趙廣濱

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，遼寧 116113)

連鑄機(jī)弧形段支撐框架裝配精度檢測(cè)

趙廣濱

(中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司，遼寧 116113)

利用公司現(xiàn)有的三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(LDMS)，根據(jù)三坐標(biāo)經(jīng)緯儀的測(cè)量原理，提出了一種新的測(cè)量方案。在縮短檢測(cè)周期的同時(shí)又能保證實(shí)際測(cè)量的精度，將包括加工積累的誤差控制在±0.1 mm以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于圖紙要求的位置公差精度±0.3 mm，并具有一定的通用性，具有良好的應(yīng)用前景。

三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(LDMS);測(cè)量輔具;全站儀;弧形段支撐框架;裝配精度

連鑄機(jī)支撐框架的坐標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)整是一項(xiàng)非常重要的工作，它將直接影響到連鑄導(dǎo)向段的精度。要想將各坐標(biāo)點(diǎn)的精度調(diào)整合格首先要將各點(diǎn)的坐標(biāo)值測(cè)量準(zhǔn)確。對(duì)于連鑄支撐框架的測(cè)量，尤其是弧形段支撐框架的測(cè)量一直是我公司沒有解決的難題。在以前生產(chǎn)的連鑄產(chǎn)品的檢驗(yàn)過程中也曾用幾種方法對(duì)弧形段支撐框架進(jìn)行過測(cè)量，但是測(cè)量結(jié)果都不令人滿意。例如：在出口比利時(shí)的連鑄項(xiàng)目中，VAI專家是利用加工時(shí)做的基準(zhǔn)，用千分尺、平尺、水平儀、鋼線等間接進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)出的數(shù)據(jù)需進(jìn)行計(jì)算后才能與圖紙進(jìn)行比較，再判斷是否需要進(jìn)行調(diào)整。一個(gè)弧形段支撐框架反復(fù)測(cè)量一個(gè)多星期，最后結(jié)果仍不是很準(zhǔn)確;又如在與日本JSP公司合作的寶鋼2 300 mm連鑄項(xiàng)目中，最后精度是上機(jī)床打表進(jìn)行的裝配精度測(cè)量。隨著檢測(cè)手段的進(jìn)步，奧鋼聯(lián)現(xiàn)如今是采用全站儀進(jìn)行框架精度的測(cè)量，它的測(cè)量性能大大優(yōu)于我們現(xiàn)在使用的三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)(LDMS)，但該設(shè)備的成本非常昂貴。如何在現(xiàn)有的設(shè)備條件下既經(jīng)濟(jì)又高標(biāo)準(zhǔn)地完成對(duì)弧形段支撐框架的測(cè)量，以滿足外方對(duì)尺寸檢驗(yàn)精度的要求是擺在我們技術(shù)人員面前的一個(gè)全新的課題。

1 試驗(yàn)原理

非接觸式大尺寸三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)LDMS，是用相距b的二臺(tái)經(jīng)緯儀T1與T2同時(shí)瞄準(zhǔn)空間某點(diǎn)P，獲得一組測(cè)量數(shù)據(jù)：水平角α1、α2及豎直角β1、β2。若距離b為已知，則根據(jù)三角學(xué)準(zhǔn)則可求出點(diǎn)P相對(duì)于由T1、T2所建立的系統(tǒng)空間坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)值X、Y、Z。利用已知長(zhǎng)度的基準(zhǔn)標(biāo)尺，對(duì)LDMS進(jìn)行定標(biāo)，從而求出距離b，并建立系統(tǒng)空間坐標(biāo)系;其原點(diǎn)為T1的中心點(diǎn)A，X軸為一過原點(diǎn)的水平線，該軸還與過T2中心點(diǎn)B的鉛垂線相交，Z軸為過原點(diǎn)的鉛垂線，Y軸則通過原點(diǎn)，并與X、Z軸垂直。X軸、Y軸及Z軸之間符合右手法則，圖1為工作原理示意圖。

LDMS的空間坐標(biāo)系一經(jīng)建立，則在此后所進(jìn)行的測(cè)量中，任何被測(cè)點(diǎn)均可表示為該坐標(biāo)系中的一幾何點(diǎn)。在幾何測(cè)量中，任何復(fù)雜的被測(cè)物都可以看作是由一些幾何元素構(gòu)成;這些元素包括點(diǎn)、直線、平面、圓、圓錐、圓球等。LDMS是通過測(cè)量最基本的幾何元素——點(diǎn)來測(cè)量各種幾何元素，并可計(jì)算各幾何元素之間的相互關(guān)系。

2 試驗(yàn)方案

2.1 測(cè)量方案

根據(jù)三坐標(biāo)經(jīng)緯儀的測(cè)量原理，確定了測(cè)量方案：建立LDMS空間坐標(biāo)系時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)需在已組裝好的弧形段上測(cè)量若干點(diǎn)，以建立一個(gè)與弧形段框架板相平行的基準(zhǔn)面，用于將框架上各基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)投影于該面，來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由于該弧形段支撐框架表面為非加工面，給基準(zhǔn)面的確立增加了難度，而基準(zhǔn)面確立的準(zhǔn)確程度，直接影響框架各基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量精度。

圖1 LDMS工作原理示意圖Figure 1 Illustration of LDMSworking principle

為了減小測(cè)量誤差，在弧形板圓弧處焊接三塊工藝基準(zhǔn)塊，框架板在銑床加工時(shí)，要求加工面1～5及三個(gè)工藝基準(zhǔn)塊共面，誤差不大于0.05 mm。如圖2所示。

2.2 輔具設(shè)計(jì)

支撐框架上的被測(cè)點(diǎn)大部分都是空間的坐標(biāo)點(diǎn)，是不能直接放靶標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的。因此需針對(duì)所需測(cè)量點(diǎn)設(shè)計(jì)專用的測(cè)量輔具，利用測(cè)量輔具來保證將測(cè)量靶標(biāo)能精確的放在被測(cè)點(diǎn)上，具體設(shè)計(jì)如下：

(1)測(cè)量輔具一：以支座圓弧中心B為基準(zhǔn)，保證被測(cè)量點(diǎn)A的1 580 mm尺寸精度，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 弧形段支撐框架示意圖Figure 2 Schematic sketch of arc segment support framework

圖3 測(cè)量輔具一Figure 3 Measuring auxiliary device 1

圖4 測(cè)量輔具二Figure 4 Measuring auxiliary device 2

圖5 測(cè)量輔具三Figure 5 Measuring auxiliary device 3

(2)測(cè)量輔具二：確定和保證被測(cè)點(diǎn)A的155 mm尺寸的位置精度，安放測(cè)量靶標(biāo)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。(3)測(cè)量輔具三：安放B點(diǎn)的測(cè)量靶標(biāo)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.3 轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系

利用計(jì)算機(jī)AutoCAD軟件畫弧形段支撐框架的圖，標(biāo)出各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。并以Ⅰ(連接梁軸心點(diǎn))為0點(diǎn)，以Ⅰ點(diǎn)與Ⅱ點(diǎn)(連接梁軸心點(diǎn))的連線為X軸，以通過Ⅰ點(diǎn)垂直于X軸方向?yàn)閅軸。轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，將圖紙給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以減少測(cè)量時(shí)間，提高工作效率，否則每次在進(jìn)行測(cè)量后，都要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

圖6 測(cè)量示意圖Figure 6 Schematic diagram ofmeasurement

3 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

測(cè)量示意圖見圖6，具體試驗(yàn)過程如下：

(1)將兩臺(tái)電子經(jīng)緯儀安放到框架的一側(cè)適當(dāng)位置，兩臺(tái)經(jīng)緯儀調(diào)平、互瞄、測(cè)標(biāo)尺定標(biāo)建立系統(tǒng)坐標(biāo)系。以T1為原點(diǎn)(X=0，Y=0，Z=0)這個(gè)坐標(biāo)系為原始坐標(biāo)系。

(2)將靶標(biāo)粘貼在框架1～5點(diǎn)和三個(gè)工藝塊上，測(cè)量這些點(diǎn)建立一平面1，將來要將所有點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)都要投影到這個(gè)面上。用靶標(biāo)測(cè)量Ⅰ點(diǎn)的連接梁軸徑外表面，測(cè)量四點(diǎn)，確定軸徑中心點(diǎn)，同樣測(cè)量Ⅱ點(diǎn)的連接梁的軸徑中心點(diǎn)，建立一直線Ⅰ-Ⅱ。

(3)坐標(biāo)系平移，將原始坐標(biāo)系平移到平面1上，以Ⅰ為坐標(biāo)原點(diǎn)，按直線Ⅰ-Ⅱ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，以通過Ⅰ點(diǎn)垂直于X軸方向?yàn)閅軸，建立新坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系為實(shí)物坐標(biāo)系。

(4)檢查對(duì)中管與支座的配合情況，結(jié)合面要求間隙不大于0.05 mm。檢查框架的所有把合螺栓，必須按圖紙要求的預(yù)緊力矩進(jìn)行預(yù)緊。

(5)將測(cè)量輔具安放到相應(yīng)的位置，檢查各測(cè)量輔具與框架板的貼合情況，間隙不能大于0.05 mm。

(6)依次測(cè)量各點(diǎn)，并按標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整直至合格為止。檢驗(yàn)結(jié)果做記錄。

(7)在框架下部中間位置設(shè)立兩側(cè)都能測(cè)量到的兩個(gè)固定點(diǎn)，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀測(cè)量?jī)蓚€(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行調(diào)平、找正、定原點(diǎn)，將坐標(biāo)平移到兩個(gè)固定點(diǎn)上，保存數(shù)據(jù)。將經(jīng)緯儀移到另一側(cè)，按設(shè)立的兩個(gè)固定點(diǎn)定標(biāo)安裝經(jīng)緯儀。

(8)按照第一面測(cè)量的步驟對(duì)另一側(cè)進(jìn)行測(cè)量、調(diào)整至合格，記錄檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)論

(1)在比利時(shí)連鑄的測(cè)量過程中，每一次測(cè)量之間的誤差都超過±0.2 mm，實(shí)際測(cè)量精確度在±0.5 mm之間。一般圖紙要求的位置公差精度為±0.3 mm，而我們采用此種檢測(cè)方法的實(shí)際測(cè)量精度，包括加工積累誤差能保證在±0.1 mm以內(nèi)，遠(yuǎn)高于圖紙要求的尺寸精度。

(2)在比利時(shí)連鑄項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，用了近一周的時(shí)間;在與日本JSP公司合作的寶鋼2 300 mm連鑄項(xiàng)目中，采用在機(jī)床打表檢查方法再加調(diào)整最少也得兩個(gè)班左右?，F(xiàn)在，采用此種檢測(cè)方法在正常情況(沒有停工)下，一個(gè)班就能完成測(cè)量和調(diào)整，大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了工作效率。

(3)設(shè)計(jì)的這套測(cè)量輔具現(xiàn)已在巴西ACOMINAS連鑄(1套)，巴西2 050 mm連鑄(4套)等項(xiàng)目的檢測(cè)過程中進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證，結(jié)果表明具有良好的通用性。在接下來的奧鋼聯(lián)LISCO等連鑄項(xiàng)目中均可以繼續(xù)使用，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

［1］羅振才.煉鋼機(jī)械(修訂版).北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

編輯 傅冬梅

Assembly Accuracy Detection of Continuous Caster Arc Segment Support Framework

Zhao Guangbin

By applying current three coordinatesmeasuring system(LDMS)in our company and measuring principle of three coordinates theodolite，a newmeasuringmethod has been broughtup.The newmethod could shorten detection period and meanwhile ensure actual survey precision to control error accumulated bymachining under ±0.1 mm，which was superior to position tolerance accuracy ±0.3 mm demanded in the drawing evidently and has universality and well application foreground.

three coordinatesmeasuring system(LDMS);measuring auxiliary device;total station instrument;arc segment support framework;assembly accuracy

TG233

A

2013—05—17