斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法及其检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法及其检测装置，其包括以下步骤，步骤一：使用检测装置获取检测特征点坐标；步骤二：建立斜轧空间坐标系与世界坐标系的关系，确定轧辊截面方程组；步骤三：计算轧辊盒刚性偏移量；步骤四：确定上辊磨损量和下辊磨损量；步骤五：确定轧辊开口度。本发明专利技术建立轧辊的表面方程、投影方程和截面方程计算出了轧辊磨损数据；能够实现轧辊磨损量与开口度的在线检测，检测方法简单、方便，提高斜轧穿孔机辊缝设定精度和毛管成形精度。本发明专利技术的装置针对斜轧穿孔机穿孔过程因受到物理化学因素影响，导致的轧辊磨损问题，提供了一种结构设计合理、安装方便且测量准确的轧辊磨损量与开口度检测装置。装置。装置。

【技术实现步骤摘要】
斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法及其检测装置


[0001]本申请涉及轧辊磨损量检测领域，具体地涉及一种斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法及其检测装置。

技术介绍

[0002]轧辊是斜轧穿孔机中最重要的工作部件，在整个轧制生产中，轧辊持续处于高压、高温、高速工作条件下，工作环境非常恶劣，加之与氧化铁皮、冷却水直接接触，受冷热交替变化剧烈，容易产生热疲劳，加剧轧辊的磨损，甚至导致轧辊表面剥落等异常失效，降低轧辊使用寿命。轧辊的质量和使用寿命直接关系到轧机的生产率、产品的质量及生产成本，轧辊作为轧机的大型消耗部件，更换成本较高，如何提高轧辊的使用寿命，已经成为降低生产成本的一个重要方向。
[0003]在钢管穿孔过程中，轧辊磨损主要集中在与管体直接接触的成形工作区段。轧辊磨损不仅增加了辊耗，而且改变了原始辊型，使辊缝产生变化，进而影响管件壁厚和表面形貌，降低毛管成形精度和成材率，严重制约产品质量的提高。实际生产中，由于缺乏有效的轧辊磨损检测装置，无法及时准确地监测和跟踪轧辊磨损进程，从而出现因轧辊磨损引起的孔型异常偏差，进而导致穿孔成形精度下降，甚至出现穿偏、毛管壁厚不均、表面划痕等质量缺陷。因轧机振动与轧制力冲击等原因，安装辊系的轧辊盒还会产生整体偏移，导致开口度发生变化，实际开口度与设定开口度不一致。随着无缝钢管生产智能化和产品高端化发展，迫切需要开发轧辊磨损量及开口度检测装置，改变辊缝设定与换辊周期完全依赖人工经验的现状。准确高效的测量方法是提高斜轧穿孔机控制水平、改善产品质量和提高生产效率的前提，精准的测量方法能够得到轧辊的准确磨损状态，可以及时对轧制工序做出调整，减少废品的产生，并且测量精度越高，越能保证轧制生产出的钢材表面质量，同时可以大大提高产量、实现自由程序轧制以及延长换辊周期。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术通过检测装置能够实现在线检测轧辊坐标数据，依靠理论建立轧辊的表面方程、投影方程和截面方程进一步分析，排除轧辊偏移产生的干扰，并准确计算出轧辊的磨损详细数据，以及轧辊开口度数值。能够为轧辊辊缝设定提供精准的实际辊型反馈，进而提高无缝钢管穿孔工艺控制水平和成形精度，提升产品质量和成材率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的解决方案为：
[0006]一种斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：使用检测装置获取检测特征点坐标；
[0008]使用检测装置的激光传感器发射激光投射到无缝钢管斜轧穿孔机的轧辊上，光束反射回传感器中的接收器，接收器读取并分析数据；获得轧辊照射位置的检测特征点P1和P2，读取上辊检测特征点P1的坐标为下辊检测特征点P2点的坐标为
[0009]步骤2：建立斜轧空间坐标系与世界坐标系的关系，确定轧辊截面方程组；
[0010]步骤21：建立斜轧空间坐标系OXYZ与世界坐标系oxyz两坐标系之间的坐标变换关系；
[0011]斜轧空间坐标系OXYZ通过将世界坐标系oxyz沿oy方向平移距离p，再绕oy轴逆时针旋转α角度，再绕oz轴逆时针旋转β角度而获得；所述斜轧空间坐标系OXYZ与世界坐标系oxyz的转换关系如下式所示：
[0012][0013]式中：X、Y和Z分别表示斜轧空间坐标系的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x、y和z分别表示世界坐标系的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；p表示轧辊的平移距离；α表示轧辊的送进角；β表示轧辊的辗轧角；
[0014]步骤22：建立斜轧空间坐标系OXYZ下的上轧辊表面方程，进一步确定轧辊截面方程；
[0015]在斜轧空间坐标系OXYZ空间下，按照轧辊的结构特征将轧辊分为入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段，分别确定入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段的轧辊表面方程，如下式所示：
[0016][0017]式中：n表示B点横坐标数值；γ1表示入口锥AB段与X轴的夹角；γ2表示均整BC段与X轴的夹角；r表示YOZ截面处的轧辊半径；m表示C点横坐标数值；γ3表示出口锥CD段与X轴的夹角；
[0018]将步骤21确定的坐标变换关系式代入斜轧空间坐标系OXYZ下的轧辊表面方程，得到世界坐标系oxyz下的轧辊表面方程，其一般式如下所示：
[0019]A0x2+B0y2+G0z2+C0xy+H0yz+I0xz+D0x+E0y+J0z+F0＝0；
[0020]式中：A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、H0、I0和J0分别表示轧辊表面方程的第一系数、第二系数、第三系数、第四系数、第五系数、第六系数、第七系数、第八系数、第九系数和第十系数；
[0021]令z＝0得位移传感器所截的轧辊截面方程通式如下所示：
[0022]A0x2+B0y2+C0xy+D0x+E0y+F0＝0；
[0023]步骤23：获取送进角α和辗轧角β，计算上轧辊投影方程组，确定上轧辊截面方程组；
[0024]将γ1、γ2分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得入口锥AB段上轧辊投影方程的系数A1、B1、C1、D1、E1、F1；将γ2分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得均整BC段上轧辊投影方程的系数A2、B2、C2、D2、E2、F2；将γ2、γ3分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得出口锥CD段上轧辊投影方程的系数A3、B3、C3、D3、E3、F3；
[0025]将入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段上轧辊投影方程的系数分别带入步骤22中的上轧辊截面方程通式中，整理确定上轧辊截面方程组如下式所示：
[0026][0027]式中：A1、B1、C1、D1、E1和F1表示入口锥AB段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；A2、B2、C2、D2、E2和F2表示均整BC段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；A3、B3、C3、D3、E3和F3表示出口锥CD段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；
[0028]将步骤2中的送进角和辗轧角调整为
‑
α和
‑
β，重复步骤2能够确定下轧辊截面方程组；
[0029]步骤3：确定轧辊盒偏移量；
[0030]利用激光测距传感器检测机架内表面与轧辊盒间的初始距离为d0，经过一段时间的工作后检测距离变为d1，轧辊盒的偏移度s的获取方法如下式所示：
[0031]s＝d1‑
d0；
[0032]式中：s表示轧辊盒的偏移度；d1表示使用后检测距离；d0表示初始检测距离；
[0033]步骤4：确定上辊磨损量和下辊磨损量；
[0034]将步骤1中确定的特征点横坐标x
i
代入步骤23确定的上、下轧辊截面方程组，所得的结果分别为则上、下轧辊的磨损量的获取方法如下式所示：
[0035][0036]式中：Δy
u
表示轧机上辊磨损量；Δy
d
表示轧机下辊磨损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：使用检测装置获取检测特征点坐标；使用检测装置中的第一激光测距传感器发射激光投射到无缝钢管斜轧穿孔机的轧辊上，光束反射回传感器中的接收器，接收器读取并分析数据；获得轧辊照射位置的检测特征点P1和P2，读取上辊检测特征点P1的坐标为下辊检测特征点P2点的坐标为步骤2：建立斜轧空间坐标系与世界坐标系的关系，确定轧辊截面方程组；步骤21：建立斜轧空间坐标系OXYZ与世界坐标系oxyz两坐标系之间的坐标变换关系；斜轧空间坐标系OXYZ通过将世界坐标系oxyz沿oy方向平移距离p，再绕oy轴逆时针旋转α角度，再绕oz轴逆时针旋转β角度而获得；所述斜轧空间坐标系OXYZ与世界坐标系oxyz的转换关系如下式所示：式中：X、Y和Z分别表示斜轧空间坐标系的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；x、y和z分别表示世界坐标系的横坐标、纵坐标和竖直方向坐标；p表示轧辊的平移距离；α表示轧辊的送进角；β表示轧辊的辗轧角；步骤22：建立斜轧空间坐标系OXYZ下的上轧辊表面方程，进一步确定轧辊截面方程；在斜轧空间坐标系OXYZ空间下，按照轧辊的结构特征将轧辊分为入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段，分别确定入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段的轧辊表面方程，如下式所示：式中：n表示B点横坐标数值；γ1表示入口锥AB段与X轴的夹角；γ2表示均整BC段与X轴的夹角；r表示YOZ截面处的轧辊半径；m表示C点横坐标数值；γ3表示出口锥CD段与X轴的夹角；将步骤21确定的坐标变换关系式代入斜轧空间坐标系OXYZ下的轧辊表面方程，得到世界坐标系oxyz下的轧辊表面方程，其一般式如下所示：A0x2+B0y2+G0z2+C0xy+H0yz+I0xz+D0x+E0y+J0z+F0＝0；式中：A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、H0、I0和J0分别表示轧辊表面方程的第一系数、第二系数、第三系数、第四系数、第五系数、第六系数、第七系数、第八系数、第九系数和第十系数；令z＝0得位移传感器所截的轧辊截面方程通式如下所示：A0x2+B0y2+C0xy+D0x+E0y+F0＝0；步骤23：获取送进角α和辗轧角β，计算上轧辊投影方程组，确定上轧辊截面方程组；将γ1、γ2分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得入口锥AB段上轧辊投影方程的系数A1、B1、C1、D1、E1、F1；将γ2分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得均整BC段上轧辊投影方程的系数A2、B2、C2、D2、E2、F2；将γ2、γ3分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得出口锥CD段上轧辊投影方程的系数A3、B3、C3、D3、E3、F3；
将入口锥AB段、均整BC段和出口锥CD段上轧辊投影方程的系数分别带入步骤22中的上轧辊截面方程通式中，整理确定上轧辊截面方程组如下式所示：式中：A1、B1、C1、D1、E1和F1表示入口锥AB段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；A2、B2、C2、D2、E2和F2表示均整BC段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；A3、B3、C3、D3、E3和F3表示出口锥CD段轧辊截面方程的第一、第二、第三、第四、第五和第六系数；将步骤2中的送进角和辗轧角调整为
‑
α和
‑
β，重复步骤2能够确定下轧辊截面方程组；步骤3：确定轧辊盒偏移量；利用第二激光测距传感器检测机架内表面与轧辊盒间的初始距离为d0，经过一段时间的工作后检测距离变为d1，轧辊盒的偏移度s的获取方法如下式所示：s＝d1‑
d0；式中：s表示轧辊盒的偏移度；d1表示使用后检测距离；d0表示初始检测距离；步骤4：确定上辊磨损量和下辊磨损量；将步骤1中确定的特征点横坐标x
i
代入步骤23确定的上、下轧辊截面方程组，所得的结果分别为则上、下轧辊的磨损量的获取方法如下式所示：式中：Δy
u
表示轧机上辊磨损量；Δy
d
表示轧机下辊磨损量；表示上辊特征点纵坐标；表示下辊特征点纵坐标；表示上辊特征点磨损后坐标；表示下辊特征点磨损后坐标；步骤5：确定轧辊开口度；轧辊开口度k的获取方法如下式所示：式中：k表示轧辊开口度。2.根据权利要求1所述的无缝钢管斜轧穿孔机的轧辊磨损量与开口度检测方法，其特征在于，所述步骤23中的将γ1、γ2分别带入到上轧辊投影方程系数求解方程组，获得入口锥AB段上轧辊投影方程的系数A1、B1、C1、D1、E1、F1，具体为：所述入口锥AB段上轧辊投影方程的系数A1、B1、C1、D1、E1、F1的获取方法如下所示：A1＝cos2α
·
sin2β+sin2α
‑
cos2α
·
cos2β
·
tan2γ1；B1＝cos2β
‑
sin2β
·
tan2γ1；C1＝
‑
2cosα
·
sinβ
·
cosβ
‑
2cosα
·
sinβ
·
cosβ
·
tan2γ1；D1＝
‑
2p cosα
·
sinβ
·
cosβ
‑
2p cosα
·
sinβ
·
cosβ
·
tan2γ1+2n cosα
·
cosβ
·
tan2γ1‑
2r cosα
·
cosβ
·
tanγ1‑
2n cosα
·
cosβ
·
tanγ1·
tanγ2；E1＝2pcos2β
‑
2psin2β
·
tan2γ1+2n sinβ
·
tan2γ1‑
2r sinβ
·
tanγ1‑
2n sinβ
·
tan
γ1·
tanγ2；F1＝p2cos2β
‑
p2sin2β
·
tan2γ1+2np sinβ
·

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华贵，郑加丽，许彪，汪飞雪，臧新良，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：