船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統及用法的製作方法

2023-10-18 06:05:04

專利名稱：船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統及用法的製作方法
技術領域：
本發明屬於鍛造領域，具體地說就是一種船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統及使用方法，它適用於大型船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛過程，可對曲軸在鍛拐與定位拐之間分度進行實時在線監測，為彎曲鐓鍛工藝分度偏差的修正提供依據。
背景技術：
大型船用發動機功率一般在ieookW以上，曲軸作為其最重要的零件，單根長度大於3m，重量超過I噸，價值約佔整機的10 15%左右。由於曲軸質量直接影響到發動機運行的可靠性，因此對曲軸鍛件的強度、韌性、疲勞強度均有很高要求。在這種情況下，一些中高速機均採用力學性能較優的全纖維曲軸。目前，我國已成為世界第一造船大國，擁有發動機從零部件到整機的生產能力，但大型全纖維曲軸的質量與國際先進水平仍存在較大差距， 主要體現在鍛件外部加工餘量大、內部組織性能差。加工餘量大不僅直接造成材料浪費和後續機加工時長，而且影響到鍛件熱處理的淬透深度，降低成品力學性能。這導致國內主機廠傾向使用進口產品，這不僅限制了我國曲軸製造企業的發展，甚至威脅到國家經濟安全。因此，減小其加工餘量實現彎曲鐓鍛的近終成形勢在必行。對於大型船用全纖維曲軸，多拐間的分度精度決定了曲臂輪廓方向的加工餘量，分度精度越低所需加工餘量越大，如果要減少曲臂輪廓方向的加工餘量，就必須提高曲拐間的分度定位精度。在傳統工藝中，分度精度都是靠模具固定定位拐連杆的方式實現的，而大型多拐曲軸的幾何形狀非常複雜，要想將帶有已鍛拐的曲軸坯料順利吊裝到模具型槽中去，定位模具與定位拐之間就不可能做得嚴絲合縫，這樣曲軸坯料在吊裝後分度定位就需要進行調整，並且在成形過程中，在鍛拐與已鍛拐間的分度也會發生微小變化，也需要加以監控。在傳統工藝中，上述曲軸分度調整完全靠目測及經驗來進行操作，而彎曲鐓鍛過程中的分度變化預測更是無從談起，如此一來，其分度精度如何可想而知。因此，在提高分度定位精度的迫切需求下，船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統應運而生。

發明內容
本發明的目的在於提供一種船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統及其使用方法，該系統測量準確、操作便捷，能夠實現對曲軸在鍛拐與定位拐之間的分度進行實時監測，進而為分度偏差修正提供依據。本發明的技術方案是一種船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，該系統設有帶有分光稜鏡的雷射發射器、雷射投影線顯示靶、高清攝像頭、計算機、磁性底座，具體結構如下帶有分光稜鏡的雷射發射器安裝在磁性底座上，帶有分光稜鏡的雷射發射器、高清攝像頭與雷射投影線顯示靶相對設置，帶有分光稜鏡的雷射發射器通過磁性底座固定在多拐曲軸的端面上，並且帶有分光稜鏡的雷射發射器射出的投影線與刻畫在多拐曲軸端面的分度基準線共面，高清攝像頭的輸出端連接計算機。
所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，雷射投影線顯示靶安裝在可升降的顯示靶支撐架上，顯示靶支撐架底部設置滾輪I，雷射投影線顯示靶隨顯示靶支撐架升降和移動；高清攝像頭安裝在摺疊式的攝像頭支架上，攝像頭支架與顯示靶支撐架連接，攝像頭支架底部設置滾輪II，雷射投影線顯示靶和高清攝像頭同步升降和移動。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，經過分光稜鏡散射的雷射投影線投影顯示在雷射投影線顯示靶上，並與雷射投影線顯示靶的靶面上的水平基準線成一夾角。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，雷射投影線顯示靶的重心與顯示靶支撐架的上端銷接，雷射投影線顯示靶通過顯示靶支撐架立於地面，靶面可繞其重心在顯示靶支撐架上自由轉動，靶面下部裝有顯示靶配重，使靶面上的水平基準線始終保持水平。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，雷射投影線顯示靶上激 光投影線與水平基準線相交的圖像通過高清攝像頭，實時採集傳輸給計算機。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，計算機上裝有圖形識別程序、角度測量程序及數顯界面，通過圖形識別程序及角度計算程序，雷射投影線顯示靶上的雷射投影線與水平基準線的夾角數值顯示在計算機的屏幕上。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，帶有分光稜鏡的雷射發射器發射出雷射束，該雷射束經分光稜鏡散射後，投影在雷射投影線顯示靶上成一條直線。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，該分度定位精度在線監測系統設置在曲軸坯料送入彎曲鐓鍛壓力機一側5米範圍內。所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統的用法，具體步驟如下I)預先在多拐曲軸一側端面，畫出與多拐曲軸分度一致的分度基準線；2)將裝有帶有分光稜鏡的雷射發射器的磁性底座吸附在多拐曲軸端面，並確保磁性底座上的雷射投影線指示線與多拐曲軸端面上的分度基準線共線；3)將雷射投影線顯示靶距曲軸端面2-5米距離擺放，並儘量使雷射投影線顯示靶5的靶面與多拐曲軸的端面平行；4)開啟帶有分光稜鏡的雷射發射器，雷射束經過分光稜鏡散射後以一條直線形式投射在雷射投影線顯示靶上，且通過測定該直線與水平方向的夾角，即確定多拐曲軸當前的分度位置；5)雷射投影線顯示靶上有紅色水平基準線，該基準線通過雷射投影線顯示靶上的重力和顯示靶配重的作用保持水平；6)高清攝像頭將雷射投影線顯示靶上雷射投影線與水平基準線相交的圖像實時採集傳輸給計算機，計算機通過圖形識別程序及角度計算程序將雷射投影線顯示靶上的雷射投影線與水平基準線的夾角數值顯示在屏幕上，在彎曲鐓鍛過程中曲軸坯料發生垂直並遠離靶面的軸向移動，該夾角值仍然真實反映在鍛曲拐與定位曲拐之間的分度關係，實現曲拐分度定位精度的在線監測；7)操作人員通過計算機顯示的監測數值，修正吊裝及彎曲鐓鍛過程中產生的分度偏差。本發明的有益效果是
本發明設計了一種船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，採用該系統可對船用全纖維曲軸多拐分度定位精度進行實時在線監測，能夠很好地為傳統工藝的分度偏差修正提供依據，該系統採用雷射作為角度傳遞媒介，操作便捷，測量準確度高，打破了傳統工藝中靠目測及經驗判斷曲軸分度定位準確性的桎梏，為大幅提高全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度打下堅實基礎。


圖l(a)_(b)為多拐曲軸的軸向視圖，指示出帶有分光稜鏡的雷射發射器的安裝位置，其中圖1(a)為多拐曲軸端面分度基準線，該線根據鍛件成品設計圖，按照鍛後曲拐夾中心線的方向預先刻畫在多拐曲軸一側端面。圖1(b)為帶有分光稜鏡的雷射發射器安裝位置示意圖，其中帶有分光稜鏡的激 光發射器發射的雷射束經過分光稜鏡散射後形成一個光面，投影到平面上為一條直線，帶有分光稜鏡的雷射發射器與一磁性底座固連，且光面與磁性底座上的指不線共面。磁性底座通過磁力吸附在多拐曲軸端面，與此同時保證指示線與上述分度基準線共線重合。圖2(a)為帶有分光稜鏡的雷射發射器和雷射投影線顯示靶的布置位置示意圖。圖2(b)為可升降且可移動的雷射投影線顯示靶及安裝在摺疊攝像頭支架上的高清攝像頭示意圖。圖3為雷射投影線顯示靶正視圖，其中靶面上有一條水平基準線，靶面中心與移動支架鉸鏈可自由轉動，與該線垂直方向裝有顯示靶配重，通過重力作用可使水平基準線保持水平。圖中，I 一分度基準線；2 —帶有分光稜鏡的雷射發射器；3 —雷射投影線指示線；4 一高清攝像頭；5 —雷射投影線顯示靶；6 —顯示靶配重；7 —顯示靶支撐架；8 —攝像頭支架；9 —水平基準線；10 —多拐曲軸；11 —磁性底座；12 —滾輪I ;13 —滾輪II ;14 —曲軸端面；15 —定位拐。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例詳述本發明。如圖I-圖3所示，本發明船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，主要包括帶有分光稜鏡的雷射發射器2(分光稜鏡鑲嵌在雷射發射器內部，與之成為一體)、雷射投影線顯示靶5、高清攝像頭4、計算機(裝有圖形識別程序、角度測量程序及數顯界面)、磁性底座11等，具體結構如下帶有分光稜鏡的雷射發射器2安裝在磁性底座11上，帶有分光稜鏡的雷射發射器
2、高清攝像頭4與雷射投影線顯示靶5相對設置。帶有分光稜鏡的雷射發射器2的作用在於發射出雷射束，該雷射束經分光稜鏡散射後，投影在雷射投影線顯不IE 5上成一條直線。磁性底座11的作用在於，將帶有分光稜鏡的雷射發射器2通過磁性底座11固定在多拐曲軸10的曲軸端面14上，並確保帶有分光稜鏡的雷射發射器2射出的投影線與刻畫在多拐曲軸10的曲軸端面14的分度基準線I共面，高清攝像頭4的輸出端連接計算機。如圖2(b)所示，雷射投影線顯示靶5安裝在可升降的顯示靶支撐架7上，顯示靶支撐架7底部設置滾輪I 12，雷射投影線顯示靶5可隨顯示靶支撐架7升降和移動。高清攝像頭4安裝在摺疊式的攝像頭支架8上，攝像頭支架8與顯示靶支撐架7連接，攝像頭支架8底部設置滾輪II 13，雷射投影線顯示靶5和高清攝像頭4同步升降和移動。所述雷射投影線顯示靶5的作用在於，將經過分光稜鏡散射的雷射投影線投影顯示在其上，並與雷射投影線顯示靶5的靶面上的水平基準線9成一夾角。雷射投影線顯示靶5的重心與顯示靶支撐架7的上端銷接，雷射投影線顯示靶5通過顯示靶支撐架7立於地面，靶面可繞其重心在顯示靶支撐架7上轉動，靶面下部裝有顯示靶配重6，可使靶面上的水平基準線9始終保持水平。高清攝像頭4的作用在於，將雷射投影線顯示靶5上雷射投影線與水平基準線9相交的圖像實時採集傳輸給計算機。所述計算機的作用在於通過圖形識別程序及角度計算程序，將雷射投影線顯示靶5上的雷射投影線與水平基準線9的夾角數值顯示在屏幕上，雖然在彎曲鐓鍛過程中多拐 曲軸10坯料發生遠離靶面的軸向移動，但該夾角值仍可真實反映在鍛曲拐與定位曲拐之間的分度關係，實現曲拐分度定位精度的在線監測。如圖I-圖3所示，船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統的使用方法，該分度定位精度在線監測系統設置在曲軸坯料送入彎曲鐓鍛壓力機一側5米範圍內。具體步驟如下I)預先在多拐曲軸10 —側端面，畫出與多拐曲軸10分度一致的分度基準線1，如圖I (a)所示。2)將裝有帶有分光稜鏡的雷射發射器2的磁性底座11吸附在多拐曲軸10的曲軸端面14，並確保磁性底座11上的雷射投影線指示線3與多拐曲軸10的曲軸端面14上的分度基準線I共線，如圖1(b)所示。3)將雷射投影線顯示靶5距曲軸端面2-5米距離擺放，並儘量使雷射投影線顯示靶5的靶面與多拐曲軸10的曲軸端面14平行，如圖2(a)所示。4)開啟帶有分光稜鏡的雷射發射器2，雷射束經過分光稜鏡散射後以一條直線(雷射投影線)形式投射在雷射投影線顯示靶5上，且通過測定該直線與水平方向的夾角，即可確定多拐曲軸10當前的分度位置。5)雷射投影線顯示靶5上有紅色水平基準線9，該基準線可以通過雷射投影線顯示靶5上的重力和顯示靶配重6的作用保持水平，如圖3所示。6)高清攝像頭4將雷射投影線顯示靶5上雷射投影線與水平基準線9相交的圖像實時採集傳輸給計算機，計算機通過圖形識別程序及角度計算程序將雷射投影線顯示靶5上的雷射投影線與水平基準線9的夾角數值顯示在屏幕上，雖然在彎曲鐓鍛過程中曲軸坯料發生垂直並遠離靶面的軸向移動，但該夾角值仍可真實反映在鍛曲拐與定位曲拐之間的分度關係，實現曲拐分度定位精度的在線監測。7)操作人員可以通過計算機顯示的監測數值，修正吊裝及彎曲鐓鍛過程中產生的分度偏差。實施例本實施例應用在某廠某型號大型全纖維曲軸產品彎曲鐓鍛生產現場。坯料材質為42CrMo4鋼，重3. 5噸，坯料參與變形部位加熱溫至1180°C，彎曲鐓鍛過程在6000噸TR法專用壓力機上進行。整個系統布置如圖2(a)所示，坯料吊裝後的定位拐15位置調整，完全參照監測系統顯示值進行，使多拐曲拐端面分度基準線與理論上的分度值相同。彎曲鐓鍛過程中，曲軸由於變形力不均勻引起的分度偏差最大為2°，相比以往生產中出現過的6°分度偏差，有了很大提高。實施例結果表明，本發明採用雷射作為角度傳遞媒介，實現在鍛造過程中，對鍛件某一幾何精度尺寸在線精確 測量，並將測得值數顯在計算機屏幕上，方便操作人員讀取。該監測系統的發明與應用，可為彎曲鐓鍛工藝分度偏差的修正提供依據。
權利要求
1.一種船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，該系統設有帶有分光稜鏡的雷射發射器、雷射投影線顯示靶、高清攝像頭、計算機、磁性底座，具體結構如下 帶有分光稜鏡的雷射發射器安裝在磁性底座上，帶有分光稜鏡的雷射發射器、高清攝像頭與雷射投影線顯示靶相對設置，帶有分光稜鏡的雷射發射器通過磁性底座固定在多拐曲軸的端面上，並且帶有分光稜鏡的雷射發射器射出的投影線與刻畫在多拐曲軸端面的分度基準線共面，高清攝像頭的輸出端連接計算機。
2.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，雷射投影線顯示靶安裝在可升降的顯示靶支撐架上，顯示靶支撐架底部設置滾輪I，雷射投影線顯示靶隨顯示靶支撐架升降和移動；高清攝像頭安裝在摺疊式的攝像頭支架上，攝像頭支架與顯示靶支撐架連接，攝像頭支架底部設置滾輪II，雷射投影線顯示靶和高清攝像頭同步升降和移動。
3.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，經過分光稜鏡散射的雷射投影線投影顯示在雷射投影線顯示靶上，並與雷射投影線顯示靶的靶面上的水平基準線成一夾角。
4.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，雷射投影線顯示靶的重心與顯示靶支撐架的上端銷接，雷射投影線顯示靶通過顯示靶支撐架立於地面，靶面可繞其重心在顯示靶支撐架上自由轉動，靶面下部裝有顯示靶配重，使靶面上的水平基準線始終保持水平。
5.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，雷射投影線顯示靶上雷射投影線與水平基準線相交的圖像通過高清攝像頭，實時採集傳輸給計算機。
6.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，計算機上裝有圖形識別程序、角度測量程序及數顯界面，通過圖形識別程序及角度計算程序，雷射投影線顯示靶上的雷射投影線與水平基準線的夾角數值顯示在計算機的屏幕上。
7.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，帶有分光稜鏡的雷射發射器發射出雷射束，該雷射束經分光稜鏡散射後，投影在雷射投影線顯示靶上成一條直線。
8.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統，其特徵在於，該分度定位精度在線監測系統設置在曲軸坯料送入彎曲鐓鍛壓力機一側5米範圍內。
9.按照權利要求I所述的船用曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統的用法，其特徵在於，具體步驟如下 1)預先在多拐曲軸一側端面，畫出與多拐曲軸分度一致的分度基準線； 2)將裝有帶有分光稜鏡的雷射發射器的磁性底座吸附在多拐曲軸端面，並確保磁性底座上的雷射投影線指示線與多拐曲軸端面上的分度基準線共線； 3)將雷射投影線顯示靶距曲軸端面2-5米距離擺放，並儘量使雷射投影線顯示靶5的靶面與多拐曲軸的端面平行； 4)開啟帶有分光稜鏡的雷射發射器，雷射束經過分光稜鏡散射後以一條直線形式投射在雷射投影線顯示靶上，且通過測定該直線與水平方向的夾角，即確定多拐曲軸當前的分度位置； 5)雷射投影線顯示靶上有紅色水平基準線，該基準線通過雷射投影線顯示靶上的重力和顯示靶配重的作用保持水平； 6)高清攝像頭將雷射投影線顯示靶上雷射投影線與水平基準線相交的圖像實時採集傳輸給計算機，計算機通過圖形識別程序及角度計算程序將雷射投影線顯示靶上的雷射投影線與水平基準線的夾角數值顯示在屏幕上，在彎曲鐓鍛過程中曲軸坯料發生垂直並遠離靶面的軸向移動，該夾角值仍然真實反映在鍛曲拐與定位曲拐之間的分度關係，實現曲拐分度定位精度的在線監測； 7)操作人員通過計算機顯示的監測數值，修正吊裝及彎曲鐓鍛過程中產生的分度偏 差。
全文摘要
本發明屬於鍛造領域，具體地說就是一種船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛的分度定位精度在線監測系統及使用方法。該分度定位精度在線監測系統設置在鍛拐與定位拐之間，系統具有帶分光稜鏡的雷射發射器、磁性底座、雷射投影線顯示靶、高清攝像頭、計算機(裝有圖形識別程序、角度測量程序及數顯界面)。本發明用於大型船用全纖維曲軸彎曲鐓鍛成形過程中，實時採集、測量並顯示曲拐端面的分度基準線線與水平方向夾角。本發明採用雷射作為角度傳遞媒介，實現在鍛造過程中，對鍛件某一幾何精度尺寸在線精確測量，並將測得值數顯在計算機屏幕上，方便操作人員讀取。該監測系統的發明與應用，可為彎曲鐓鍛工藝分度偏差的修正提供依據。
文檔編號G01B11/26GK102967299SQ20121046976
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者賈震, 孫明月, 李殿中, 鄧軍疆, 赫明玖 申請人:中國科學院金屬研究所, 遼寧五一八內燃機配件有限公司