使用激光測量傳感器進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪加工找正

王福磊

摘要： 目前水輪機(jī)部件加工時(shí)的找正工序耗費(fèi)時(shí)間長，主要原因在于使用百分表測量的局限性。為了提高找正工作效率，使用激光傳感器配合液壓千斤頂進(jìn)行找正是一種值得推薦的方法。本文介紹了激光測量感器用于機(jī)械加工找正測量的施工方法的探索，以及對水輪機(jī)大型部件的找正方法的改進(jìn)，提供了激光傳感器與液壓千斤頂配合找正的思路。

關(guān)鍵詞： 激光傳感器;水輪機(jī)部件加工;找正;測量

前言

轉(zhuǎn)輪找正工作是轉(zhuǎn)輪加工的重要環(huán)節(jié)，其需要大量的人員，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全系數(shù)低。目前，國內(nèi)機(jī)械加工在找正水平、同心等位置精度時(shí)一般使用百分表測量。這樣的接觸式測量具有許多弊端，如測量精度受被測表面光潔度影響大、必須在工件靜止時(shí)測量、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表頭需要躲避粗糙表面及障礙物，易碰撞產(chǎn)生誤差，重復(fù)作業(yè)。采用激光測量傳感器進(jìn)行大型工件加工的找正測量，可實(shí)現(xiàn)精確非接觸測量，提高找正測量的效率，保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

工作原理

激光傳感器原理。激光測量傳感系統(tǒng)是一種用于測量物件位移大小及對動(dòng)態(tài)物件位移量進(jìn)行時(shí)實(shí)測量的光、機(jī)、電一體化系統(tǒng)，其屬于激光非接觸檢測儀器。不僅可測量非常小面積并有較遠(yuǎn)的測量間距和測量范圍。目前大的測量起始位置可以達(dá)到1米以上，測量范圍±200mm，這樣的傳感器可以遠(yuǎn)離被測體，兔受被碰壞和被測體熱輻射而影響到測量精度。[1]其測量精度高，穩(wěn)定性好，防護(hù)等級高，工作溫度范圍寬，自適應(yīng)能力強(qiáng);其可對金屬、非金屬甚至玻璃進(jìn)行測量，同步功能可用于差動(dòng)測厚、測長等，特別適用工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。目前，國際市場只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家如德國、英國、日本等國擁有成熟的激光位移傳感器產(chǎn)品，以德國史克公司（SICK）、英國的真尚有、日本的基恩士（KYENCE）、歐姆龍（OMRON）公司為代表的激光非接觸檢測儀器制造商。[2]

激光位移傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地拓展與延伸，除了精確測量物體的位移、厚度、直徑等幾何量，還可對各類光學(xué)棱鏡的厚度、角度進(jìn)行快速、精確檢測;并可通過掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)對物體外形輪廓尺寸的測量。

技術(shù)方案

確定技術(shù)方案

加工前必須確定工件相對于機(jī)床坐標(biāo)系的位置。轉(zhuǎn)輪直徑6米，高2米，重達(dá)百噸，對于轉(zhuǎn)輪修復(fù)加工來說，加工余量相對工件尺寸來說非常小，為了保證足夠的加工余量，必須保證工件相對于機(jī)床坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)，以描述刀具和工件的相對位置及其變化關(guān)系。加工找正的精度要求在0.05mm之內(nèi)，百分表的測量精度為0.01mm，但是接觸式測量方式受被測點(diǎn)位置、表面光潔度影響大，有時(shí)被測點(diǎn)位置有凸起，就影響了測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，其測量的缺點(diǎn)非常明顯。以轉(zhuǎn)輪找正為例，按照技術(shù)要求將其外圓表面8等分，將8個(gè)對稱點(diǎn)同心和水平偏移量找正到0.05mm之內(nèi)。在現(xiàn)場的工作條件下使用百分表找正測量具有以下難點(diǎn)：一是需要將百分表指針靜止在被測點(diǎn)才能讀數(shù)，而轉(zhuǎn)輪由于沖蝕、補(bǔ)焊之后，表面不平度大，被測點(diǎn)很難反映真實(shí)數(shù)據(jù)。二是使用八米立車轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行找正，由于轉(zhuǎn)輪體積、重量大，在慣性的影響下，很難使百分表測頭移動(dòng)到被測點(diǎn)的位置上，需要反復(fù)移動(dòng)，浪費(fèi)了大量時(shí)間。三是用緊卡盤的方式推動(dòng)轉(zhuǎn)輪發(fā)生位移，由于被測點(diǎn)在高度2米的轉(zhuǎn)輪上部，操作人員和測量觀察人員距離過遠(yuǎn)，操作不能很好配合指令，使轉(zhuǎn)輪找正有時(shí)位移過量，造成重復(fù)作業(yè)。

針對以上難點(diǎn)，確定技術(shù)方案為：采用激光測量傳感器實(shí)現(xiàn)非接觸測量，使測量、讀數(shù)過程連續(xù)且自動(dòng)化，能提高找正測量的精確性和工作效率;測量完畢后與百分表的數(shù)值進(jìn)行比對，確定找正數(shù)據(jù)真實(shí)可靠;根據(jù)測量的數(shù)據(jù)使用液壓自動(dòng)裝置推動(dòng)轉(zhuǎn)輪發(fā)生位移，使轉(zhuǎn)輪位置與車床回轉(zhuǎn)中心同心;達(dá)到提高找正效率的目的。在現(xiàn)場測量過程中，為了避免碰撞激光測量傳感器，影響測量，選用測量距離為50–70mm。轉(zhuǎn)輪找正精度要求對稱點(diǎn)在0.05mm以內(nèi)，選用測量精度為0.001mm。

制作激光測頭固定機(jī)構(gòu)：

激光傳感器測量要求測頭與被測工件垂直距離為50–70mm，穩(wěn)固地安裝在刀架上。由于激光測距儀的測頭沒有合適的固定裝置，根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)制作了測頭螺旋夾緊裝置，通過磁力座穩(wěn)固地吸附在刀架上，便于測量時(shí)拆卸安裝。如圖1所示，采用激光測距儀作為檢測機(jī)構(gòu)，從主機(jī)顯示屏讀取測量數(shù)值。顯示屏不受現(xiàn)場光源和位置影響，可清晰讀出測量的數(shù)值，作為找正轉(zhuǎn)輪位置精度的依據(jù)。

測頭101發(fā)出激光打在轉(zhuǎn)輪表面進(jìn)行測量;固定機(jī)構(gòu)102用于裝夾測頭，穩(wěn)固吸附在八米立車車刀夾具103上，通過八米立車立刀架104帶動(dòng)測頭移動(dòng)，正對轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪304的位置，垂直于被測點(diǎn)。在一個(gè)位置測量完畢后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪304，八米立車卡盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪304旋轉(zhuǎn)，使測頭正對下一個(gè)被測點(diǎn)位置測量。測頭101通過電源及數(shù)據(jù)線202與主機(jī)201連接，測量數(shù)據(jù)顯示在主機(jī)201的顯示屏上。為方便觀察，主機(jī)201放置在支架203上。主機(jī)顯示屏為光電顯示，10寸光電屏可直接清晰顯示數(shù)字，無須光源也可快捷讀數(shù)。

結(jié)論

本次找正工藝的改進(jìn)，主要配合應(yīng)用了激光傳感器和液壓千斤頂，將以往10人3天的工作提升效率為3人1天，而且提高了準(zhǔn)確性，使找正測量過程變得簡化且便于操作。采用非接觸式的激光傳感器測量位移，能夠不接觸轉(zhuǎn)輪表面，快速讀取測量數(shù)值，形成連續(xù)測量曲線，不受被測表面粗糙度的影響，方便快速讀數(shù)。液壓千斤頂?shù)闹亓枯p、結(jié)構(gòu)緊湊，滿足轉(zhuǎn)輪找正時(shí)勻速平穩(wěn)位移的要求，與激光測距儀配合使用能提高機(jī)械加工找正效率。

參考文獻(xiàn)

Keyence（恩基士）公司. ScanCONTROL2800工業(yè)自動(dòng)化傳感器技術(shù)產(chǎn)品讀本[S].恩基士（中國有限公司），2017.

孫長庫，葉聲華.激光測量技術(shù)[M].天津大學(xué)出版社，2001.7.

沈利平，李金軍.水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪加工液壓找正研究科技項(xiàng)目驗(yàn)收資料[C].國網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠，2017.10.