设备功能精度检测
张拥军
15001957047
15001957047@
陈晓东
13817180658
上海宝钢工业技术服务有限公司
上海金艺检测技术有限公司
1. 评价设备状态完好的标准
功能
可靠性
精度
效率
只有良好的设备状态（功能、精度、可靠
性、效率），才能生产好的产品。
了解设备状态如何，要有科学的管理体系，
也必需先进的检测手段与检测工具。
2. 设备功能精度检测原理
R
2
层流冷却系统
488 275
24 000 6 x 5 500 = 33 000
F1 F2 F3 F4 F5 F6
除
鳞
1
122 000
103 360
9 000149 060
F7
加热炉
大
立
辊
卷
取
机
1
卷
取
机
2
36 545
151 215
R1
定
宽
压
力
机
切
头
剪
边
部
加
热
器
除
鳞
2
精轧机
卷
取
机
3
3. 轧钢设备产线特点
高速化、连续化
机组串联式排布，产线较长
设备关联性强
生产工艺复杂
设备安装精度（位置精度）要求高
4. 轧钢设备运行精度所带来的主要问题
跑偏
板型不良
振动值偏高
卷取塔形
轧制轴向力
设备异常磨损
产能下降
5. 设备功能精度检测
做什么？
产线
设备
部件
零件
产线
每台设备的空间位置必须符
合工艺要求
设备
每台设备的安装位置满足设
计要求，运行轨迹必须符合工艺
要求。
轧机
%E8%BD%A7%E6%9C%BA%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%96%B9%E6%A1%
轧辊轴承烧损事故判别
轧辊轴承烧损事故判别
润滑
轴向力
轧机窗口对称
两片牌坊高差
轧辊轴承座装配
供油不足
油品不良
轧辊轴承烧损事故判别
轧辊交叉
轧辊轴承烧损事故判别
轧辊轴承烧损事故判别
牌坊
对称度
高差
轧辊轴承烧损事故判别
A
A
L
开 档（L）
平面度
对称度
轧辊轴承座的检查
外径千分尺
轧辊轴承座的检查
固定座
激光传感器
测量臂轴承座 轴承座
“固定测量座”方案工作原理图
轧辊轴承座的检查
宝钢类似的设备 固定测量座
测
量
臂
缺点：
不能进行带辊测量
需要专用场地
需要起重机配合
轧辊轴承座的检查
轴承座
“激光跟踪仪测量”方案工作原理图
激光跟踪仪
轧辊轴承座的检查
宝钢类似的工作
优点：
可带辊测量
不需要固定场地
便携、精度高
缺点：
环境对测量的影响大
投资较大（~200万）
检测时间较长
人员素质要求高
轧辊轴承座的检查
轴承座
“摄影测量”方案工作原理图
专用相机
标志点
轧辊轴承座的检查
“摄影测量”方案工作原理图
宝钢内实施的方案
优点：
可带辊测量
不需要固定场地
便携、精度高
环境因素影响小
轧辊轴承座的检查 X1 X2 X3 X4 X5
Y1
Y2
Y1
Y2
Y1
几何精度、空间位置测量
目的：利用常规几何量具和专用测量设备，对设备、
备件的关键尺寸和空间位置进行检查和测量，保证零
部件的互换性、零部件安装的准确性和机组设备之间
空间位置的统一，从而使设备管理方能够有效的控制
设备维修的时间、把握维修质量，保证设备和生产线
按设计要求正常运行，能够有效地控制产品质量。
常用的设备精度检测手段
•主要手段
几何量具
多功能测量仪
电子水平仪
轴（孔）对中仪
激光跟踪仪
全站仪
工作原理（全站仪、跟踪仪）
β
α
L
•测量精度
静态：2 ppm
动态：10ppm
•角度分辨率：″（秒）
•长度分辨率： 1μ m
•最大跟踪速度：5m/s
•最大跟踪加速度：2g
摄影测量仪
工作原理（摄影测量）
多点交汇测量
• 高精度：相对精度
1/120000（
m）
• 非接触测量
• 测量速度快
• 可以在不稳定的环境中
测量（温度，震动）
• 特别适合狭小空间的测
量
• 数据率高，可以方便获
取大量数据
• 适应性好（被测物尺寸
从几十公分到几十米）
• 便携性好
XXXX年XX月中旬，某厂更换轧机工作辊时，
发生轧辊无法从辊套拉出的事故，虽经2个多小时
的努力，轧辊最终从辊套中拉出，但造成非正常
停机2小时。事后经测量：辊套（孔）实际尺寸为
；轧辊扁头（轴）厚度实际尺寸为
，均符合要求。
•应用案例1
Φ
3
88
.3
0
Φ
3
88
.3
0
Φ
3
88
h1
h2
失效分析、综合评估
目的：分析已经失效零部件的失效原因，找出在设备制
造、设备安装、生产使用、维护修理等各方面可能产生
的问题，从而制定有效的防范措施，避免类似失效再次
发生。同时，促进制造和维修工艺的改进、完善。
通过各种测试和模拟运行等手段，对设备的综合
性能（使用寿命、安全性等）进行评估，使设备的综合
效益达到最佳
•主要手段
硬度计
显微镜、电镜
金属材料成份检验
材料试验机
应力仪
计算机拟合
•应用案例
•情况介绍：
某设备传动轴在长期
使用后断裂，新备件更换
后使用仅8小时又发生断
裂事故。两次失效轴的断
口如图，断裂处直径Φ
155mm。
旧
轴
断
口
形
貌
新
轴
断
口
形
貌
图1
图2
新轴化学成分的分析表明，材料的成分符合原轴图样设计为45#钢
的要求。
新轴断口的初步观察认定断口较平直，断面较粗糙，具有大面积
脆性断口的特征。
进一步对新轴断口取样进行观察，见图3，4。发现断口的边缘存
在许多疲劳台阶，并且断口圆周方向存在较小的一层疲劳扩展区，
瞬断区域较大，占整个断面的90％左右。
从使用的时间上分析，此轴上机架使用较短的时间（8个小时）即
发生断裂失效，说明此轴经过短暂的疲劳扩展过程，随即在较大
的外力作用下发生一次性脆性断裂。
图3.动齿条传动轴断口样形貌 图4.传动轴断口局部形貌，箭头所指为疲劳扩展区
分析对比：
新旧两件传动轴，它们承受的载荷应该在同一水平 。
旧轴的瞬断区（见图1中箭头所指部位）很小，这说明动齿条
传动轴的载荷很小 ，新轴断口却显示“瞬断区”甚大。
据了解，新轴在使用中并未发生冷床卡死或其它设备异常过载
情况
甚麽原因？
理化检验：
新轴的力学性能指标低于45#锻钢，接
近于45#铸钢的标准要求。
根据图3显示的轴断口心部疑似铸造缩
松缺陷和放射状的断裂特征，我们认为
该轴是铸钢材质，并且在断口部位原先
存在因铸造缺陷和铸造应力、热处理应
力导致的与工件轴线基本垂直的横向内
裂，亦被称之为蘑菇（Mushroom）型内
裂缺陷。
超声波检测确认：旧轴材质为锻钢，
新轴材质为45#铸钢。
•新轴心部裂纹形貌
结论：
新的传动轴采取了以铸代锻的工艺，用45#钢水铸成了传动轴坯。
根据传动轴的载荷特性，正常情况下，铸钢传动轴的强度足以满足
一般的使用条件 。
但该铸件未经工序和成品的无损检测（NDT），未能发现工件内
部的严重铸造缺陷Mushroom Flaw。
该轴使用后，在内裂的轴向位置形成应力高度集中。
工作状态下，轴的外表面就开始了疲劳发展，形成一种少见的
应力极度集中的低外力、低周次的疲劳断裂状态。因此，在使用短
短的8小时后，即发生了传动轴的断裂失效。
设备精度检测工作在设备管理中的作用
. 设备制设备制造加工质量控制造加工质量控制
. 备件采购质量把关备件采购质量把关
. 产线建设安装质量监检产线建设安装质量监检
. 预报设备安全隐患，把握设备运行状态预报设备安全隐患，把握设备运行状态
. 设备维修时机确定与维修质量检验设备维修时机确定与维修质量检验
. 设备失效原因分析及整改措施制定设备失效原因分析及整改措施制定
. 提供设备报废判定依据提供设备报废判定依据
. 设备利旧改制技术支持设备利旧改制技术支持
. 支撑科研技改项目实施支撑科研技改项目实施
. 协助质量异议及贸易问题的解决协助质量异议及贸易问题的解决
－－对设备管理提供一生化服务
加工
制造
A检
建设
安装
监检
在役
运行
检测
维护
修理
检测
失效
报废
评估
利旧
改制
检测
检测技术
宝钢如何进行设备检测工作
• 设备出厂前检测（A检与验收，把控质量）
材质、焊接质量、铸造及锻造质量、机加工质量、热处理质
量、缺陷修复质量检测、加工制造精度与装配精度检测
加工制造
加工制造
某工程派出680组次设
备A检，发现重大质量
隐患142项，其中80项
属于铸锻件原材料或焊
接超标缺陷，18项属于
制造厂漏检，其他处于
合格与否的临界值。这
种A检方式有利于设备
采购管理优化和制造产
品质量提升，从而保证
工期、质量，避免设备
发往用户后再返修，延
误工期，同时，又能较
少设备运行中的故障发
生率。
• 设备投产运行前检测（A检与验收）
设备安装质量检测验收、产线整体安装空间精度检测验收、
设备原始数据信息积累检测
建设安装
某加热炉建设工程，炉辊
振动测试中发现有超过1/3炉辊
振动量超标，通过辊系空间精
度检测技术应用，发现有50%
炉辊的安装精度超标。按检测
数据重新调整后，炉辊振动值
100％达标，冷负荷试车和热负
荷试车阶段均顺利达到设计速
度800m/min。
2010年，热轧轧辊
进行磨后表面波检
测，累计检测5972
支次，发现裂纹缺
陷轧辊369支。避
免上机产生大小事
故，避免经济损失
4000多万元。
• 在役设备跟踪检测（提前把握设备状态）
a)保证设备运行精度，保证产品质量；
b)解决设备存在问题，提高设备可靠性；
c)跟踪缺陷发展，确定维修策略；
在役运行
在役运行
某冷轧连退
机组发生炉内带
钢跑偏及带钢单
边浪，经检测发
现设备运行精度
问题。根据检测
结果对设备运行
精度进行恢复，
问题消除。
在役运行
入口出口
传动侧
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
• 设备维护修理中检测（恢复设备状态，保证产品质量）
对故障设备提供修复数据和方案，对维护修理的设备精确复位等
减速箱
分配器
安全联轴器
±
大型连接轴安装指导
维护修理
维护修理
维护修理
维护修理
抢修中
材料成
分确认
• 设备失效后检测
查失效状态(内部构造、缺陷范围);查事故原因；采取措施避免同
类失效；如属于质量事故则为用户要求索赔提供第三方检测依据
失效报废
某设备更换主传动轴后，在短时间（8h）发生失效（断裂）。通过对设计参数、材
料性能、加工工艺 使用工况的分析，发现主传动轴的加工工艺存在问题，致使主传
动轴发生短期失效。根据失效分析结果，对同批次（12根）产品进行检测，发现其中
8根存在相同问题。在换下这批主轴的同时，向制造厂提出索赔，得到赔付。
• 建立拥有轧辊改制检测规程
《高速钢轧辊改制检测大纲》、《轧辊改制条件》
《宝钢股份黄石涂镀板厂锻钢支承辊改制检测条件》
• 2008-2011年，已完成30支轧辊改制并投用
直接降本1600多万元。
• 利旧改制
利旧改制
设备运行精度（产线）检测
基本原理
2008年，国家“863计划”先进制造技术领域“精密
测量技术与装置”项目中有一个研究方向：“大尺寸空间
坐标测量技术”。其主要研究内容是：针对重大装备制造
领域的精密测量需求，研制组合测量体制下的大尺寸空间
坐标测量系统。攻克大型工件整体尺寸大与局部空间复杂、
细节分辨率高之间的矛盾，突破高精度自主测量终端、大
范围全局精密测量控制站等关键技术，提高大尺度、超大
尺度空间测量范围和精度。
技术指标：
适用于工业现场测量使用，具有配置灵活、柔性和
适应性好的特点；
测量范围 ：60m×40m×20m（长×宽×高）
系统分辨率：
测量精度 ：±
全局精度 ： ±
空间位置精度检测技术方案：
将全站仪、激光动态跟踪仪、常规几何量具进行有机组
合，用高精度全站仪进行全局精度控制（500~1000m）、用
激光动态跟踪仪进行局部精度控制（＜50m）、用常规几何
量具控制细节精度（＜2m），实现整个产线设备空间位置的
高精度检测。
全局精度：＜
绝对精度：≤
全站仪
跟踪仪
运用大范围空间精度检测技术，实现对包括开卷、剪切、轧机、工
艺段（炉、槽）、辊系、卷取等重要设备机组中心线的校核与调整，
从而避免带钢跑偏、镰刀弯、板型不均、卷取错边等产品质量问题，
确保产品质量。
解决的问题
安装精度（检修复位）
设备产能提升
带钢跑偏
板型控制（边浪）
轴承烧损（轧辊轴向力控制）
衬板异常磨损
剪切质量控制
卷取塔形
设备振动值减小
故障点查找
张拥军：15001957047
15001957047@
