[發(fā)明專利]大型自由鍛件尺寸在線測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210517061.6
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103411530A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉仁強(qiáng);高峰;趙現(xiàn)朝;吳生富;馬克;金振林;王洪濤;葛浩;何俊;姚忠波;劉林峰;許四海;任暉;張勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國第一重型機(jī)械股份公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02;G01B11/08;G01B11/24;G01B11/27
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 張恒康

1.一種大型自由鍛件尺寸在線測量裝置，本裝置安裝于自由鍛造車間的鍛壓機(jī)、帶夾鉗的操作機(jī)兩側(cè)，所述鍛壓機(jī)包括四根立柱、活動橫梁、鍛錘、走臺和鍛砧，所述操作機(jī)位于所述鍛壓機(jī)一端并沿軌道通過夾鉗向所述鍛壓機(jī)進(jìn)給鍛件，所述自由鍛造車間配有操作室，所述操作室位于所述鍛壓機(jī)一側(cè)并控制所述鍛壓機(jī)和操作機(jī)；其特征在于：本裝置包括兩處支撐鋼架、水平運(yùn)動單元、第一垂直運(yùn)動單元、第二垂直運(yùn)動單元、第三垂直運(yùn)動單元、第四垂直運(yùn)動單元、激光投線法長度測量單元、測溫尋邊法直徑在線測量單元、激光對射測距法直徑在線測量單元、激光對射測距法直徑離線測量單元、激光束投線法直徑目測及預(yù)警單元和操作機(jī)位置測量單元，所述兩處支撐鋼架分別設(shè)于所述操作室兩側(cè)，所述水平運(yùn)動單元架設(shè)于所述兩處支撐鋼架頂端并位于所述操作室上方或前上方，所述第一垂直運(yùn)動單元和第二垂直運(yùn)動單元分別相向設(shè)于所述鍛壓機(jī)兩側(cè)并正對鍛壓機(jī)靠近操作機(jī)側(cè)的立柱和鍛砧之間的空隙，所述第三垂直運(yùn)動單元和第四垂直運(yùn)動單元分別相向設(shè)于所述鍛壓機(jī)和操作機(jī)兩側(cè)并靠近操作機(jī)一側(cè)；

其中，所述激光投線法長度測量單元包括第一安裝箱、第二安裝箱、兩臺激光束投線器和兩臺帶有電動變倍變焦鏡頭的工業(yè)攝像機(jī)，所述兩臺激光束投線器和兩臺帶有電動變倍變焦鏡頭的工業(yè)攝像機(jī)分別設(shè)于所述第一安裝箱和第二安裝箱內(nèi)，所述第一安裝箱和第二安裝箱分別間隔設(shè)于所述水平運(yùn)動單元并沿水平運(yùn)動單元移動，所述兩臺激光束投線器向鍛件表面投射激光線并由工業(yè)攝像機(jī)成像；

所述測溫尋邊法直徑在線測量單元包括第三安裝箱、第四安裝箱、第五安裝箱、第六安裝箱和四個帶電動轉(zhuǎn)臺的高溫紅外測溫傳感器，所述四個帶電動轉(zhuǎn)臺的高溫紅外測溫傳感器分別設(shè)于所述第三安裝箱、第四安裝箱、第五安裝箱和第六安裝箱內(nèi)，所述第三安裝箱和第四安裝箱分別間隔設(shè)于所述第一垂直運(yùn)動單元并沿第一垂直運(yùn)動單元上下運(yùn)動，所述第五安裝箱和第六安裝箱分別間隔設(shè)于所述第三垂直運(yùn)動單元并沿第三垂直運(yùn)動單元上下運(yùn)動，所述設(shè)于第三安裝箱和第四安裝箱內(nèi)的高溫紅外測溫傳感器自動測溫并在線尋找鍛砧和鍛壓機(jī)立柱之間空隙處的鍛件上下邊緣，所述設(shè)于第五安裝箱和第六安裝箱內(nèi)的高溫紅外測溫傳感器斜向自動測溫并在線尋找在鍛砧內(nèi)正在鍛造處的鍛件上下邊緣，所述四個高溫紅外測溫傳感器通過電動轉(zhuǎn)臺調(diào)整水平轉(zhuǎn)角；

所述激光對射測距法直徑在線測量單元包括第三安裝箱、第七安裝箱和兩個帶電動轉(zhuǎn)臺的高溫激光測距傳感器，所述第七安裝箱設(shè)于所述第二垂直運(yùn)動單元并沿第二垂直運(yùn)動單元上下移動，所述兩個帶電動轉(zhuǎn)臺的高溫激光測距傳感器分別設(shè)于所述第三安裝箱和第七安裝箱內(nèi)，所述兩個高溫激光測距傳感器自動對向測量到鍛件的距離并在線測量鍛件直徑，所述兩個高溫激光測距傳感器通過電動轉(zhuǎn)臺調(diào)整水平轉(zhuǎn)角指向鍛件需要測量的截面，獲得該截面位置處的鍛件直徑；

所述激光對射測距法直徑離線測量單元包括第五安裝箱、第八安裝箱和兩個高溫激光測距傳感器，所述第八安裝箱設(shè)于所述第四垂直運(yùn)動單元并沿第四垂直運(yùn)動單元上下移動，所述兩個高溫激光測距傳感器分別設(shè)于所述第五安裝箱和第八安裝箱內(nèi)，所述兩個高溫激光測距傳感器自動對向測量到鍛件的距離并離線測量鍛件直徑；

所述激光束投線法直徑目測及預(yù)警單元包括四臺一字激光束發(fā)射器和四臺帶電動變倍變焦鏡頭的工業(yè)攝像機(jī)，所述四臺一字激光束發(fā)射器和四臺帶電動變倍變焦鏡頭的工業(yè)攝像機(jī)分別設(shè)于所述第三安裝箱、第四安裝箱、第五安裝箱和第六安裝箱內(nèi)，所述四臺一字激光束發(fā)射器分別向鍛件投射激光線,對準(zhǔn)鍛件上下邊緣并由工業(yè)攝像機(jī)成像，或?qū)⒓す饩€移動到最終鍛造的直徑尺寸位置，得到鍛造工藝尺寸預(yù)警線；

所述操作機(jī)位置測量單元包括第九安裝箱和激光測距傳感器，所述第九安裝箱設(shè)于所述操作機(jī)上并隨同操作機(jī)移動，所述激光測距傳感器設(shè)于所述第九安裝箱內(nèi)并實(shí)時檢測操作機(jī)與鍛壓機(jī)之間的距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型自由鍛件尺寸在線測量裝置，其特征在于：所述水平運(yùn)動單元、第一垂直運(yùn)動單元、第二垂直運(yùn)動單元、第三垂直運(yùn)動單元和第四垂直運(yùn)動單元分別包括導(dǎo)軌、電機(jī)編碼器以及依據(jù)電機(jī)編碼器信息驅(qū)動相應(yīng)安裝箱沿導(dǎo)軌運(yùn)動的伺服電機(jī)。

3.一種大型自由鍛件尺寸在線測量的方法，其特征在于：本方法包括激光束投線測量法、測溫尋邊直徑測量法、激光對射直徑測量法、激光對射輪廓測量法，?

所述激光束投線測量法適用于手動測量的情況，其包括以下步驟：

步驟一、采用設(shè)置于垂直運(yùn)動單元的激光束發(fā)射器向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機(jī)夾鉗或天車調(diào)整鍛件至水平位置；

步驟二、采用設(shè)置于垂直運(yùn)動單元或水平運(yùn)動單元的激光束發(fā)射器向鍛件表面投射兩條水平激光束投線或兩條垂直激光束投線，通過控制水平或垂直運(yùn)動單元上相應(yīng)的兩臺安裝箱的移動，并結(jié)合工業(yè)攝像機(jī)獲得的激光束投線在鍛件上放大的局部圖像，人工判斷并操作控制激光束發(fā)射器將兩條激光束投線分別對準(zhǔn)鍛件的直徑或高度的上下邊緣、臺肩或端面邊緣；

步驟三、通過兩臺激光束發(fā)射器安裝箱間距信息計(jì)算兩條激光束投線間的距離，得到鍛件直徑值、高度值或長度值；

所述測溫尋邊直徑測量法適用于沿垂直方向從鍛砧和鍛壓機(jī)立柱間的空隙自動測量鍛件直徑，或沿斜向自動測量鍛件在鍛砧內(nèi)正在鍛壓位置處的直徑，其包括以下步驟：

步驟一、采用設(shè)置于垂直運(yùn)動單元的激光束發(fā)射器向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機(jī)夾鉗或天車調(diào)整鍛件至水平位置；

步驟二、控制設(shè)置于垂直運(yùn)動單元上安裝有高溫紅外測溫傳感器的兩個安裝箱上下移動位置，采集兩臺高溫紅外測溫傳感器對鍛件和背景的測溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)時的相應(yīng)兩個安裝箱的間距信息，計(jì)算得到高溫紅外測溫傳感器位置與溫度的梯度變化關(guān)系，據(jù)此自動搜索并判斷鍛件邊緣，最終將兩個高溫紅外測溫傳感器分別自動對準(zhǔn)鍛件的直徑或高度的上下邊緣；

步驟三、根據(jù)兩個高溫紅外測溫傳感器最終的定位位置，計(jì)算得到兩臺高溫紅外測溫傳感器之間的距離，即鍛件直徑值或高度值；

所述激光對射直徑測量法適用于在線或離線自動測量沿水平方向的鍛件直徑，并且當(dāng)在線測量鍛砧內(nèi)正在鍛造位置處的鍛件直徑時，鍛件被鍛砧遮擋應(yīng)不超過二分之一，其包括以下步驟：

步驟一、通過操作機(jī)夾鉗或天車調(diào)整鍛件軸線相對于相向設(shè)置的兩個高溫激光測距傳感器的連線垂直；

步驟二、控制相向設(shè)置的兩個高溫激光測距傳感器在相應(yīng)垂直運(yùn)動單元上的位置，使安裝有兩個高溫激光測距傳感器的安裝箱在鍛件高度中心位置附近上下移動，采集并記錄兩個高溫激光測距傳感器到鍛件表面的距離數(shù)據(jù)；

?步驟三、對距離數(shù)據(jù)濾波處理并擬合計(jì)算得到兩個高溫激光測距傳感器測得的距離最小值???????????????????????????????????????????????、，若兩個高溫激光測距傳感器的水平初始距離為，是鍛件待測位置處的直徑，、分別是兩個高溫測距傳感器的連線同兩個高溫測距傳感器激光束間的夾角，則，得到鍛件待測位置處的直徑；

所述激光對射輪廓測量法適用于水平截面內(nèi)的鍛件輪廓離線自動測量，其包括以下步驟：

步驟一、通過操作機(jī)夾鉗將鍛件拉出鍛壓機(jī)外，向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機(jī)夾鉗或天車控制鍛件處于水平位置；

步驟二、通過測溫尋邊法直徑在線測量單元測得鍛件中心高度，同時控制相向安裝的設(shè)有高溫紅外測溫傳感器的兩個安裝箱在相應(yīng)垂直運(yùn)動單元上上下運(yùn)動，將兩個高溫激光測距傳感器調(diào)整至與鍛件軸線位于同一水平面內(nèi)；?

步驟三、操作機(jī)夾鉗帶動鍛件單方向移動，采集并記錄兩個高溫激光測距傳感器到鍛件的距離數(shù)據(jù)，并通過操作機(jī)位置測量單元實(shí)時采集操作機(jī)位置數(shù)據(jù)，同兩個高溫激光測距傳感器的測量數(shù)據(jù)一一對應(yīng)；

步驟四、以操作機(jī)位置數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)，以兩個高溫激光測距傳感器測量數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理并擬合后的數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)，繪制在同一幅坐標(biāo)圖中，即得到鍛件在水平截面內(nèi)的輪廓，并同鍛造工藝尺寸圖放在同一張坐標(biāo)圖中對比。