[发明专利]高速强力随形荒磨机床砂轮直径在线测量方法

说明书

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，主要涉及一种应用于冶金行业粗加工设备中的高速强力随形荒磨机床砂轮直径在线测量方法。 

背景技术

重型高速强力随形荒磨机床是冶金行业的一种粗加工设备，其磨削控制的优化建立在各运行参数能够实时获取的基础上，其中尤以磨削砂轮直径的测量为关键。荒磨机工作环境恶劣，在高速磨削时产生的高温高线速的磨削金属颗粒四处进射，使得砂轮直径的直接测量非常困难。使用激光传感器间接测量是一种方案，但砂轮外圆在磨削时呈高温红热状态，普通激光器将测点打在砂轮上会发生返回信号时有时无甚至无法收到的情况。将激光测点定位于工件(轧辊铸坯)表面，利用工件、砂轮直径关联模型间接计算得到砂轮直径是一种替代方法，技术难点是由于在磨削中辊坯直径发生变化，激光测点无法保证通过圆心，需要建立精密的几何定位关系使之能正确地变换到工件、砂轮直径关联模型参数。另外，工件表面粗糙不平，其旋转时导致激光传感器测量值相应地波动，同时由于砂轮与工件直接接触，磨削过程中产生强烈震动，支撑悬臂的液压活塞也随之上下波动，测量系统也要考虑减小此类干扰。 

发明内容

本发明的目的是在重型高速强力随形荒磨机床运行时，实时测量并计算磨削砂轮的直径，为后续优化磨削控制、降低砂轮损耗提供实时数据支持。 

本发明的技术方案是利用高精度位移测量激光传感器，在建立工件、砂轮直径关联模型的基础上，在大振动背景下用简单测量方法获取高精度的砂轮直径数据。包括设备安装及通信、工件与砂轮直径关联模型、误差处理。 

该方法具体包括以下步骤： 

(1)硬件配置及安装：在荒磨机支撑臂下面安装位移测量激光传感器，使用水平仪将激光传感器调平，并使激光传感器光路垂直于台车行进方向，同时在水平方向使其光路位于砂轮所在铅垂面之同台车运动方向一侧并尽量靠近砂轮铅垂面。，垂直方向上将激光传感器固定于地面台基； 

(2)测量参数： 

H——悬臂转轴中心至支撑滚轮圆心的垂直距离， 

X——激光传感器至轧辊辊坯中心的水平距离， 

M——液压推杆底端转轴至轧辊辊坯中心的水平距离， 

N——支撑滚轮圆心至液压推杆底端转轴的垂直距离， 

Y₀——液压推杆活塞完全缩回时推杆两端转轴间距， 

h——支撑滚轮中心至激光传感器测点的垂直高度， 

a——激光传感器至较近支撑滚轮表面的水平距离， 

b——轧辊辊坯中心至支撑滚轮中心的水平距离， 

r——支撑滚轮的半径， 

α——悬臂与悬臂轴心-推杆顶轴连线的夹角， 

c——悬臂转轴中心至液压推杆顶端转轴中心的距离， 

d——液压推杆底端支撑轴中心至悬臂转轴中心的距离， 

l——悬臂转轴中心至砂轮中心的距离； 

(3)数据通信：激光传感器通过RS232串口与上位机连接通信，上位机运行数据采集程序实时接收数据并保存；开启激光测距仪进行调试，确认激光测点有效；试测辊坯直径，与手动测量值比较，得到偏置量δ； 

(4)计算轧辊直径：通过公式 计算辊坯的理论直径，其中： 

A＝4(h²-r²) 

B＝4r[h²+b²-r²-(a+b+r-s)²] 

C＝-[(a+b+r-s)²+r²+h²-b²]²-4h²(b²-r²) 

式中，h为支撑滚轮中心至激光传感器测点的垂直高度，Φ为轧辊辊坯直径，R为轧辊辊坯半径，a为激光传感器至较近支撑滚轮表面的水平距离，b为轧辊辊坯中心至支撑滚轮中心的水平距离，r为支撑滚轮的半径，s为激光传感器至轧辊辊坯表面测点的距离，即激光传感器的实时测量值； 

(5)计算砂轮直径：当满足砂轮启动旋转、砂轮与辊坯正压接触、辊坯旋转、辊坯轴向进给这4个条件时，才进行砂轮直径的更新计算。任何一个条件不满足的情况下，则保持前次计算值； 

通过公式 得砂轮直径的理论值，其中：