激光跟蹤儀在設備檢修測量上的應用

韋肖文 陸 聰 趙干波 嚴 升 潘禮雙

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司冷軋廠，廣西545002)

冷軋板帶廠現(xiàn)有兩條酸洗-軋機聯(lián)合機組，機組全線跨度長，設備結構復雜，全線各單體設備及相互之間的安裝配合精度要求高，維護難度大，日常設備維護檢修作業(yè)中，測量作業(yè)是重要環(huán)節(jié)。針對現(xiàn)場設備維修作業(yè)要求，結合激光跟蹤儀高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便的性能特點，進行相關測量的應用探討，取得了良好效果。

1 激光跟蹤儀測量原理及性能參數(shù)

1.1 測量原理

激光跟蹤儀是建立在激光技術和自動控制技術基礎上的一種新型三維坐標測量系統(tǒng)，它的基本原理是：跟蹤頭發(fā)出的激光對目標反射器進行跟蹤，通過儀器的雙軸測角系統(tǒng)及激光干涉測距系統(tǒng)IMF(或紅外絕對測距DMF)確定目標反射器在球坐標系中的坐標。另外，通過儀器自身的校準參數(shù)和氣象傳感器對系統(tǒng)內部的系統(tǒng)誤差和大氣環(huán)境誤差進行補償，還可根據測量精度要求設定不同材料的溫度補償參數(shù)，提高測量數(shù)據的精確性，從而得到更精確的空間坐標[1]。

1.2 性能參數(shù)

某型激光跟蹤儀主要性能參數(shù)為：

儀器一次定位測量范圍：一次定位直徑≥100 m。

水平方向旋轉角度：≥±320°。

垂直方向旋轉角度：≥+79°～-59°。

系統(tǒng)全程3D空間坐標綜合測量精度：≤±15 μm+5 μm/m。

ADM測量方式下絕對測距精度：測距≤20 m時，精度≤±15 μm；測距>20 m時，精度≤0.7 μm/m。

2 激光跟蹤儀應用

2.1 1550酸洗-軋機聯(lián)合機組活套裝置的精度測量

1550酸洗-軋機聯(lián)合機組共設置三組活套裝置，每組活套裝置由活套車、活套車傳動裝置、活套擺動門、帶鋼下支承地輥等結構部件組成。其運行是否穩(wěn)定對整個機組能否穩(wěn)定、高效的生產有很大影響，而活套車傳動裝置中的軌道、活套車上回轉輥、活套擺動門和下支承地輥等部件的安裝精度是影響活套裝置運行穩(wěn)定性的主要因素，受活套裝置所處半封閉空間施工作業(yè)困難的影響，一旦出現(xiàn)故障，處理時間較長，因此做好日常相關關鍵部位設備精度的檢測以及故障處理過程中的快速測量，尤其重要。

2.1.1 1號活套車傳動裝置中軌道精度的測量

軌道總長136 m(2號活套長128 m，3號活套長156 m)，軋制中心線的基準標記分別位于活套兩端和中間位置。

建立合適、正確的測量基準是測量成功的關鍵，首先將激光跟蹤儀擺放于測量范圍內合適位置，確保儀器可照射讀取到至少兩個設備基準點(軋制中心線)，由于活套兩端預埋基準點跨度長達150 m，由于活套車本體停止于軌道中間位置，阻檔視線，本次測量通過機組預埋的軋制線標記點進行兩次轉站，并應用儀器精準建立活套中心垂直面，實現(xiàn)傳動側與操作側軌道全長取點，圖1為一次測量的過程模型圖。

1—軋制基準點1 2—激光跟蹤儀 3—傳動側軌道直線 4—軋制基準點2 5—軋制中心線 6—操作側軌道直線

測量時，將靶球放置軌道踏面，取得軌道全線標高值，并與標準標高值對比，表1為軌道標高測量數(shù)據表，可以看出軌道各位置標高偏差量，并根據測量數(shù)值對軌道進行相應調整，調整過程中軌道精度數(shù)值可實時在三維空間坐標系中顯示，提高了軌道調整效率。

表1 軌道標高特征表格(單位：mm)

如還需要測量軌道相對軋制線的平行度、兩軌道間的距離，可在上述測量的同時，將靶球放置軌道側面，取得軌道全長側面坐標值，通過激光跟蹤儀測量軟件自動進行數(shù)據處理形成軌道擬合直線，可分析出軌道直線度、兩根軌道相對軋制線的平行度、間距及中心偏差等，并可進行相應調整。

相比于前期通過傳統(tǒng)的放線、水平儀、全站儀組合測量方法，耗時往往超過16 h以上，且精度較低，激光跟蹤儀測量精度高、操作方便，以及數(shù)據分析軟件，現(xiàn)場可以直接分析，得出軌道調整方向和精確調整數(shù)值，形成軌道測量三維模型，極大地提高了軌道調整效率，使用激光跟蹤儀僅需不到4 h即可完成兩側軌道全部參數(shù)的測量和調整，且精度較高。

2.1.2 活套擺動門(托輥)和下支承地輥安裝精度的測量

輥系軸線與活套中心垂直面垂直度。

需測量設備狀況如圖2所示：10對活套擺動門(托輥)，21對支承地輥；2號活套9對活套擺動門(托輥)，19對支承地輥；3號活套11對活套擺動門(托輥)，22對支承地輥。

1—活套車轉向輥 2—活套車托輥1 3—活套車托輥2 4—擺動門托輥 5—帶鋼下支承地輥

活套輥系的測量：

(1)建立測量基準。與測量軌道精度相同的方法，建立測量基準面即活套中心垂直面，或者根據需要可同時進行活套裝置傳動軌道、活套輥系的測量。

(2)測量：將靶球固定于需測量的輥子合適位置，旋轉輥子，在不同的旋轉位置提取3個以上測量點對應坐標值。為提高輥子擬合軸線精度，提取測量點盡可能均勻分布在360°范圍內。

(3)數(shù)據整理分析：通過激光跟蹤儀數(shù)據分析軟件，可根據輥子各點坐標值自動建立對應輥子旋轉軸線參數(shù)及其與活套中心垂直面夾角，活套輥系測量數(shù)據三維模型見圖3，可直觀顯示輥子軸線安裝的偏差值，為輥系的調整提供依據，見表2。

1—傳動側軌道直線 2—擺動門傳動側4#托輥 3—軋制線垂面 4—激光跟蹤儀 5—活套車150托輥 6—活套車300托輥 7—2#地輥 8—擺動門操作側2#托輥 9—4#地輥 10—7#地輥 11—操作側軌道直線

表2 活套門各托輥與活套中心垂直面夾角數(shù)據

2.2 軋機牌坊窗口精度測量

1550酸洗-軋機聯(lián)合機組的軋機為五機架四輥軋機，軋機牌坊作為其中的關鍵設備，與軋輥配合精度的好壞對整個機組運行和產品質量的穩(wěn)定起至關重要作用。經過長時間的運行，牌坊上的襯板都有不同程度磨損，軋輥與牌坊間的間隙也加大，造成配合精度較差，需要進行定期檢測、調整。

日常檢測的主要內容是測量牌坊上各襯板與牌坊窗口中心垂直面的平行度、窗口兩側襯板的間隙(磨損量)等。測量的關鍵是牌坊基準的選定，現(xiàn)場設置有兩個牌坊窗口中心垂直面基準點、兩個軋制中心線輔助線，如圖4所示。

以住的測量方法是通過掛鋼絲、吊垂線墜，并結合經緯儀、內徑千分尺等工器具進行測量，過程繁雜，操作技術要求高，如需要現(xiàn)場調整，還需多次反復測量，效率和測量精度都不高，采用激光跟蹤儀進行測量，可以方便、快速地得到測量結果。

測量方法：將激光跟蹤儀擺放于牌坊操作側外側適當位置，使其發(fā)射的激光可照射到兩個軋制中心線基準點C1和C2、以及牌坊窗口中心垂直面基準點C3(至少一個)，同時，又可照射到牌坊窗口的全區(qū)域，為測量建立了測量牌坊基準面——牌坊窗口中心垂直面B。

測量時，移動靶球放置于牌坊襯板規(guī)劃取點位置，依次采集數(shù)據，全部數(shù)據取完后對其進行處理分析，得出窗口尺寸、襯板平面度、襯板與中心垂直面B的平行度、各位置襯板的磨損量等參數(shù)，并以三維模型的形式直觀展示出來，如圖5所示。

圖5 軋機牌坊測量數(shù)據模型

利用激光跟蹤儀數(shù)據分析軟件可以直接出具測量報告，見圖6，同時，根據測量三維模型和偏差數(shù)據可以對牌坊襯板進行針對性調整或更換襯板，極大地提高了牌坊檢測、檢修效率和調整精度。

圖6 牌坊精度測量報告(局部)

3 結語

與傳統(tǒng)測量相比，運用激光跟蹤儀在活套裝置、軋機牌坊等設備的維護檢修中進行測量，對作業(yè)條件要求降低，測量和相關作業(yè)效率、測量精度等都得到極大提升，實際應用成效較好。

另外，由于激光跟蹤儀測量精度高、操作方便，也可應用于大型、復雜零部件的測量，對于作業(yè)現(xiàn)場設備維修的測量，當現(xiàn)場測量點多、測量基準難于直觀讀取時，其測量優(yōu)勢更明顯，為今后現(xiàn)場設備維護檢修作業(yè)測量，特別是測量場地受限、環(huán)境和結構復雜場合下的測量提供了很好的指導。