專利名稱：激光測定回轉(zhuǎn)窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)窯的測量方法及儀器，具體地是一種激光測定回轉(zhuǎn)窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法和儀器。
回轉(zhuǎn)窯是水泥、有色、黑色冶金、化工等工業(yè)的重要燒成設(shè)備，其托輪位置的偏移會引起窯機械故障，縮短窯襯壽命，降低窯生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率，故需經(jīng)常對窯托輪位置進行測量，以便及時校準(zhǔn)窯軸線。
80年代初，窯的校準(zhǔn)技術(shù)只能采用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀來測量靜止的回轉(zhuǎn)窯。這種檢測方法有兩個缺點只能在冷卻的回轉(zhuǎn)窯上進行測量；只能在窯運轉(zhuǎn)操作中斷時進行測量。這種測量方法沒有考慮不同溫度的效應(yīng)和由此引起的托輪支承座的不同熱脹量。為了克服這些缺點，德國KRUPP POLYSIUS公司從80年代初就開始研究更好的測量方法。如《WORD CEMENT》雜志1985年第三期105頁“回轉(zhuǎn)窯新型測量系統(tǒng)POLSCAN”簡介了測量原理過程與測地學(xué)一樣，空間坐標(biāo)采用前向交叉法來測量，使用2個ZEISS ELTA 2型視距儀，一個可讀出測點的讀數(shù)儀，并用磁性固定在托輪軸承上。如每個測點測出一個水平，一個垂直角度，通過橫測尺試出計算三角形所需要的數(shù)據(jù)，輸入到2臺與測量裝相連的計算機中，整個過程都是自動進行和顯示測量值，最后，打印出必需調(diào)整數(shù)據(jù)的計算結(jié)果。世界水泥工業(yè)權(quán)威雜志《ZEMENT-KALK-GIPS》1989年第11期549－552頁“通過對窯軸線的光電檢測提高窯設(shè)備的運轉(zhuǎn)率”進一步介紹了PLLYSIUS公司POLSCAN系統(tǒng)的測量方法和儀器。該方法的實際操作是按下面步驟進行的沿著窯軸線方向安置多個反射鏡；
測沒定所有反射鏡的窨坐標(biāo)；安放測距儀；通過測量反射鏡來確定測距儀的位置；借助前面測量反射鏡的數(shù)據(jù)參數(shù)，來估算測距儀的定位誤差；測出所有托輪軸心目標(biāo)點的空間坐標(biāo)；將測量數(shù)據(jù)存入計算機的固定存儲器；把測距儀移到下一個測站，并重新安放定位；測定其余的目標(biāo)。
重復(fù)進行上述操作過程，直到測出窯設(shè)備上所有的目標(biāo)點為止。為了準(zhǔn)確確定每個目標(biāo)點需要3－5個方位參數(shù)。按照托輪支承座的數(shù)量和可接近性，一條窯通過計算機收集和處理約130至300個方位參數(shù)。
上述方法所用儀器主要有2臺帶電子測角和紅外測距的全站經(jīng)緯儀(以下簡稱測距儀)、帶專用軟件的便攜微機，一個裝有多臺計算機、一臺打印機和標(biāo)繪機的計算機工作站；至少3個測量反射鏡；專用橫測尺及各種輔助設(shè)備；運輸設(shè)備由4個大鋁箱組成。
上述方法具有在窯正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行測量，可將全部測量結(jié)果聯(lián)機輸入計算機，以避免傳輸出錯，當(dāng)場打印出測量結(jié)果和修正系數(shù)，當(dāng)窯設(shè)備為通常長度時，測量誤差小于±2毫米等特點，但該方法至少需2名高級測量專家操作儀器，測量過程復(fù)雜，對3支承的窯需測多達300個方位參數(shù)，工作量太大，難免出現(xiàn)人為觀察誤差。該方法對通常(3支承50米長的)窯的測量誤差為±2毫米，由此推算出測量6支承150米長窯時，測量誤差約在±3至±4毫米，測窯精度不夠高。且該系統(tǒng)儀器總重量達200公斤以上，成本約30萬德國馬克，造價太昂貴。
本發(fā)明的目的在于針對上述測量方法的不足，提供一種簡化測量過程，減少人為觀察誤差，提高測量精度，并大大降低測量系統(tǒng)儀器制造成本的激光測定窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法和測量儀器。
本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的一種激光測定回轉(zhuǎn)窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法，在窯一側(cè)用固定的激光準(zhǔn)直儀射出一束與窯體軸線平行的激光基準(zhǔn)線，打開托輪端蓋，將2個磁性光電對中器吸到同側(cè)的2個托輪軸心上，在右托輪一側(cè)放置激光直角分光儀，用激光直角分光儀分射出相互垂直的激光水平線1和線2，激光水平線1對準(zhǔn)右托輪軸心R且平行于激光基準(zhǔn)線決定的垂面Q；在放置激光直角分光儀同側(cè)的左托輪旁放置一直角折射儀，將線2直角折射出激光水平線3，對準(zhǔn)左托輪軸心L的垂線JL上，在對中器上測出兩托輪軸心的高差△C垂直于激光基準(zhǔn)線決定的垂直面Q，緊靠兩托輪外殼水平面，拉一鋼卷尺截住線1和線3，測出兩托輪水平中心距F將一滑標(biāo)尺垂直于Q面，靠近托輪軸水平架立，移動滑標(biāo)尺的光電靶截住激光基準(zhǔn)點G，移動其滑尺截住線3，從滑標(biāo)尺上讀出Q面至軸心L的水平距Kl；水平旋轉(zhuǎn)激光直角分光儀，將線2平射到滑標(biāo)尺的光電靶上，讀出垂距Hr，垂距Hl=Hr+△C；按上述步驟將激光直角分光儀、折射儀、滑標(biāo)尺移至兩托輪的另一側(cè)測出△C＇、F＇、Kl＇、Hl＇，窯筒體在托輪中間截面X處的中點橫縱坐標(biāo)Y、z按下列公式計算窯橫坐標(biāo)Y=12(Kl+Kl′+Al+Al′)]]>式中，Al、Al＇是輪帶中心到左托輪軸心的水平距離
式中，Bl=12(D+Dl);Br=12(D+Dr)]]>D是輪帶熱態(tài)直徑，Dl是左托輪熱態(tài)直徑，Dr是右托輪熱態(tài)直徑，它們是已知量，用動態(tài)直徑測量儀測出。
縱坐標(biāo)Z=Bl•cosOl-12(Hl+Hl′+Φ)]]>式中，Φ是輪帶熱動態(tài)平均間隙，是已知量，用動態(tài)輪帶間隙儀測出左托輪支承角Ol=arcsin(Al+Al′)／2Bl右托輪支承角Or=arcsin(F－Al+F′－Al′)／2Br依次在各擋托輪處重復(fù)上述操作，測算出各檔窯體中點坐標(biāo)Xi、Yi、Zi；將上述測量數(shù)據(jù)輸入微機，按程序自動算出窯體實際軸線相對準(zhǔn)直軸線的水平和垂直偏差△Yi、△Zi，再算出支承角Oli、Ori，從而自動算出各托輪水平或垂直移動的精確數(shù)據(jù)及方向，并打印結(jié)果和圖形。
所用的激光直角分光儀包括激光器、水泡器、分光鏡、導(dǎo)軌、光欄和托板，激光器裝在激光座上，圓水泡器安在激光器旁，長水泡器垂直于激光器安置，半透半反分光鏡垂立裝在三維微調(diào)器上且與激光器成45°角，光欄平行于激光器垂立，它們都裝在托板上；托板固定在垂直移動導(dǎo)軌上，垂直移動導(dǎo)軌裝在水平移動導(dǎo)軌上且與其垂直，水平移動導(dǎo)軌裝在其下的水平底座上。
直角折射儀包括直角折射棱鏡、微調(diào)座、托臺、長水泡器、微旋機構(gòu)和平移軌，直角折射棱鏡裝在微調(diào)座內(nèi)并固定在托臺上，它的一個直角面是半反半透鏡面；長水泡器也固定在托臺上且平行于棱鏡的頂面和半反半透鏡面，托臺固定于微旋機構(gòu)上可垂直旋轉(zhuǎn)；微旋機構(gòu)固定于平移軌上，平移軌裝在其下的水平底座上。
滑標(biāo)尺由光電靶、滑尺、標(biāo)尺、光電陣列器、狹縫、長水泡器和水平底座組成，標(biāo)尺裝在水平底座上，滑尺、長水泡器及光電靶裝在標(biāo)尺上，光電靶上固定著可平臥或直立的光電陣列器和2個狹縫，兩狹縫的距離≥500毫米。
磁性光電對中器為圓形對中器，圓形對中器的中心有4象限光電傳感器，傳感器直徑50－70毫米且其上印有1毫米間距同心圓圈；對中器內(nèi)還裝有激光對中自動顯示電路。
本發(fā)明使用激光分光儀一直角折射儀直接目視對準(zhǔn)托輪軸心，并用對光電中器自動顯示對中，簡化了測量過程，消除了人為觀察誤差，對中誤差≤±0．5毫米，且不需要專業(yè)人員操作；本發(fā)明使用的滑標(biāo)尺采用光電陣列器，它由光電陣列和單片機組成，當(dāng)激光準(zhǔn)直儀基礎(chǔ)振動或窯高溫引起激光基線波動時，光電陣列器能自動進行平均處理，消除和減少基準(zhǔn)點的波動量，使其誤差≤±1毫米。
本發(fā)明測量系統(tǒng)儀器簡單，操作方便，測量工作量小，測算窯筒體中心的誤差≤±1、5毫米，測量精度高，儀器成本低，便于普及應(yīng)用。
下面參照附圖詳述本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明在窯橫截面測量托輪軸心的示意2為本發(fā)明在窯水平面測量托輪軸心的示意3為本發(fā)明的激光分光儀的結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明圖3的俯視5為本發(fā)明的直角折射儀的結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明圖5的俯視7為本發(fā)明的滑標(biāo)尺的結(jié)構(gòu)示意8為本發(fā)明的磁性光電對中器的結(jié)構(gòu)示意9為本發(fā)明圖8的側(cè)視10 為本發(fā)明的磁性光電對中器的光電對中自動顯示電路方框圖參照附圖，本發(fā)明的測量系統(tǒng)儀器主要包括激光準(zhǔn)直儀5、2個托輪軸心對中器30、激光直角分光儀6、直角折射儀7、滑標(biāo)尺41、鋼卷尺、動態(tài)直徑測量儀、動態(tài)輪帶間隙儀和帶程序的微機，其中，激光準(zhǔn)直儀、鋼卷尺為通用儀器及工具；動態(tài)直徑測量儀、動態(tài)輪帶間隙儀為現(xiàn)有專用儀器。
如圖3、4所示，激光直角分光儀6由激光器11、激光座12、圓水泡器13、長水泡器14、半透半反分光鏡16、垂直移動導(dǎo)軌19、水平移動導(dǎo)軌10、光欄18和托板15等組成，激光器11裝在激光座12上，圓水泡器13安在激光器11旁，長水泡器14垂直于激光器11安置，半透半反分光鏡16垂立裝在三維微調(diào)器17上且與激光器成45°角，光欄18平行于激光器12垂立，它們都裝在托板15上；托板15固定在垂直移動導(dǎo)軌19上，垂直移動導(dǎo)軌19裝在水平移動導(dǎo)軌10上且與其垂直，水平移動導(dǎo)軌19裝在其下的水平底座29上。
如圖5、6所示，直角折射儀7包括直角折射棱鏡20、微調(diào)座22、托臺24、長水泡器27、微旋機構(gòu)25和平移軌26，直角折射棱鏡20裝在微調(diào)座22內(nèi)并固定在托臺24上，它的一個直角面是半反半透鏡面21；長水泡器28也固定在托臺24上且平行于棱鏡的頂面23和半反半透鏡面21，托臺24固定于微旋機構(gòu)25上可垂直旋轉(zhuǎn)；微旋機構(gòu)25固定于平移軌26上，平移軌26裝在其下的水平底座28上。
如圖7所示，滑標(biāo)尺41由光電靶38、滑尺36、標(biāo)尺35、光電陣列器39、狹縫40、長水泡器37和水平底座組成，標(biāo)尺35裝在水平底座上，滑尺36、長水泡器37及光電靶38裝在標(biāo)尺35上，光電靶38上固定著可平臥或直立的光電陣列器39和2個狹縫40，兩狹縫40的距離≥500毫米。
如圖8、9所示，磁性光電對中器30為圓形對中器，圓形對中器的中心裝有4象限光電傳感器31，該傳感器直徑50－70毫米且其上印有1毫米間距同心圓圈；在傳感器31旁安有對中指示發(fā)光管32；對中器內(nèi)裝有激光對中自動顯示電路；對中器外裝有可裝拆的防雜光罩33和3塊勻布固定的磁鐵34。
如圖10所示，本發(fā)明的激光對中自動顯示電路由4象限傳感器31、對中放在比較器42、對中判斷邏輯43、反饋控制單元44、可視對中狀態(tài)指示單元45和對中指示發(fā)光管32組成。
本發(fā)明的測量方法是在窯的一側(cè)用固定的激光準(zhǔn)直儀5射出一束激光基準(zhǔn)線4，使其與窯體8軸線平行；打開兩個托輪外殼端蓋，將2個磁性光電對中器30吸到同側(cè)的2個托輪軸心上。磁性光電對中器為圓形的，直徑70毫米，其4象限光電傳感元件上印有1毫米間距同心圓圈，其對中誤差≤0．5毫米。在右托輪9一側(cè)架立激光分光儀6，分光儀的激光器11射出激光水平線1，激光線1由分光鏡16分出激光線2，它穿過光欄18的圓孔射出，激光線2平行于托輪底座邊，即垂直于Q垂面，激光線I水平對準(zhǔn)到右托輪軸心R；在激光直角分光儀同側(cè)的左托輪10旁架立直角折射儀7，用其直角棱鏡20的半反半透面21將線2的部分激光返回分光儀的光欄18孔中，則該面21垂直于線2；調(diào)整微旋機構(gòu)25，使棱鏡20的頂面23水平，則線2通過棱鏡20可垂直折射出激光水平線3，它與線1在同一水平面，平行移動棱鏡可將線3對準(zhǔn)到左托輪軸心垂線JL上。其誤差≤0．5毫米。在折射儀與托輪軸之間水平架立滑標(biāo)尺41，先立起其光電靶的2個狹縫40，使激光基準(zhǔn)線穿過2個縫寬2毫米的狹縫40，則滑標(biāo)尺的標(biāo)尺35垂直于Q面，標(biāo)尺讀數(shù)精度為0．1毫米，垂直角誤差≤0．5毫米；放倒2個狹縫40，直立起光電陣列器39截住基準(zhǔn)點G；移動其滑尺36截住線3；這樣就可測出兩托輪軸心一側(cè)的空間位置參數(shù)△C、F、Kl、Hl。將上述測量儀器移到兩托輪的另一側(cè)按上述步驟進行測量，可測出托輪另一側(cè)的空間位置參數(shù)△C′、F′、Kl′、Hl′。依次在各擋托輪處重復(fù)上述操作，把所有托輪參數(shù)輸入帶有專有程序的微機，就可自動算出窯筒體實際軸線相對準(zhǔn)直軸線的偏差，據(jù)此可進行窯軸線的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種激光測定回轉(zhuǎn)窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法，在窯一側(cè)用固定的激光準(zhǔn)直儀射出一束與窯體軸線平行的激光基準(zhǔn)線，打開托輪端蓋，將2個磁性對中器吸到同側(cè)的2個托輪軸心上，其特征在于在所述的對中器是光電對中器；右托輪一側(cè)放置激光直角分光儀，用激光直角分光儀分射出相互垂直的激光水平線1和線2，激光水平線1對準(zhǔn)右托輪軸心R且平行于激光基準(zhǔn)線決定的垂面Q；在放置激光直角分光儀同側(cè)的左托輪旁放置一直角折射儀，將線2直角折射出激光水平線3，對準(zhǔn)左托輪軸心L的垂線JL上，在對中器上測出兩托輪軸心的高差△C；垂直于激光基準(zhǔn)線決定的垂直面Q，緊靠兩托輪外殼水平面，拉一鋼卷尺截住線1和線3，測出兩托輪水平中心距F；將一滑標(biāo)尺垂直于Q面，靠近托輪軸水平架立，移動滑標(biāo)尺的光電靶截住激光基準(zhǔn)點G，移動其滑尺截住線3，從滑標(biāo)尺上讀出Q面至軸心L的水平距Kl；水平旋轉(zhuǎn)激光直角分光儀，將線2平射到滑標(biāo)尺的光電靶上，讀出垂距Hr，垂距Hl=Hr+△C；按上述步驟將激光直角分光儀、折射儀、滑標(biāo)尺移至兩托輪的另一側(cè)測出△C′、F′、Kl′、Hl′，窯筒體在托輪中間截面X處的中點橫縱坐標(biāo)Y、Z按下列公式計算窯橫坐標(biāo)Y=12(Kl+Kl′+Al+Al′)]]>式中，Al、Al′是輪帶中心到左托輪軸心的水平距離
式中，Bl=12(D+Dl);Br=12(D+Dr)]]>D是輪帶熱態(tài)直徑，Dl是左托輪熱態(tài)直徑，Dr是右托輪熱態(tài)直徑，它們是已知量，用動態(tài)直徑測量儀測出?？v坐標(biāo)Z=Bl•cosOl-12(Hl+Hl′+Φ)]]>式中，Φ是輪帶熱動態(tài)平均間隙，是已知量，用動態(tài)輪帶間隙儀測出左托輪支承角Ol=arcsin(Al+Al′)／2Bl右托輪支承角Or=arcsin(F－Al+F′－Al′)／2Br依次在各擋托輪處重復(fù)上述操作，測算出各檔窯體中點坐標(biāo)Xi、Yi、Zi；將上述測量數(shù)據(jù)輸入微機，按程序自動算出窯體實際軸線相對準(zhǔn)直軸線的水平和垂直偏差△Yi、△Zi，再算出支承角Oli、Ori，從而自動算出各托輪水平或垂直移動的精確數(shù)據(jù)及方向，并打印結(jié)果和圖形。
2.如權(quán)利要求1所述的方法所用的儀器，其特征在于所述的激光直角分光儀包括激光器、水泡器、分光鏡、導(dǎo)軌、光欄和托板，激光器裝在激光座上，圓水泡器安在激光器旁，長水泡器垂直于激光器安置，半透半反分光鏡垂立裝在三維微調(diào)器上且與激光器成45°角，光欄平行于激光器垂立，它們都裝在托板上；托板固定在垂直移動導(dǎo)軌上，垂直移動導(dǎo)軌裝在水平移動導(dǎo)軌上且與其垂直，水平移動導(dǎo)軌裝在其下的水平底座上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法所用的儀器，其特征在于所述的直角折射儀包括直角折射棱鏡、微調(diào)器、托臺、長水泡器、微旋機構(gòu)和平移軌，直角折射棱鏡裝在微調(diào)座內(nèi)并固定在托臺上，它的一個直角面是半反半透鏡面；長水泡器也固定在托臺上且平行于棱鏡的頂面和半反半透鏡面，托臺固定于微旋機構(gòu)上可垂直旋轉(zhuǎn)；微旋機構(gòu)固定于平移軌上，平移軌裝在其下的水平底座上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法所用的儀器，其特征在于所述的滑標(biāo)尺由光電靶、滑尺、標(biāo)尺、光電陣列器、狹縫、長水泡器和水平底座組成，標(biāo)尺裝在水平底座上，滑尺、長水泡器及光電靶裝在標(biāo)尺上，光電靶上固定著可平臥或直立的光電陣列器和2個狹縫，兩狹縫的距離≥500毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的方法所用的儀器，其特征在于所述的磁性光電對中器為圓形對中器，圓形對中器的中心有4象限光電傳感器，傳感器直徑50－70毫米且其上印有1毫米間距同心圓圈；對中器內(nèi)還裝有激光對中自動顯示電路。
全文摘要
一種激光測定回轉(zhuǎn)窯托輪位置校準(zhǔn)窯的方法和儀器,用激光準(zhǔn)直儀、托輪軸心磁性對中器、激光直角分光儀、直角折射儀、滑標(biāo)尺及帶專用程序的微機等設(shè)備先測出兩托輪軸心一側(cè)的空間位置參數(shù),再測出兩托輪軸心另一側(cè)的空間位置參數(shù);依次在各擋托輪處重復(fù)上述操作過程,即可測出所有擋次托輪空間位置參數(shù)。將測得的所有參數(shù)數(shù)輸入微機,就可自動算出窯筒體實際軸線,相對準(zhǔn)直軸線的偏差,據(jù)此可進行窯軸線的調(diào)整。本發(fā)明測量儀器簡單,操作方便,無需專業(yè)人員,工作量小,測量精度高,測算窯筒體中心點的誤差≤1.5毫米,且儀器成本低。
文檔編號G01B11/26GK1278594SQ99116520
公開日2001年1月3日 申請日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者張云, 李智祥, 翁顯耀, 王玉華, 王樂 申請人:武漢工業(yè)大學(xué)