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大型锻件铸造过程当中外形尺寸和温度在线检测设备与测量方法

时间:2019-05-07来源:申博太阳城浏览次数:

为了完成在线丈量大型锻件自在铸造历程当中的形状尺寸和温度,我们设想了一种大型锻件铸造历程当中形状尺寸和温度的在线检测装配,可完成锻件外径、长度、台阶轴高度和温度的丈量,经由历程激光扫描仪、绿激光指导装配、看管装配和测温装配的协同事情,真正完成了实时丈量和长途监控的大型锻件自在铸造历程当中形状尺寸和温度的丈量。


国内外丈量要领


大型锻件在航天、石油、化工、船舶、兵工等范畴有着重要的职位。在大型锻件自在铸造历程当中,锻件的形状尺寸是公道决议压下量、锻打力、锻打次数等工艺参数的重要根据之一。大型锻件自在铸造历程当中形状尺寸和温度丈量的研讨,能够进步消费效力和铸造精度,削减锻件加工余量和资料动力消耗,包管锻工事情环境的安全性,关于铸造企业的自动化、智能化生长有着主动的推进作用。


国内外关于大型锻件铸造历程当中形状尺寸的丈量要领有:德国研制的LaCam-Forge体系,激光扫描仪一连扫描锻件外面,对点云数据举行处置惩罚并构建三维模子,动态的反应锻件截面和三维形状尺寸的转变;意大利Tecnogamma公司研制的双二维激光扫描仪丈量体系,在锻件两侧各装置一个激光扫描仪,扫描锻件同一个截面的点云数据信息,经数据处置惩罚后重构锻件的截面,完成锻件外径丈量;上海交通大学徐要刚提出了一种经由历程两自在度的并联机构动员激光测距传感器活动,猎取锻件外面点云信息,经坐标变更处置惩罚竖立三维形状模子,举行锻件的尺寸丈量;燕山大学聂绍珉等人提出了一种基于CCD的大型锻件尺寸丈量的要领,经由历程拍摄取得锻件的灰度散布曲线,根据温度的转变以为灰度曲线突变处即为锻件边沿,经由数据统计软件和数学模子处置惩罚获得丈量效果;大连理工大学王邦国等研制出了一种大型锻件热态多少参数在线丈量的体系,经由历程对光谱选择性图象收罗要领的双目视觉体系和特征投影设备的综合应用,重构锻件的三维形状,进而丈量锻件的形状尺寸信息。


丈量体系


我们经由历程自创国内外关于热态锻件的尺寸丈量要领,研发了一种大型锻件铸造历程当中形状尺寸和温度在线检测设备,连系软件完成锻件种种参数的丈量。经由历程挪动装配转变激光扫描仪、绿激光指导装配、看管装配和测温装配的地位,能够完成锻件长度偏向上恣意地位截面外径尺寸、外径表面、台阶轴高度尺寸和实时温度的检测。绿激光指导装配示知丈量者以后丈量的地位,激光扫描装配用来猎取点云数据信息,看管装配能够完成在控制室对全部丈量历程的长途看管,彩色CCD基于比色测温道理丈量实时温度。因为激光轻易遭到温度的影响,而大型锻件铸造历程当中的温度局限一样平常为:850~1200℃,因而应用保护罩对激光扫描装配、绿激光指导装配和看管装配采取了保护步伐。丈量体系如图1所示。

图1丈量体系示意图


激光扫描仪根据事情道理能够分为相位激光扫描仪和脉冲激光扫描仪两类,本文提到的装配接纳了德国SICK公司的脉冲激光扫描仪,其丈量道理是基于遨游飞翔时候法,取激光光束发射到吸收之间时候的一半,乘以光传播速率便可获得间隔信息。连系软件算法经由历程坐标转换、滤波润滑、点云数据拟合等步伐完成锻件尺寸丈量。经试验,该体系具有实时性好、功用完全、自动化水平高的长处。


丈量道理


外径尺寸丈量


丈量装配在挪动历程当中丈量锻件某一地位的外径尺寸,由图2外径丈量示意图可知,该体系只能猎取锻件截面的一段点云数据,因为锻件的截面为圆形,因而应用最小二乘法拟合圆,找出圆心和半径参数,经由扭转和平移获得完全的锻件截面的二维点云结构图,如图3所示。

图2外径丈量示意图

图3外径丈量试验效果


但因为丈量现场振动等外界要素的影响,铸造历程当中有能够涌现失稳征象,丈量装配或被测锻件能够存在倾斜征象,此时丈量装配猎取的点云信息并不是锻件的圆截面。在多少上,关于一个柱体举行斜切割,所构成的截面形状为椭圆,椭圆截面向底面投影正好与底面圆重合,此时椭圆截面的短轴即为柱体的直径。计算要领如图4所示。经由历程椭圆拟合的要领求取锻件的外径尺寸,处理了在大型锻件在丈量历程当中因为激光扫描仪或被测锻件存在倾斜的题目。

图4外径尺寸计算要领


CCD温度丈量


CCD测温手艺重要用于800℃以上的高温丈量,因为大型锻件铸造历程当中的温度局限一样平常为:850~1200℃,接纳CCD丈量温度对照适宜。图5为CCD测温示意图,光学镜头把来自锻件筒节外面的热辐射能转换为电子视频信号,经CCD后转换成电信号,然后图象收罗卡收罗电信号后输入到电脑中,经电脑处置惩罚后在显现器上显现响应的温度信息。

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丈量体系中的光学镜头和CCD装置在锻件筒节的截面对应的偏向。温度的丈量重如果根据彩色CCD的比色测温道理,应用同一被测物体在两个分歧波长下的单色辐射亮度之比随温度转变的特征举行测温。计算要领如图6所示,应用公式(8)获得锻件外径外面的实时温度。

图6温度计算要领


长度尺寸丈量


应用该检测装配丈量锻件的长度,如图7所示即要丈量锻件CD两头之间的间隔,起首应用计算机控制伺服机电根据绿激光的指导将丈量设备移至A处,此时丈量地位正好是锻件的C端,位移传感器纪录此时的地位信息,丈量设备继承向前挪动,直到绿激光指导在锻件的D端时住手,此时丈量设备地位在B处,位移传感器纪录此时的地位信息,经由历程运算猎取AB之间的间隔,也等于锻件尺寸CD之间的间隔值。须要注重的是在长度丈量历程当中,当绿激光指导靠近锻件D端时,需实时下降丈量设备的挪动速率,包管锻件的长度能够准确无误的一次性完成丈量。

图7长度丈量示意图


三阶轴尺寸丈量


应用该丈量设备在试验室(图8、图9)和消费车间(图10、图11)中离别举行应用,对一个三阶轴锻件举行丈量,重要丈量三阶轴锻件轴向截面形线及轴向各台阶的高度,径向截面外径表面及外径尺寸。在试验室中将三阶轴锻件固定在扭转频次可调的三爪卡盘上,丈量历程当中三阶轴锻件一向处于扭转状况。将激光扫描仪猎取的数据读入软件显现三阶轴锻件轴向形状表面点云,经由滤波润滑处置惩罚,提取三阶轴锻锻件光学镜头CCD图象收罗卡电脑端件特征部位点云信息,进而求出三阶轴锻件各台阶的高度,经试验丈量精度≤2mm。

图8试验室应用

图9数据处置惩罚1

图10现场应用

图11数据处置惩罚2


试验考证


为了考证本文提出的在线检测设备在产业铸造中的可行性,本节丈量对象规范外径为6000mm,规范铸造温度为1050℃。在锻件分歧的地位离别对外径尺寸和温度举行了十组数据的丈量,丈量数据如表1所示。

表1试验数据


表1数据直观地透露表现了在丈量历程当中外径尺寸和所测地位的实时温度,发明根据本文提出的检测设备测得的外径尺寸数据相对误差在4mm之内,温度的相对误差在5℃之内,知足锻件消费的请求,完成了锻件形状尺寸及温度的在线丈量,申明该检测设备具有很好的准确性和实时性。


结论


本文经由历程将激光扫描装配、绿激光指导装配、监测装配、温度丈量装配和挪动装配相连系的要领,立异性的提出了一种综合指导、丈量、监控于一体的大型锻件铸造历程当中形状尺寸和温度在线检测设备,完成了大型锻件铸造历程当中外径、长度、台阶高度等尺寸和温度的丈量。经由历程试验考证了此检测设备的可行性,并处理了一样平常丈量体系丈量误差大、功用单一的题目。

——泉源:《铸造与冲压》2019年第9期

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