CN202903195U - 船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锻造领域，具体地说就是一种船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统。该分度定位精度在线监测系统设置在锻拐与定位拐之间，系统具有带分光棱镜的激光发射器、磁性底座、激光投影线显示靶、高清摄像头、计算机（装有图形识别程序、角度测量程序及数显界面）。本实用新型用于大型船用全纤维曲轴弯曲镦锻成形过程中，实时采集、测量并显示曲拐端面的分度基准线线与水平方向夹角。本实用新型采用激光作为角度传递媒介，实现在锻造过程中，对锻件某一几何精度尺寸在线精确测量，并将测得值数显在计算机屏幕上，方便操作人员读取。该监测系统的发明与应用，可为弯曲镦锻工艺分度偏差的修正提供依据。

Description

船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统

技术领域

本实用新型属于锻造领域，具体地说就是一种船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，它适用于大型船用全纤维曲轴弯曲镦锻过程，可对曲轴在锻拐与定位拐之间分度进行实时在线监测，为弯曲镦锻工艺分度偏差的修正提供依据。

背景技术

大型船用发动机功率一般在1600kW以上，曲轴作为其最重要的零件，单根长度大于3m，重量超过1吨，价值约占整机的10～15%左右。由于曲轴质量直接影响到发动机运行的可靠性，因此对曲轴锻件的强度、韧性、疲劳强度均有很高要求。在这种情况下，一些中高速机均采用力学性能较优的全纤维曲轴。目前，我国已成为世界第一造船大国，拥有发动机从零部件到整机的生产能力，但大型全纤维曲轴的质量与国际先进水平仍存在较大差距，主要体现在锻件外部加工余量大、内部组织性能差。加工余量大不仅直接造成材料浪费和后续机加工时长，而且影响到锻件热处理的淬透深度，降低成品力学性能。这导致国内主机厂倾向使用进口产品，这不仅限制了我国曲轴制造企业的发展，甚至威胁到国家经济安全。因此，减小其加工余量实现弯曲镦锻的近终成形势在必行。对于大型船用全纤维曲轴，多拐间的分度精度决定了曲臂轮廓方向的加工余量，分度精度越低所需加工余量越大，如果要减少曲臂轮廓方向的加工余量，就必须提高曲拐间的分度定位精度。在传统工艺中，分度精度都是靠模具固定定位拐连杆的方式实现的，而大型多拐曲轴的几何形状非常复杂，要想将带有已锻拐的曲轴坯料顺利吊装到模具型槽中去，定位模具与定位拐之间就不可能做得严丝合缝，这样曲轴坯料在吊装后分度定位就需要进行调整，并且在成形过程中，在锻拐与已锻拐间的分度也会发生微小变化，也需要加以监控。在传统工艺中，上述曲轴分度调整完全靠目测及经验来进行操作，而弯曲镦锻过程中的分度变化预测更是无从谈起，如此一来，其分度精度如何可想而知。因此，在提高分度定位精度的迫切需求下，船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统应运而生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，该系统测量准确、操作便捷，能够实现对曲轴在锻拐与定位拐之间的分度进行实时监测，进而为分度偏差修正提供依据。

本实用新型的技术方案是:

一种船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，该系统设有带有分光棱镜的激光发射器、激光投影线显示靶、高清摄像头、计算机、磁性底座，具体结构如下：

带有分光棱镜的激光发射器安装在磁性底座上，带有分光棱镜的激光发射器、高清摄像头与激光投影线显示靶相对设置，带有分光棱镜的激光发射器通过磁性底座固定在多拐曲轴的端面上，并且带有分光棱镜的激光发射器射出的投影线与刻画在多拐曲轴端面的分度基准线共面，高清摄像头的输出端连接计算机。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，激光投影线显示靶安装在可升降的显示靶支撑架上，显示靶支撑架底部设置滚轮Ⅰ，激光投影线显示靶随显示靶支撑架升降和移动；高清摄像头安装在折叠式的摄像头支架上，摄像头支架与显示靶支撑架连接，摄像头支架底部设置滚轮Ⅱ，激光投影线显示靶和高清摄像头同步升降和移动。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，经过分光棱镜散射的激光投影线投影显示在激光投影线显示靶上，并与激光投影线显示靶的靶面上的水平基准线成一夹角。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，激光投影线显示靶的重心与显示靶支撑架的上端销接，激光投影线显示靶通过显示靶支撑架立于地面，靶面可绕其重心在显示靶支撑架上自由转动，靶面下部装有显示靶配重，使靶面上的水平基准线始终保持水平。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，激光投影线显示靶上激光投影线与水平基准线相交的图像通过高清摄像头，实时采集传输给计算机。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，计算机上装有图形识别程序、角度测量程序及数显界面，通过图形识别程序及角度计算程序，激光投影线显示靶上的激光投影线与水平基准线的夹角数值显示在计算机的屏幕上。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，带有分光棱镜的激光发射器发射出激光束，该激光束经分光棱镜散射后，投影在激光投影线显示靶上成一条直线。

所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，该分度定位精度在线监测系统设置在曲轴坯料送入弯曲镦锻压力机一侧5米范围内。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型设计了一种船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，采用该系统可对船用全纤维曲轴多拐分度定位精度进行实时在线监测，能够很好地为传统工艺的分度偏差修正提供依据，该系统采用激光作为角度传递媒介，操作便捷，测量准确度高，打破了传统工艺中靠目测及经验判断曲轴分度定位准确性的桎梏，为大幅提高全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度打下坚实基础。

附图说明

图1(a)-(b)为多拐曲轴的轴向视图，指示出带有分光棱镜的激光发射器的安装位置，其中：

图1(a)为多拐曲轴端面分度基准线，该线根据锻件成品设计图，按照锻后曲拐夹中心线的方向预先刻画在多拐曲轴一侧端面。

图1(b)为带有分光棱镜的激光发射器安装位置示意图，其中带有分光棱镜的激光发射器发射的激光束经过分光棱镜散射后形成一个光面，投影到平面上为一条直线，带有分光棱镜的激光发射器与一磁性底座固连，且光面与磁性底座上的指示线共面。磁性底座通过磁力吸附在多拐曲轴端面，与此同时保证指示线与上述分度基准线共线重合。

图2(a)为带有分光棱镜的激光发射器和激光投影线显示靶的布置位置示意图。

图2(b)为可升降且可移动的激光投影线显示靶及安装在折叠摄像头支架上的高清摄像头示意图。

图3为激光投影线显示靶正视图，其中靶面上有一条水平基准线，靶面中心与移动支架铰链可自由转动，与该线垂直方向装有显示靶配重，通过重力作用可使水平基准线保持水平。

图中，1－分度基准线；2－带有分光棱镜的激光发射器；3－激光投影线指示线；4－高清摄像头；5－激光投影线显示靶；6－显示靶配重；7－显示靶支撑架；8－摄像头支架；9－水平基准线；10－多拐曲轴；11－磁性底座；12－滚轮Ⅰ；13－滚轮Ⅱ；14－曲轴端面；15－定位拐。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本实用新型。

如图1-图3所示，本实用新型船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，主要包括：带有分光棱镜的激光发射器2（分光棱镜镶嵌在激光发射器内部，与之成为一体）、激光投影线显示靶5、高清摄像头4、计算机（装有图形识别程序、角度测量程序及数显界面）、磁性底座11等，具体结构如下：

带有分光棱镜的激光发射器2安装在磁性底座11上，带有分光棱镜的激光发射器2、高清摄像头4与激光投影线显示靶5相对设置。带有分光棱镜的激光发射器2的作用在于发射出激光束，该激光束经分光棱镜散射后，投影在激光投影线显示靶5上成一条直线。磁性底座11的作用在于，将带有分光棱镜的激光发射器2通过磁性底座11固定在多拐曲轴10的曲轴端面14上，并确保带有分光棱镜的激光发射器2射出的投影线与刻画在多拐曲轴10的曲轴端面14的分度基准线1共面，高清摄像头4的输出端连接计算机。

如图2(b)所示，激光投影线显示靶5安装在可升降的显示靶支撑架7上，显示靶支撑架7底部设置滚轮Ⅰ12，激光投影线显示靶5可随显示靶支撑架7升降和移动。高清摄像头4安装在折叠式的摄像头支架8上，摄像头支架8与显示靶支撑架7连接，摄像头支架8底部设置滚轮Ⅱ13，激光投影线显示靶5和高清摄像头4同步升降和移动。

所述激光投影线显示靶5的作用在于，将经过分光棱镜散射的激光投影线投影显示在其上，并与激光投影线显示靶5的靶面上的水平基准线9成一夹角。激光投影线显示靶5的重心与显示靶支撑架7的上端销接，激光投影线显示靶5通过显示靶支撑架7立于地面，靶面可绕其重心在显示靶支撑架7上转动，靶面下部装有显示靶配重6，可使靶面上的水平基准线9始终保持水平。

高清摄像头4的作用在于，将激光投影线显示靶5上激光投影线与水平基准线9相交的图像实时采集传输给计算机。

所述计算机的作用在于通过图形识别程序及角度计算程序，将激光投影线显示靶5上的激光投影线与水平基准线9的夹角数值显示在屏幕上，虽然在弯曲镦锻过程中多拐曲轴10坯料发生远离靶面的轴向移动，但该夹角值仍可真实反映在锻曲拐与定位曲拐之间的分度关系，实现曲拐分度定位精度的在线监测。

如图1-图3所示，船用全纤维曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统的使用方法，该分度定位精度在线监测系统设置在曲轴坯料送入弯曲镦锻压力机一侧5米范围内。具体步骤如下：

1）预先在多拐曲轴10一侧端面，画出与多拐曲轴10分度一致的分度基准线1，如图1(a)所示。

2）将装有带有分光棱镜的激光发射器2的磁性底座11吸附在多拐曲轴10的曲轴端面14，并确保磁性底座11上的激光投影线指示线3与多拐曲轴10的曲轴端面14上的分度基准线1共线，如图1(b)所示。

3）将激光投影线显示靶5距曲轴端面2-5米距离摆放，并尽量使激光投影线显示靶5的靶面与多拐曲轴10的曲轴端面14平行，如图2(a)所示。

4）开启带有分光棱镜的激光发射器2，激光束经过分光棱镜散射后以一条直线（激光投影线）形式投射在激光投影线显示靶5上，且通过测定该直线与水平方向的夹角，即可确定多拐曲轴10当前的分度位置。

5）激光投影线显示靶5上有红色水平基准线9，该基准线可以通过激光投影线显示靶5上的重力和显示靶配重6的作用保持水平，如图3所示。

6）高清摄像头4将激光投影线显示靶5上激光投影线与水平基准线9相交的图像实时采集传输给计算机，计算机通过图形识别程序及角度计算程序将激光投影线显示靶5上的激光投影线与水平基准线9的夹角数值显示在屏幕上，虽然在弯曲镦锻过程中曲轴坯料发生垂直并远离靶面的轴向移动，但该夹角值仍可真实反映在锻曲拐与定位曲拐之间的分度关系，实现曲拐分度定位精度的在线监测。

7）操作人员可以通过计算机显示的监测数值，修正吊装及弯曲镦锻过程中产生的分度偏差。

实施例

本实施例应用在某厂某型号大型全纤维曲轴产品弯曲镦锻生产现场。坯料材质为42CrMo4钢，重3.5吨，坯料参与变形部位加热温至1180℃，弯曲镦锻过程在6000吨TR法专用压力机上进行。整个系统布置如图2(a)所示，坯料吊装后的定位拐15位置调整，完全参照监测系统显示值进行，使多拐曲拐端面分度基准线与理论上的分度值相同。弯曲镦锻过程中，曲轴由于变形力不均匀引起的分度偏差最大为2°，相比以往生产中出现过的6°分度偏差，有了很大提高。

实施例结果表明，本实用新型采用激光作为角度传递媒介，实现在锻造过程中，对锻件某一几何精度尺寸在线精确测量，并将测得值数显在计算机屏幕上，方便操作人员读取。该监测系统的发明与应用，可为弯曲镦锻工艺分度偏差的修正提供依据。

Claims (7)

1.一种船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，该系统设有带有分光棱镜的激光发射器、激光投影线显示靶、高清摄像头、计算机、磁性底座，具体结构如下：

带有分光棱镜的激光发射器安装在磁性底座上，带有分光棱镜的激光发射器、高清摄像头与激光投影线显示靶相对设置，带有分光棱镜的激光发射器通过磁性底座固定在多拐曲轴的端面上，并且带有分光棱镜的激光发射器射出的投影线与刻画在多拐曲轴端面的分度基准线共面，高清摄像头的输出端连接计算机。

2.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，激光投影线显示靶安装在可升降的显示靶支撑架上，显示靶支撑架底部设置滚轮Ⅰ，激光投影线显示靶随显示靶支撑架升降和移动；高清摄像头安装在折叠式的摄像头支架上，摄像头支架与显示靶支撑架连接，摄像头支架底部设置滚轮Ⅱ，激光投影线显示靶和高清摄像头同步升降和移动。

3.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，经过分光棱镜散射的激光投影线投影显示在激光投影线显示靶上，并与激光投影线显示靶的靶面上的水平基准线成一夹角。

4.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，激光投影线显示靶的重心与显示靶支撑架的上端销接，激光投影线显示靶通过显示靶支撑架立于地面，靶面可绕其重心在显示靶支撑架上自由转动，靶面下部装有显示靶配重，使靶面上的水平基准线始终保持水平。

5.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，激光投影线显示靶上激光投影线与水平基准线相交的图像通过高清摄像头，实时采集传输给计算机。

6.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，带有分光棱镜的激光发射器发射出激光束，该激光束经分光棱镜散射后，投影在激光投影线显示靶上成一条直线。

7.按照权利要求1所述的船用曲轴弯曲镦锻的分度定位精度在线监测系统，其特征在于，该分度定位精度在线监测系统设置在曲轴坯料送入弯曲镦锻压力机一侧5米范围内。

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