熱態(tài)筒節(jié)在線尺寸測量裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種金屬熱加工領域的測量技術，具體是一種用于熱態(tài)(600?1200°C )筒節(jié)的在線尺寸測量裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]石化等行業(yè)的大型壓力容器可由多段圓柱形筒節(jié)焊接而成，其截面是圓環(huán)，壁厚300mm左右，直徑6?7m，最大直徑可達9m。其中每一段圓柱形筒節(jié)都需要通過鍛造或乳制加工達到一定的機械性能和尺寸要求。在筒節(jié)乳機乳制筒節(jié)的過程中，為便于控制筒節(jié)尺寸，減小后續(xù)機加工余量，需要在熱態(tài)筒節(jié)連續(xù)轉動的同時測量筒節(jié)直徑尺寸和長短軸方向。由于乳制過程中的筒節(jié)表面溫度高達800?1200°C，處于高溫紅熱發(fā)光狀態(tài)，操作人員無法接近，也不能近距離安裝傳感器，筒節(jié)一半以上被設備遮擋，因此筒節(jié)尺寸測量一般只能采用激光掃描、接觸式三點測量、投射激光指示線等方法。對筒節(jié)直徑的測量精度要求為±3mm，而當筒節(jié)不圓，即圓周上曲率變化較大時上述方法不能滿足測量精度要求，或無法獲得筒節(jié)長短軸位置，即圓周上出現(xiàn)最大和最小直徑所對應的相位，或無法測量，也不能測出筒節(jié)壁厚尺寸。
[0003]經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN102319842B，公告日2013.6.5，公開了一種大型筒節(jié)乳機外徑輪廓在線測量裝置，包括有激光掃描儀、數據采集卡和計算模塊外徑輪廓顯;^器，在上述激光掃描儀外部設有恒溫機構，該恒溫機構有一個殼體，該殼體上面設有壓縮空氣接口，該殼體下面設有通光孔，該通光孔上設耐高溫玻璃板，殼體內設有激光掃描儀，其鏡頭與通光孔相對，激光掃描儀的數據接口通過網線和數據采集卡相連，數據采集卡通過PCI總線與計算模塊相連。但該技術的測量方式為筒節(jié)局部圓周尺寸信息，僅能反映筒節(jié)截面一段圓弧的平均曲率半徑，當筒節(jié)截面不是圓形時其直徑測量的精度無法滿足要求，并且缺少對筒節(jié)實時狀態(tài)的全方位測量和分析。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種熱態(tài)筒節(jié)在線尺寸測量裝置及其方法，通過高精度振鏡和高溫紅外測溫傳感器測量直徑，攝像機采集所述筒節(jié)的連續(xù)圖像推得轉速，通過激光測距傳感器或測量光幕分別得到筒節(jié)實時精確和大致的壁厚，綜合得到筒節(jié)在乳制過程中的長短軸相位分布圖，精度高，誤差小。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明涉及一種熱態(tài)筒節(jié)在線尺寸測量裝置，包括:數據分析模塊和與之相連的直徑測量系統(tǒng)、壁厚測量系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)，其中:兩個壁厚測量系統(tǒng)分別相對設置于筒節(jié)的兩端，轉速測量系統(tǒng)及直徑測量系統(tǒng)設置于筒節(jié)的一側，數據分析模塊對轉速測量系統(tǒng)連續(xù)采集的筒節(jié)圖像進行特征點的位置變化率計算得到筒節(jié)轉速、根據直徑測量系統(tǒng)測得的實時溫度數據和轉角數據計算得到筒節(jié)直徑和頂部位置、根據壁厚測量系統(tǒng)測得的實時光路總長或遮擋光路數計算得到筒節(jié)壁厚。
[0007]所述的直徑測量系統(tǒng)包括:高精度振鏡和高溫紅外測溫傳感器，其中:高溫紅外測溫傳感器位于高精度振鏡的下方，測量高精度振鏡反射的紅外光的溫度。
[0008]所述的兩個壁厚測量系統(tǒng)平行對稱設置于所述筒節(jié)的兩端，并且壁厚測量系統(tǒng)的頂部高度大于所述筒節(jié)端面的頂部高度，該壁厚測量系統(tǒng)包括:光幕機構和位于光幕機構下方的測距機構。
[0009]所述的光幕機構包括:水冷套和兩個測量光幕，其中:測量光幕位于水冷套內，并且兩個測量光幕安裝高度不同。
[0010]所述的測距機構的高度低于所述筒節(jié)的端面頂部，并高于端面底部，該測距機構包括:激光測距傳感器、隔熱罩、直線驅動單元、水冷套筒、吹塵器和反射鏡，其中:激光測距傳感器和直線驅動單元位于隔熱罩內，反射鏡位于水冷套筒內；激光測距傳感器位于直線驅動單元的一端，水冷套筒套接在直線驅動單元的另一端；吹塵器位于反射鏡的出射光路上，并且吹塵器的一端位于水冷套筒內，另一端與外界空氣相接觸。
[0011]本發(fā)明涉及上述在線尺寸測量裝置的測量方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1、筒節(jié)在轉動乳制過程中，截面形狀逐漸變圓，壁厚變薄，直徑增大；已知筒節(jié)的中心線到高精度振鏡的距離，以及高精度振鏡與底輥的垂直距離。
[0013]步驟2、通過調整直徑測量系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)的水平指向(測量方向)，調整筒節(jié)截面測量位置，結合數據分析模塊在同一時刻采集到的高精度振鏡的轉角數據、高溫紅外測溫傳感器的溫度數據、通過轉速測量系統(tǒng)采集到的圖像、通過測距機構采集到的光路總長或通過光幕機構采集到的遮擋光路數，計算得到每一時刻的筒節(jié)直徑、壁厚和轉速，得到筒節(jié)在指定截面圓周上的長短軸相位分布圖。
[0014]所述的直徑測量是指:熱態(tài)筒節(jié)的頂部邊緣發(fā)出的紅外光入射于不斷作高速偏轉振動的高精度振鏡，出射于高溫紅外測溫傳感器，高溫紅外測溫傳感器將測得的筒節(jié)邊緣或背景的溫度數據傳輸至數據分析模塊，數據分析模塊同時采集高精度振鏡當前時刻對應的轉角數據；轉角數據與溫度數據一一對應，捕捉溫度突變點對應的轉角，該轉角對應于高精度振鏡在掃描過程中捕捉到的筒節(jié)的頂部邊緣與背景的分界點，根據已知的筒節(jié)的中心線到高精度振鏡的距離，以及高精度振鏡與底輥的垂直距離，可得到筒節(jié)的頂部到底輥的距離，即筒節(jié)的直徑。
[0015]所述的溫度突變點的捕捉是指:當熱態(tài)筒節(jié)的頂部邊緣落入高溫紅外測溫傳感器的測量區(qū)域的部分的高度與測量區(qū)域直徑的比值大于閾值時，高溫紅外傳感器測得的溫度即為溫度突變點，從而將筒節(jié)的頂部邊緣同低溫的背景區(qū)分開。
[0016]所述的壁厚測量可通過測距機構測量或光幕機構測量，測距機構用于精確、間歇的測量，光幕機構用于乳制前期和中期的連續(xù)測量。
[0017]所述的測距機構測量是指:筒節(jié)兩端的激光測距傳感器的激光經反射鏡反射后投射于筒節(jié)對應一側的內壁，得到光路實際測量值，結合直徑測量系統(tǒng)測得的筒節(jié)對應一側的頂部位置和標準筒節(jié)的壁厚，計算得到筒節(jié)的壁厚。
[0018]所述的光幕機構測量是指:筒節(jié)兩端的測量光幕的發(fā)送端和接收端組成垂直于筒節(jié)兩端截面的光線陣列，根據筒節(jié)發(fā)出的紅外光在光線陣列中遮擋的光路數推算筒節(jié)的壁厚。
[0019]所述的轉速測量是指:筒節(jié)表面的氧化皮或凸凹點等可以作為圖像上的特征點，調整攝像機的圖像采集位置并采集筒節(jié)的連續(xù)圖像，通過分析處理特征點的位置變化，計算得到筒節(jié)的轉速和轉動方向。
技術效果
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明符合待測尺寸兩端平行測量的原則，可實時測量熱態(tài)筒節(jié)的尺寸，誤差小，滿足測量需求，且能得到所測直徑的具體位置，為乳制的精細化提供準確信息。
【附圖說明】
[0021]圖1為在線尺寸測量裝置左視圖；
[0022]圖2為在線尺寸測量裝置主視圖；
[0023]圖3為在線尺寸測量裝置俯視圖；
[0024]圖中:(a)為乳機部分，(b)為操作室部分；
[0025]圖4為在線尺寸測量裝置頂部測量示意圖；
[0026]圖5為筒節(jié)壁厚測量示意圖；
[0027]圖中:(a)為左側部分，(b)為右側部分；
[0028]圖6為實施例筒節(jié)的長短軸相位分布圖；
[0029]圖中:I為高溫紅外測溫傳感器，2為高精度振鏡，3為攝像機，4為電動旋轉臺，5為可調支架，6為操作室，7為操作室玻璃，8為測量光幕，9為水冷套，10為測距機構，11為筒節(jié)，12為內輥，13為底輥，14為支撐輥，15為數據分析模塊，16為機架，17為測量區(qū)域，18為隔熱罩，19為直線驅動單元，20為水冷套筒，21為吹塵器，22為激光測距傳感器，23為水冷接口，24為壓縮空氣接口，25為反射鏡。
【具體實施方式】
[0030]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0031]如圖1、圖2和圖3所示，本實施例包括:筒節(jié)11、電動旋轉臺4、可調支架5、數據分析模塊15、乳制系統(tǒng)、直徑測量系統(tǒng)、壁厚測量系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)，其中:可調支架5固定設置于電動旋轉臺4上，直徑測量系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)設置于可調支架5上，數據分析模塊15分別與直徑測量系統(tǒng)、壁厚測量系統(tǒng)和轉速測量系統(tǒng)相連；電動旋轉臺4位于操作室6內，壁厚測量系統(tǒng)平行對稱設置于筒節(jié)11的兩端，并且壁厚測量系統(tǒng)的頂部高于筒節(jié)11端面的頂部；壁厚測量系統(tǒng)位于乳制系統(tǒng)的兩側，筒節(jié)11位于乳制系統(tǒng)上方進行乳制。
[0032]所述的乳制系統(tǒng)包括:機架16、內輥12、底輥13和兩個支撐輥14，其中:內輥12和底輥13分別位于筒節(jié)11的內外兩側，兩個支撐輥14位于底輥13的兩側，機架16對稱設置于底輥13的兩端，并與底輥13垂直。
[0033]所述的直徑測量系統(tǒng)包括:高精度振鏡2和高溫紅外測溫傳感器1，其中:高溫紅外測溫傳感器I位于高精度振鏡2的下方，測量高精度振鏡2反射的紅外光的溫度并傳輸至數據分析模塊15。
[0034]所述的高精度振鏡2為壓電偏轉鏡或高速高精度激光掃描振鏡，可在小角度范圍內作高速擺動。
[0035]所述的壁厚測量系統(tǒng)包括:光幕機構和位于光幕機構下方的測距機構10。
[0036]所述的測距機構10設置于機架16的上方，測距機構10的高度低于筒節(jié)11的端面頂部，并高于端面底部。
[0037]所述的光幕機構包括:水冷套9和兩個測量光幕8，其中:測量光幕8位于水冷套內，并且兩個測量光幕8上下交錯設置。
[0038]所述的兩個測量光幕8的高度差為測量光幕8光軸間距的1/2。
[0039]如圖5所示，所述的測距機構10包括:激光測距傳感器22、隔熱罩18、直線驅動單元19、水冷套筒20、吹塵器21和反射鏡25，其中:激光測距傳感器22和直線驅動單元19位于隔熱罩18內，反射鏡25位于水冷套筒20內；激光測距傳感器2