CN101259487B - 直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧带钢厚度的测量方法，包括测量装置及计算方法，装置包括有轧机，张力油压传感器，液压张力缸，位移传感器，机组中间为冷轧机，轧机的入口和出口两侧分别设两液压张力缸，液压张力缸前面装有两夹头，液压张力缸内装有两位移传感器，在两液压张力缸的上面装有张力油压传感器，轧机上面装有电动压下螺丝，轧机底座上装有液压缸；计算方法通过两侧液压张力缸内的位移传感器精确测量两侧夹头夹持下的带钢轧制速度，按轧制过程的秒流量恒定原则，间接测量出带钢厚度。优点：在不安装测厚仪的条件下，进行带钢厚度的间接测量，本发明可准确、稳定、快速地提供实验过程的带钢实际厚度数据，避免手工测量的操作困难和数据的不准确性。

Description

直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧带钢厚度的测量方法。 

背景技术

冷轧实验机组作为冷轧生产厂家进行冷轧工艺研究和冷轧钢种开发的重要工具，越来越受到企业的重视，在进行冷轧实验时，轧制过程带钢厚度的测量精度直接影响到最终实验结果，作为实验设备的冷轧实验轧机不可能像生产轧机一样安装昂贵的射线测厚仪，传统的冷轧实验机组一般是安装接触式测厚仪或者通过实验人员手工测量带钢厚度，但作为一种新型的冷轧实验设备-直拉式冷轧机组的紧凑设备布置不利于接触式测厚仪的安装，也不方便操作人员进行带钢厚度的手工测量，另外手工测量既浪费大量时间，也无法保证测量的精度。 

发明内容

为了解决以上测量方法之不足，本发明的目的提供一种直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量的方法，利用测量装置，采用带钢厚度的间接测量方法，来提高冷轧实验机组带钢厚度的测量精度。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法包括有间接测量装置，厚度参数的计算及控制过程。 

其中：间接测量装置包括有直拉式冷轧机，张力油压传感器，液压张力缸，位移传感器，以上部件的联接：实验机组中间为直拉式冷轧机，该轧机的入口设有第一液压张力缸，轧机出口设有第二液压张力缸，在其两液压张力缸前面分别装有第一夹头，第二夹头，该两液压张力缸内分别装有第一位移传感器，第二位移传感器，在两液压张力缸的上面分别装有第一张力油压传感器，第二张力油压传感器，直拉式冷轧机上面装有垂直向下的电动压下螺丝，直拉式冷轧机底座上装有垂直向上的液压油缸(如图1所示)； 

直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法是通过以下计算方法实现的：本发明通过安装在直拉式冷轧机两侧液压张力缸内的位移传感器精确测量两侧夹头夹持下的带钢轧制速度，根据轧制过程的秒流量恒定原则，进而间接测量出带钢厚度。如图2所示，轧制过程秒流量恒定原则用如下公式(1)表示： 

H·W·V_H＝h·w·V_h         (1) 

其中，H、W、V_H分别为轧制过程入口带钢的厚度、宽度和速度；h、w、V_h分别为 轧制过程出口带钢的厚度、宽度和速度，对于直拉式冷轧带钢，轧制前后带钢宽度的变化量很小，可以忽略，即认为W＝w，公式(1)可以简化为下式： 

H·V_H＝h·V_h              (2) 

对上式进行变换，得到公式(3)： 

$h=H\·\frac{V_H}{V_h}---\left(3\right)$

对于第一道次，H即为原料厚度，可以在实验开始前很方便地人工测量得到，实验过程中，可以通过轧机前后张力液压缸内的位移传感器精确测量带钢入口速度V_H和出口速度V_h，通过上式即可得到出口带钢厚度h的精确测量值。 

当前道次的带钢出口厚度h，同时也就是下一道次的带钢入口厚度H，用上述方法可以继续得到下一道次的带钢出口厚度的精确测量值，这样，采用该方法，只要对带钢原料厚度进行人工测量后，就可以得到所有道次带钢出口厚度的精确测量值。 

实现本发明目的的测量方法包括下列步骤： 

(1)相关设备和检测仪表的配备：该直拉式冷轧实验机组的设备装置(如图1所示)，在轧机的两侧配备了液压张力缸和夹头，在液压张力缸内装有磁致伸缩数字式绝对位移传感器，测量液压张力缸活塞的位移，液压张力缸上面还装有张力油压传感器，轧制过程中，根据油压张力传感器的反馈值进行闭环控制，保证两侧张力实际值与设定值吻合，使液压缸活塞移动平稳，在液压张力缸活塞柱前端，装有夹头，采用液压锁紧装置，以保证在带张力轧制过程中，夹头与带钢之间不产生相当滑动，上述设备和检测仪表的配备保证了轧制过程中，通过安装在张力液压缸内的位移传感器可以精确检测到带钢位移。 

(2)原料厚度的手工测量：在进行实验前，带钢还没有固定到轧机两侧张力液压缸夹头上，操作人员可以用千分尺很方便的测量原料带钢厚度，对带钢两侧分别测量，取平均值作为原料厚度值H，并通过人机交互接口将该值输入到计算机系统中。 

(3)轧制过程带钢速度的计算和处理：轧制过程中，位移传感器在每个采样周期检测到夹头绝对位置的变化值，针对第i+1个采样周期，带钢速度可以计算为： 

$V=\frac{|L_{i+1}-L_i|}{\mathrm{\Δt}}---\left(4\right)$

其中，L_i+1为第i+1个采样周期的绝对位置检测值L_i为第i个采样周期的绝对位置检测值；Δt为采样周期。 

由于位移传感器的采样周期非常短，在一个采样周期内，不能保证速度的稳定性，在实际处理过程中，取多个采样周期的位移量计算一次带钢速度。设每n个采样周期计算一次带 钢速度，则第j次的速度计算值如公式(5)所示： 

$V_j=\frac{|L_{j\·n}-L_{(j-1)\·n}|}{n\·\mathrm{\Δt}}---\left(5\right)$

(4)测量数据的过滤和处理 

带钢在每道次轧制过程中都要经历升速、稳定轧制和降速的速度制度。在升速和降速阶段，轧制处于非稳定状态，速度波动较大，带钢厚度波动也较大。故需要对测量数据进行过滤处理，取中间稳定轧制过程的速度，用于厚度计算。 

根据上面介绍的带钢速度计算方法，同时对带钢的入口速度和出口速度进行计算，当带钢入口速度V_H和带钢出口速度V_h同时有m个点的变化幅度在要求的范围内时，即认为轧制过程处于稳定轧制阶段，分别对V_H和V_h的m个点取平均值，得到V_H和V_h，代入公式(3)，计算得到该道次的带钢出口厚度。 

带钢出口厚度计算：第一道次计算时将人工测量的厚度H及带钢入口速度V_H和出口速度 V_h代入公式(3)，计算得到带钢出口厚度，当前道次的带钢出口厚度也就是下一道次的厚料厚度，用上述相同的处理过程可以计算得到所有道次的带钢出口厚度值。 

本发明的主要解决方案需要在实验轧机计算机控制系统中通过下列步骤实现的：(其流程图如图3所示)； 

1首道次开轧时，道次数赋值为1，并读入原料厚度H₁； 

2利用周期采样点数据计算带钢入口速度V_H和出口速度V_h； 

3并判断是否满足速度过滤条件；如果有m个满足要求的速度值或者本道次轧制结束； 

4计算带钢入口速度平均值V_H和出口速度平均值V_h，否则继续进行入口，出口速度平均值计算； 

5根据原料厚度及带钢入口速度和出口速度平均值计算得到本道次带钢出口厚度hn； 

6末道次判断，是，为结束，否则，继续下一道次轧制，道次数增加1，并将当前道次的出口厚度赋值给下一道次的原料厚度. 

返回速度计算功能模块，重复上述步骤，直到所有道次轧制完成，计算得到所有道次的带钢出口厚度，运行结束(9)。 

本发明的优点：本发明针对新型直拉式冷轧实验机组，在不安装测厚仪的条件下，进行带钢厚度的间接测量，本发明可以准确、稳定、快速地提供实验过程的带钢实际厚度数据，避免手工测量8操作困难和数据的不准确性。 

附图说明

图1为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法设备装置原理图； 

图2为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法轧制过程示意图； 

图3为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法控制流程图； 

图4为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法带钢实测位移数据； 

图5为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法带钢速度图； 

图6为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法出口带钢厚度计算值和人工测量值比较图； 

图7为本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法出口带钢厚度计算值和人工测量值比较图； 

图中1电动压下螺丝，2液压油缸，3第一张力油压传感器，4第二张力油压传感器，5第一夹头，6第二夹头，7第一液压张力缸，8第二液压张力缸，9第一位移传感器，10第二位移传感器。 

具体实施方式

本发明直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法通过实施例加以说明。 

冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法中的设备结构：机械测量装置包括有轧机，张力油压传感器，液压张力缸，位移传感器，其联接：实验机组中间为直立式冷轧机，轧机的入口和出口两侧分别设有第一液压张力缸7，第二液压张力缸8，在其两液压张力缸前面分别装有第一夹头5，第二夹头6，该两液压张力缸内分别装有第一位移传感器9，第二位移传感器10，在两液压张力缸的上面分别装有第一张力油压传感器3，第二张力油压传感器4，轧机上面装有垂直向下的电动压下螺丝1，轧机底座上装有垂直向上的液压油缸2(如图1所示)。 

测量方法之步骤： 

(1)带钢位移值检测处理 

以一套直拉式冷轧实验机组为例，位移传感器的采样周期最短可以做到2ms，以50个采样周期取一个采样点，即100ms取一个位移实测值。在该实验轧机上完成一块带钢的直拉式冷轧实验，第一道次的带钢实测位移数据如图3所示，随着轧制过程的进行，入口带钢逐渐变短，液压缸活塞逐渐伸出，位移传感器位置绝对值逐渐变大。出口带钢逐渐变长，液压缸活塞逐渐缩回，位移传感器位置绝对值逐渐变小。 

(2)带钢速度计算和过滤 

计算两个采样点之间的速度值，根据公式(5)，取两个采样点之间的位移差绝对值除以采样间隔时间100ms，计算得到各采样点之间的带钢入口速度和出口速度值如图4所示。 速度值过滤的要求为，入口带钢速度和出口带钢速度同时有10个连续点变化幅度不超过10％。由图4可以看出，速度计算点从第21点开始连续的10个点满足上述要求，见表1。 

表1：有效速度值表 

分别对入口带钢速度和出口带钢速度计算平均值为： 

V_H1＝0.0436m/s；V_h1＝0.0531m/s。 

(3)带钢厚度计算 

在进行轧制实验前，对带钢原料厚度进行手工测量，得到入口原料厚度H₁＝3.0mm；根据公式(3)计算得到第一道次带钢出口厚度： 

$h_1=H_1\·\frac{{\stackrel{\‾}{V}}_{H1}}{{\stackrel{\‾}{V}}_{h1}}=3.0\×\frac{0.0436}{0.0531}=2.463\mathrm{mm}.$

用上述相同的方法处理后续道次数据，计算得到所有道次的带钢出口厚度。各道次数据计算见表2。 

表2：道次计算数据表 

(4)与手工测量值比较 

为了验证该发明方法的计算精度，在进行上述实验时，每道次轧制结束后都对带钢出口厚度进行人工测量。分别测量操作侧和驱动侧带钢厚度，并取平均值。测量数据见表3。本发明方法计算结果和人工测量结果的比较见图5，可以看到计算结果有非常高的精度。 

表3：带钢厚度人工测量值表 

(5)实施实例2 

为了充分验证本发明方法的准确性，再取一块实验带钢数据，该方法的具件实施过程与上面一致，结果数据如下： 

表4的各道次带钢出口厚度的计算数据表，表5为各道次带钢出口厚度的人工测量数据表，图7为计算值与人工测量值的比较图。 

表4：道次计算数据表 

表5：带钢厚度人工测量值表 

Claims (4)

1.一种直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量装置，其特征在于间接测量装置包括有直拉式冷轧机，张力油压传感器，液压张力缸，位移传感器，以上部件的联接：实验机组中间为直拉式冷轧机，该轧机的入口设有第一液压张力缸(7)，轧机出口设有第二液压张力缸(8)，在第一液压张力缸(7)前面装有第一夹头(5)，在第二液压张力缸(8)前面装有第二夹头(6)，在第一液压张力缸(7)内装有第一位移传感器(9)，在第二液压张力缸(8)内装有第二位移传感器(10)，在第一液压张力缸(7)的上面装有第一张力油压传感器(3)，在第二液压张力缸(8)的上面装有第二张力油压传感器(4)，直拉式冷轧机上面装有垂直向下的电动压下螺丝(1)，直拉式冷轧机底座上装有垂直向上的液压油缸(2)。

2.一种直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法，其特征在于采用权利要求1所述的间接测量装置，通过安装在直拉式冷轧机两侧液压张力缸内的位移传感器精确测量两侧夹头夹持下的带钢轧制速度，根据轧制过程的秒流量恒定原则，进而间接测量出带钢厚度，轧制过程秒流量恒定原则用如下公式(1)表示：

H·W·V_H＝h·w·V_h        (1)

其中，H、W、V_H分别为轧制过程入口带钢的厚度、宽度和速度；h、w、V_h分别为轧制过程出口带钢的厚度、宽度和速度，对于直拉式冷轧带钢，轧制前后带钢宽度的变化量很小，可以忽略，即认为W＝w，公式(1)可以简化为下式：

H·V_H＝h·V_h  (2)  对上式进行变换，得到公式(3)： 

对于第一道次，H即为原料厚度，可以在实验开始前很方便地人工测量得到，实验过程中，通过直拉式冷轧机前后第一，第二液压张力缸内的位移传感器精确测量带钢入口速度V_H和出口速度V_h，通过上式即可得到出口带钢厚度h的精确测量值；

当前道次的带钢出口厚度h，同时也就是下一道次的带钢入口厚度H，用上述方法可以继续得到下一道次的带钢出口厚度的精确测量值，这样，采用该方法，只要对带钢原料厚度进行人工测量后，就可以得到所有道次带钢出口厚度的精确测量值。

3.按权利要求2所述的直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(1)相关设备和检测仪表的配备：该直拉式冷轧实验机组的设备装置，在轧机的两侧配备了液压张力缸和夹头，在液压张力缸内装有位移传感器，测量液压张力缸活塞的位移，液压张力缸上面还装有张力油压传感器，轧制过程中，根据张力油压传感器的反馈值进行闭环控制，保证两侧张力实际值与设定值吻合，使液压张力缸活塞移动平稳，在液压张力缸活塞柱 前端，装有夹头，采用液压锁紧装置，以保证在带钢张力轧制过程中，夹头与带钢之间不产生相对滑动，上述设备和检测仪表的配备保证了轧制过程中，通过安装在直拉式冷轧机两侧液压张力缸内的位移传感器可以精确检测到带钢位移；

(2)原料厚度的手工测量：在进行实验前，带钢还没有固定到轧机两侧液压张力缸夹头上，操作人员用千分尺很方便的测量原料带钢厚度，对带钢两侧分别测量，取平均值作为原料厚度值H，并通过人机交互接口将该值输入到计算机系统中；

(3)轧制过程带钢速度的计算和处理：轧制过程中，位移传感器在每个采样周期检测到夹头绝对位置的变化值，针对第i+1个采样周期，带钢速度可以计算为：

其中，L_i+1为第i+1个采样周期的绝对位置检测值；L_i为第i个采样周期的绝对位置检测值；Δt为采样周期；

由于位移传感器的采样周期非常短，在一个采样周期内，不能保证速度的稳定性，在实际处理过程中，取多个采样周期的位移量计算一次带钢速度，设每n个采样周期计算一次带钢速度，则第j次的速度计算值如公式(5)所示：

(4)测量数据的过滤和处理

带钢在每道次轧制过程中都要经历升速、稳定轧制和降速的速度制度，在升速和降速阶段，轧制处于非稳定状态，速度波动较大，带钢厚度波动也较大，故需要对测量数据进行过滤处理，取中间稳定轧制过程的速度，用于厚度计算。

4.按权利要求2所述的直拉式冷轧实验机组带钢厚度间接测量方法，其特征在于该方法通过计算机控制实现，其测量过程按以下步骤执行：

(1)首道次开轧时，道次数赋值为1，并读入原料厚度H₁；

(2)利用周期采样点数据计算带钢入口速度V_H和出口速度V_h；

(3)并判断是否满足速度过滤条件；如果有m个满足要求的速度值或者本道次轧制结束；

(4)计算带钢入口速度平均值 

和出口速度平均值 

否则继续进行入口，出口速度计算；

(5)按原料厚度及带钢入口速度平均值和出口速度平均值计算得到本道次带钢出口厚度h_n；

(6)末道次判断，是，为结束，否则，继续下一道次轧制，道次数增加1，并将当前道次的出口厚度赋值给下一道次的原料厚度。 

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