基于三维坐标测量的轧辊形位检测方法及应用

2018年第3期 LYS Science-Technology& Management
·42·基于三维坐标测量的轧辊形位检测方法及应用
黄远成
（湖南涟钢工程技术有限公司）
摘 要测绘专业技术人员创新采用基于三维坐标的轧辊形位检测的测量技术和方法，测量了轧机各轧辊的中心位置以及不同状态下各辊子的垂直度与水平度，测量精度达到了亚毫米级的精度，为设备的检修提供了精确的基础数据。

关键词形位测量三维坐标垂直度水平度数据分析
形位测量是指对工业设备在安装、检修及生
产过程中的形状及位置进行测量的活动。

形位测
量的主要任务是：在工业设备安装过程时，将设备构建按规定精度和工艺流程的需要安装到设计位置；在工业设备检修时，对设备构建的位置进行检测；在工业生产中，对生产部件进行检测等。

2017年5月受华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司委托，湖南涟钢工程技术有限公司测量组对酸轧车间轧辊进行了设备检测测量，测绘专业技术人员创新采用基于三维坐标的轧辊形位检测的测量技术和方法，测量了轧机各轧辊的中心位置以及不同状态下各辊子的垂直度与水平度，为轧辊的检修和调整提供了准确的基础数据。

1 轧辊的测量方法及坐标系的建立
1.1 对单个轧辊的测量方法
以轧制中心线（或辅助轴线）为基线，在基准线上固定两个目标点作为测量的基准点，采用自由设站测量目标三维直角坐标方法，测量以轧辊中心为圆心的圆上三处的空间直角坐标，借助测量软件，以三点求圆心的方法获取轧辊两端圆心位置的空间直角坐标。

如图1所示，建立以南侧轧辊圆中心a为坐标原点、以垂直于轧制轴线的方向（本文中的北侧）为X轴、平行于轧制轴线方向（本文中的东侧）为Y轴、以天顶方向为Z轴的左手系轧辊空间直角坐标系。

将测量所得的轧辊两端圆心位置的空间直角坐标转换至轧辊空间直角坐标系中，通过分析轧辊北侧圆中心坐标b与南侧圆中心a
点（轧辊空间直角坐标系的坐标原点）坐标的差值，可以判定南北轧辊两侧是否同心、是否水平，同时分析得出轧辊与轧制中心在水平和垂直方向的偏差，为轧辊的调整给出了直接的量化指标。

图1 单轧辊示意图
图中L表示轧辊长度，为一常数，dy表示轧辊北侧圆心b相对于南侧圆心a在轧制中心线方向的偏差（轧辊中心线与轧制中心线的垂直度），dz表示轧辊北侧圆心b相对于南侧圆心a在垂直方向的偏差（轧辊自身的水平度）。

1.2 对双轧辊的测量方法
轧辊圆心空间直角坐标的获取与单轧辊相同。

如图2所示，建立以轧辊圆中心a为坐标原点、以垂直于轧制轴线的方向（本文中的北侧）为X轴、平行于轧制轴线方向（本文中的东侧）为Y轴、以天顶方向为Z轴的左手系轧辊空间直角坐标系。

将测量所得的两条轧辊南北两端圆心位置的空间直角坐标转换至轧辊空间直角坐标系中，通过分析轧辊圆心b、c、d的空间直角坐标与圆心a点（轧辊空间直角坐标系的坐标原点）坐标的差值，可以判定两条轧辊南北侧是否同心、
涟钢科技与管理 2018年第3期
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轧辊自身是否水平，同时也可以分析得出两条轧辊之间的平行度以及轧辊与轧制中心在水平和垂直方向的偏差。

图2 双轧辊示意图
图中L 表示轧辊长度，为一常数。

dx 表示两轧辊间测量位置在北方向的差值，为一常数。

dy 和dz 分别表示轧辊圆心相对于圆心a （0，0，0）在轧制中心线方向和垂直方向的偏差。

2 实测数据及分析
2.1 单轧辊的测量数据及调整分析
汽车板酸轧线的3#转向辊、4#转向辊、7#纠偏辊为单轧辊，经计算和归算处理后的测量数
据见表1所示。

表1 单轧辊经计算和归算处理后的测量数据
测量部位状态b 点坐标
Dy/mm Dz/mm 3#转向辊正常-0.6 -0.7 4#转向辊正常0.1 1.4 7#纠偏辊
正常
0.7 0.1
以3#转向辊为例，b 点坐标（L ，-0.6，-0.7）表示该辊北侧辊中心相对于南侧辊中心往西偏了0.6mm 往下偏了0.7mm 。

将轧辊北侧往东调整0.6mm 向上调整0.7mm 后就可保证该轧辊与轧制轴线垂直度、轧辊自身的水平度及轧辊南北两侧安装的同心度。

2.2 双轧辊的测量数据及分析
汽车板卷取机芯轴为双辊，经计算和归算处理后的测量数据见表2所示。

如同单轧辊的测量数据分析，通过分析同一轧辊两端的坐标值，可以得出该轧辊与轧制轴线垂直度、轧辊自身的水平度及轧辊两侧的同心度。

通过分析两条轧辊两端的坐标值，可以确定两条轧辊之间的相对位置，即可以确定第二条轧辊相对于第一条轧辊的空间姿态。

这些参数可以用量化的数值表示，为轧辊的调整提供了基础性的数据。

还可以通过进一步的分析，探查形成偏差的原因。

表2 双轧辊经计算和归算处理后的测量数据
测量
部位 状态
b 点坐标
c 点坐标
d 点坐标
Dy/mm Dz/mm
Dy/mm Dz/mm Dy/mm Dz/mm
卷 取 机 芯 轴
正常状态下，入口支撑臂关闭、出口支撑臂打开0.9 2.7 2201.5-6.0
2201.3 -4.9正常状态下，入口支撑臂打开、出口支撑臂关闭0.2 0.4 2200.4-2.4
2201.1 -6.2正常状态下，入口支撑臂关闭、出口支撑臂关闭0.8 1.8 2198.7-3.7
2200.8 -3.8旋转180º，入口支撑臂关闭、出口支撑臂关闭 -0.1 1.3 2199.3-2.2
2200.4 -4.0旋转180º，入口支撑臂打开、出口支撑臂打开
1.8 1.5 2201.9
-4.3
2202.5 -4.7
3 结语
采用三维坐标的测量方法，测量出轧辊两端的圆心在以轧制轴线方向、天顶方向及垂直方向建立的空间直角坐标系中的坐标，通过计算得到一端圆心相对于另一端圆心的坐标差值dy 、dz ，对dy 、dz 的符号及大小进行分析，可以得出轧辊相对于轧制轴线的偏移的大小和方向，为设备的
检修调整提供准确的基础性数据。

本次检测测量的实践证明，测绘的结果与生产过程中已发现的问题所推测的成因相吻合。

在测量过程中，通过固定基站和基准轴线的测量方法进行测量，可以消除大量的系统性测量误差，使测量结果达到亚毫米级的测量精度。

这种方法可以在以后的工业设备形位检测中广泛地推广应用。