三輥連軋管機(jī)架軋輥孔型的在線測量與校正

王善寶，吳 紅，陳志剛，趙春生，張 浩，袁 琴，趙 波，解德剛

（1. 鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧 鞍山 114021；3. 西馬克工程（中國）有限公司，上海 201108）

與二輥連軋工藝相比，三輥連軋工藝因其孔型輥速差更小、孔型封閉性更好等特點(diǎn)，相對軋制變形過程更加均勻穩(wěn)定，對應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品壁厚精度更高［1-4］。影響最終在線軋制孔型的因素較多，包括連軋牌坊中心線的精度、機(jī)架孔型車削精度、裝配精度、殼體自身剛性和磨損變形情況等，是一個復(fù)雜的、多因素的影響過程。陳勇等［5］介紹了連軋牌坊中心線的光學(xué)對中方法和機(jī)架離線裝配采用孔型站校驗的方法，徐福昌等［6］介紹了一種PQF 連軋管機(jī)軋制中心線的激光檢測和校正方法。上述措施均為通過間接手段測量和保證軋管機(jī)機(jī)架在線孔型精度，而實際機(jī)架上線后真實孔型情況的測量和反饋尚無直接測量手段。鞍鋼股份有限公司2019 年與德國SMS Meer 公司合作，引進(jìn)了在線攝像機(jī)孔型測量分析系統(tǒng)CaliView，用以分析連軋軋制機(jī)架在線的實際孔型精度和替代原有光學(xué)牌坊中心線測量方法，提高孔型控制精度，提高對中作業(yè)效率［7-11］。

1 在線攝像機(jī)孔型測量分析系統(tǒng)

1.1 測量原理

CaliView 是由孔型攝像機(jī)、牌坊參考點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架、背光源、便攜控制和數(shù)值診斷系統(tǒng)組成。測量時，先將背光源放置于軋管機(jī)出口側(cè)，孔型攝像機(jī)放置于牌坊入口側(cè)（一般放置于齒條滑軌上），調(diào)整孔型攝像機(jī)位置，與牌坊上第1 機(jī)架和第5 機(jī)架上的參考點(diǎn)圓環(huán)同心。將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架依次推入各機(jī)架牌坊內(nèi)，即可測得各機(jī)架牌坊中心較軋制中心線的偏移，根據(jù)所測結(jié)果進(jìn)行牌坊滑軌和定位塊的調(diào)整，使得孔型中心與軋制中心一致，即可完成軋制中心線的測量和校正。軋管機(jī)機(jī)架孔型中心與此類似，將實際軋制機(jī)架依次推入牌坊內(nèi)并壓到平衡位，即可用攝像機(jī)測得實際孔型數(shù)據(jù)和較軋制中心線的偏差值，給后續(xù)調(diào)整提供依據(jù)。

1.2 測量方法

1.2.1 參考點(diǎn)的建立

PQF 原有軋管機(jī)牌坊的基準(zhǔn)分別在牌坊的入口和出口，安裝和拆卸對中支架耗時較長，為此為了方便測量，必須在牌坊內(nèi)部建立準(zhǔn)確的、方便拆卸的參考點(diǎn)，參考點(diǎn)安裝過程如圖1 所示。

圖1 參考點(diǎn)安裝過程

參考點(diǎn)的安裝過程如下：

（1） 安裝確定牌坊中心基準(zhǔn)。首先將兩個標(biāo)準(zhǔn)對中支架分別安裝在原有軋管機(jī)牌坊出入口的基準(zhǔn)座上，兩個支架中心形成一條直線，即為軋管機(jī)牌坊的中心線。

（2） 安裝背光板和攝像機(jī)。在軋管機(jī)入口側(cè)安裝攝像機(jī)，調(diào)整攝像機(jī)位置，使其測量中心與牌坊中心線一致。在牌坊出口側(cè)安裝背光板，作為后續(xù)測量投影的光源來源。

（3） 安裝參考點(diǎn)支架。圖1 所示，在牌坊第1機(jī)架入口和第5 機(jī)架出口分別安裝1 個參考點(diǎn)支架，用于懸掛可拆卸的參考點(diǎn)圓環(huán)。通過調(diào)整參考點(diǎn)支架位置，使參考圓環(huán)中心盡量與牌坊中心線處于同一條直線上，并將支架焊接固定于牌坊上。由于安裝誤差的存在，參考圓環(huán)中心不可能完全與牌坊中心線重合，因此通過攝像機(jī)測量其實際位置及相較軋制中心線的位置偏差值并輸入電腦，后續(xù)使用時系統(tǒng)會自動將偏差值帶入計算，此時參考點(diǎn)即可作為軋制中心線基準(zhǔn)使用。

1.2.2 軋制中心線及孔型的測量校正

CaliView 的測量原理是三點(diǎn)成圓原理，即測量孔型底部三點(diǎn)，計算出實際圓心坐標(biāo)，攝像機(jī)孔型中心點(diǎn)確定原理如圖2 所示。實際生產(chǎn)中由于牌坊內(nèi)已經(jīng)安裝了參考點(diǎn)支架，每次進(jìn)行對中時就不必再在軋管機(jī)牌坊的出、入口安裝原有的對中支架作為基準(zhǔn)，而是直接用攝像機(jī)以參考點(diǎn)為基準(zhǔn)即可。

圖2 攝像機(jī)孔型中心點(diǎn)確定原理示意

（1） 軋制中心線的測量校正。當(dāng)進(jìn)行牌坊對中，將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架逐一推入各機(jī)架牌坊內(nèi)，進(jìn)行鎖緊，攝像機(jī)通過測量標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上的標(biāo)準(zhǔn)圓孔并計算，給出實際測量值和距中心的偏差值，軋制中心線的實際測量值與理論偏差值如圖3 所示。生產(chǎn)人員根據(jù)測量數(shù)值調(diào)整牌坊定位塊和滑軌，使其與軋制中心線盡可能一致，偏差值控制在0.15 mm 以內(nèi)，即完成牌坊對中。

圖3 軋制中心線的實際測量值與理論偏差值示意

（2） 孔型的測量校正。CaliView 還可對實際生產(chǎn)機(jī)架進(jìn)行孔型測量和校正，方法與軋制中心線測量校正類似，將實際生產(chǎn)機(jī)架推入牌坊內(nèi)并鎖緊，攝像機(jī)測量軋輥孔型中槽底部分的一小段弧線，此弧線標(biāo)準(zhǔn)值是按照各架次孔型的理論值預(yù)先輸入到電腦里，攝像機(jī)測量后測量軟件系統(tǒng)計算得出實際孔型中心和孔型直徑以及較理論的偏差值，實際孔型測量值及與理論中心偏差值見表1，給生產(chǎn)人員提供調(diào)整依據(jù)。

表1 實際孔型測量值及與理論中心偏差值mm

2 分析討論

CaliView 較以往其他軋制中心線測量方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 以往的孔型精度保證方法是分散的，機(jī)架的精度靠工具裝配車間保證，牌坊精度靠對中測量保證，兩者實際作用在一起并沒有檢測手段和方法，而CaliView 則可以實現(xiàn)軋制機(jī)架在線的孔型測量，顯示直觀，數(shù)據(jù)精度可達(dá)到0.01 mm，對分析和調(diào)整有指導(dǎo)意義。

（2） 測量方便快捷。由于攝像機(jī)具有廣角的特性，其可觀測區(qū)域變大，且其觀測的是圓環(huán)或孔型投影，不必像光學(xué)對中那樣去校正實心靶心，而且在用參考點(diǎn)和攝像機(jī)確立中心時的容差率增大，對攝像機(jī)的位置、光源的位置要求都不太嚴(yán)格，節(jié)省了標(biāo)定時間。攝像機(jī)理論位置和實際可放置位置如圖4 所示。

圖4 攝像機(jī)理論位置和實際可放置位置示意

（3） 孔型數(shù)值為孔型調(diào)整提供參考。CaliView根據(jù)實測數(shù)值能夠計算分析出孔型的偏差，步進(jìn)顯示三輥連軋管機(jī)自身孔型偏差值，顯示其相對軋制中心的偏移值。生產(chǎn)人員據(jù)此可進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高孔型精度。

（4） 可對精度劣化提出預(yù)警。由于CaliView測量方便快捷，可利用換輥和日常檢修時間對軋管機(jī)機(jī)架和牌坊進(jìn)行測量校對，同時能夠在較短的周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常值的機(jī)架架次和軋管機(jī)牌坊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大修周期，有利于機(jī)架和牌坊精度的及時修復(fù)和維護(hù)。

由于連軋軋輥使用周期短，更換頻繁，鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠（簡稱鞍鋼無縫）目前對連軋管機(jī)架的線下裝配和孔型校驗主要依靠孔型站，CaliView 系統(tǒng)雖然在對中測量速度上較傳統(tǒng)對中方法有較大提高，但仍不能滿足實際作業(yè)效率要求，因此鞍鋼無縫主要將其作為連軋軋制中心線的測量和校正手段，不能代替孔型站作用。

3 結(jié) 語

在線攝像機(jī)孔型測量分析系統(tǒng)CaliView 實現(xiàn)了機(jī)架孔型精度的在線測量和調(diào)整，是在線孔型精度檢測的一大進(jìn)步，精度高（精度為0.01 mm），測量方法快捷，數(shù)據(jù)可直接分析顯示，可作為新型連軋孔型中心線測量校正的手段，提高了軋制中心線檢驗校正的頻次和精度，目前鞍鋼無縫已經(jīng)引進(jìn)這一技術(shù)，為下一步提高產(chǎn)品尺寸精度提供了基礎(chǔ)。