆的圆心坐标，将回转窑轴中心线的三维空间动态模型数据与原始设计图纸进行比对，从而得到回转窑在运行过程中回转窑轴中心线的偏移情况，为后续调窑以及回转窑的健康状态监测提供理论依据。
本发明为解决其技术问题所采用的进一步技术方案是：
进一步地说，所述步骤S1中，激光跟踪仪可布置于回转窑周围任何空间位置，反射器可布置于筒体表面任何位置。
进一步地说，所述步骤S2中，反射器通过磁性联接装置固定在回转窑筒体表面上，通过坐标系变化建立动态可视化的回转窑轴中心线的三维空间信息。
进一步地说，所述步骤S3中，激光跟踪仪能动态地跟踪一个在空间中运动的点，并同时确定与记录目标点的实时空间坐标数据信息。
进一步地说，所述步骤S4中，可选取多个点坐标数据拟合求得测点所在截面圆的圆心坐标信息。
本发明的有益效果：
1、相对与传统的回转窑内部测量方法，其不必人工停窑接触检测，能够在线动态非接触检测回转窑的轴中心线偏移情况，省时省力；
2、相对与传统的回转窑外部测量方法，通过激光跟踪仪与反射器，建立科学可靠的测量基准，测量精度高；
3、测量器激光跟踪仪可在回转窑周围任意空间位置放置，测量距离远且范围广，可实现一台激光跟踪仪远距离遥测多个测量点，避免近距离测量与运行的回转窑所产生的强烈振动而造成检测误差叠加与测量结果不准确。
附图说明
图1为本发明整体结构主视图与坐标系建立示意图；
图2为本发明整体结构左视图；
图3为本发明第一坐标系与第二坐标系的中心点空间位置计算示意图；
图4为本发明回转窑筒体截面圆圆心测量与计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种回转窑轴中心线在线动态检测方法，包括以下步骤：
S1、布置反射器2与激光跟踪仪1，如图1和图2所示：
以回转窑三个窑墩基础的横中心线为参考基准，在回转窑筒体3表面顶部母线沿直线方向布置多个反射器，轴中心线与窑墩基础的横中心线所构成的平面与水平面垂直，在回转窑窑头与回转窑轴中心线正上方的空间位置布置激光跟踪仪；
以靠近窑头的第一个反射器为初始测量点，取窑头与第i个反射器坐标信息，并经过三角函数关系计算回转窑轴中心线与水平面的夹角
Figure BDA0003201976380000041
夹角
Figure BDA0003201976380000042
的计算公式为：
Figure BDA0003201976380000043
其中，H1为激光跟踪仪与第一反射器在Z轴方向的距离、L1为激光跟踪仪与第一反射器在Y轴方向的距离，i表示第i个反射器的测量点；
S2、建立坐标系：
1)以激光跟踪仪的中心坐标建立三维空间第一坐标系(X，Y，Z)，则中心点为坐标0(0，0，0)，第一坐标系的XOY平面与水平面平行，Z轴方向与回转窑轴中心线垂直；
2)以回转窑筒体表面的初始测量点(靠近窑头的第一个反射器)所在截面圆的圆心建立三维空间第二坐标系(X＇，Y＇，Z＇)，则中心点为坐标O＇(X＇，Y＇，Z＇)，第二坐标系X＇0＇Y＇平面与水平面夹角为
Figure BDA0003201976380000051
Y＇轴方向与轴中心线重合；
3)结合步骤S1所测激光跟踪仪距离初始测量点在Z轴方向距离H1、Y轴方向距离L1与回转窑设计筒体半径R，如图3所示，则第二坐标系中心点O＇相对第一坐标系中心点O在Y轴方向距离为
Figure BDA0003201976380000052
在Z轴方向距离为/>
Figure BDA0003201976380000053
则第二坐标系通过以下公式转换得到；/>
Figure BDA0003201976380000054
S3、测量点数据采集：通过检测系统控制激光跟踪仪开始或结束对反射器随回转窑转动时的不间断取点测量，并得到多组测量点在第一坐标系中的三维坐标数据；
S4、计算各测量点所在截面圆的圆心坐标：结合步骤S1中各反射器相对于第一个反射器在Z轴方向距离H1、在Y轴方向的距离Li，通过检测系统的数据过滤，除去在Y轴方向各测点之间距离偏差过大点的数据，得到各测量点在第二坐标系中数据{Pij}＝(X＇ij，Y＇ij，Z＇ij，i表示第i个测量点，j表示第j次测量，i与j为大于3的自然数；
S5、计算回转窑轴中心线偏移量：结合步骤S3中各测量点所在截面圆的圆心坐标，将回转窑轴中心线的三维空间动态模型数据与原始设计图纸进行比对，从而得到回转窑在运行过程中回转窑轴中心线的偏移情况，为后续调窑以及回转窑的健康状态监测提供理论依据。
所述步骤S1中，激光跟踪仪可布置于回转窑周围任何空间位置，优选布置于回转窑窑头与轴中线正上方，反射器可布置于筒体表面任何位置，优选在回转窑筒体表面顶部母线沿直线方向布置。
所述步骤S2中，反射器通过磁性联接装置固定在回转窑筒体表面上，通过坐标系变化建立动态可视化的回转窑轴中心线的三维空间信息。
所述步骤S3中，激光跟踪仪能动态地跟踪一个在空间中运动的点，并同时确定与记录目标点的实时空间坐标数据信息。所述步骤S3中，激光跟踪仪跟踪头发出的激光射到回转窑筒体表面的反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标，以此动态地跟踪一个在空间中运动的点，并同时确定与记录目标点的实时空间坐标数据。
所述步骤S4中，可选取多个点坐标数据拟合求得测点所在截面圆的圆心坐标信息。在同一个测量位置至少最优选取三个点坐标拟合出测量点所在截面圆圆心坐标{Pi}＝(X＇i，Y＇i，Z＇i)与测量点所在截面圆的半径R＇i,例如选取三个点坐标，其中一点相对于其余两点在筒体表面沿轴中心线旋转90°，如图4所示，各点间的旋转角度可通过测量间隔时间与回转窑的转速求得。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种回转窑轴中心线在线动态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、布置反射器(2)与激光跟踪仪(1)：
在回转窑筒体(3)表面顶部母线沿直线方向布置多个反射器，在回转窑窑头与回转窑轴中心线正上方的空间位置布置激光跟踪仪；
以靠近窑头的第一个反射器为初始测量点，取窑头与第i个反射器坐标信息，并经过三角函数关系计算回转窑轴中心线与水平面的夹角
Figure FDA0004211768180000011
夹角
Figure FDA0004211768180000012
的计算公式为：
Figure FDA0004211768180000013
其中，H1为激光跟踪仪与第一反射器在Z轴方向的距离、L1为激光跟踪仪与第一反射器在Y轴方向的距离，i表示第i个反射器的测量点；
S2、建立坐标系：
1)以激光跟踪仪的中心坐标建立三维空间第一坐标系(X，Y，Z)，则中心点为坐标0(0，0，0)，第一坐标系的XOY平面与水平面平行，Z轴方向与回转窑轴中心线垂直；
2)以回转窑筒体表面的初始测量点所在截面圆的圆心建立三维空间第二坐标系(X＇，Y＇，Z＇)，则中心点为坐标O＇(X＇，Y＇，Z＇)，第二坐标系X＇0＇Y＇平面与水平面夹角为
Figure FDA0004211768180000014
Y＇轴方向与轴中心线重合；
3)结合步骤S1所测激光跟踪仪距离初始测量点在Z轴方向距离H1、Y轴方向距离L1与回转窑设计筒体半径R，则第二坐标系中心点O＇相对第一坐标系中心点O在Y轴方向距离为
Figure FDA0004211768180000015
在Z轴方向距离为/>
Figure FDA0004211768180000016
则第二坐标系通过以下公式转换得到：
Figure FDA0004211768180000017
S3、测量点数据采集：通过检测系统控制激光跟踪仪开始或结束对反射器随回转窑转动时的不间断取点测量，并得到多组测量点在第一坐标系中的三维坐标数据；
S4、计算各测量点所在截面圆的圆心坐标：结合步骤S1中各反射器相对于第一个反射器在Z轴方向距离H1、在Y轴方向的距离Li，得到各测量点在第二坐标系中数据{Pij}＝(X＇ij，Y＇ij，Z＇ij)；
S5、计算回转窑轴中心线偏移量：结合步骤S3中各测量点所在截面圆的圆心坐标，将回转窑轴中心线的三维空间动态模型数据与原始设计图纸进行比对，从而得到回转窑在运行过程中回转窑轴中心线的偏移情况，为后续调窑以及回转窑的健康状态监测提供理论依据；
所述步骤S4中，选取多个点坐标数据拟合求得测点所在截面圆的圆心坐标信息。
2.根据权利要求1所述的回转窑轴中心线在线动态检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，激光跟踪仪可布置于回转窑周围任何空间位置，反射器可布置于筒体表面任何位置。
3.根据权利要求1所述的回转窑轴中心线在线动态检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，反射器通过磁性联接装置固定在回转窑筒体表面上，通过坐标系变化建立动态可视化的回转窑轴中心线的三维空间信息。
4.根据权利要求1所述的回转窑轴中心线在线动态检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，激光跟踪仪能动态地跟踪一个在空间中运动的点，并同时确定与记录目标点的实时空间坐标数据信息。
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