[发明专利]一种利用光学影像和显示网格测量热态自由锻件尺寸的装置

说明书

本发明公开了一种在锻造设备工作状态下测量锻件尺寸的装置，主要用于快速测量和估算锻件锻造过程中法兰轴、台阶轴、块体等自由锻件尺寸。其原理是通过在光学相机或摄像机镜头前加装滤镜，并根据锻件温度自动调整曝光量，从而获得清晰的锻件影像并传入显示屏。显示屏上有坐标网格与锻件影像叠加，该坐标网格尺寸可表示锻件实际尺寸；光学相机可通过算法测量出锻件实际尺寸。在显示屏上，可根据网格数值直接估算锻件尺寸；也可直接测量锻件边缘线或实体两点间尺寸。利用本方法可方便、快捷地测量、估算1300℃以下的自由锻件尺寸，对提升生产效率，安全生产具有重要意义。

技术领域

本发明涉及锻造过程中对热锻件尺寸的测量，以及根据测量结果控制压机进行自动化锻造，适用的技术领域为自由锻造领域。

背景技术

自由锻造是利用压力机的冲击力或压力使金属在上、下砧面间各个方向不受任何限制自由变形，而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。一般采用液压机或快锻机针对铸造钢锭进行，将钢锭锻造成轴、块体、盘柱体等，在锻造过程中需不断测量和估算锻件尺寸，以保证锻件变形过程既有合适的锻造比，又不致使锻件产生裂纹或影响内在性能。目前，自由锻压力机砧座间锻件变形部位的形状和尺寸，一般都是人工使用大卡钳或者量杆靠近锻件测量，自由锻件锻造时温度在几百度到1300度之间，温度高时，锻件红亮；温度低时，锻件暗黑。由于锻件亮度变化大，周围温度高，热辐射严重，人工测量尺寸，观察和接近锻件都困难，不能全面测量、测量数据不够准确、误差大、且不能够边锻造边测量，同时也有较大不安全性等问题。操作人员往往依据自己经验估算尺寸和形状，比如长轴直线度、法兰盘倾斜度等，造成不同操作者、不同班次生产的产品质量不同。

目前为解决上述测量锻件尺寸问题的现有技术方案及存在的缺陷如下：

1)在压力机滑块上安装滑块位移行程传感器，根据行程传感器的数值反推出锻件变形后尺寸，这种间接测量因为锻造时机身、滑块、模具都会变形，锻造完成后变形件反弹，所以测量结果误差太大，远远不能满足生产需求。另外，这种方法只能间接测量锻件厚度。

2)也有采用激光测量锻件长度方向尺寸，即用移动的激光线扫过锻件，获得其长度尺寸。由于扫描和数据处理需要较多时间，且移动激光线需要长的导轨，无法满足操作和测量同时进行的要求，且激光受热锻件亮度、热辐射等因素影响，可靠性不高。

3)采用双目光学镜头测量，激光网格辅助测量方法，可以获得锻件三维尺寸，但由于锻件在锻造过程中随时变形，温度、亮度也不断变化，这种方法一是测量速度慢，二是激光受锻件温度、热辐射影响，难以保证测量准确性。

本发明通过拍摄获得锻造过程中的锻件清晰影像及尺寸，实时将其变化影像通过显示器显示在锻造机组操作人员面前，操作者可以通过显示屏上的锻件图像与坐标网格叠加，清楚地观察锻件局部状态及通过网格测量尺寸，实现了测量尺寸和锻打操作同时进行的生产过程，使测量的锻件尺寸精度大大提高，这不仅提高了生产效率，还给操作工提供安全生产保障，对大型自由锻件的高效生产具有重大指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够让自由锻造设备操作者直观、快速、准确、安全地观察锻件并获得锻造过程中锻件尺寸的装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

利用照相机或摄像机，在其镜头前加装滤镜并自动调整曝光，获得1300℃度(或更高温度)以下热态自由锻件清晰图像，根据该清晰图像，借助下文所述的显示屏上的网格，可以快速估算锻件外形尺寸，判断锻件直线度、垂直度；或结合光学测量方法及相关算法获得锻件二维或三维尺寸的方法。