某冷軋廠軋輥平行度測(cè)量實(shí)施研究.doc

某冷軋廠軋輥平行度測(cè)量實(shí)施研究 張紅春ZHANGHong-chun；田闊TIANKuo （中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，武漢430080） （WuhanSurveying-GeotechnicalResearchInstituteCo.，Ltd.OfMCC，Wuhan430080，China） 摘要：以某冷軋廠軋輥平行度測(cè)量為例，分別采用工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀兩種設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，并比較其利弊，為同類工程項(xiàng)目實(shí)施提供經(jīng)驗(yàn)。 Abstract：Takingtheparallelismmeasurementofacoldrollingplantasanexample,thispapercarriesonthemeasurementwiththetwodevicesofindustrialtotalstationandlasertracker,andparestheiradvantagesanddisadvantages,toprovideexperienceforsimilarengineeringprojects. 關(guān)鍵詞：軋輥平行度；工業(yè)全站儀；激光跟蹤儀；旋轉(zhuǎn)法面 Keywords：rollparallelism；industrialtotalstation；lasertracker；rotationmethodsurface ：TG33：A：1006-4311（xx）34-0319-03 作者簡介：張紅春（1981-），男，四川簡陽人，工程師，研究方向?yàn)楣こ虦y(cè)量技術(shù)。 0引言 某冷軋廠軋輥已初步安裝完成，為確保軋輥安裝精度可控，減少后期設(shè)備調(diào)試中由于安裝精度不足造成的帶鋼跑偏、產(chǎn)品板形不良等問題，提高調(diào)試工作的效率，并為軋輥精度的周期量化管理奠定基礎(chǔ)，需對(duì)機(jī)組軋輥的平行度進(jìn)行測(cè)量。一般冷軋鋼卷的厚度為0.20.4mm，冷軋生產(chǎn)線輥軸的安裝精度0.1mm；所以，對(duì)軋輥平行度測(cè)量的精度要求就更高。為此，作者通過采用工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀兩種設(shè)備分別對(duì)軋輥平行度進(jìn)行測(cè)量，并比較其利弊，為同類工程項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)。 1軋輥平行度測(cè)量的基本原理 對(duì)于軋輥平行度測(cè)量，首先應(yīng)對(duì)軋輥的旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)法面有一定的了解，如圖1所示。 對(duì)于一條冷軋生產(chǎn)線，有眾多個(gè)軋輥處于不同的空間位置，理論上每個(gè)軋輥在某一高程面上都應(yīng)與機(jī)組中心線垂直，軋輥和軋輥之間平行。但受軋輥生產(chǎn)工藝、安裝技術(shù)和長期運(yùn)營等因素的影響，導(dǎo)致軋輥和軋輥之間相互不平行。軋輥平行度測(cè)量時(shí)，很難精確地在各軋輥的兩端標(biāo)定出其旋轉(zhuǎn)軸，如果簡單地以各軋輥兩面圓的中心的連線作為軋輥的旋轉(zhuǎn)法線是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，因?yàn)楦鬈堓伒男D(zhuǎn)法線是在旋轉(zhuǎn)過程中虛擬的一條線。所以，僅測(cè)量各軋輥靜態(tài)時(shí)兩面圓的中心所求的連線而計(jì)算出的平行度，不能客觀地反映軋輥在運(yùn)動(dòng)過程中的真實(shí)平行狀態(tài)。 其實(shí)，在各軋輥旋轉(zhuǎn)的過程中，都分別有一個(gè)與旋轉(zhuǎn)法線垂直的旋轉(zhuǎn)法面。因?yàn)榇_定各軋輥的旋轉(zhuǎn)法面比確定旋轉(zhuǎn)法線容易得多，直接或者通過特殊裝置測(cè)量各旋轉(zhuǎn)法面上任意3個(gè)或3個(gè)以上的點(diǎn)就可以確定該軋輥的旋轉(zhuǎn)法面；再根據(jù)各軋輥的旋轉(zhuǎn)法面計(jì)算出其旋轉(zhuǎn)法線，通過各軋輥的旋轉(zhuǎn)法線反映出軋輥之間的平行度。 2軋輥平行度測(cè)量主要技術(shù)要求 為滿足軋輥平行度測(cè)量的高精度要求，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求如下： 軸輥點(diǎn)位測(cè)量視線邊長值不大于30m；水平角和垂直角最少測(cè)量4次，兩次測(cè)量讀數(shù)互差2；距離最少測(cè)量4次，兩次測(cè)量讀數(shù)互差0.2mm；溫度讀數(shù)最小讀數(shù)1，氣壓讀數(shù)最小讀數(shù)1hPa。 擺桿長度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度的規(guī)定如表1所示。 測(cè)站盡量置于兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的連線之間；轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)點(diǎn)之間的長度應(yīng)大于或近似等于作業(yè)區(qū)域的長度；儀器應(yīng)盡量位于軸輥中心線上，當(dāng)不能滿足時(shí)，應(yīng)按照表2執(zhí)行。 測(cè)量時(shí)，由于是采取自由設(shè)站方式，所以測(cè)站位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇最好的位置觀測(cè)，做到在同等條件下，使得最終測(cè)量結(jié)果的精度最高。如測(cè)站距各基準(zhǔn)點(diǎn)距離近似相等，測(cè)站盡量置于兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的連線之間。 工業(yè)全站儀觀測(cè)時(shí)要經(jīng)常注意儀器的穩(wěn)定情況，一旦儀器傾斜超出范圍，本測(cè)站必須重新測(cè)量。要求氣泡中心位置偏離整置中心不宜超過一格。當(dāng)兩次測(cè)量數(shù)據(jù)差值在測(cè)量精度要求數(shù)值的1.4倍以內(nèi)時(shí)，可任取一個(gè)數(shù)據(jù)作為最后數(shù)據(jù)，也可取平均值作為最后數(shù)據(jù)。當(dāng)兩次測(cè)量數(shù)據(jù)差值超過測(cè)量精度要求數(shù)值的1.4倍時(shí)，需要再次測(cè)量。 激光跟蹤儀測(cè)量時(shí)，為減少測(cè)量過程中偶然誤差的影響，設(shè)定儀器自動(dòng)對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行100次采集，各項(xiàng)限差滿足要求后才接受測(cè)量數(shù)據(jù)，否則當(dāng)場(chǎng)重測(cè)。采用激光跟蹤儀對(duì)布設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)后，采用第一站的儀器坐標(biāo)系作為整個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)的獨(dú)立坐標(biāo)系，利用測(cè)站與測(cè)站之間的公共點(diǎn)，把各測(cè)站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到第一站坐標(biāo)系，并對(duì)整網(wǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行整體平差。 在測(cè)量過程中必須對(duì)溫度，氣壓及反射器常數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄并輸入電腦計(jì)算時(shí)改正。 3軋輥平行度測(cè)量實(shí)施 為尋求工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀兩種設(shè)備對(duì)軋輥平行度測(cè)量的利弊，A、B兩組人員分別采用工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)和軋輥平行度測(cè)量。兩組人員測(cè)量工作的內(nèi)容、技術(shù)要求、工作量和工作原理基本相同。 A組人員測(cè)量時(shí)采用索佳NET05系工業(yè)全站儀，測(cè)角精度0.5；配套棱鏡在3500m以內(nèi)距離測(cè)量精度為0.8mm+1ppm，配套反射片在200m以內(nèi)距離測(cè)量精度為0.5mm+1ppm。 B組人員測(cè)量時(shí)采用LeicaAT901-B系激光跟蹤儀，合作目標(biāo)采用直徑1.5寸球形棱鏡，該儀器一次定位測(cè)量直徑160米，測(cè)距精度0.5um/m。 基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量：首先找到測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)一般為設(shè)備中心線上的兩點(diǎn)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件在基準(zhǔn)點(diǎn)上安置反射目標(biāo)。根據(jù)條件的不同，視線距離超過70m遠(yuǎn)時(shí)使用棱鏡，低于70m時(shí)使用反射片。根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)及待測(cè)軸輥的位置設(shè)置兩個(gè)（或者兩個(gè)以上）轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)點(diǎn)，使得所有待測(cè)軸輥上的測(cè)點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)均可以與兩個(gè)（或者兩個(gè)以上）轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)聯(lián)測(cè)；轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)可以是棱鏡也可以是反射片。將基準(zhǔn)點(diǎn)與轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，使得轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)與基準(zhǔn)點(diǎn)處于同一坐標(biāo)系統(tǒng)中。測(cè)量時(shí)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)可以在不同測(cè)站中觀測(cè)，但轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)必須每站都能觀測(cè)到兩個(gè)（或者兩個(gè)以上）轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)點(diǎn)。 軋輥旋轉(zhuǎn)面測(cè)量：采用旋轉(zhuǎn)測(cè)量法獲得軋輥的旋轉(zhuǎn)軸面，具體步驟為：在軋輥操作側(cè)架設(shè)工業(yè)全站儀或激光跟蹤儀，測(cè)站選在能測(cè)量軋輥?zhàn)畲笮D(zhuǎn)面并能后視三個(gè)及以上基準(zhǔn)點(diǎn)的位置；在軋輥側(cè)面上或延長桿上粘貼一個(gè)棱鏡靶座；對(duì)后視點(diǎn)測(cè)量；采用旋轉(zhuǎn)法依次測(cè)量軋輥旋轉(zhuǎn)后靶座坐標(biāo)，每個(gè)軋輥測(cè)量都不低于3個(gè)點(diǎn)。軋輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，軋輥測(cè)點(diǎn)所處的不同空間位置示意如圖3。 在測(cè)量過程中取不同空間位置的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)編號(hào)格式如：A*01，A*02，A*03，A*04，A*05，其中：字母A軸輥?zhàn)帜柑?hào)碼，可以根據(jù)流水線方向按順序編號(hào)，也可以根據(jù)生產(chǎn)方的要求或測(cè)量的順序進(jìn)行編號(hào)；*后面的01、02、03表示測(cè)點(diǎn)號(hào)，每根軸輥特征點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)后處于不同空間位置的測(cè)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)處理：使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)面上的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行空間圓平面擬合計(jì)算，獲得每個(gè)軋輥的旋轉(zhuǎn)軸矢量。把旋轉(zhuǎn)軸矢量投影到水平面上，計(jì)算各軋輥旋轉(zhuǎn)軸矢量和基準(zhǔn)輥旋轉(zhuǎn)軸矢量之間的平行度。 4對(duì)比分析 全站儀組共6人耗時(shí)8天完成基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量87點(diǎn)、軋輥平行度測(cè)量65個(gè)的工作量；基準(zhǔn)網(wǎng)平差后點(diǎn)間誤差最大為1.75mm。激光跟蹤儀組共4人耗時(shí)5天完成基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量89點(diǎn)、軋輥平行度測(cè)量65個(gè)的工作量；基準(zhǔn)網(wǎng)平差后點(diǎn)間誤差最大為0.14mm。采用工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀進(jìn)行軋輥平行度測(cè)量的成果見表3。 通過采用工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀兩種設(shè)備對(duì)軋輥平行度測(cè)量，根據(jù)測(cè)量實(shí)施情況和最終成果對(duì)比分析可知： 無論采用工業(yè)全站儀還是激光跟蹤儀，均可高精度地測(cè)量出軋輥平行度，而且規(guī)律基本一致。 兩種方式測(cè)量的軋軌平行度結(jié)果較差總體上未呈正態(tài)分布，屬系統(tǒng)誤差，主要是基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量誤差所致。極少數(shù)點(diǎn)受測(cè)量環(huán)境影響，出現(xiàn)了偶然誤差。無論是系統(tǒng)誤差還是偶然誤差，兩種方式測(cè)量的結(jié)果較差都較小，較差絕對(duì)值0.4mm/m。 相比而言，采用試驗(yàn)中的同類級(jí)激光跟蹤儀進(jìn)行軋軌平行度測(cè)量的精度較高，絕對(duì)精度能滿足0.05mm/m，而且效率較高；采用試驗(yàn)中的同類級(jí)工業(yè)全站儀進(jìn)行軋軌平行度測(cè)量的精度稍低，絕對(duì)精度能滿足0.4mm/m，效率一般。 5結(jié)束語 只要嚴(yán)格遵守規(guī)范和測(cè)量技術(shù)流程，采用相應(yīng)精度等級(jí)的工業(yè)全站儀和激光跟蹤儀，都能較高精度地測(cè)量出軋輥平行度。雖然激光跟蹤儀測(cè)量精度高，操作簡便高效，但激光跟蹤儀及配套設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件價(jià)格較高，對(duì)于投資小的測(cè)量項(xiàng)目有一定的局限性，在重要設(shè)備和科研項(xiàng)目方面的精密測(cè)量有較大的應(yīng)用空間。工業(yè)全站儀雖然比一般的全站儀稍貴，但能滿足絕大部份高精度的工業(yè)測(cè)量和建筑