[发明专利]大型自由锻件尺寸在线测量装置及方法

权利要求书

1.一种大型自由锻件尺寸在线测量装置，本装置安装于自由锻造车间的锻压机、带夹钳的操作机两侧，所述锻压机包括四根立柱、活动横梁、锻锤、走台和锻砧，所述操作机位于所述锻压机一端并沿轨道通过夹钳向所述锻压机进给锻件，所述自由锻造车间配有操作室，所述操作室位于所述锻压机一侧并控制所述锻压机和操作机；其特征在于：本装置包括两处支撑钢架、水平运动单元、第一垂直运动单元、第二垂直运动单元、第三垂直运动单元、第四垂直运动单元、激光投线法长度测量单元、测温寻边法直径在线测量单元、激光对射测距法直径在线测量单元、激光对射测距法直径离线测量单元、激光束投线法直径目测及预警单元和操作机位置测量单元，所述两处支撑钢架分别设于所述操作室两侧，所述水平运动单元架设于所述两处支撑钢架顶端并位于所述操作室上方或前上方，所述第一垂直运动单元和第二垂直运动单元分别相向设于所述锻压机两侧并正对锻压机靠近操作机侧的立柱和锻砧之间的空隙，所述第三垂直运动单元和第四垂直运动单元分别相向设于所述锻压机和操作机两侧并靠近操作机一侧；

其中，所述激光投线法长度测量单元包括第一安装箱、第二安装箱、两台激光束投线器和两台带有电动变倍变焦镜头的工业摄像机，所述两台激光束投线器和两台带有电动变倍变焦镜头的工业摄像机分别设于所述第一安装箱和第二安装箱内，所述第一安装箱和第二安装箱分别间隔设于所述水平运动单元并沿水平运动单元移动，所述两台激光束投线器向锻件表面投射激光线并由工业摄像机成像；

所述测温寻边法直径在线测量单元包括第三安装箱、第四安装箱、第五安装箱、第六安装箱和四个带电动转台的高温红外测温传感器，所述四个带电动转台的高温红外测温传感器分别设于所述第三安装箱、第四安装箱、第五安装箱和第六安装箱内，所述第三安装箱和第四安装箱分别间隔设于所述第一垂直运动单元并沿第一垂直运动单元上下运动，所述第五安装箱和第六安装箱分别间隔设于所述第三垂直运动单元并沿第三垂直运动单元上下运动，所述设于第三安装箱和第四安装箱内的高温红外测温传感器自动测温并在线寻找锻砧和锻压机立柱之间空隙处的锻件上下边缘，所述设于第五安装箱和第六安装箱内的高温红外测温传感器斜向自动测温并在线寻找在锻砧内正在锻造处的锻件上下边缘，所述四个高温红外测温传感器通过电动转台调整水平转角；

所述激光对射测距法直径在线测量单元包括第三安装箱、第七安装箱和两个带电动转台的高温激光测距传感器，所述第七安装箱设于所述第二垂直运动单元并沿第二垂直运动单元上下移动，所述两个带电动转台的高温激光测距传感器分别设于所述第三安装箱和第七安装箱内，所述两个高温激光测距传感器自动对向测量到锻件的距离并在线测量锻件直径，所述两个高温激光测距传感器通过电动转台调整水平转角指向锻件需要测量的截面，获得该截面位置处的锻件直径；

所述激光对射测距法直径离线测量单元包括第五安装箱、第八安装箱和两个高温激光测距传感器，所述第八安装箱设于所述第四垂直运动单元并沿第四垂直运动单元上下移动，所述两个高温激光测距传感器分别设于所述第五安装箱和第八安装箱内，所述两个高温激光测距传感器自动对向测量到锻件的距离并离线测量锻件直径；

所述激光束投线法直径目测及预警单元包括四台一字激光束发射器和四台带电动变倍变焦镜头的工业摄像机，所述四台一字激光束发射器和四台带电动变倍变焦镜头的工业摄像机分别设于所述第三安装箱、第四安装箱、第五安装箱和第六安装箱内，所述四台一字激光束发射器分别向锻件投射激光线,对准锻件上下边缘并由工业摄像机成像，或将激光线移动到最终锻造的直径尺寸位置，得到锻造工艺尺寸预警线；

所述操作机位置测量单元包括第九安装箱和激光测距传感器，所述第九安装箱设于所述操作机上并随同操作机移动，所述激光测距传感器设于所述第九安装箱内并实时检测操作机与锻压机之间的距离。

2.根据权利要求1所述的大型自由锻件尺寸在线测量装置，其特征在于：所述水平运动单元、第一垂直运动单元、第二垂直运动单元、第三垂直运动单元和第四垂直运动单元分别包括导轨、电机编码器以及依据电机编码器信息驱动相应安装箱沿导轨运动的伺服电机。

3.一种大型自由锻件尺寸在线测量的方法，其特征在于：本方法包括激光束投线测量法、测温寻边直径测量法、激光对射直径测量法、激光对射轮廓测量法， 

所述激光束投线测量法适用于手动测量的情况，其包括以下步骤：

步骤一、采用设置于垂直运动单元的激光束发射器向锻件表面投射水平激光束投线，通过操作机夹钳或天车调整锻件至水平位置；

步骤二、采用设置于垂直运动单元或水平运动单元的激光束发射器向锻件表面投射两条水平激光束投线或两条垂直激光束投线，通过控制水平或垂直运动单元上相应的两台安装箱的移动，并结合工业摄像机获得的激光束投线在锻件上放大的局部图像，人工判断并操作控制激光束发射器将两条激光束投线分别对准锻件的直径或高度的上下边缘、台肩或端面边缘；

步骤三、通过两台激光束发射器安装箱间距信息计算两条激光束投线间的距离，得到锻件直径值、高度值或长度值；

所述测温寻边直径测量法适用于沿垂直方向从锻砧和锻压机立柱间的空隙自动测量锻件直径，或沿斜向自动测量锻件在锻砧内正在锻压位置处的直径，其包括以下步骤：

步骤一、采用设置于垂直运动单元的激光束发射器向锻件表面投射水平激光束投线，通过操作机夹钳或天车调整锻件至水平位置；

步骤二、控制设置于垂直运动单元上安装有高温红外测温传感器的两个安装箱上下移动位置，采集两台高温红外测温传感器对锻件和背景的测温数据，结合实时的相应两个安装箱的间距信息，计算得到高温红外测温传感器位置与温度的梯度变化关系，据此自动搜索并判断锻件边缘，最终将两个高温红外测温传感器分别自动对准锻件的直径或高度的上下边缘；

步骤三、根据两个高温红外测温传感器最终的定位位置，计算得到两台高温红外测温传感器之间的距离，即锻件直径值或高度值；

所述激光对射直径测量法适用于在线或离线自动测量沿水平方向的锻件直径，并且当在线测量锻砧内正在锻造位置处的锻件直径时，锻件被锻砧遮挡应不超过二分之一，其包括以下步骤：

步骤一、通过操作机夹钳或天车调整锻件轴线相对于相向设置的两个高温激光测距传感器的连线垂直；

步骤二、控制相向设置的两个高温激光测距传感器在相应垂直运动单元上的位置，使安装有两个高温激光测距传感器的安装箱在锻件高度中心位置附近上下移动，采集并记录两个高温激光测距传感器到锻件表面的距离数据；

 步骤三、对距离数据滤波处理并拟合计算得到两个高温激光测距传感器测得的距离最小值                                               、，若两个高温激光测距传感器的水平初始距离为，是锻件待测位置处的直径，、分别是两个高温测距传感器的连线同两个高温测距传感器激光束间的夹角，则，得到锻件待测位置处的直径；

所述激光对射轮廓测量法适用于水平截面内的锻件轮廓离线自动测量，其包括以下步骤：

步骤一、通过操作机夹钳将锻件拉出锻压机外，向锻件表面投射水平激光束投线，通过操作机夹钳或天车控制锻件处于水平位置；

步骤二、通过测温寻边法直径在线测量单元测得锻件中心高度，同时控制相向安装的设有高温红外测温传感器的两个安装箱在相应垂直运动单元上上下运动，将两个高温激光测距传感器调整至与锻件轴线位于同一水平面内； 

步骤三、操作机夹钳带动锻件单方向移动，采集并记录两个高温激光测距传感器到锻件的距离数据，并通过操作机位置测量单元实时采集操作机位置数据，同两个高温激光测距传感器的测量数据一一对应；

步骤四、以操作机位置数据作为横坐标，以两个高温激光测距传感器测量数据经滤波处理并拟合后的数据为纵坐标，绘制在同一幅坐标图中，即得到锻件在水平截面内的轮廓，并同锻造工艺尺寸图放在同一张坐标图中对比。