[發明專利]大型自由鍛件尺寸在線測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201210517061.6
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103411530A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 劉仁強;高峰;趙現朝;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）人: 中國第一重型機械股份公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02;G01B11/08;G01B11/24;G01B11/27
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 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、帶夾鉗的操作機兩側，所述鍛壓機包括四根立柱、活動橫梁、鍛錘、走臺和鍛砧，所述操作機位于所述鍛壓機一端并沿軌道通過夾鉗向所述鍛壓機進給鍛件，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一側并控制所述鍛壓機和操作機；其特征在于：本裝置包括兩處支撐鋼架、水平運動單元、第一垂直運動單元、第二垂直運動單元、第三垂直運動單元、第四垂直運動單元、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警單元和操作機位置測量單元，所述兩處支撐鋼架分別設于所述操作室兩側，所述水平運動單元架設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，所述第一垂直運動單元和第二垂直運動單元分別相向設于所述鍛壓機兩側并正對鍛壓機靠近操作機側的立柱和鍛砧之間的空隙，所述第三垂直運動單元和第四垂直運動單元分別相向設于所述鍛壓機和操作機兩側并靠近操作機一側；

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攝像機，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攝像機分別設于所述第一安裝箱和第二安裝箱內，所述第一安裝箱和第二安裝箱分別間隔設于所述水平運動單元并沿水平運動單元移動，所述兩臺激光束投線器向鍛件表面投射激光線并由工業攝像機成像；

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臺的高溫紅外測溫傳感器，所述四個帶電動轉臺的高溫紅外測溫傳感器分別設于所述第三安裝箱、第四安裝箱、第五安裝箱和第六安裝箱內，所述第三安裝箱和第四安裝箱分別間隔設于所述第一垂直運動單元并沿第一垂直運動單元上下運動，所述第五安裝箱和第六安裝箱分別間隔設于所述第三垂直運動單元并沿第三垂直運動單元上下運動，所述設于第三安裝箱和第四安裝箱內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立柱之間空隙處的鍛件上下邊緣，所述設于第五安裝箱和第六安裝箱內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臺調整水平轉角；

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臺的高溫激光測距傳感器，所述第七安裝箱設于所述第二垂直運動單元并沿第二垂直運動單元上下移動，所述兩個帶電動轉臺的高溫激光測距傳感器分別設于所述第三安裝箱和第七安裝箱內，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臺調整水平轉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，所述第八安裝箱設于所述第四垂直運動單元并沿第四垂直運動單元上下移動，所述兩個高溫激光測距傳感器分別設于所述第五安裝箱和第八安裝箱內，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警單元包括四臺一字激光束發射器和四臺帶電動變倍變焦鏡頭的工業攝像機，所述四臺一字激光束發射器和四臺帶電動變倍變焦鏡頭的工業攝像機分別設于所述第三安裝箱、第四安裝箱、第五安裝箱和第六安裝箱內，所述四臺一字激光束發射器分別向鍛件投射激光線,對準鍛件上下邊緣并由工業攝像機成像，或將激光線移動到最終鍛造的直徑尺寸位置，得到鍛造工藝尺寸預警線；

所述操作機位置測量單元包括第九安裝箱和激光測距傳感器，所述第九安裝箱設于所述操作機上并隨同操作機移動，所述激光測距傳感器設于所述第九安裝箱內并實時檢測操作機與鍛壓機之間的距離。

2.根據權利要求1所述的大型自由鍛件尺寸在線測量裝置，其特征在于：所述水平運動單元、第一垂直運動單元、第二垂直運動單元、第三垂直運動單元和第四垂直運動單元分別包括導軌、電機編碼器以及依據電機編碼器信息驅動相應安裝箱沿導軌運動的伺服電機。

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、采用設置于垂直運動單元的激光束發射器向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機夾鉗或天車調整鍛件至水平位置；

步驟二、采用設置于垂直運動單元或水平運動單元的激光束發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動單元上相應的兩臺安裝箱的移動，并結合工業攝像機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射器將兩條激光束投線分別對準鍛件的直徑或高度的上下邊緣、臺肩或端面邊緣；

步驟三、通過兩臺激光束發射器安裝箱間距信息計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正在鍛壓位置處的直徑，其包括以下步驟：

步驟一、采用設置于垂直運動單元的激光束發射器向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機夾鉗或天車調整鍛件至水平位置；

步驟二、控制設置于垂直運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數據，結合實時的相應兩個安裝箱的間距信息，計算得到高溫紅外測溫傳感器位置與溫度的梯度變化關系，據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鍛件的直徑或高度的上下邊緣；

步驟三、根據兩個高溫紅外測溫傳感器最終的定位位置，計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，并且當在線測量鍛砧內正在鍛造位置處的鍛件直徑時，鍛件被鍛砧遮擋應不超過二分之一，其包括以下步驟：

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

步驟二、控制相向設置的兩個高溫激光測距傳感器在相應垂直運動單元上的位置，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據；

?步驟三、對距離數據濾波處理并擬合計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、通過操作機夾鉗將鍛件拉出鍛壓機外，向鍛件表面投射水平激光束投線，通過操作機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有高溫紅外測溫傳感器的兩個安裝箱在相應垂直運動單元上上下運動，將兩個高溫激光測距傳感器調整至與鍛件軸線位于同一水平面內；?

步驟三、操作機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據，并通過操作機位置測量單元實時采集操作機位置數據，同兩個高溫激光測距傳感器的測量數據一一對應；

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