CN101264485A - 磁悬浮式动态板形检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及板带轧制过程中的板形检测方法，适用于金属薄板轧制过程中的非接触式动态板形检测。一种磁悬浮式动态板形检测方法，首先将被测带钢通过前后传送辊张紧，然后通过磁悬浮控制系统将传送中的带钢沿垂直于传送方向向上提升一定高度，通过对磁悬浮控制系统中的控制电流数据采集和运算处理，输出信号驱动控制系统中的电磁铁将带钢提升到规定高度，得出板形信息。本发明的检测方法是非接触式，能够动态检测生产过程中带钢各处对应的电磁铁绕组线圈电流量的大小，从而动态检测带钢板形信息，不会因摩擦损伤带钢表面，也不会对检测设备产生磨损，其检测方便，设备使用寿命长，易于维护。

Description

磁悬浮式动态板形检测方法

技术领域

本发明涉及板带轧制过程中的板形检测方法，适用于金属薄板轧制过程中的非接触式动态板形检测。

背景技术

各种板带材的平直度——板形是衡量其品质的一个重要指标。为了得到板形良好的板带材，须要在轧制过程中对板形进行在线动态检测，从而根据检测结果和精度要求对轧机进行控制。目前已有的动态板形检测装置分为接触式和非接触式两大类。

中国专利CN2447768Y公布了一种动态板形测量辊。该测量辊作为接触式动态板形检测装置的一种，其原理是：当带钢表面不平坦时，其内部张应力沿宽度方向的分布呈现差异，从而对沿带钢宽度方向排列的各个辊环产生不同的压力，通过辊环上的压力检测元件，就可测得带钢的平直度信息。这种板形测量辊存在设备复杂，造价高，不易维护，对环境要求高，与带钢表面接触易造成磨损等缺点。

中国专利CN2274338Y公布了一种金属薄带材的动态板形检测装置。该装置作为一种非接触式动态板形检测装置，是通过偏心导向辊的旋转引起带钢的振动，对于表面不平坦的带钢，其内部张应力分布的差异导致各处振动频率产生相应差异，通过位移传感器检测各处的振动频率即可获得带钢的平直度信息。这种检测方法算法复杂，在金属板带材运动速度较高的情况下，对信号适时性及检测元器件的性能要求较高。

中国专利CN1356186A公布了一种直线型激光板形检测装置。该装置作为一种非接触式动态板形检测装置，其分别通过多个横向及纵向激光发生器向板带横向及纵向等距离倾斜照射，同时沿板带的横向，在纵、横向激光线交点的正上方放置多个面阵CCD摄像头，如果板带表面是平坦的，则投射到板带上的纵、横两向激光线反映在CCD中均是直线，若板带表面有浪形，则反映为曲线。纵向和横向曲线结合可得到板带挠曲变形的三维信息。然后对图象进行处理，分析特征曲线，最终得到板形平直度信息。这种方法设备复杂，不易掌握，造价高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮式动态板形检测方法，该检测方法为非接触式，其检测方便，设备使用寿命长，易于维护。

本发明是这样实现的：一种磁悬浮式动态板形检测方法，首先将被测带钢通过前后传送辊张紧，然后通过磁悬浮控制系统将传送中的带钢沿垂直于传送方向向上提升一定高度，通过对磁悬浮控制系统中的控制电流数据采集和运算处理，得出板形信息；其过程如下；

电磁铁产生的电磁吸力F与电磁铁绕组线圈中电流i的关系为：

$F=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{AN}}^2}{4}{\left(\frac{i}{y}\right)}^2---\left(1\right)$

式中：A：磁极面积，

N：电磁铁绕组线圈匝数，

μ₀：空气导磁系数(4π×10^-7H/m)，

y：电磁铁与带钢的距离；

带钢内应力σ与电磁吸力F的关系为：

σ＝F/sin(θ)    (2)

式中，θ＝arctan(2H/L)为带钢与水平面的角度，H为带钢被拉起的距离，L为二个支撑传送辊间的距离；

在带钢宽度方向上测量N个内应力σ_i{1≤i≤N}，则平均应力为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i}{N}---\left(3\right)$

各点的应力差为：

Δσ_i＝σ_i-σ    (4)

式(4)的带钢内应力差分布表示了板形质量数据。

所述磁悬浮控制系统由电磁铁、传感器、控制计算机、功率放大器组成，若干个电磁铁与传感器相对应并安装在支架上下两侧的带钢通过的上方和下方，控制计算机包括数/模数据采集卡、模/数数据采集卡和控制器，传感器检测带钢对应点位置后将信息经模/数数据采集卡转换后输入控制器，控制器比较和运算后输出控制信号经数/模数据采集卡转换后输入功率放大器，功率放大器输出驱动电磁铁，将带钢提升到规定高度。

本发明的工作原理是：带钢的板形缺陷是由于其内应力的大小和分布不均所引起的，在弹性范围内对带钢施加一定拉伸力后，带钢原先较松处的张力较小，而较紧处张力较大。此时若将带钢沿垂直传送方向向上提升至一定高度，对应于带钢各处张力不同，所需的提升力的大小也相应不同。当通过位于带钢上方的电磁铁来实现对带钢的提升时，即表现为各处所需的电磁铁吸引力的大小有所不同。根据电磁场理论，电磁铁与带钢的距离y，电磁吸力F，以及电磁铁绕组线圈中电流i之间有一定的关系，即：

$F=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{AN}}^2}{4}{\left(\frac{i}{y}\right)}^2---\left(1\right)$

式中：A表示磁极面积，N表示电磁铁绕组线圈匝数，μ₀为空气导磁系数(4π×10^-7H/m)。

根据平面几何原理，内应力σ与电磁吸力F的关系为：

σ＝F/sin(θ)    (2)

式中，θ＝arctan(2H/L)为带钢与水平面的角度，H为带钢被拉起的距离，L为2个支撑辊间的距离。

板形质量数据通常用带钢内应力差的分布来表示。在带钢宽度方向上测量N个内应力σ_i{1≤i≤N}，则平均应力为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i}{N}---\left(3\right)$

各点的应力差为：

Δσ_i＝σ_i-σ    (4)

由式(1)、式(2)、式(3)和式(4)可知：电磁铁绕组线圈的电流i与带钢各点的内应力差有关，即电磁铁绕组线圈电流与板形质量有关。

因此本发明通过获知对应于带钢各处的电磁铁的绕组线圈电流量的大小，就可以得到带钢的板形信息。

本发明对于板材板形的检测方法是非接触式，能够动态检测生产过程中带钢各处对应的电磁铁绕组线圈电流量的大小，从而动态检测带钢板形信息，不会因摩擦损伤带钢表面，也不会对检测设备产生磨损，其检测方便，设备使用寿命长，易于维护。

附图说明

图1为使用本发明磁悬浮式动态板形检测方法的装置结构示意图；

图2为磁悬浮控制系统的控制原理图。

图中：1带钢(板材)，2a、2b前、后传送辊，3支架，4电磁铁，5涡流传感器，6控制计算机，7功率放大器D/A数据采集卡：数/模数据采集卡，A/D数据采集卡：模/数数据采集卡。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2，一种磁悬浮式动态板形检测方法，首先将被测带钢1通过前、后传送辊2a、2b张紧，然后通过磁悬浮控制系统将传送中的带钢1沿垂直于传送方向向上提升一定高度。磁悬浮控制系统由电磁铁4、传感器5、控制计算机6、功率放大器7组成。若干个电磁铁4与传感器5一一对应并安装在支架3上下两侧的带钢1通过的上方和下方，沿带钢1通过方向横向排列成一排，并全部覆盖住带钢宽度，电磁铁4和传感器5的数量分别为五至二十个，传感器5为涡流传感器。

支架3上侧的一排电磁铁4将带钢1沿垂直于其传送方向向上吸起至一定高度，位于带钢1下方的支架3下侧上的一排涡流传感器5检测对应位置处带钢1是否提升至控制计算机6预设的同一高度，并将数据传输给控制计算机6。由于带钢1存在的板形缺陷，其内部张应力沿宽度方向存在差异，相应的部位所需的电磁吸力也存在相应差异，经控制计算机6计算出各个电磁铁4中所需的绕组线圈电流大小相应存在差异，控制计算机6输出的控制信号经功率放大器7放大后进入各个电磁铁绕组线圈驱动电磁铁4，从而达到预期同一高度。因此，通过控制计算机6分析处理各个电磁铁4中电流差异，可得知带钢内应力差的分布，从而得到带钢1的板形信息。

参见图2，控制计算机6包括数/模数据采集卡、模/数数据采集卡和控制器，涡流传感器5检测到带钢1各处悬浮位移y后经模/数数据采集卡转换处理后输入控制器，与控制器预设悬浮位移y₀比较后，控制器计算出各个电磁铁4中的绕组线圈所需控制电流信息，并输出给数/模数据采集卡转换后再经功率放大器7后进入电磁铁绕组线圈，驱动电磁铁4将带钢1提升到规定高度，实现带钢1沿宽度方向各处达到期望悬浮效果。

本发明对于板材板形的检测方法是非接触式，能够动态检测生产过程中带钢各处对应的电磁铁绕组线圈电流量的大小，从而动态检测带钢板形信息，不会因摩擦损伤带钢表面，也不会对检测设备产生磨损，其检测方便，设备使用寿命长，易于维护。

Claims (3)

1. 一种磁悬浮式动态板形检测方法，其特征是：首先将被测带钢通过前后传送辊张紧，然后通过磁悬浮控制系统将传送中的带钢沿垂直于传送方向向上提升一定高度，通过对磁悬浮控制系统中的控制电流数据采集和运算处理，得出板形信息；其过程如下：

电磁铁产生的电磁吸力F与电磁铁绕组线圈中电流i的关系为：

$F=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{AN}}^2}{4}{\left(\frac{i}{y}\right)}^2---\left(1\right)$

式中：A：磁极面积，

N：电磁铁绕组线圈匝数，

μ₀：空气导磁系数(4π×10^-7H/m)，

y：电磁铁与带钢的距离；

带钢内应力σ与电磁吸力F的关系为：

σ＝F/sin(θ)    (2)

式中，θ＝arctan(2H/L)为带钢与水平面的角度，H为带钢被拉起的距离，L为二个支撑传送辊间的距离；

在带钢宽度方向上测量N个内应力σ_i{1≤i≤N}，则平均应力为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}=\frac{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i}{N}---\left(3\right)$

各点的应力差为：

Δσ_i＝σ_i-σ    (4)

式(4)的带钢内应力差分布表示了板形质量数据。

2. 根据权利要求1所述的磁悬浮式动态板形检测方法，其特征是：所述磁悬浮控制系统由电磁铁、传感器、控制计算机、功率放大器组成，若干个电磁铁与传感器相对应并安装在支架上下两侧的带钢通过的上方和下方，控制计算机包括数/模数据采集卡、模/数数据采集卡和控制器，传感器检测带钢对应点位置后将信息经模/数数据采集卡转换后输入控制器，控制器比较和运算后输出控制信号经数/模数据采集卡转换后输入功率放大器，功率放大器输出驱动电磁铁，将带钢提升到规定高度。

3. 根据权利要求2所述的磁悬浮式动态板形检测方法，其特征是：电磁铁和传感器数量分别为五至二十个。

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