[发明专利]高温锻件测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及高温锻件测量设备。

背景技术

锻件，一般指在10MN液压机或者50kN锻锤上用钢锭锻造的大锻件，轴类零件一般在5吨以上，盘类零件一般在2吨以上，采用自由锻工艺，是制造重大装备的核心部件。大锻件锻造时，材料和能源消耗巨大，控制锻件尺寸对于控制质量、降低成本有重大意义。高温锻件的测量难点在于其大尺寸、1000℃左右的高温、发光强烈、锻压车间环境极其恶劣等。

目前，国内外的锻压厂，普遍采用接触式测量。就是大锻件在高温状态离开锻压机，转移至测量工位，工人操作卡钳、量杆等直接接触高温锻件，肉眼读数。在高温状态下，如此测量，劳动条件已经不是恶劣，而是危险。而且测量数据太少，测量效率低、精度差。显然，接触式测量，对于高温锻件，并不适宜。

高温锻件的非接触式测量，是发展重点。 包括激光束投射法（需要一个高精度的长导轨引导激光测量大锻件）、CCD图像测量法、激光扫描法。目前主要发展后两者。CCD图像检测，信息量大，测量效率高，但是容易被干扰，受CCD相机景深限制，图像匹配困难，需要现场标定。激光测距，则存在电子系统对环境要求较高，锻件高温直接影响测距精度等问题。有些公开报道的外国商品，其技术指标、环境适应性尚不明确，国内没有采用的报道。而且价格太高。根据聂绍珉、李树奎发表在《金属加工·热加工》2008年11期的《大锻件热态在线尺寸测量研究综述》，各企业基本采用人工方法测量，我国的大锻件测量基本处于空白，企业急需，愿意付出。上述技术问题，可见2013年华南理工大学李哲林博士论文《基于CCD的长轴类高温大锻件的三维尺寸测量的研究》，2010年上海交通大学田志松博士论文《大锻件在线检测系统的关键技术研究》，2011年大连理工大学王邦国博士论文《锻件热态几何参数视觉测量系统研究》。

测距在工业中具有重要作用。按照测距原理，可以分为三角法、脉冲法、相位法。三角法是一束激光照射到物体上，部分漫反射激光经过棱镜在光电探测设备上成像。三角法在应用上有很多定位参数要求，在测量设备标定上非常繁琐而且费时，实测时若系统中某项参数无法准确得到，将使得测量数据产生误差。当测量设备有微小变动时，系统中每项参数都必须重新标定。见许智钦 孙长库编著，《3D逆向工程》（中国计量出版社2002年4月第1版）p16。

何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。

有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便的高温锻件测量设备。