CN103028616A - 带钢横断面形状检测与修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带钢横断面形状检测与修正方法，属于冶金技术领域。该方法在具有X射线测厚仪的横断面形状检测仪中，设置向带钢表面发射激光的激光发生器以及接收带钢表面反射激光的CCD图像传感器，通过测得带钢表面预定点X射线穿透厚度、获得所述预定点的坐标值、构建带钢表面曲面方程、求得X射线穿透线与带钢表面所述预定点法线的夹角、修正计算带钢厚度值各步骤，得到带钢厚度实际值。本发明将X射线横断面形状检测仪检测的带钢厚度数据与激光图像传感器检测的带钢表面曲面形状数据有机结合起来，通过有数学依据的相应运算处理，即可得到所测位置带钢的真实厚度，从而避免带钢悬垂翘曲造成的厚度检测误差，为确保带钢的质量提供科学的检测依据。

Description

带钢横断面形状检测与修正方法

技术领域

本发明涉及一种带钢参数的检测修正方法，尤其是一种带钢横断面形状检测与修正方法，属于冶金技术领域。

背景技术

冷轧机入口来料带钢的横断面形状即横向厚度分布对轧后带钢的横向厚度分布和平直度均有很大的影响(广义的板形包括平坦度Flatness、直线度Straightness，以及横断面形状Profile——常用板凸度、楔形度、边部降等特征参数表征。其中，通常将平坦度和直线度合并在一起统称为平直度；狭义的板形通常指带钢的平直度)。

在冷连轧机入口配置带钢横断面形状检测仪(即多通道的x射线测厚仪，以下简称横断面仪)，实时检测得到带钢宽度方向上离散的多个检测通道处的实际厚度值，对各个通道离散的厚度检测数据进行曲线拟合处理，得到热轧来料带钢不同长度位置上的横断面形状特征参数值。因此可以根据横断面仪实测的热轧来料横断面形状，在冷连轧机各个机架特别是上游机架进行板形前馈控制，以降低热轧来料横断面形状波动(如凸度、楔形和边缘降等)对冷轧板形的影响，提高冷轧板平直度质量。

目前常见的带钢横断面检测仪有凸度仪和边缘降仪两种形式。前者的典型结构可以参见申请号为200610097944.0的中国专利申请。据申请人了解，现有带钢横断面测厚仪大都基于射线穿透带钢随厚度衰减的测量原理，但均未能考虑到射线穿透带钢的角度直接影响厚度的测量精度。事实上，经过横断面仪处带钢的板形缺陷、辊形或重力等作用带钢形成的悬垂翘曲等，均会引起射线穿透带钢角度发生变化，结果造成各测量点相应的厚度检测误差。申请号为201010236870.0的中国专利申请公开了将探测器件间隔分布成三组的技术方案，虽然有助于提高检测精度，但并没有给出由于带钢的板形缺陷等原因引起的厚度检测误差的修正方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种可以补偿X射线穿透角度偏差对带钢测厚精度影响的带钢横断面形状检测与修正方法，从而提高带钢的横断面形状检测精度，进而通过板形前馈控制，提高带钢的轧制质量。

为了达到以上目的，本发明的带钢横断面形状检测与修正方法，在具有X射线测厚仪的横断面形状检测仪中设置向带钢表面发射激光的激光发射器以及接收带钢表面反射激光的CCD图像传感器，并按以下步骤得出带钢厚度实际值：

第一步、获得所述预定点的坐标值——借助CCD图像传感器接收到预定点反射的激光信号，根据对应的像点空间位置坐标及相关几何关系，求得带钢表面预定点P的空间位置坐标值；

第二步、测得穿透厚度——借助X射线测厚仪测得带钢表面已知坐标预定点的X射线穿透厚度；

第三步、构建带钢曲面方程——以预定点为中心，前后左右分别取点，以与步骤一相同的方法，借助CCD成像获得各点的坐标值，构造二元插值函数，得到预定点所在周围区域带钢表面的插值空间曲面方程；

第四步、求得穿透线与法线的夹角——根据X射线测厚仪X射线发出点和所述预定点的空间坐标建立穿透线的直线方程，通过对上述空间曲面方程求预定点处的偏导数，建立预定点的曲面法线方程；由以上两直线方程，计算求得预定点穿透线与法线的夹角；

第五步、算得带钢厚度实际值——以预定点穿透线与法线的夹角余弦乘以测得的穿透厚度，即可算出带钢厚度实际值。

本发明将X射线横断面形状检测仪检测的带钢厚度数据与激光图像传感器检测的带钢表面曲面形状数据有机结合起来，通过有数学依据的相应运算处理，即可得到所测位置带钢的真实厚度，从而避免带钢悬垂翘曲造成的厚度检测误差，为确保带钢的质量提供科学的检测依据。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的带钢横断面形状检测仪结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1实施例测得预定点纵坐标差值示意图。

图4为图1实施例求得预定点实际坐标示意图。

图5为图1实施例算出预定点实际厚度示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的带钢横断面形状检测与修正方法所采用的断面形状检测仪如图1和图2所示，具有一组交错间隔分布在带钢4通过的C形架1上，且正对射线源3的X射线测厚仪2，此外C形架的两侧分别装有向带钢表面发射激光的激光发生器6以及接收带钢表面反射激光的CCD图像传感器5，工作时按以下步骤得出带钢厚度检测值：

第一步、获得所述预定点P的坐标值——如图3所示，带钢表面预定点P的理想纵坐标为已知的Z_o，然而由于带钢弯曲，其实际纵坐标Z_p与Z_o之间存在差值ΔZ_p；如图4所示(图中1为理想带钢，s为实际带钢)，借助CCD图像传感器接收到预定点P反射的激光信号，根据测得对应P点的像点P′的空间位置坐标(x′_p，y′_p，z′_p)(本实施例为-15.096，1257.762，1131.372)，以及预定的激光发射器6发射激光所在平面(本实施例所在平面的空间平面方程Ax+By+Cz+D＝0为y-5.0＝0.0，即A＝0.0、B＝1.0、C＝0.0、D＝-5.0)、接收透镜C的空间位置(x_c，y_c，z_c)(本实施例为0，1058.793，1060.660)、成像平面空间位置，求得带钢表面预定点P的空间位置坐标值(x_p，y_p，z_p)(本实施例为79.952，5.0，686.15)。

第二步、测得预定点P的穿透厚度H_p——借助X射线测厚仪测得带钢表面预定点P的X射线穿透厚度H_p＝4.396mm；此步骤借助现有技术不难完成。

第三步、构建带钢曲面方程——以预定点P(79.952，5.0，686.15)为中心，沿带钢长度方向L和沿宽度方向W，前后左右分别各取2个点，按步骤一相同的方法，获得所述25个点的坐标值(x_ij，y_ij，z_ij)，其中i＝p-2、p-1、p、p+1、p+2，j＝p-2、p-1、p、p+1、p+2；以此25个点坐标值(x_ij，y_ij，z_ij)构造二元插值函数，得到P点所在区域带钢表面的插值空间曲面方程(如需了解公式的来源，可以参见王璞等译，《数值方法大全-科学计算的艺术》，兰州大学出版社，1991年)：

$z=f(x,y)=\underset{i=p-2}{\overset{p+2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=p-2}{\overset{p+2}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k\≠i}{\overset{p+2}{\underset{k=p-2}{\mathrm{\Σ}}}}\frac{x-x_k}{x_i-x_k}\right)\left(\underset{l\≠j}{\overset{p+2}{\underset{l=p-2}{\mathrm{\Σ}}}}\frac{y-y_l}{y_j-y_l}\right)z_{\mathrm{ij}}$

第四步、求得所述预定点穿透线与法线的夹角；α_p——由于X射线发生器的空间坐标(0，5.0，1020)以及预定点P的坐标均为已知，因此如图5所示，可以得到穿透P点的X射线PM的直线方程

(本实施例u_p＝79.952、v_p＝0、w_p＝-333.85)，而由于通过上一步得到了预定点P周围的带钢曲面方程，因此可以得到预定点P的法线PN直线方程

(本实施例具体为

)，其中

和

分别为由曲面方程z＝f(x，y)得到的P点的偏导数：

而由以上两直线方程，不难通过以下计算求得

第五步、算得带钢厚度实际值h_p——以预定点P穿透线与法线的夹角余弦乘以测得的穿透厚度H_p之积，即可精确算出带钢厚度实际值：

h_p＝H_p cosα_p＝4.369×cos(39.9°)＝3.351(mm)。

实践证明，本实施例的方法能够准确得到预定点的带钢厚度、进而得到精确的带钢横断面形状；并能够得到带钢的平直度。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种带钢横断面形状检测与修正方法，其特征在于：在具有X射线测厚仪的横断面形状检测仪中设置向带钢表面发射激光的激光发射器以及接收带钢表面反射激光的CCD图像传感器，并按以下步骤得出带钢厚度实际值：

第一步、获得所述预定点的坐标值——借助CCD图像传感器接收到预定点反射的激光信号，根据对应的像点空间位置坐标及相关几何关系，求得带钢表面预定点P的空间位置坐标值；

第二步、测得穿透厚度——借助X射线测厚仪测得带钢表面已知坐标预定点的X射线穿透厚度；

第三步、构建带钢曲面方程——以预定点为中心，前后左右分别取点，以与步骤一相同的方法，借助CCD成像获得各点的坐标值，构造二元插值函数，得到预定点所在周围区域带钢表面的插值空间曲面方程；

第四步、求得穿透线与法线的夹角——根据X射线测厚仪X射线发出点和所述预定点的空间坐标建立穿透线的直线方程，通过对上述空间曲面方程求预定点处的偏导数，建立预定点的曲面法线方程；由以上两直线方程，计算求得预定点穿透线与法线的夹角；

第五步、算得带钢厚度实际值——以预定点穿透线与法线的夹角余弦乘以测得的穿透厚度，即可算出带钢厚度实际值。

2.根据权利要求1所述的带钢横断面形状检测与修正方法，其特征在于：所述第一步中的相关几何关系包括像点的空间位置坐标，以及预定的激光发射器发射激光所在平面、接收透镜的空间位置、成像平面空间位置。

3.根据权利要求2所述的带钢横断面形状检测与修正方法，其特征在于：所述第三步中以预定点为中心，沿带钢长度方向和沿宽度方向，前后左右分别各取2个点，获得25个点的坐标值；以此25个点坐标值构造二元插值函数，得到预定点所在区域带钢表面的插值空间曲面方程。

Images