CN101543844A - 一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明了公开一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，是通过激光——摄像的方式测厚，将厚度讯号转换后输入至厚调AGC系统，达到控制热轧板带坯厚度精度的目的；将激光源投射在轧件(4)上，使激光点聚焦在辊道的传送辊的上，在以机架前或机架后的辊道辊中心线为镜像的部位设有光学扫描仪(7)；将扫描出的数据信号通过计算机内的厚调AGC系统，在线测量轧件(4)的实际厚度；并通过液压系统推动热轧机轧制下工作辊(6)闭环适时调节与热轧机轧制上工作辊(5)的压下位置，达到精确控制轧件(4)终轧厚度的目的，达到节约人力物力，减轻劳动强度。

Description

一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法

技术领域

本发明属于金属压力加工制造领域，一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法。

背景技术

目前，铜板带热轧机是铜及铜合金板带材生产线的重要设备之一。一直以来，由于各种铜合金的成分含量复杂，加热后表面氧化皮分布不均，有些合金甚至还含有足量铅元素，使射线对铜合金轧件的穿透能力更差。因此，如果采用钢铁热轧机常用的射线式测厚仪用在铜板带热轧机上，需要的射线功率太大，易造成设备制作困难；射线的散射会严重影响操作工人的人身健康，并且无法在线准确地测量铜板带轧件的厚度。国内外曾作过较多的尝试，射线式测厚仪至今仅能在冷轧部分铜及铜合金薄带过程中使用，并要求必须随时采用接触式测厚仪对带材厚度公差进行适时标定。铜板带热轧机无可用的测厚仪一直是影响铜板带热轧带坯成品率和产品质量的关键问题之一。

无合适的热轧用测厚仪易造成以下几个问题：

1)热轧机工作时，为了补偿轧机牌坊和辊系的弹性变形，必须按轧机的刚度预加一定的预应力予以补偿。但即使是同一块铜合金锭，在不同的温度、变形速度和变形程度的条件下，轧制压力相差也是非常大的，轧制过程中准确的补偿量很难确定，造成预设定的辊缝补偿和实际相差过大；

2)在热轧轧制过程中，制品温度随轧制时间的不同相差很大，特别是在轧制过程中需要终轧淬火的铜合金品种，为了满足淬火后的材料性能，轧制时的轧制速度受到一定限制，头尾温差因轧制时间的先后可达数十度的差异，单位变形抗力也因温度不同变化很大，造成制品纵向厚度差严重超标。

发明内容

为了解决铜板带热轧机无可用的测厚仪，一直影响铜板带热轧带坯成品率和产品质量的问题，本发明提供了一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，并可把轧制过程中带坯的实际厚度瞬时、准确地显示和记录在计算机中，并反馈给AGC系统，使厚度偏差得到调整。

为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，通过激光——摄像的方式测厚，将厚度讯号转换后输入至厚调AGC系统，达到控制热轧板带坯厚度精度的目的，其步骤如下：

1)、采用激光源投射在轧件上，将激光源分别设置在热轧机入口机架前辊道辊与出口机架后辊道辊的外侧，使激光点聚焦在辊道的传送辊的正上方表面上，该点在轧制过程中必须能和轧件下表面充分接触；

2)、在激光源投射以机架前或机架后的辊道辊中心线为镜像的部位，分别设计有高清晰度光学扫描仪；

3)、首先将扫描出激光源以特定的倾斜角射在辊道辊子上表面的激光点位置的数据信号，输入记录在计算机内，作为轧制时轧件下表面计算厚度置0的测量点；在带坯热轧轧制时，以高速度扫描激光源投在带材坯上表面的激光点，并将数据信号输入计算机的厚调AGC系统，计算机的厚调AGC系统将根据扫描点与原先置0点位置的位移数据信号确定出带材的在线测量轧件的实际厚度；

4)、使轧件在轧制过程中在线瞬时测出轧件实际厚度数据显示出来，以达到准确地观察和掌握轧件轧制过程中的实际厚度。

5)、将所测得数据显示于操作位置，可由操作者及时调整厚度偏差或找出规律，在线或离线调整厚度偏差的方法及装备结构。

6)、采用所测得数据与液压压下控制系统闭环构成手动或自动控制的技术及装备结构，在显示的同时，液压AGC可根据数据变化的规律，通过液压缸推动热轧机轧制下工作辊闭环适时调节与热轧机轧制上工作辊的压下位置，达到精确控制轧件终轧厚度的目的；以达到节约人力物力，减轻劳动强度；

7)、为防止带材在辊道辊子上高速运动可能产生跳动，对所测得数据一定要真实、准确，采用扫描速度非常快的扫描仪，扫描速度大于轧件轧制速度3～4m/s，使在轧制过程中一秒钟内包括轧制速度、轧制温度基本上看作无变化，使轧制辊缝在AGC的作用下，轧制厚度不变化，所以在每秒钟数千个扫描数据中选取几个最小的数值作为轧件轧后的实际厚度显示于操作台屏幕上。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，该激光点与轧件下表面充分接触，使该辊道辊子与其相邻的辊道辊子应有足够的圆度和精度，以防带材在上面运动时造成大的震动。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，在线测量的轧件为重有色金属或稀有金属的合金板带材，包括：铜合金、钨、钼、钛。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，瞬时在线测量带坯轧制前后的实际厚度，与设定值的厚度偏差可降低到1％以内，满足热轧的精度要求。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，在线测量轧件的纵向厚差可控制在0.1mm之内。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，在线测量轧件厚度，可采用轧件同一位置上下表面同时测量，上表面测量数据减去下表面测量数据，为实际厚度。

所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，激光源为冷色光源，包括：绿色激光、蓝色激光，也可为激光发射笔。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1)该发明由于不是射线穿透式测厚方式，仅靠扫描——摄影的方法，解决了重有色金属和稀有金属，如铜合金、钨、钼、钛等金属及合金板带材热轧开坯生产时因温度、成分，以及其他因素无法选取合适的测厚仪，造成液压等厚度调控系统无法在线调整的问题。

2)在本发明以前，不管是引进或是国产铜板带和钛板带热轧开坯机轧后，必须在带坯冷却到常温后依靠人工测量厚度，方知实际轧后厚度，更无法闭环控制，常常因热轧过程中设定的预应力不合适，造成实际厚度和设定厚度偏差达10％左右，掌握和调整相当困难。本发明可以瞬时掌握带坯轧制前后的实际厚度，即使不进行闭环控制，靠手动也可及时调整厚差，解决了设定值和实际值不一致的问题，厚度偏差可降低到1％以内。完全满足热轧的精度要求。

3)该发明仅需考虑轧制过程中带坯的温度对轧件厚度热胀冷缩造成线性膨胀的影响，不须考虑其他因素的补偿，使测量变得非常简单，简化了设施，价格不到其他方式的投资的十分之一，价廉物美。

4)该发明的设备可安装在热轧机列线——辊道的外部，在测量过程中，不会出现受到轧件冲击、辊道震动，甚至轧件翘曲等问题，影响测量精度或打坏测量仪器的问题。

5)本发明的测厚仪在与液压压下厚度调整系统闭环控制后，解决了轧件因头尾轧制时间先后不一致造成温度下降不同，头尾轧制时温度相差数十度，引起单位变形抗力不一致随轧制时间逐渐增加，轧件厚度也逐渐增厚的问题。纵向厚差可控制在0.1mm之内。

6)如有必要，可采用轧件同一位置上下表面同时测量，上表面测量数据减去下表面测量数据，即为实际厚度，可满足更高的精度要求。

7)该发明采用用绿色激光和扫描仪完成测量，不存在射线污染及人身安全健康或污染处理问题。

附图说明

图1是一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的工作示意图；

1—机前扫描仪；2—机架前辊道辊；3—机前激光发射笔；4—轧件；5—轧制上工作辊；6—轧制下工作辊；7—机后扫描仪；8—机架后辊道辊；9—机后激光发射笔；10—计算机；11—液压系统。

具体实施方式

如图1所示：一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，是通过激光——摄像的方式测厚，将厚度讯号转换后输入至厚调AGC系统，达到控制热轧板带坯厚度精度的目的，其步骤如下：

1)、采用激光源投射在轧件(4)上，将光源分别设置在热轧机入口机架前辊道辊(2)与出口机架后辊道辊(8)的外侧，所述的激光源为冷色光源，包括：绿色激光、蓝色激光。即有绿色激光或蓝色激光构成的激光发射笔。使激光点聚焦在辊道的传送辊的正上方表面上，该激光点在轧制过程中必须能和轧件下表面充分接触；

2)、在激光源投射以机架前或机架后的辊道辊中心线为镜像的部位上方，分别设计有高清晰度光学扫描仪(7)，扫描仪为带摄像及逐行扫描的功能。

3)、首先将扫描出激光源以特定的倾斜角射在辊道辊子上表面的激光点位置的数据信号，输入记录在计算机内，作为轧制时轧件(4)下表面计算厚度置0的测量点；在带坯热轧轧制时，以高速度扫描激光源投在带材坯上表面的激光点，并将数据信号输入计算机的厚调AGC系统，计算机的厚调AGC系统将根据扫描点与原先置0点位置的位移数据信号确定出带材的在线测量轧件(4)的实际厚度；

4)、使轧件(4)在轧制过程中在线瞬时测出轧件(4)实际厚度数据显示出来，以达到准确地观察和掌握轧件(4)轧制过程中的实际厚度。

5)、将所测得数据显示于操作位置，可由操作者及时调整厚度偏差或找出规律，在线或离线调整厚度偏差的方法及装备结构。

6)、采用所测数据与液压压下控制系统闭环构成手动或自动控制的技术及装备结构，在显示的同时，液压AGC可根据数据变化的规律，通过液压缸推动热轧机轧制下工作辊(6)闭环适时调节与热轧机轧制上工作辊(5)的压下位置，达到精确控制轧件(4)终轧厚度的目的；以达到节约人力物力，减轻劳动强度；

7)、为防止带材在辊道辊子上高速运动可能产生跳动，对所测得数据一定要真实、准确，采用扫描速度非常快的扫描仪(7)，扫描速度大于轧件轧制速度3～4m/s，使在轧制过程中一秒钟内包括轧制速度、轧制温度基本上看作无变化，使轧制辊缝在AGC的作用下，轧制厚度不变化，所以在每秒钟数千个扫描数据中选取几个最小的数值作为轧件轧后的实际厚度显示于操作台屏幕上。

工作时，首先将激光发射笔固定在热轧机入口和出口的辊道外侧，使激光点聚焦在辊道的传送辊的正上方表面上，并且使该激光点与轧件下表面充分接触，使该辊道辊子与其相邻的辊道辊子应有足够的圆度和精度，保证在测量过程中，不会出现受到轧件冲击、辊道震动，甚至轧件翘曲等问题，影响测量精度或打坏测量仪器的问题。以防带材在上面运动时造成大的震动。

在激光发射笔以辊道中心线的为镜像部位，装备一台高清晰度光学扫描仪，将首先扫描出激光发射笔以特定的倾斜角射在辊道辊子上表面的激光点位置，记录在计算机内，作为轧制时轧件下表面计算厚度置0的测量点；

在线测量所轧制的带坯轧件为重有色金属或稀有金属的合金板带材，包括：铜合金、钨、钼、钛。

在带坯热轧轧制时，以高速度扫描激光发射笔投在带材坯上表面的激光点，并将数据输入计算机，计算机将根据该扫描点与原先置0点位置的位移确定出带材轧件的实际厚度；所述的瞬时在线测量带坯轧制前后的实际厚度与设定值的厚度偏差可降低到1％以内，满足热轧的精度要求。使在线测量轧件的纵向厚差可控制在0.1mm之内。

由于带材在辊道辊子上高速运动，将有可能产生跳动，使所测得数据只是理论上的数据，而并不一定能充分反映带坯的真实厚度。由于摄像扫描仪扫描速度非常快，而轧件轧制速度每秒钟最高仅3～4m/s，在轧制过程中一秒钟内包括轧制速度、轧制温度基本上可看作无变化，因此轧制辊缝在AGC的作用下，轧制厚度也不会有变化，所以在每秒钟数千个扫描数据中选取几个最小的数值作为轧件轧后的实际厚度，显示于操作台屏幕上。

在显示的同时，液压AGC可根据数据变化的规律，闭环适时调节压下位置，达到精确控制轧件终轧厚度的目的。也就是将机前扫描仪(1)与机后扫描仪(7)测得的电信号，通过计算机(10)输入至厚调AGC系统，控制液压系统(11)调整热轧机轧制上工作辊(5)与轧制下工作辊(6)之间轧件(4)的厚度。以达到大量节约人力物力，减轻工人的劳动强度。

所述的在线测量控制轧件厚度，还可以通过所测得数据与液压压下控制系统闭环构成手动或自动控制的两用技术装备结构。将厚度讯号转换后输入至厚调AGC系统，达到控制热轧板带坯厚度精度的目的，并且能够将所测得数据显示于操作位置，可由操作者及时调整厚度偏差或找出规律，在线或离线调整厚度的偏差。还能够使轧件在轧制过程中在线瞬时测出轧件实际厚度数据显示出来，以达到准确地观察和掌握轧件轧制过程中的实际厚度。

所述的在线测量轧件厚度，还可采用轧件同一位置上下表面同时测量，上表面测量数据减去下表面测量数据，为实际厚度。

Claims (7)

1、一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：所述的在线测量厚度与控制的方法是通过激光——摄像的方式测厚，将厚度讯号转换后输入至厚调AGC系统，达到控制热轧板带坯厚度精度的目的，其步骤如下：

1)、采用激光源投射在轧件(4)上，将光源分别设置在热轧机入口机架前辊道辊(2)与出口机架后辊道辊(8)的外侧，使激光点聚焦在辊道的传送辊的正上方表面上，该点在轧制过程中必须能和轧件下表面充分接触；

2)、在激光源投射以机架前或机架后的辊道辊中心线为镜像的部位，分别设计有高清晰度光学扫描仪(7)；

3)、首先将扫描出激光源以特定的倾斜角射在辊道辊子上表面的激光点位置的数据信号，输入记录在计算机内，作为轧制时轧件(4)下表面计算厚度置0的测量点；在带坯热轧轧制时，以高速度扫描激光源投在带材坯上表面的激光点，并将数据信号输入计算机的厚调AGC系统，计算机的厚调AGC系统将根据扫描点与原先置0点位置的位移数据信号确定出带材的在线测量轧件(4)的实际厚度；

4)、使轧件(4)在轧制过程中在线瞬时测出轧件(4)实际厚度数据显示出来，以达到准确地观察和掌握轧件(4)轧制过程中的实际厚度；

5)、将所测得数据显示于操作位置，可由操作者及时调整厚度偏差或找出规律，在线或离线调整厚度偏差的方法及装备结构；

6)、采用所测得数据与液压压下控制系统闭环构成手动或自动控制的技术及装备结构，在显示的同时，液压AGC可根据数据变化的规律，通过液压缸推动热轧机轧制下工作辊(6)闭环适时调节与热轧机轧制上工作辊(5)的压下位置，达到精确控制轧件(4)终轧厚度的目的；以达到节约人力物力，减轻劳动强度；

7)、为防止带材在辊道辊子上高速运动可能产生跳动，对所测得数据一定要真实、准确，采用扫描速度非常快的扫描仪(7)，扫描速度大于轧件轧制速度3～4m/s，使在轧制过程中一秒钟内包括轧制速度、轧制温度基本上看作无变化，使轧制辊缝在AGC的作用下，轧制厚度不变化，所以在每秒钟数千个扫描数据中选取几个最小的数值作为轧件轧后的实际厚度显示于操作台屏幕上。

2、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：该激光点与轧件下表面充分接触，使该辊道辊子与其相邻的辊道辊子应有足够的圆度和精度，以防带材在上面运动时造成大的震动。

3、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：在线测量的轧件为重有色金属或稀有金属的合金板带材，包括：铜合金、钨、钼、钛。

4、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：瞬时在线测量带坯轧制前后的实际厚度，与设定值的厚度偏差可降低到1％以内，满足热轧的精度要求。

5、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：在线测量轧件的纵向厚差可控制在0.1mm之内。

6、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：在线测量轧件厚度，可采用轧件同一位置上下表面同时测量，上表面测量数据减去下表面测量数据，为实际厚度。

7、根据权利要求1所述的一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法，其特征在于：激光源为冷色光源，包括：绿色激光、蓝色激光。

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