黃賀

輥壓機是基于料床粉碎原理而開發(fā)的一種高效、節(jié)能的粉碎設備，目前已廣泛應用于各類粉磨系統(tǒng)。相比于其他粉磨系統(tǒng)，輥壓機粉磨系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，一方面可降低系統(tǒng)整體電耗，另一方面可提高系統(tǒng)產(chǎn)量。輥壓機輥面作為輥壓機中最重要的部件之一，在運行中不可避免會產(chǎn)生磨損，其磨損情況將直接影響粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運轉(zhuǎn)率，因此，需經(jīng)常對輥面進行檢查和維護。但在實際生產(chǎn)中，輥面的維護和保養(yǎng)往往是在輥壓機系統(tǒng)出現(xiàn)異常后才進行，此時，輥面的磨損可能已經(jīng)較為嚴重，導致維護成本和周期較長，另一方面，輥面磨損可能造成輥壓機系統(tǒng)的非計劃停機，最終給企業(yè)帶來較大損失。

目前對輥面的監(jiān)測手段主要依賴于人工開箱檢查，耗時費力。部分企業(yè)通過分析輥軸軸承、輥縫波動或產(chǎn)量波動值等來間接觀察輥面狀況，但由于組件較多，干擾較大，很難得到準確的結(jié)果。我們設計研發(fā)了一套輥壓機輥面的三維圖像掃描系統(tǒng)，實現(xiàn)了對輥壓機輥面的在線監(jiān)測。該系統(tǒng)利用基于線結(jié)構(gòu)光的主動三維圖像識別成形技術(shù)生成輥面圖像以及位置信息，通過對圖像和數(shù)據(jù)做進一步分析研究，得到輥面的運行狀況、磨損程度等信息，并能及時檢查磨損區(qū)域、統(tǒng)計磨損量、檢查異常情況并上傳，從而實現(xiàn)輥壓機粉磨系統(tǒng)有計劃的停機維護，避免輥壓機輥面更大范圍或更嚴重的磨損產(chǎn)生，延長輥壓機使用壽命。

1 三維圖像識別成形技術(shù)研究

三維圖像識別成形技術(shù)在近年來得到了快速發(fā)展，按照識別對象的照明條件不同，識別技術(shù)可分為被動和主動兩大類。被動識別技術(shù)，如雙目立體圖像識別技術(shù)，是依靠待識別物體周圍的光照條件實現(xiàn)照明。主動識別技術(shù)，如結(jié)構(gòu)光圖像識別技術(shù)，是使用專門的光

源裝置來提供待識別物體周圍的照明。由于輥壓機輥面處于密閉的環(huán)境中，難以提供被動照明條件，我們選用了基于線結(jié)構(gòu)光的主動識別系統(tǒng)。此系統(tǒng)原理簡單，精度較高，使用單色性好的激光，很少受物體表面紋理的影響，相對較穩(wěn)定。

結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)光光學投射器、相機、計算機組成，如圖1a所示。光學投射器將結(jié)構(gòu)光投射到待識別物體表面，在物體表面形成由待識別物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像，如圖1b所示。該圖像由位于另一側(cè)的相機拍攝采集，從而得到光條二維畸變圖像，光條的畸變程度取決于光學投射器與相機之間的相對位置和物體表面的輪廓。將待測物體旋轉(zhuǎn)一周后，可獲得整個物體表面的圖像。一旦光學投射器和相機位置確定后，計算機通過對拍攝圖像進行解算，則可重現(xiàn)物體表面形狀，生成三維圖像，具體解算過程不再贅述。

圖2a為在此技術(shù)上開發(fā)的三維圖像掃描設備圖，對此設備的測量誤差實驗測試圖如圖2b所示。通過對齒狀面測試樣塊進行測量，最終得到齒狀面的測量坐標信息，與樣塊的實際坐標值進行對比，結(jié)果顯示設備的測量誤差在1mm內(nèi)，測量結(jié)果對比情況如圖3所示。除了能滿足一般輥壓機輥面測量要求外，其他如具有硬質(zhì)點的堆焊輥面以及具有柱釘?shù)闹斴伱妫ㄖ睆匠叽缫话阍?0～20mm范圍）的測量也能完全滿足要求。

圖1 結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)

圖2 三維圖像掃描設備及實驗測試圖

圖3 測試樣塊掃描結(jié)果對比

2 三維成像技術(shù)研究

基于上述的三維圖像掃描設備，我們開發(fā)了一套輥壓機輥面三維圖像掃描系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含掃描頭、線性移動模組、控制器等，如圖4所示。其中，掃描頭集成了三維圖像掃描設備和防塵罩等。線性移動模組由絲桿導軌驅(qū)動，實現(xiàn)掃描頭沿輥子軸向移動。由于輥壓機輥面處于密封的環(huán)境中，空間受限，導致掃描頭不能固定著將輥面全部掃描，一般需沿輥子軸向移動2～4次才能完成整個輥面的掃描?？刂破鲗崿F(xiàn)對掃描頭拍攝啟停、線性模組移動以及最終的數(shù)據(jù)上傳等控制。輥壓機工作時，會有較多粉塵和顆粒沖擊，為保障掃描系統(tǒng)正常工作，在輥壓機開機后，掃描系統(tǒng)會控制粉磨系統(tǒng)先不帶料運行，待掃描工作完成后，再恢復正常工作。整個掃描過程大約5min左右，對粉磨系統(tǒng)的影響極小。

圖4 設備原理圖

圖5 為對輥壓機堆焊輥面進行的實驗測試，最終得到的輥面三維圖形如圖6所示。通過整體以及局部放大三維圖可見，三維圖像生成結(jié)果具有較高的還原度，堆焊輥面的菱形花紋、硬質(zhì)點顯示清晰，輥面磨損情況一目了然。通過對成像結(jié)果進行進一步的數(shù)據(jù)分析，可以得到磨損量、磨損區(qū)域大小等信息。

圖5 輥壓機堆焊輥面掃描

圖6 輥面三維圖

3 結(jié)語

我們通過研究三維圖像識別成形技術(shù)，開發(fā)了一套用于輥壓機輥面分析的三維圖像掃描系統(tǒng)，并分析了其測量誤差。經(jīng)實驗驗證，利用此系統(tǒng)可獲取輥面的三維圖像等信息，可較為直觀地觀察輥面的狀況，實現(xiàn)對輥面的監(jiān)測，提升粉磨系統(tǒng)的智能化水平，具有較廣泛的應用前景。