精密轧辊形状的在线测量装置的制作方法

本发明涉及一种轧辊表面加工设备，特别涉及一种精密轧辊形状的在线测量装置。

背景技术：

轧辊是金属轧制成型的关键工具，轧辊辊型的精确度及高质量的轧辊表面是保证金属轧制产品成型过程中的基本要求。目前，轧辊磨床采用的在线测量方式主要为两点接触式测量装置，然而，两点接触式测量存在以下固有缺点：

1)两点测量无法得到分离出支撑位的回转运动误差后的轧辊辊型误差，从而无法获得真实的轧辊辊型误差，影响后续轧制加工精度；

2)在测量过程中，对于任何含奇数凸角的形状，传统的二点法测量仪所测量的圆度都将是真圆的，无法获取真实的轧辊辊型；

3)接触式测量中的陶瓷测量头会对磨削完成后的高精密轧辊表面造成划伤，无法满足高端客户对高精度轧辊的要求。

技术实现要素：

为了弥补以上不足，本发明提供了一种精密轧辊形状的在线测量装置，该精密轧辊形状的在线测量装置可以实时在线获取轧辊直径及辊形的真实状况，并且不会对磨削高精度轧辊表面造成划伤。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种精密轧辊形状的在线测量装置，包括测量架、测量臂、测量杆、第一驱动装置、第二驱动装置和轧辊磨床的控制系统，所述测量架能够沿轧辊磨床轴向滑动定位于轧辊磨床机架上，第一驱动装置驱动测量架运动，测量臂安装于测量架上，测量臂一端能够远离和靠近轧辊磨床上在线加工的轧辊，第二驱动装置驱动测量臂运动，至少三根测量杆安装于测量臂一端，三根测量杆上分别安装有位移传感器，三根测量杆上的位移传感器分别恰能够分布于在线加工轧辊同一径向切面上三个方向的外侧，且各个位移传感器分别能够感应到其到在线加工的轧辊表面的垂直距离并传信于轧辊磨床的控制系统。

作为本发明的进一步改进，所述第一驱动装置为轧辊磨床的大拖板，测量架固定安装于大拖板上。

作为本发明的进一步改进，所述位移传感器为激光位移传感器。

作为本发明的进一步改进，所述测量臂一端能够远离和靠近轧辊磨床上在线加工的轧辊的结构为：测量臂另一端能够绕与轧辊轴线平行的转轴转动定位于测量架上，第二驱动装置驱动测量臂绕转轴旋转。

作为本发明的进一步改进，所述第二驱动装置为电动推杆或液压缸，其固定端铰接于测量架上，其运动端铰接于测量臂上，电动推杆或液压缸、测量架和测量臂三者之间形成三角形结构。

作为本发明的进一步改进，所述电动推杆或液压缸上设有上、下限位装置，上、下限位装置能够限制电动推杆或液压缸运动端运动的范围。

作为本发明的进一步改进，所述测量杆包括第一、二、三测量杆，其中第一、二测量杆对称分布于第三测量杆两侧，且第一、二测量杆能够相对滑动定位于测量臂一端上，第三测量杆能够沿垂直第一、二测量杆运动方向的方向滑动定位于测量臂一端上，第一、二测量杆上位移传感器的连线恰经过轧辊磨床上在线加工轧辊的轴线，还设有第三、四、五驱动装置，该第三、四、五驱动装置分别驱动第一、二、三测量杆运动。

作为本发明的进一步改进，所述第三、四驱动装置均为直线电机，所述测量臂一端上设有直线导轨，第一、二测量杆分别能够滑动套设于直线导轨上，直线电机分别驱动第一、二测量杆运动，还设有第一直线光栅尺和同步驱动装置，同步驱动装置实现第一、二测量杆同步相向运动，第一直线光栅尺能够测量第一、二测量杆的跨距并传信于轧辊磨床的控制系统，轧辊磨床的控制系统控制直线电机动作，所述第五驱动装置包括伺服电机和滚珠丝杠，所述伺服电机通过滚珠丝杠驱动第三测量杆运动，还设有第二直线光栅尺，第二直线光栅尺能够对第三测量杆的位置进行闭环测量并传信于轧辊机床的控制系统，轧辊磨床的控制系统控制伺服电机动作。

作为本发明的进一步改进，所述测量杆上还设有微调装置，所述各个微调装置分别能够对应调整各根测量杆上位移传感器的位置。

作为本发明的进一步改进，还设有清洁干燥装置，清洁干燥装置包括可调整压缩压力的自动刮水器、与各个位移传感器位置对应的多孔道全方位喷嘴、管路和高压气体压缩站，所述可调整压缩压力的自动刮水器上刮水板能够以设定压力弹性紧抵在轧辊表面上，所述多孔道全方位喷嘴出气方向恰朝向轧辊磨床上在线加工轧辊被位移传感器检测位置的表面，高压气体压缩站通过管路给多孔道全方位喷嘴输送高压气体。

本发明的有益技术效果是：本发明可保证对轧辊磨削过程中对轧辊磨削状态进行实时检测，并通过控制系统实时调整磨削工艺，实现轧辊加工系统的柔性化，同时也可以极大的调高磨削效率，三点式的测量系统可实现误差分离技术EST(Error Separation Technique)，可对轧辊辊型和基准支撑位自身的误差进行分离，可避免了由磨床误差所致的辊子形状误差，保证轧辊磨床的高精度磨削，采用非接触式测量中的激光测量头极大的提高了测量精度和测量效率，同时也不会对磨削完成后的高精密轧辊表面造成划伤，可满足高端用户对轧辊辊面的高质量要求。

附图说明

图1为本发明的测量系统结构的原理图；

图2为本发明的测量系统运动示意图。

具体实施方式

实施例：一种精密轧辊形状的在线测量装置，包括测量架9、测量臂2、测量杆、第一驱动装置10、第二驱动装置1和轧辊磨床的控制系统，所述测量架9能够沿轧辊磨床轴向滑动定位于轧辊磨床机架上，第一驱动装置10驱动测量架9运动，测量臂2安装于测量架9上，测量臂2一端能够远离和靠近轧辊磨床上在线加工的轧辊，第二驱动装置1驱动测量臂2运动，至少三根测量杆安装于测量臂2一端，三根测量杆上分别安装有位移传感器4，三根测量杆上的位移传感器4分别恰能够分布于在线加工轧辊同一径向切面上三个方向的外侧，且各个位移传感器4分别能够感应到其到在线加工的轧辊表面的垂直距离并传信于轧辊磨床的控制系统。

需要测量时，第二驱动装置1驱动测量臂2使其一端靠近轧辊磨床上的轧辊，测量臂2一端上的测量杆恰分布于线加工轧辊同一径向切面上三个方向的外侧，第一驱动装置10驱动测量架9沿轧辊磨床轴向移动，实现轧辊全长上的测量，测量时位移传感器4将采集的数据传输给处理轧辊磨床的控制系统进行运算分析，依据《圆度测量三测点法及其仪器的精度评定》(JB/T 5996-1992)中所述算法进行处理，从而分离出轧辊辊型误差及支撑位误差。进而在磨削过程中，可根据辊子的转动角度和其所在导轨上的位置，砂轮精确地往返移动进行磨削，对轧辊支撑位的误差进行补偿，砂轮的移动由控制系统进行伺服控制，以此实现轧辊磨床的高精度智能控制磨削。

所述第一驱动装置10为轧辊磨床的大拖板，测量架9固定安装于大拖板上，采用伺服电机+滚珠丝杠的方式驱动大拖板沿轧辊轴线方向运动，通过在轧辊磨床的大拖板带动测量架9沿轧辊磨床轴向滑动，可保证测量装置在轧辊全长上完成测量，其充分利用了磨床大拖板的空间，节省能源，还可以单独设置驱动装置，如单独的电机与滚珠丝杠副机构来实现。

所述位移传感器4为激光位移传感器4，所述激光位移传感器4为漫反射型激光传感器，测量精度可达0.2um，激光位移传感器4测量过程中不与轧辊直接接触，避免了测量头测量过程中对轧辊表面的损伤。当轧辊滚动或者大拖板沿轧辊轴线运动时，轧辊辊型的变化将引起激光位移传感器4读数的变化，数据采集系统将实时采集激光位移传感器4的数值，当然除了激光位移传感器4也可以采用其它位移传感器4。

所述测量臂2一端能够远离和靠近轧辊磨床上在线加工的轧辊的结构为：测量臂2另一端能够绕与轧辊轴线平行的转轴转动定位于测量架9上，第二驱动装置1驱动测量臂2绕转轴旋转，通过测量臂2旋转，使其一端沿轧辊径向摆动，测量时其靠近轧辊，测量结束后则远离轧辊，避免与轧辊加工等装置发生干涉，除了通过铰接翻转运动来实现，也可以是测量臂2能够沿轧辊磨床长轧辊径向直线滑动定位于测量架9上，通过驱动装置驱动其直线滑动即可实现其靠近和远离轧辊实现测量和避让，抑或通过垂直轧辊轴线方向的水平转轴实现测量臂2的摆动，来实现测量臂2一端靠近和远离轧辊。

所述第二驱动装置1为电动推杆或液压缸，其固定端铰接于测量架9上，其运动端铰接于测量臂2上，电动推杆或液压缸、测量架9和测量臂2三者之间形成三角形结构，电动推杆或液压缸推动测量臂2绕其回转中心作回转运动，可完成测量头在测量工作位、测量收起位的互换运动。

所述电动推杆或液压缸上设有上、下限位装置，上、下限位装置能够限制电动推杆或液压缸运动端运动的范围，通过上、下限位装置限制电动推杆或液压缸运动端运动范围，进而控制测量臂2摆动幅度，避免撞伤位移传感器4，并保证测量位置的准确，还可以在测量架9上设置一限位挡块，该限位挡块止挡于测量臂2朝向轧辊磨床上在线加工的轧辊一侧表面，实现测量臂2处于测量状态时位置的精确限定。

所述测量杆包括第一、二、三测量杆3、8、5，其中第一、二测量杆3、8对称分布于第三测量杆5两侧，且第一、二测量杆3、8能够相对滑动定位于测量臂2一端上，第三测量杆5能够沿垂直第一、二测量杆3、8运动方向的方向滑动定位于测量臂2一端上，第一、二测量杆3、8上位移传感器4的连线恰经过轧辊磨床上在线加工轧辊的轴线，还设有第三、四、五驱动装置，该第三、四、五驱动装置分别驱动第一、二、三测量杆3、8、5运动，通过第一、二、三测量杆3、8、5的运动可调整位移传感器4距轧辊的表面的距离，使位移传感器4始终处于最佳的测量范围内。

所述第三、四驱动装置均为直线电机，所述测量臂2一端上设有直线导轨，第一、二测量杆3、8分别能够滑动套设于直线导轨上，直线电机分别驱动第一、二测量杆3、8运动，还设有第一直线光栅尺和同步驱动装置，同步驱动装置实现第一、二测量杆3、8同步相向运动(同步张开或闭合)，第一直线光栅尺能够测量第一、二测量杆3、8的跨距并传信于轧辊磨床的控制系统，轧辊磨床的控制系统控制直线电机动作，所述第五驱动装置7包括伺服电机和滚珠丝杠，所述伺服电机通过滚珠丝杠驱动第三测量杆5运动，还设有第二直线光栅尺，第二直线光栅尺能够对第三测量杆5的位置进行闭环测量并传信于轧辊机床的控制系统(通过第二直线光栅尺对第三测量杆5位置进行闭环控制)，轧辊磨床的控制系统控制伺服电机动作。

所述测量杆上还设有微调装置6，所述各个微调装置6分别能够对应调整各根测量杆上位移传感器4的位置，微调装置6实现各个位移传感器4沿三个相互垂直方向进行位置调整，通过微调装置6可消除零件加工误差造成的安装误差，保证三个激光位移传感器4位于轧辊的同一法向平面内，并保证三个激光位移传感器4的发射激光均通过轧辊的轴心线。

还设有清洁干燥装置，清洁干燥装置包括可调整压缩压力的自动刮水器、与各个位移传感器4位置对应的多孔道全方位喷嘴、管路和高压气体压缩站，所述可调整压缩压力的自动刮水器上刮水板能够以设定压力弹性紧抵在轧辊表面上(通过碟簧来实现)，所述多孔道全方位喷嘴出气方向恰朝向轧辊磨床上在线加工轧辊被位移传感器4检测位置的表面，高压气体压缩站通过管路给多孔道全方位喷嘴输送高压气体，自动刮水器将密封性良好刮水板压紧在轧辊上，通过轧辊的旋转将大部分磨削液刮离轧辊测量区域，位移传感器4侧面均安装多孔道全方位喷嘴，保证测量过程中对轧辊表面少数附着的磨削液进行清洁干燥，避免轧辊磨削液及杂质对位移传感器4读数的影响。