譚俊峰，甘 斌，周 濤

（湖南新天力科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410006）

碳化硅材質(zhì)輥棒因高溫承載力大，長(zhǎng)期使用不易彎曲變形，使用壽命更是陶瓷棒的10倍以上，已成為日用陶瓷、衛(wèi)生窯、建筑窯、玻璃、磁性材料以及鋰電池材料等輥道窯高溫帶或全窯首選的輥棒［1-3］。因此，碳化硅材質(zhì)輥棒市場(chǎng)需求將越來(lái)越大。

目前，碳化硅材質(zhì)輥棒主要有反應(yīng)燒結(jié)碳化硅、重結(jié)晶碳化硅和無(wú)壓燒成碳化硅這三種材質(zhì)，在燒制過(guò)程中它們均無(wú)法像陶瓷輥棒一樣采用吊燒方式，只能通過(guò)素坯平燒的方法，所以輥棒的直線度遠(yuǎn)不如陶瓷輥棒［4-5］。為此，對(duì)輥棒生產(chǎn)的制程管控及直線度檢測(cè)也提出了更高的要求。

1 輥棒直線度檢測(cè)現(xiàn)狀分析

碳化硅材質(zhì)輥棒的直線度通常采用直線度公差或者圓跳度來(lái)進(jìn)行圖紙標(biāo)注［6］。但實(shí)用的檢測(cè)方法還是以水平檢測(cè)最大變動(dòng)量的方法進(jìn)行測(cè)量。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 21944.3-2008［7］中對(duì)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅輥棒的直線度檢測(cè)描述為：“將方梁置于檢測(cè)平臺(tái)上（可自制，精度為0.05%mm，長(zhǎng)度應(yīng)長(zhǎng)于被測(cè)產(chǎn)品長(zhǎng)度），用塞尺測(cè)量?jī)烧咧g的最大間隙，數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點(diǎn)后一位”。該國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法已被國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家大量采用。檢測(cè)時(shí)工人通過(guò)塞尺檢測(cè)并將檢測(cè)的結(jié)果用記號(hào)筆記錄在輥棒端頭上，這種方法雖然符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，但缺點(diǎn)也非常明顯，主要表現(xiàn)為：（1）無(wú)法真實(shí)模擬到輥棒實(shí)際使用時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的工況，測(cè)量結(jié)果只能簡(jiǎn)單的表達(dá)輥棒是否平直，不能表達(dá)出輥棒的真實(shí)形貌，對(duì)輥棒使用的排序沒有參考意義；（2）均需人工檢測(cè)記錄，效率低且容易犯錯(cuò)；（3）測(cè)試不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行工況不符，特別在輥棒彎曲形變時(shí)會(huì)存在較大的偏差等。

傳統(tǒng)輥棒直線度檢測(cè)如圖1所示，輥棒彎曲一端上翹時(shí)，置于檢測(cè)平面上，塞尺測(cè)量的最大厚度尺寸為數(shù)據(jù)b，當(dāng)翻轉(zhuǎn)180°輥棒變成中間拱起，塞塞尺最大厚度則為a，此時(shí)數(shù)據(jù)明顯a＜b，在標(biāo)注直線度時(shí)通常會(huì)取數(shù)據(jù)b，造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。該方法也不能表達(dá)出該輥棒到底形貌如何，甚至還會(huì)將合格品測(cè)試成廢品，將廢品測(cè)試成合格品。

圖1 傳統(tǒng)輥棒直線度檢測(cè)示意圖

2 輥棒走缽與輥棒排序的現(xiàn)狀分析

一般客戶都會(huì)對(duì)輥道窯的走缽形貌進(jìn)行考核，這也是輥道窯的一個(gè)非常重要的安全指標(biāo)，走缽越整齊，窯爐的穩(wěn)定性、安全性才能得到保障［8］。通常匣缽蛇形控制指標(biāo)為每組匣缽前后錯(cuò)位距離≤100 mm，左右錯(cuò)位距離≤50 mm（如圖2所示），個(gè)別企業(yè)要求可能更高。因此，在輥道窯插入輥棒進(jìn)行調(diào)試時(shí)，還需要進(jìn)行前期大量的準(zhǔn)備工作，例如：

圖2 輥道窯走缽蛇形控制的示意圖

1.按圖紙復(fù)核輥棒的檢測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)輥棒直線度數(shù)據(jù)進(jìn)行全檢，確保生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)甄選，了解直線度偏移量的分布情況，每根輥棒只提供了一個(gè)最大間隙的塞尺數(shù)據(jù)，并不能真實(shí)反應(yīng)最大間隙的位置，所以更希望最大間隙數(shù)據(jù)越小越好。目前絕大多數(shù)廠家提出的直線度指標(biāo)控制為≤L×0.8‰mm（L為輥棒總長(zhǎng)度）。例如：1根3 m長(zhǎng)的輥棒按要求最大的直線度偏移量為3 m×0.8‰＝2.4（mm）。

通常調(diào)試人員在插入輥棒調(diào)試時(shí)會(huì)把直線度偏移量小的置于前段，以防止匣缽在前段走缽時(shí)就開始錯(cuò)亂。后段采用直線度相對(duì)差一些的輥棒，通過(guò)頻繁調(diào)頭、或增加異形輥棒來(lái)確保走缽的蛇形控制。

在插入輥棒調(diào)試時(shí)為能更直觀觀察走缽的偏移情況，一般在窯爐筑爐蓋頂前會(huì)完成冷態(tài)調(diào)試走缽，并對(duì)輥棒進(jìn)行重新編序號(hào)，在客戶現(xiàn)場(chǎng)按序號(hào)進(jìn)行重新安裝，熱態(tài)調(diào)試時(shí)再針對(duì)走缽的蛇形控制情況進(jìn)行輥棒的再次微調(diào)，直至走缽整齊。

3 自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備

結(jié)合輥棒直線度檢測(cè)現(xiàn)狀及走缽調(diào)試現(xiàn)狀分析，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排序功能，檢測(cè)時(shí)測(cè)量出輥棒的彎曲形貌，確定采用同時(shí)多點(diǎn)檢測(cè)輥棒圓跳度的方法。

3.1 系統(tǒng)檢測(cè)原理

由于被檢測(cè)輥棒材質(zhì)為碳化硅材質(zhì)，表面較粗糙耐磨，接觸式的圓跳動(dòng)測(cè)量?jī)x探針會(huì)很快磨損，影響壽命和測(cè)量準(zhǔn)確度，本系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量。

采用激光測(cè)距的方式測(cè)量不同點(diǎn)位的圓跳動(dòng)值；檢測(cè)原理如圖3所示。

圖3 檢測(cè)原理示意圖

支撐驅(qū)動(dòng)輪位置寬度W和大小Φd不變，輥棒的理論直徑ΦD為已知值，支撐驅(qū)動(dòng)輪中心到激光傳感器的距離L0為定值。被測(cè)輥棒兩端為打磨尺寸D0也為已知尺寸，也是支撐輪支撐的位置點(diǎn)。

被測(cè)輥棒中心到激光傳感器距離L1見式（1）。

但激光實(shí)際測(cè)量距離L2與輥棒被測(cè)量位置的直徑ΦDa值有關(guān)，關(guān)系為公式（2）和（3）。

可知圓跳度值k為公式（4）和（5）。

通過(guò)上述方式可實(shí)時(shí)測(cè)量出輥棒的多點(diǎn)圓跳度。

3.2 測(cè)量位置選擇

先考慮匣缽底面平整且匣缽在輥棒上行走時(shí)摩擦力足夠大，不會(huì)發(fā)生打滑。匣缽走缽發(fā)生偏斜通常是因?yàn)橄焕徯羞M(jìn)方向左右行走距離不一致造成的。所以需測(cè)量匣缽最大寬度尺寸位置的圓跳度值。

如圖2所示，同時(shí)行走4個(gè)匣缽時(shí)，則測(cè)量每個(gè)匣缽緊靠一起的拼接位置即a／b／c／d／e共5個(gè)點(diǎn)位置。這5個(gè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)才能反應(yīng)輥棒在運(yùn)行時(shí)對(duì)匣缽行走的影響，為后續(xù)輥棒自動(dòng)排序提供了基礎(chǔ)。

3.3 多點(diǎn)圓跳度檢測(cè)設(shè)備

設(shè)備主要針對(duì)細(xì)長(zhǎng)型的非透明圓柱形輥棒的圓跳動(dòng)測(cè)試而設(shè)計(jì)。主要組成如圖4所示。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖4 多點(diǎn)圓跳度檢測(cè)設(shè)備外觀示意圖

表1 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)上述檢測(cè)原理，控制流程如圖5所示。

圖5 自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)單元框圖

為滿足設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)威性，做到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，設(shè)備校準(zhǔn)分為支撐軸水平校準(zhǔn)、激光測(cè)距儀水平校準(zhǔn)和激光過(guò)輥棒軸線校準(zhǔn)，設(shè)備配備標(biāo)準(zhǔn)輥棒一根，經(jīng)專業(yè)檢測(cè)認(rèn)證公司進(jìn)行檢定，系統(tǒng)校準(zhǔn)后再通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)輥棒進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)是否校準(zhǔn)成功。

4 排序評(píng)定的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)對(duì)整條輥道窯所使用的輥棒圓跳度數(shù)據(jù)采集，再進(jìn)行排序的評(píng)定。

4.1 數(shù)據(jù)模型的建立

前文已介紹目前絕大多數(shù)廠家對(duì)輥棒的直線度指標(biāo)為≤L×0.8‰ mm。在圓跳度復(fù)檢時(shí)，為建立輥棒的數(shù)據(jù)模型，對(duì)輥棒測(cè)量的圓跳度值轉(zhuǎn)換成直線度指標(biāo)再進(jìn)行分檔處理。具體分檔見表2。

表2 輥棒測(cè)試數(shù)據(jù)分檔

輥棒通過(guò)多點(diǎn)圓跳度測(cè)試儀的測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分檔并生成報(bào)表，激光打碼機(jī)在輥棒端頭打碼，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄在二維碼上，便于后續(xù)獲取數(shù)據(jù)。

4.2 排序評(píng)定的初始條件的建立

數(shù)據(jù)獲取后需根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)排序，排序評(píng)定的初始條件建立如下。

檢測(cè)位置及原理如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)匣缽尺寸為330 mm×330 mm×100 mm，即a與b之間距離為330 mm，輥棒直徑為ΦD，通過(guò)測(cè)得a位置直徑為ΦDa，b位置直徑為ΦDb。

圖6 檢測(cè)位置及原理示意圖

可知，當(dāng)匣缽?fù)ㄟ^(guò)該輥棒旋轉(zhuǎn)送出時(shí)：a位置行走距離為位置行走距離為340 mm。當(dāng)Da＝Db時(shí)，不發(fā)生偏移；當(dāng)Da＞Db時(shí)，匣缽從a向b發(fā)生偏移；當(dāng)Da＜Db時(shí)，匣缽從b向a發(fā)生偏移。

因此只有匣缽需行走通過(guò)的每根輥棒a和b位置的時(shí)匣缽行走才不發(fā)生偏移。

4.3 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

為了滿足排序的有效性，以圖2的四列輥道窯為例，針對(duì)整窯輥棒的圓跳度數(shù)據(jù)先進(jìn)行換頭確定，再進(jìn)行邏輯排序。

4.3.1 換頭確定

認(rèn)知模型是根據(jù)課標(biāo)中的統(tǒng)計(jì)觀念或數(shù)據(jù)分析觀念的內(nèi)涵建立的，注重心理、意識(shí)的考察，關(guān)注內(nèi)隱的認(rèn)知過(guò)程.但是這種模型不能直接進(jìn)行測(cè)量，需要外在表現(xiàn)間接得到認(rèn)知發(fā)展水平.目前比較典型的是童莉建構(gòu)的認(rèn)知模型，這一模型包括了3個(gè)維度，每個(gè)維度包括3或4個(gè)水平.但是這一模型缺乏實(shí)證研究，能否真正刻畫不同年級(jí)的學(xué)生在數(shù)據(jù)分析觀念上的不同表現(xiàn)還有待研究[5].

1.首先通過(guò)式6和式7計(jì)算差值Δka-e和Δkb-d

式中：Δka-e為a點(diǎn)和e點(diǎn)圓跳動(dòng)與中間c點(diǎn)位置的差值；Δkb-d為b點(diǎn)和d點(diǎn)圓跳動(dòng)與中間c點(diǎn)位置的差值；ΦD為理論直徑，mm；ΦDa為a點(diǎn)實(shí)測(cè)直徑，mm；ΦDe為e點(diǎn)實(shí)測(cè)直徑，mm；ΦDb為b點(diǎn)實(shí)測(cè)直徑，mm；ΦDd為d點(diǎn)實(shí)測(cè)直徑，mm。

Δka-e值和Δkb-d值越小越好，對(duì)走板整齊越有利。

2.按公式8分別計(jì)算每根輥棒的兩端a點(diǎn)和e點(diǎn)實(shí)測(cè)與理論半徑比差Δγa-e

該差值為正值或負(fù)值，結(jié)果按從大到小先第一次排序。

3.按公式9計(jì)算窯上所有輥棒的兩端a點(diǎn)和e點(diǎn)實(shí)測(cè)與理論直徑比求和差Δβa-e

4.確定需要選取多少根輥棒的Δγa-e值求和才能和Δβa-e值相當(dāng)，求和時(shí)先從大到小順序累加，然后將這些用于求和的輥棒標(biāo)定換頭。

最終按此方法實(shí)現(xiàn)換頭確定。

4.3.2 邏輯排序

換頭確定后的輥棒按圓跳度分檔，按從好到壞1檔-2檔-3檔-4檔的排列方法從頭至尾排列，完成最終的邏輯排序。

排序后的輥棒按次序插入輥道窯進(jìn)行走缽調(diào)試，調(diào)試中根據(jù)匣缽走缽的姿態(tài)對(duì)輥棒進(jìn)行最終的細(xì)微調(diào)整。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)輥棒多點(diǎn)圓跳度自動(dòng)檢測(cè)及排序的研究設(shè)計(jì)，并開發(fā)樣機(jī)對(duì)輥棒進(jìn)行實(shí)測(cè)分檔和排序，對(duì)排序結(jié)果進(jìn)行多次的實(shí)測(cè)驗(yàn)證，證明該方式在實(shí)際應(yīng)用中可行，不但能簡(jiǎn)化輥道窯調(diào)試的流程和時(shí)間，也降低了調(diào)試的難度，減少了出口異形棒的應(yīng)用，該設(shè)備和方法具有推廣的價(jià)值。