CN113714308B - 一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，固定架上可拆卸连接有标尺固定架，标尺固定架的两端对称可拆卸连接有标尺组件，每组标尺组件均滑动连接有一组高精度激光位移传感器；固定架上可拆卸连接有编码器组件和红外测温传感器，固定架的一端可拆卸连接有大量程激光位移传感器，固定架对称轴接有若干组车轮组件，若干组车轮组件与轧辊抵接；本发明通过非接触式检测以及和差补偿共同避免了振动，通过大量程激光位移传感器、轴端定位条以及编码器，确定起始位置，确保每次测量的轴向起始位置均相同，提供了重复定位条件；而且测量范围可调，实现轧辊全长辊形检测，并使用红外温度传感器对辊身沿轴向各位置温度进行实时测量，引入辊形温度补偿。

Description

一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪

技术领域

本发明涉及计量设备技术领域，特别是涉及一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪。

背景技术

钢铁是我国国民经济中重要的工程材料，而板带材又在钢铁产品中占据重要地位，板带材质量的最重要衡量标准之一即是板形，最直接决定板形质量的是轧机轧辊的辊形，所以辊形几何尺寸的准确性对板带钢产品的质量生产起着至关重要的作用。目前，国内很多企业仍采用传统的测量仪来获取辊形表面的信息，但该方法测量轧辊辊形表面信息存在诸多问题，例如使用者需要具备较高的使用技能，操作使用不便利，以及接触式马鞍测量仪生产精度要求高等；另外，轧辊辊形在现场测量过程中经常需要带温测量，温度造成材料的膨胀影响了辊形检测的精度。

现有辊形仪多通过百分表接触式测量辊径，精度有限且在使用过程中容易受到振动影响，并且在对同一轧辊重复测量时，缺少沿轴线长度的准确定位，导致测量的重复性差；而且现有辊形仪测量区间无法覆盖轧辊全长，并且默认检测对象为常温状态。所以钢铁行业迫切需要一种便携式高精度轧辊辊形及辊温测量仪，旨在提高钢铁行业轧辊数据测量的便携性与精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，以解决上述现有技术存在的问题，可解决现有辊形仪在多次测量时测量起点不一致；测量区间无法涵盖轧辊全长；测量过程无法引入温度补偿的主要问题；从而提高轧辊辊形现场测量效率及精确度，有效指导磨辊工艺具体参数，进一步改善板形质量并减小轧后浪形，增加企业收益。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：包括固定架，所述固定架上可拆卸连接有标尺固定架，所述标尺固定架的两端对称可拆卸连接有标尺组件，每组所述标尺组件均滑动连接有一组高精度激光位移传感器；所述固定架上可拆卸连接有编码器组件和红外测温传感器，所述固定架的一端可拆卸连接有大量程激光位移传感器，所述固定架对称轴接有若干组车轮组件，若干组所述车轮组件与所述轧辊抵接；使用高精度激光位移传感器替代了百分表机械测量，通过非接触式检测避免了振动并提升了精度，通过大量程激光位移传感器对轧辊一侧的固定结构进行定位，确保每次测量的轴向起始位置均相同，提供了重复定位的条件；而且温度测量范围可调，从而实现轧辊全长辊形检测，并使用红外温度传感器对辊身沿轴向各位置温度进行实时测量，引入辊形温度补偿。

优选的，所述固定架包括与所述轧辊轴线平行的长边框以及固定设置在长边框两端的短边框，所述长边框中部固定设置有横板；所述固定架的中部为水平设置，所述固定架的两侧呈相同角度向下倾斜且对称设置；两固定板之间的间距的与标尺固定架的厚度一致，固定板上的通孔可以为光孔也可以为螺纹孔，通过蝶形螺母和螺栓或者蝶形螺丝和螺母进行固定，不仅便于各部件之间的拆装，而且便于维修和存放，有效地保证了本发明装置的精密性，并提高了装置的便携性。

优选的，所述横板上固定设置有与短边框平行且相互对称的固定板，两组所述固定板上均开设有通孔；所述标尺固定架设置在两组所述固定板之间，所述标尺固定架上开设有与固定板相对应的通孔，所述标尺固定架与所述固定板螺栓连接；凹槽上的通孔与固定板的通孔相对应，二者形状一致，安装时，将标尺固定架放置到两个固定板之间，将标尺固定架和固定板上的通孔对齐，通过螺栓拧紧即可；标尺固定架两端均伸出固定架的外侧，伸出的部分为夹持部分，凹槽宽度与斜置标尺的厚度一致，保证斜置标尺在凹槽中不会发生左右晃动；安装时，将凹槽侧壁上的通孔与斜置标尺的通孔相对应，通过螺栓拧紧即可。

优选的，所述标尺固定架的两端均开设有凹槽，所述标尺组件包括与所述凹槽通过螺栓连接的斜置标尺，所述斜置标尺上滑动连接有滑尺，所述滑尺的下端固定连接有水平标尺，所述水平标尺滑动连接有测量臂，所述测量臂下端固定设置有垂直标尺，所述垂直标尺上滑动设置有传感器固定架，所述高精度激光位移传感器插接在所述传感器固定架内部；标尺固定架的两端是对称分布的，而且水平标尺在测量时，调节刻度后，左右两个水平标尺是水平平行且对称设置的；斜置标尺上设置量程较大的刻度标，垂直标尺、水平标尺和高精度位移传感器会在滑尺的带动下沿着斜置标尺尺身移动，移动到需要的位置时，通过紧固螺钉进行紧固即可，方便快捷。

优选的，所述红外测温传感器与所述编码器组件分别固定连接在所述横板的两侧，且所述红外测温传感器与所述编码器组件位于所述横板与所述短边框之间的通槽中；红外测温传感器通过“L”形的固定铁片固定在横板上,“L”形固定铁片的短边与横板固定，长边用来支撑固定红外测温传感器，以确保红外测温传感器的稳定性，编码器组件通过带有多个螺纹孔的连接板与横板固定连接。

优选的，所述编码器组件包括编码器以及用于固定编码器的编码器安装座，所述编码器安装座螺栓连接有编码器连接件，所述编码器连接件下端一侧与所述编码器固定连接，所述编码器连接件的另一端轴接有测长滚轮；编码器将直线位移转换为电信号，把测长滚轮的转动距离传输电脑，而且测长滚轮还可以为编码器提供有效地支撑作用，进一步提高的编码器在工作中的稳定性，提高了装置的稳定性和测量的精密性。

优选的，所述滑尺、所述垂直标尺和传感器固定架均设置有紧固螺钉，紧固螺钉便于操作者滑动或者固定标尺，简化使用者的操作步骤。

优选的，所述车轮组件包括车轮以及与所述车轮轴接的轮轴，所述轮轴与所述固定架的长边框固定连接，所述车轮两侧固定安装有止推垫圈；车轮和轮轴相配合，有利于测量仪在轧辊表面稳定的运行，进而降低整个固定架和各个测试组件的振动，提高装置运行的稳定性。

优选的，所述固定架的一个短边框上固定设置有把手，另一个所述短边框外侧螺栓连接有轴端定位条，把手便于操作者控制测量仪，而且把手设置在固定架的两侧，也避免了操作者在取放测量仪时误碰各种精密测量件。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明提供的便携式轧辊辊形及辊温测量仪可以对带温度属性的轧辊辊形进行测量，并根据带温测量数据对常温辊形进行预测。有效的解决了现有各类测量仪不具备多段温度检测功能，需要等待轧辊自然冷却后再进行测量的问题，极大的提高了检测效率；

(2)本发明采用高精度非接触式高精度激光位移传感器，并将两传感器相对布置，形成和差补偿，避免了振动影响，提升了检测精度。现有辊形测量仪多采用接触式测量，测量仪器精度有限并且在测量过程中容易受到接触带来的振动影响；

(3)本发明的水平移动标尺，实现了传感器沿轧辊轴向的移动，使得辊形仪可以实现沿轧辊全长的辊形测量，有效的解决了现有辊形仪的测量探头位置固定，无法水平移动，以至于轧辊两端存在一定长度无法测量的问题；

(4)本发明可以通过轴端定位条、编码器和大量程激光位移传感器均可以确定测量的起始位置，确保每次测量的轴向起始位置均相同，提供了重复定位条件；保证了同一轧辊多次测量的可重复性。

(5)本发明装置不仅便于携带，而且对使用者的操作水平要求低，有效的减小了人为误差，提高了装置的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明便携式轧辊辊形及辊温测量仪结构示意图；

图2为本发明便携式轧辊辊形及辊温测量仪另一视角结构示意图；

图3为本发明带轧辊结构示意图；

图4为本发明标尺组件结构示意图；

图5为本发明编码器组件结构示意图；

图6为本发明固定架结构示意图；

图7为本发明车轮组件结构示意图；

图8为本发明数据采集和处理系统示意图；

1、固定架；2、标尺固定架；3、斜置标尺；4、水平标尺；5、垂直标尺；6、传感器固定架；7、高精度激光位移传感器；8、红外测温传感器；9、轴端定位条；10、车轮；11、轮轴；12、固定板；13、编码器组件；14、大量程激光位移传感器；15、滑尺；16、紧固螺钉；17、测量臂；18、编码器；19、测长滚轮；20、轧辊；21、蝶形螺母；22、编码器连接件；23、连接板；24、编码器安装座；25止推垫圈；26、通槽；27、把手；28、横板；29、长边框；30、凹槽；31、短边框。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-8，本发明提供一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，包括固定架1，固定架1上可拆卸连接有标尺固定架2，标尺固定架2的两端对称可拆卸连接有标尺组件，每组标尺组件均滑动连接有一组高精度激光位移传感器7；固定架1上可拆卸连接有编码器组件13和红外测温传感器8，固定架1的一端可拆卸连接有大量程激光位移传感器14，大量程激光位移传感器14用于实时检测测量仪在轧辊20上的运动距离，固定架1对称轴接有若干组车轮组件，若干组车轮组件与轧辊20抵接；使用高精度激光位移传感器7替代了百分表机械测量，通过非接触式检测避免了振动并提升了精度，可以通过大量程激光位移传感器14、编码器和轴端定位条中的任意一种对轧辊20一侧的固定结构进行定位，确保每次测量的轴向起始位置均相同，提供了重复定位的条件；并使用红外温度传感器对辊身沿轴向各位置温度进行实时测量，引入辊形温度补偿；采用和差补偿方式布置非接触传感器对辊形进行检测，提高检测精度并避免了振动和操作过程带来的误差；可对轧辊20两端辊形进行检测。

本申请采用的测量原理为“直径差”测量原理与“和差补偿”测量原理。

便携式轧辊辊形与辊温测量仪所采用的“和差补偿”原理是利用一组传感器(将两组高精度激光位移传感器7分为传感器A和传感器B)分别安装在被测轧辊的同一轴向横截面的对径位置上，这组传感器采集获得很多轧辊直径变化数据，这些数据经WIFI或者Bluetooth传输到智能系统中进行数据处理以达到消除误差的目的。例如当测量仪测量架体出现某个方向的摆动时，其中一个传感器数值如果增加，那么另一个传感器的数值就会减少，该组传感器数据进行加和运算之后就排除了由于测量仪沿着轧辊径向摆动所带来的误差，测量精度由此也可得到大幅度提升。

辊形测量仪将测得的数据传输到专用电脑电器箱中进行数据分析计算获得轧辊辊形直径的测量值，与此同时温度测量传感器也将测得的轧辊表面的温度传输到电器箱中。辊形测量仪专用电脑电器箱可实现人机交互，操作人员通过电器箱调整参数进行电脑箱与测量设备之间的反向信号传输，使得可以人为控制测量仪沿轴向移动，编码器组件和大量程激光位移传感器(脉冲测长传感器)可以实现轴向测量点数的可选择性，而且保证测量仪轴向移动的高精度。

通过辊形与辊温测量仪端部轴端定位条进行轴端定位，使得测量仪从一侧向另一侧测量，测量移动方向为沿辊身从可进行轴端定位侧向另一侧，每隔特定的间距获取一组轧辊辊形与辊温测量数据，通过对单一轧辊进行多次重复测量以消除偶然误差，将所有测得的数据传输到智能设备中就可以得到被测轧辊的实际辊形曲线。

运用直径差测量原理，直径差就是指圆柱体同一截面不同位置所测得的直径之间作差比较变化值，从而推断出圆柱体某一截面的形状，沿轴线多次测量即可获得圆柱体表面形状。大型卡尺测量轧辊辊形的原理就是属于最简单的直径差法。从轧辊辊形形状的定义出发，“直径差法”不符合该定义，因为这样测得的轧辊辊面形状都是所测直径的圆截面，相当于假设被测轧辊轴线的直线度极高，因此在这样的测量方法下，无法测量出轧辊轴线的形状变化。譬如轧辊为等直径弯曲圆截面形状，则使用此测量方法无法测量出其弯曲程度。钢铁生产领域中的轧辊辊身直径一般都比较大，都具有较小的长粗比，轧辊轴线弯曲变形已经通过实践检验证明其时常可以被忽略。

采用直径差法设计的辊形测量仪器具有结构简单、稳定性高、使用简单等特点，因此在本课题便携式轧辊辊形与辊温测量仪的设计中选用“直径差”测量原理。

固定架1包括长边框29以及固定设置在长边框29两端的短边框31，长边框29中部固定设置有横板28；固定架1的中部为水平设置，固定架1的两侧呈相同角度向下倾斜且对称设置；两固定板12之间的间距的与标尺固定架1的厚度一致，固定板12上的通孔可以为光孔也可以为螺纹孔，通过蝶形螺母21和螺栓或者蝶形螺丝和螺母进行固定，不仅便于各部件之间的拆装，而且便于维修和存放，有效地保证了本发明装置的精密性，并提高了装置的便携性；横板28上固定设置有与短边框31平行且相互对称的固定板12，两组固定板12上均开设有通孔；标尺固定架2设置在两组固定板12之间，标尺固定架2上开设有与固定板12相对应的通孔，标尺固定架2与固定板12螺栓连接。标尺固定架2的两端均开设有凹槽30，标尺组件包括与凹槽30通过螺栓连接的斜置标尺3，斜置标尺3上滑动连接有滑尺15，滑尺15的下端固定连接有水平标尺4，水平标尺4滑动连接有测量臂17，测量臂17下端固定设置有垂直标尺5，垂直标尺5上滑动设置有传感器固定架6，高精度激光位移传感器7插接在传感器固定架6内部；标尺固定架2用于连接辊形测量部分，滑尺15、垂直标尺5和传感器固定架6均设置有紧固螺钉16；紧固螺钉16便于操作者滑动或者固定标尺，简化使用者的操作步骤；斜置标尺3与标尺固定架2相连，为检测辊形的高精度激光位移传感器7提供水平与竖直位移；水平标尺4与斜置标尺3相连，为高精度激光位移传感器7提供沿轧辊20轴线方向的运动自由度。垂直标尺5与水平标尺4相连，为高精度激光位移传感器7提供垂直方向的运动自由度。凹槽30上的通孔与固定板12的通孔相对应，二者形状一致，安装时，将标尺固定架2放置到两个固定板12之间，将标尺固定架2和固定板12上的通孔对齐，通过螺栓拧紧即可；标尺固定架2两端的均伸出固定架1的外侧，伸出的部分为夹持部分，凹槽30宽度与斜置标尺3的厚度一致，保证斜置标尺3在凹槽30中不会发生左右晃动；安装时，将凹槽30侧壁上的通孔与斜置标尺3的通孔相对应，通过螺栓拧紧即可；斜置标尺3上设置量程较大的刻度标，垂直标尺5、水平标尺4和高精度位移传感器会在滑尺15的带动下沿着斜置标尺3尺身移动，移动到需要的位置时，通过紧固螺钉16进行紧固即可，方便快捷。

红外测温传感器8与编码器组件13分别固定连接在横板28的两侧，且红外测温传感器8与编码器组件13位于横板28与短边框31之间的通槽26中；红外测温传感器8通过“L”形的固定铁片固定在横板28上，“L”形固定铁片的短边与横板28固定，长边用来支撑固定红外测温传感器8，以确保红外测温传感器8的稳定性，编码器组件13通过带有多个螺纹孔的连接板23与横板28固定连接；红外测温传感器8用于对被测段轧辊20表面温度的实时测量；可实时测量轧辊20各位置温度，将温度与辊形耦合表征。

编码器组件13包括编码器18以及用于固定编码器18的编码器安装座24，编码器安装座24螺栓连接有编码器连接件22，编码器连接件22下端一侧与编码器18固定连接，编码器连接件22的另一端轴接有测长滚轮19；编码器18将直线位移转换为电信号，把测长滚轮19的转动距离传输电脑，而且测长滚轮19还可以为编码器18提供有效地支撑作用，进一步提高的编码器18在工作中的稳定性，提高了装置的稳定性和测量的精密性。

车轮组件包括车轮10以及与车轮10轴接的轮轴11，轮轴11与固定架1的长边框29固定连接，车轮10两侧固定安装有止推垫圈25；车轮10和轮轴11相配合，有利于测量仪在轧辊20表面稳定的运行，进而降低整个固定架1和各个测试组件的振动，提高装置运行的稳定性。

固定架1的一个短边框31上固定设置有把手27，另一个短边框31外侧螺栓连接有轴端定位条9；把手27便于操作者控制测量仪，而且把手27设置在固定架1的两侧，也避免了操作者在取放测量仪时误碰各种精密测量件；轴端定位条9可以有效地为测量仪进行初始位置的定位，当需要多次测量时，便于操作者找到初始位置，避免多次测量出现误差。

工作过程：使用时，使用者手持固定架1将测量仪放置于被测轧辊20表面，然后将轴端定位条9旋转成90°，将其卡在轧辊20的一端面，便于确定测量仪初始位置；首先根据轧辊20的辊径，转动滑尺15上的紧固螺钉16，观察斜置标尺3上的刻度，调节滑尺15在斜置标尺3上的位置，调节好后，将紧固螺钉16进行固定，再通过转动传感器固定架6上的紧固螺钉16，调节高精度激光位移传感器7在垂直标尺5的位置，将垂直标尺5上的刻度与斜置标尺3上的刻度相对应，使一对高精度激光位移传感器7正对于轧辊圆柱母线，然后调节水平标尺4，使高精度激光位移传感器7可以完全覆盖轧辊20一端面，记录水平标尺4的刻度，此时调节标尺组件的工作完成；操作者推动测量仪从轧辊20一端移动到轧辊20另一端移动，在测量仪到达被测轧辊20尽头时，由于此时高精度位移传感器与轧辊20的一端面还有一段距离，所以通过调节水平标尺4使高精度激光位移传感器7可以覆盖轧辊20另一端面，并记录刻度数值；将轧辊20直径输入软件，软件就会自动计算得到的高精度激光位移传感器7的距离，将该距离减去各自检测得到的数据即可得到计入热胀冷缩的轧辊20直径数值；再根据红外温度传感器得到的轧辊20各段的实测温度，通过线性膨胀系数计算得到轧辊20各段热膨胀量，可预测轧辊20在常温下的辊形；该测量仪还设有数据输出与处理系统，可将测量得到的数据上传云端备案，便于企业进行物料管理、跟踪、复检。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：包括固定架(1)，所述固定架(1)上可拆卸连接有标尺固定架(2)，所述标尺固定架(2)的两端对称可拆卸连接有标尺组件，每组所述标尺组件均滑动连接有一组高精度激光位移传感器(7)；所述固定架(1)上可拆卸连接有编码器组件(13)和红外测温传感器(8)，所述固定架(1)的一端可拆卸连接有大量程激光位移传感器(14)，所述固定架(1)上对称轴接有若干组车轮组件，若干组所述车轮组件与轧辊(20)抵接；所述标尺固定架(2)的两端均开设有凹槽(30)，所述标尺组件包括与所述凹槽(30)通过螺栓连接的斜置标尺(3)，所述斜置标尺(3)上滑动连接有滑尺(15)，所述滑尺(15)的下端固定连接有水平标尺(4)，所述水平标尺(4)滑动连接有测量臂(17)，所述测量臂(17)下端固定设置有垂直标尺(5)，所述垂直标尺(5)上滑动设置有传感器固定架(6)，所述高精度激光位移传感器(7)插接在所述传感器固定架(6)内部。

2.根据权利要求1所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述固定架(1)包括与所述轧辊(20)轴线平行的长边框(29)以及固定设置在长边框(29)两端的短边框(31)，两组所述长边框(29)中部固定设置有横板(28)；所述固定架(1)的中部为水平设置，所述固定架(1)的两侧呈相同角度向下倾斜且对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述横板(28)上固定设置有两组与短边框(31)平行且相互对称的固定板(12)，两组所述固定板(12)上均开设有通孔；所述标尺固定架(2)设置在两组所述固定板(12)之间，所述标尺固定架(2)上开设有与固定板(12)相对应的通孔，所述标尺固定架(2)与所述固定板(12)螺栓连接。

4.根据权利要求2所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述红外测温传感器(8)与所述编码器组件(13)分别固定连接在所述横板(28)的两侧，且所述红外测温传感器(8)与所述编码器组件(13)位于所述横板(28)与所述短边框(31)之间的通槽(26)中。

5.根据权利要求1所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述编码器组件(13)包括编码器(18)以及用于固定编码器(18)的编码器安装座(24)，所述编码器安装座(24)螺栓连接有编码器连接件(22)，所述编码器连接件(22)下端一侧与所述编码器(18)固定连接，所述编码器连接件(22)的另一端轴接有测长滚轮(19)。

6.根据权利要求1所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述滑尺(15)、所述垂直标尺(5)和传感器固定架(6)均设置有紧固螺钉(16)。

7.根据权利要求2所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述车轮组件包括车轮(10)以及与所述车轮(10)轴接的轮轴(11)，所述轮轴(11)与所述固定架(1)的长边框(29)转动连接，所述车轮(10)两侧固定安装有止推垫圈(25)。

8.根据权利要求2所述的一种便携式轧辊辊形及辊温测量仪，其特征在于：所述固定架(1)的一个短边框(31)上固定设置有把手(27)，另一个所述短边框(31)外侧螺栓连接有轴端定位条(9)。

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