王善寶，吳 紅，陳志剛，趙春生，張 浩，袁 琴，趙 波，解德剛

（1. 鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠，遼寧 鞍山 114021；3. 西馬克工程（中國）有限公司，上海 201108）

與二輥連軋工藝相比，三輥連軋工藝因其孔型輥速差更小、孔型封閉性更好等特點，相對軋制變形過程更加均勻穩(wěn)定，對應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品壁厚精度更高［1-4］。影響最終在線軋制孔型的因素較多，包括連軋牌坊中心線的精度、機架孔型車削精度、裝配精度、殼體自身剛性和磨損變形情況等，是一個復(fù)雜的、多因素的影響過程。陳勇等［5］介紹了連軋牌坊中心線的光學(xué)對中方法和機架離線裝配采用孔型站校驗的方法，徐福昌等［6］介紹了一種PQF 連軋管機軋制中心線的激光檢測和校正方法。上述措施均為通過間接手段測量和保證軋管機機架在線孔型精度，而實際機架上線后真實孔型情況的測量和反饋尚無直接測量手段。鞍鋼股份有限公司2019 年與德國SMS Meer 公司合作，引進了在線攝像機孔型測量分析系統(tǒng)CaliView，用以分析連軋軋制機架在線的實際孔型精度和替代原有光學(xué)牌坊中心線測量方法，提高孔型控制精度，提高對中作業(yè)效率［7-11］。

1 在線攝像機孔型測量分析系統(tǒng)

1.1 測量原理

CaliView 是由孔型攝像機、牌坊參考點、標(biāo)準(zhǔn)機架、背光源、便攜控制和數(shù)值診斷系統(tǒng)組成。測量時，先將背光源放置于軋管機出口側(cè)，孔型攝像機放置于牌坊入口側(cè)（一般放置于齒條滑軌上），調(diào)整孔型攝像機位置，與牌坊上第1 機架和第5 機架上的參考點圓環(huán)同心。將標(biāo)準(zhǔn)機架依次推入各機架牌坊內(nèi)，即可測得各機架牌坊中心較軋制中心線的偏移，根據(jù)所測結(jié)果進行牌坊滑軌和定位塊的調(diào)整，使得孔型中心與軋制中心一致，即可完成軋制中心線的測量和校正。軋管機機架孔型中心與此類似，將實際軋制機架依次推入牌坊內(nèi)并壓到平衡位，即可用攝像機測得實際孔型數(shù)據(jù)和較軋制中心線的偏差值，給后續(xù)調(diào)整提供依據(jù)。

1.2 測量方法

1.2.1 參考點的建立

PQF 原有軋管機牌坊的基準(zhǔn)分別在牌坊的入口和出口，安裝和拆卸對中支架耗時較長，為此為了方便測量，必須在牌坊內(nèi)部建立準(zhǔn)確的、方便拆卸的參考點，參考點安裝過程如圖1 所示。

圖1 參考點安裝過程

參考點的安裝過程如下：

（1） 安裝確定牌坊中心基準(zhǔn)。首先將兩個標(biāo)準(zhǔn)對中支架分別安裝在原有軋管機牌坊出入口的基準(zhǔn)座上，兩個支架中心形成一條直線，即為軋管機牌坊的中心線。

（2） 安裝背光板和攝像機。在軋管機入口側(cè)安裝攝像機，調(diào)整攝像機位置，使其測量中心與牌坊中心線一致。在牌坊出口側(cè)安裝背光板，作為后續(xù)測量投影的光源來源。

（3） 安裝參考點支架。圖1 所示，在牌坊第1機架入口和第5 機架出口分別安裝1 個參考點支架，用于懸掛可拆卸的參考點圓環(huán)。通過調(diào)整參考點支架位置，使參考圓環(huán)中心盡量與牌坊中心線處于同一條直線上，并將支架焊接固定于牌坊上。由于安裝誤差的存在，參考圓環(huán)中心不可能完全與牌坊中心線重合，因此通過攝像機測量其實際位置及相較軋制中心線的位置偏差值并輸入電腦，后續(xù)使用時系統(tǒng)會自動將偏差值帶入計算，此時參考點即可作為軋制中心線基準(zhǔn)使用。

1.2.2 軋制中心線及孔型的測量校正

CaliView 的測量原理是三點成圓原理，即測量孔型底部三點，計算出實際圓心坐標(biāo)，攝像機孔型中心點確定原理如圖2 所示。實際生產(chǎn)中由于牌坊內(nèi)已經(jīng)安裝了參考點支架，每次進行對中時就不必再在軋管機牌坊的出、入口安裝原有的對中支架作為基準(zhǔn)，而是直接用攝像機以參考點為基準(zhǔn)即可。

圖2 攝像機孔型中心點確定原理示意

（1） 軋制中心線的測量校正。當(dāng)進行牌坊對中，將標(biāo)準(zhǔn)機架逐一推入各機架牌坊內(nèi)，進行鎖緊，攝像機通過測量標(biāo)準(zhǔn)機架上的標(biāo)準(zhǔn)圓孔并計算，給出實際測量值和距中心的偏差值，軋制中心線的實際測量值與理論偏差值如圖3 所示。生產(chǎn)人員根據(jù)測量數(shù)值調(diào)整牌坊定位塊和滑軌，使其與軋制中心線盡可能一致，偏差值控制在0.15 mm 以內(nèi)，即完成牌坊對中。

圖3 軋制中心線的實際測量值與理論偏差值示意

（2） 孔型的測量校正。CaliView 還可對實際生產(chǎn)機架進行孔型測量和校正，方法與軋制中心線測量校正類似，將實際生產(chǎn)機架推入牌坊內(nèi)并鎖緊，攝像機測量軋輥孔型中槽底部分的一小段弧線，此弧線標(biāo)準(zhǔn)值是按照各架次孔型的理論值預(yù)先輸入到電腦里，攝像機測量后測量軟件系統(tǒng)計算得出實際孔型中心和孔型直徑以及較理論的偏差值，實際孔型測量值及與理論中心偏差值見表1，給生產(chǎn)人員提供調(diào)整依據(jù)。

表1 實際孔型測量值及與理論中心偏差值mm

2 分析討論

CaliView 較以往其他軋制中心線測量方法有如下優(yōu)點：

（1） 以往的孔型精度保證方法是分散的，機架的精度靠工具裝配車間保證，牌坊精度靠對中測量保證，兩者實際作用在一起并沒有檢測手段和方法，而CaliView 則可以實現(xiàn)軋制機架在線的孔型測量，顯示直觀，數(shù)據(jù)精度可達到0.01 mm，對分析和調(diào)整有指導(dǎo)意義。

（2） 測量方便快捷。由于攝像機具有廣角的特性，其可觀測區(qū)域變大，且其觀測的是圓環(huán)或孔型投影，不必像光學(xué)對中那樣去校正實心靶心，而且在用參考點和攝像機確立中心時的容差率增大，對攝像機的位置、光源的位置要求都不太嚴(yán)格，節(jié)省了標(biāo)定時間。攝像機理論位置和實際可放置位置如圖4 所示。

圖4 攝像機理論位置和實際可放置位置示意

（3） 孔型數(shù)值為孔型調(diào)整提供參考。CaliView根據(jù)實測數(shù)值能夠計算分析出孔型的偏差，步進顯示三輥連軋管機自身孔型偏差值，顯示其相對軋制中心的偏移值。生產(chǎn)人員據(jù)此可進行優(yōu)化調(diào)整，提高孔型精度。

（4） 可對精度劣化提出預(yù)警。由于CaliView測量方便快捷，可利用換輥和日常檢修時間對軋管機機架和牌坊進行測量校對，同時能夠在較短的周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常值的機架架次和軋管機牌坊，遠遠低于大修周期，有利于機架和牌坊精度的及時修復(fù)和維護。

由于連軋軋輥使用周期短，更換頻繁，鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠（簡稱鞍鋼無縫）目前對連軋管機架的線下裝配和孔型校驗主要依靠孔型站，CaliView 系統(tǒng)雖然在對中測量速度上較傳統(tǒng)對中方法有較大提高，但仍不能滿足實際作業(yè)效率要求，因此鞍鋼無縫主要將其作為連軋軋制中心線的測量和校正手段，不能代替孔型站作用。

3 結(jié) 語

在線攝像機孔型測量分析系統(tǒng)CaliView 實現(xiàn)了機架孔型精度的在線測量和調(diào)整，是在線孔型精度檢測的一大進步，精度高（精度為0.01 mm），測量方法快捷，數(shù)據(jù)可直接分析顯示，可作為新型連軋孔型中心線測量校正的手段，提高了軋制中心線檢驗校正的頻次和精度，目前鞍鋼無縫已經(jīng)引進這一技術(shù)，為下一步提高產(chǎn)品尺寸精度提供了基礎(chǔ)。