皮尔格轧辊孔型检测装置及检测方法

摘要

本发明涉及一种皮尔格轧辊孔型检测装置以及皮尔格轧辊孔型的检测方法，所述的检测方法基于该检测装置，具体包括测量轧辊基础数据、安装调整检测装置在轧辊辊身位置、测量轧辊孔型截面各部分参数值以及误差值的计算和判断步骤。采用本发明可以实现皮尔格轧辊的全尺寸量化检测，准确、真实的反映了孔型各部的余量分布情况，提高了检测精度和效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种长度检测装置，特别是一种用于检测轧辊孔型的检测装置。

背景技术

对于大口径、厚壁以及特厚壁的无缝钢管生产，传统的方法有顶管挤压 法和皮尔格法两种。皮尔格轧管机即是利用带周期断面孔槽的轧辊将内插芯 棒的毛管轧制成钢管的轧机，轧辊旋转一周即可轧制出一段钢管。皮尔格轧 辊是皮尔格轧管机轧制无缝钢管的主要生产工模具之一，包括中间辊身和位于 辊身两端的辊颈，辊身内设置有轧制毛管的孔槽，皮尔格轧辊孔槽的孔型与普 通热轧型钢轧辊孔型不同，皮尔格轧辊孔槽的孔型十分复杂，沿轧辊轴向（孔 型开口）和径向（孔型半径）两个方向都是变断面的特殊曲线。

皮尔格轧辊的结构如图1所示，皮尔格轧辊孔槽的径向剖视图如图2所示， 皮尔格轧辊孔槽的轴向剖视图如图3所示，由图3可知，孔型由三部分组成， 中部圆弧部分和两侧对称斜线部分。由图2可知，皮尔格轧辊孔槽的孔型半径 除Ⅱ-Ⅲ区的圆弧半径R为固定数值外，其它区域的圆弧半径R沿圆周方向每递 增10°变换一个数值，并且Ⅱ-Ⅲ区的实体半径值（即轴径）在整个圆周上为最 大值。所以Ⅱ-Ⅲ区的实体是可以用普通的数控车床加工出来的，而其它区域则 必须用专用数控机床配备专用程序才能正确加工。

皮尔格轧辊的生产过程一般为：a、铸造毛坯；b、加工辊身和两端的辊颈 到成品；c、用普通的数控车床加工孔槽的Ⅱ-Ⅲ区，并留一定余量，d、用专用 数控机床加工孔型的其他部位到成品。而专用数控机床的加工因孔型的复杂效 率十分低下，为提高加工效率，对于孔型表面的加工余量要求极为严格。毛坯 余量要求如下：Ⅱ-Ⅲ区的圆弧半径R为固定数值，普通的数控车床加工后法向 单边余量△R1=5mm；Ⅰ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅳ、Ⅳ-Ⅰ区为铸造毛坯表面，法向单边余量 10mm≤△R≤30mm且径向单边余量△Y≤37mm。

为验证专用数控机床加工前的孔型余量是否合乎要求，需要对孔型各部分 尺寸进行测量，而对于此类特殊和复杂的孔型，常规检测工具及方法无法获得 准确的检测结果。例如，如果使用样板法检测，需制作29块大型样板，不仅费 用高达数万元，而且只能定性判断是否合格，不能准确反映加工余量的具体数 值；如果用直尺或卡尺，只能测量槽的深度和槽口宽度，即只能测得槽口的轴 向余量和槽底的径向余量，对其它区域的加工余量则无法进行测量。

由于皮尔格轧辊孔型加工余量的测量精确度较低，不能获得各部分加工余 量的准确数值，不能依据加工余量调整铸造模具，经常发生铸造毛坯余量不够 或余量过大的质量问题，给皮尔格轧辊的生产造成了巨大经济损失。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种通用型的皮尔格轧辊孔型检测装 置，该装置能够对孔型各个部位的尺寸进行量化检测，为铸造模具的改进提供 更准确的数据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

皮尔格轧辊孔型检测装置，包括与皮尔格轧辊中心轴线平行设置的用于测 量轧辊孔型轴向长度的水平主尺，水平主尺的长度中心设置为零刻度，水平主 尺两端分别设置有与水平主尺滑动配合并用于定位水平主尺的定位机构；

所述水平主尺的长度中心还通过销轴铰接一用于测量轧辊孔型径向尺寸的 旋转滑尺，旋转滑尺的长度方向上设置有穿过销轴的长槽；

所述水平主尺与旋转滑尺之间的销轴上还设置有水平线与水平主尺平行设 置的用于测量轧辊孔型倾角的量角器，量角器固定连接在水平主尺上。

本发明的改进在于：所述水平主尺位于销轴的两侧分别设置有与水平主尺 滑动配合用于指示轧辊孔型轴向长度的游标。

本发明的改进在于：所述销轴的外端设置有用于指示轧辊孔型倾角以及轧 辊孔型径向尺寸的菱形指针，菱形指针的指示针与旋转滑尺垂直设置，菱形指 针的背面设置有用于卡装旋转滑尺并能使旋转滑尺沿其滑动的卡件。

所述定位机构的具体结构为：所述定位机构包括设置在水平主尺上并与水 平主尺滑动配合的滑块，滑块的上方设置有“几”字形的支撑爪，支撑爪两侧的下 端部与轧辊辊身端面相贴合，所述支撑爪上设置有穿过支撑爪顶端与滑块连接 并用于调节滑块高度的螺杆。

所述定位机构的改进在于：所述滑块的外侧端面上设置有用于卡接轧辊辊 身外端面的定位侧板。

所述定位机构的进一步改进在于：所述旋转滑尺上长槽的一侧边线与旋转 滑尺的宽度中心线重合，旋转滑尺与轧辊孔型接触的一端为尖头，尖头的端部 为旋转滑尺的零刻度。

一种皮尔格轧辊孔型检测方法，该方法借助皮尔格轧辊孔型检测装置完成 轧辊孔型的检测，具体包括以下步骤：

第一步，测量轧辊基础数据：测量辊身外圆直径和辊身长度；然后在待检 测的皮尔格轧辊的辊身外圆上按照36等分角度分区，并标记出R0～R35的母线；

第二步，安装调整检测装置在轧辊辊身位置：选择其中一条母线，将皮尔 格轧辊检测装置放置在轧辊辊身上，并调整检测装置在辊身上的位置，以该母 线为标准测量该母线所在的皮尔格轧辊孔型截面的各项数据；

第三步，测量轧辊孔型截面各部分参数值：测量轧辊孔型截面上中部圆弧 部分的角度值β和半径值R’；测量轧辊孔型截面上两侧对称斜线部分的斜边角 度θ；测量轧辊孔型两侧槽口的水平距离L_k；

第四步，计算误差值：根据第三步测量的圆弧半径值R’、角度β、斜边角度 θ以及槽口水平距离L_k，并结合皮尔格轧辊成品设计值，计算各部位的法向余 量△R和径向余量△Y。

皮尔格轧辊孔型检测方法中检测装置的具体结构为：所述皮尔格轧辊孔型 检测装置包括水平主尺，水平主尺的长度中心设置为零刻度，水平主尺位于长 度中心的两侧分别设置有一游标，水平主尺两端分别设置有与水平主尺滑动配 合定位机构；所述水平主尺的长度中心还通过销轴铰接一旋转滑尺，旋转滑尺 的长度方向上设置有穿过销轴的长槽；水平主尺与旋转滑尺之间的销轴上还设 置有量角器，量角器固定连接在水平主尺上，量角器圆点与水平主尺的长度中 心重合；所述销轴的外端设置有菱形指针，菱形指针的指示针与旋转滑尺垂直 设置。

本发明所述皮尔格轧辊孔型检测方法第二步中的具体步骤为：

首先，将定位机构支撑在辊身外圆上，并用钢板尺抵住轧辊外圆检测水平 主尺的径向位置，使得水平主尺与轧辊母线平行；

其次，向轧辊辊身两端面处移动定位机构，调整两个游标的位置，同时沿 轧辊轴向平行移动水平主尺，使得两个游标对称分布在水平主尺中心零刻度的 两侧；

然后，沿辊身外圆滑动检测装置，在检测装置滑动一周的过程中，当水平 主尺的中心零刻度在36等分的三分之二以上区域位于轧辊孔型圆心的径向截面 上时，紧固定位机构，使水平主尺固定在任意孔型所在的母线上。

第三步的具体步骤为：

所述测量轧辊孔型截面上中部圆弧部分的角度值β和半径值R’的过程为：绕 销轴旋转旋转滑尺，同时沿旋转滑尺的长槽来回移动旋转滑尺，当旋转滑尺的 尖端与轧辊孔型接触时，根据菱形指针上的指示针读取当前圆弧不同角度β的圆 弧半径值R’；

所述测量轧辊孔型截面上两侧对称斜线部分的斜边角度θ的过程为：用直 角三角板的一个直角边贴合轧辊孔型斜边，同时移动三角板和旋转滑尺，使三 角板的另一直角边与旋转滑尺的侧边贴合，此时读取量角器的角度值即为斜线 的斜边角度θ；

所述测量轧辊孔型两侧槽口的水平距离L_k的过程为：沿水平主尺移动游标， 使两个游标分别与轧辊孔型两侧的槽口内沿相贴合，读取两个游标之间的距离 和，即为轧辊孔型两侧槽口的水平距离L_k。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明的检测装置集长度、圆弧、角度三种测量功能于一身，在对皮尔格 轧辊孔型进行检测的过程中，结合本发明所述的检测方法，可以实现全尺寸量 化检测，准确、真实的反映了孔型各部的余量分布情况，提高了检测精度和效 率。并且，还可根据本发明检测结果对铸造模具改进，采用改进后的模具进行 皮尔格轧辊的制造，避免了余量过大或不足现象的发生，使皮尔格轧辊的加工 合格率达到了100%。

本发明游标的设置，方便操作者读取轧辊孔型轴向长度外，还可以在检测 开始前协助水平主尺长度中心的定位，以进一步保证检测精度。

菱形指针的设置，主要用于对测量的角度和径向尺寸进行直观的指示，方 便操作人员读取数据；另外，菱形指针背面设置的卡件用于卡装旋转滑尺，使 旋转滑尺能够沿卡件来回移动，避免了旋转滑尺绕销轴自由摆动的现象发生， 提高了旋转滑尺的可操作性。

定位机构上滑块的设置，用于使定位机构能够在水平主尺上滑动，便于调 节其位置。支撑爪设置为几字型，可以使定位机构稳妥地贴合在轧辊辊身端面， 进一步保证水平主尺的稳定性。定位侧板的设置对水平主尺定位后的稳定性也 起到了较大作用，能够有效防止水平主尺的轴向移动，为提高测量精度提供了 可靠保障。

附图说明

图1为皮尔格轧辊的结构示意图；

图2为皮尔格轧辊孔槽的径向剖视图；

图3为皮尔格轧辊孔槽的轴向剖视图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为本发明所述定位机构的放大图；

图7为本发明所述菱形指针的放大图。

其中，A.辊身，B.辊颈，1.定位机构，2.水平主尺，3.量角器，4.销轴，5. 旋转滑尺，6.游标，7.定位侧板，8.孔槽，9.菱形指针，11.滑块，12.支撑爪，13. 螺杆，14.螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

一种用于检测皮尔格轧辊孔型尺寸的检测装置，其整体结构如图4所示。 包括水平主尺2、量角器3、旋转滑尺5以及菱形指针9。水平主尺2与皮尔格 轧辊中心轴线平行设置，水平主尺2的零刻度设置在水平主尺的长度中心，用 于测量轧辊孔型的轴向长度；水平主尺2位于的零刻度两侧分别设置一游标6， 游标6与水平主尺滑动配合，用于指示轧辊孔型的轴向长度。水平主尺2两端 分别设置有定位机构1，用于定位水平主尺，定位机构1与水平主尺2滑动配合。

定位机构1如图5和图6所示，包括设置在水平主尺2上的滑块11，滑块 11与水平主尺滑动配合；滑块的外侧端面上设置有定位侧板7，定位侧板7用 于卡接在轧辊辊身外端面上，进一步保证水平主尺2与轧辊辊身的母线平行。 定位侧板7通过小螺钉紧固在滑块外端面上。

滑块11的上方设置有“几”字形的支撑爪12，支撑爪12两侧的下端部与轧 辊辊身端面相贴合，支撑爪12支撑在轧辊辊身的外圆周上，保证水平主尺2与 轧辊辊身的母线平行。支撑爪12的顶端设置有螺杆13，螺杆13穿过支撑爪12 顶端伸入支撑爪内后与位于支撑爪内的滑块连接，用于调节滑块与支撑爪之间 的距离，从而调节滑块内水平主尺的径向高度，以保证水平主尺2的中心位于 轧辊孔型圆弧的圆心上。

旋转滑尺5通过销轴4铰接在水平主尺2的长度中心上，旋转滑尺5用于 测量轧辊孔型的径向尺寸。旋转滑尺5的长度方向上设置有穿过销轴的长槽， 通过改变销轴在长槽中的位置，使得旋转滑尺能够在长度方向上移动；当然旋 转滑尺也可以绕销轴旋转。长槽的一侧边线与旋转滑尺5的宽度中心线重合， 旋转滑尺5与轧辊孔型接触的一端为尖头，尖头的端部为旋转滑尺的零刻度。

菱形指针9固定连接在销轴的外端，如图7所示。菱形指针9的背面设置 有卡件，卡件的平面与菱形指针的背面平行，卡件用于卡装旋转滑尺5，并能使 旋转滑尺5卡件中滑动。菱形指针9的指示针与旋转滑尺5垂直设置，用于指 示轧辊孔型的倾角以及轧辊孔型的径向尺寸。

量角器3位于水平主尺2与旋转滑尺5之间，用于测量轧辊孔型的倾角。 量角器的圆心铰接在销轴上，量角器3固定连接在水平主尺上，以保证量角器 圆点与水平主尺的长度中心重合，量角器3的水平线与水平主尺平行设置。

皮尔格轧辊孔型检测方法，该方法借助皮尔格轧辊孔型检测装置完成轧辊 孔型的检测。下面以测量皮尔格轧辊孔型其中一条母线对应的截面上各项数据 为例说明本发明的检测方法。

第一步，测量轧辊基础数据：根据需要检测的皮尔格轧辊的辊身外圆直径 和辊身长度，对本发明所述的检测装置进行初步调整；并在按照图2轧辊辊身 外圆上进行角度36等分分区，然后标记出R0～R35的母线。

第二步，安装调整检测装置在轧辊辊身位置：选择其中一条母线，将皮尔 格轧辊检测装置放置在轧辊辊身上，并调整检测装置在辊身上的位置，以该母 线为标准，测量该母线所在的皮尔格轧辊孔型截面的各项数据。例如选择R6所 对应的母线。

检测装置的具体调节过程如下所述：

首先，将定位机构的滑块11通过支撑爪12对称支撑在辊身外圆R6对应母 线的两侧，精确调整螺杆13，以改变水平主尺的垂直高度，并用钢板尺抵住轧 辊外圆检测水平主尺2的径向位置，使得水平主尺2与轧辊母线平行。

其次，向轧辊辊身两端面处移动定位机构，使定位侧板7的侧面贴合在轧 辊辊身的端面上，调整两个游标6的位置，同时沿轧辊轴向平行移动水平主尺2， 使得两个游标6对称分布在水平主尺2中心零刻度的两侧。

然后，沿辊身外圆滑动检测装置，在检测装置滑动一周的过程中，当水平 主尺2的中心零刻度在36等分的三分之二以上区域位于轧辊孔型圆心的径向截 面上时，通过紧固螺钉14将定位机构和水平主尺锁紧，使水平主尺固定位于R6 所在的母线上。如果水平主尺2的中心零刻度在36等分的较少区域位于轧辊孔 型圆心的径向截面上，那么则需要重新调整水平主尺在轴向上的位置。

第三步，测量轧辊孔型截面各部分参数值。

测量轧辊孔型截面上中部圆弧部分的角度值β和半径值R’：绕销轴旋转旋转 滑尺5，同时沿旋转滑尺的长槽来回移动旋转滑尺5，当旋转滑尺5的尖端与轧 辊孔型接触时，根据菱形指针9上的指示针读取当前圆弧的两侧不同角度的圆 弧半径值R’和角度β。

测量轧辊孔型截面上两侧对称斜线部分的斜边角度θ：用直角三角板的 一个直角边贴合轧辊孔型的斜边，同时移动三角板和旋转滑尺5，使三角板的另 一直角边与旋转滑尺5的侧边贴合，此时读取量角器的角度值即为对称斜线部 分的斜边角度θ。

测量轧辊孔型两侧槽口的水平距离L_k：沿水平主尺移动游标6，使两个游 标6分别与轧辊孔型两侧的槽口内沿相贴合，读取两个游标之间的距离和，即 为轧辊孔型两侧槽口的水平距离L_k。

第四步，计算误差值。

根据第三步测量的圆弧半径值R’、角度β、斜边角度θ以及槽口水平距离 L_k，并结合皮尔格轧辊成品设计值，按表1公式计算，即可得到各部位的法向 余量△R和径向余量△Y。

表1

式中：R为皮尔格轧辊孔型圆弧部分半径的设计值；

α为轧辊截面斜线部分与圆弧部分相切处的半径与水平主尺之间的 角度值，也为设计值；

L皮尔格轧辊孔型槽口距离的设计值；

M为圆弧部分△Y的修正系数，与Ⅰ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅳ、Ⅳ-Ⅰ区铸造毛坯 表面的圆弧法向单边余量△R以及圆弧角度相关，当Ⅰ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅳ、Ⅳ-Ⅰ区铸 造毛坯表面的圆弧法向单边余量△R=15mm时，△Y的修正值如表2所示。

表2

角度 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 M 5.5 5 4.5 4 3.5 3.1 2.8 2.5 2.3 2.1 角度 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 M 1.9 1.6 1.3 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

最后根据计算所得的△R、△Y以及误差标准，判断皮尔格轧辊的孔型是否 合格。