三维扫描技术在回转窑动态测量中的应用研究

尤邵尉 ，李荣军 ，宋继泽 ，袁国锋

（1.安徽华塑股份有限公司，安徽 滁州 233290；2.武汉荣科多装备技术有限公司 湖北武汉430000

0 引言

我公司2500t/d新型干法电石渣熟料生产线于2012年投产运行，回转窑运行至今未进行过窑中心线的测量。我公司为Φ4.3m×64m回转窑，三档支撑，窑尾档采用液压挡轮控制回转窑上下行。自2016年以来，我公司回转窑相继出现窑中档（II档）托轮瓦和推力盘的磨损、电耗增加、窑尾档（III档）和窑头档（I档）密封片损坏失效以及红窑等问题。根据以上情况，我公司分析认为回转窑中心线可能出现偏离，而造成中心线偏离的原因多数是由于托轮混凝土基础不均匀的沉陷。为了保证生产效率，提高熟料质量，我公司拟采用三维扫描技术[1，2]对回转窑进行动态测量和动静态调整，采用的主要设备为目前最新科技精密仪器——奥地利RIEGL VZ-400三维激光扫描仪。

1 测量方案

1.1 方案布置

如图1所示，在回转窑窑体一侧靠近中点的位置架设激光扫描仪，保证扫描仪可以无遮挡的对窑体进行扫描测量。在激光扫描仪和回转窑窑体之间定向放置6个靶球，靶球的位置尽量呈现立体形态，即均匀的分布在不同高度和不同直线上。将扫描仪的输出端与电脑进行连接，以获取并存储测量结果。

图1 回转窑激光扫测量方案图

1.2 测量方法

首先对整个视场进行粗扫描，得到360°范围的扫描数据。然后在粗扫描的基础之上对6个靶球和3个轮带进行精扫描，并将扫描结果输出到电脑完成外业测量工作。

2 测量结果的提取

完成外业测量之后，为了保证测量结果的可靠性，需要利用Geomagic Studio软件进行点云数据处理。首先将密集扫描点云数据进行抽稀，剔除掉误差较大的测量点。然后框选3个轮带精扫描的点云数据进行拟合，可以得到和轮带对应的圆柱。圆柱的属性信息里包含了圆柱的直径和中心点坐标，由此可以得出轮带的直径和筒体轴心直线度。作业具体流程如下：

（1）数据导入。将外业获取的扫描数据全部导入到Geomagic Studio软件中。

（2）数据剔除。由于扫描仪的粗扫描是水平360°，竖直-40°～+60°范围内进行密集数据采集，会将窑体周围的地物信息扫描进去。另一方面由于反射、折射以及窑体运转过程中的抖动等不可避免的外界因素可能造成对窑体扫描点出现误差较大的情况。综合以上因素，为了更精确的对扫描目标进行拟合，需要对扫描数据进行预处理剔除与目标无关的点额误差较大的点。

（3）数据拟合。利用剔除误差点之后保留的数据对目标进行拟合。考虑到对轮带精扫描得到的是轮带一部分长条状数据，以及轮带自身的形状是圆柱状，可以将数据拟合成圆柱状。软件处理操作的相关界面参见图2和图3。

图2 数据拟合形状选择

图3 数据拟合参数分析

经过以上步骤可以得到拟合结果。窑体的3个轮带进行拟合得到的整体扫描结果见图4。

图4 三个轮带拟合总体示意图

窑体中，轮带1、2、3的拟合结果见图5。采用轮带间隙仪对回转窑3个轮带的间隙进行在线测量，得出结果；

采用水平仪，分别以3个档固定位置的托轮底座的水平高为基准点，测得同档其余3个托轮底座的水平高度。

3 结果与分析

3.1 回转窑中心线

以圆柱1和圆柱3的中心为基准建立一条直线，根据圆柱2中心偏离直线的距离可以得到筒体轴心直线度。由拟合结果可以看出窑体轮带2中心在水平和竖直方向偏离距离为（-13.45mm，0.55mm），参见图6和图7。即轮带1往轮带3看中心线水平方向偏左13.45mm，竖直方向偏下0.55mm。

图6 水平方向偏移示意图

图7 竖直偏移示意图

3.2 回转窑斜率

利用三档托轮与一档托轮在Z轴上的差值除以三档托轮与一档托轮在Y轴上的差值可得到斜率。

3.3 档底座标高

各档底坐标高度见图8。

图8 各档底坐标高度

3.4 其余参数尺寸

其余回转窑参数尺寸见表1。

表1 回转窑测量尺寸 mm

3.5 检测结果分析

（1）回转窑标准斜率为4°，目前斜率为4.01209°。同时回转窑的水平中心线（从一档往三档看）二档偏左13.45mm，导致回转窑偏重运行，窑中心线需进行调整。回转窑的垂直中心线二档偏低0.55mm，属于回转窑正常运行范围；

（2）二档的滑移量偏小，只有3mm，标准滑移量为15～20mm。回转窑二档两托轮位置发生偏离，影响了轮带与筒体的相对运动，导致滑移量小；

（3）由数据可知，三档标高比一档实际高6mm，二档走道侧托轮窑尾方向轴瓦座低7mm，窑头方向低3mm，可判断回转窑托轮基础存在下沉情况。

（4）三个档的托轮均成为八字，一档是窑头方向大，二、三档是窑尾方向大，造成回转窑上下行时间不规律，导致托轮表面磨损不均匀。

4 调整方案

根据以上数据分析，回转窑斜度存在偏差、托轮移位、托轮基础下沉等问题，这些都是目前影响我公司回转窑正常运行的关键因素。针对以上问题，分两批次对回转窑进行调整，具体方案如下：

（1）静态调整。一档两个托轮的轴瓦座同时加6 mm厚垫；二档走道侧托轮窑尾方向轴瓦座加100mm的厚垫，窑头方向轴瓦座加60mm的厚垫，非走道侧托轮的两个轴瓦座加30mm的厚垫；

以上操作保证了回转窑静止状态时中心线的斜度，同时有效增大了托轮与轮带接触面积，使轮带和托轮表面均匀磨损。解决了因基础下沉造成的回转窑斜度和轮带与托轮接触面的问题。

（2）动态调整。回转窑正常运行时，对各档托轮实施精细调整，消除八字现象；二档右侧（从一档往三档看）托轮向后退13.450mm，左侧托轮向里进13.450mm，为保证回转窑的正常运行，此次调整托轮应分为多次、少量的调整，每次调整不要超过30mm。最终保证不影响回转窑正常生产，回转窑不出现异常高温、异常磨损、异常响声等。

5 结语

通过运用三维激光扫描仪对回转窑进行动态的测量，并根据所得结果进行精细的动静态调窑，取得了非常好的效果。调窑工作完成后，回转窑电耗明显降低，推力盘间隙适中，未出现磨损情况，三个轮带相对位置回归设计尺寸，不再磨损挡圈，滑移量在15～20 mm区间内，大小齿轮的齿顶隙在设计范围内，消除了大小齿轮处间歇性震动的隐患。

运用三维激光扫描仪精准的测窑方法打破了传统经验调窑法的束缚，把调窑的依据数据化、透明化，对合理调整工艺操作、改善筒体的受力状况、保护筒体等具有重要实际意义。