CN103486995B - 一种板材板形检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种板材板形检测的装置及方法，属于金属板材检测技术领域，其特征是检测装置如图1所示，横跨输送辊道（4）的上方装有机架（3），机架（3）的上横梁（2）的下面制有轨道，并列为一个整体的第一、第二、第三测距仪（A、B、C）安装在上横梁（2）下面的轨道内，在步进电机（1）带动下可做往复运动。上述第一、第二、第三测距仪（A、B、C）探头间的间距为T。板材（5）在输送辊道（4）上输送的方向与上横梁下面轨道方向垂直。操作方法是第一步：板材在输送中，三台测距仪在轨道中往返一次行程二倍板宽测量出板材上各点距测距仪垂直距离；第二步：对测得的距离值进行记录；第三步：对上述检测、记录的各点数据进行校正计算。优点是结构简单，造价低廉，运用可靠，实现了在动态情况下对板形的检测，并能达到较高的测量精度。

Description

一种板材板形检测的装置及方法

技术领域

本发明属于金属板材检测技术领域，具体涉及一种动态板材板形检测的装置及方法。

背景技术

目前，国内外对板材进行不平度检测的方法都是把金属板材放置在一个平稳的状态下对其板形进行检测，而在实际生产中，金属板材的在线检测是在输送辊道运输中的运动状态下进行的，金属板材运动中的倾斜与波动对板形检测的准确度产生了极大地影响，所以现有静态板形检测技术已经无法满足对金属板材板形检测精度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态下对板材板形检测的装置及方法，可以实现板材在动态下对其进行高精度检测的要求。

本发明是这样实施的:其特征是对板材进行动态检测使用的装置如图1所示，在横跨输送辊道4的上方安装有机架3，机架3的上横梁2的下面制有轨道，并列为一个整体的第一、第二、第三测距仪A、B、C安装在上横梁2下面的轨道内，在步进电机1带动下可做往复运动。上述第一、第二、第三测距仪A、B、C探头间的间距为T，板材5在输送辊道上输送的方向与上横梁下面轨道方向垂直。

本发明的操作方法是：

第一步：设传输的板材5宽度为D，向前传输的速度为V，当板材5向前移动距离为T时，第一、第二、第三测距仪A、B、C同时在垂直于板材前进方向的轨道内往返移动了二倍板材宽度2D，此时，如图2所示，第一、第二、第三测距仪在该次往返扫描过程中在板材5上扫描的路径分别为A₁、a₁，B₁、b₁，C₁、c₁。当板材5再向前移动距离T时，第一、第二、第三测距仪A，B，C在板材5上的扫描路径分别为A₂、a₂，B₂、b₂，C₂、c₂，由图可知，板材5在第二次扫描中第一测距仪A的探头扫描路径与第一次扫描中第二测距仪B的探头扫描路径相同；第二次扫描中第二测距仪探头B的扫描路径与第一次扫描中第三测距仪探头C的扫描路径相同；同理，上述三个测距仪在连续往返检测过程中会对板材5上的点进行重复测量。三台测距仪移动距离2D所用的时间应与板材5运动距离T所用的时间相等，所以三台测距仪在轨道内往返速度为u＝2DV/T。

第二步：当上述三台测距仪在板材5上测得的若干点分别与测距仪的垂直距离为X_ij'，i是坐标点在板宽度方向上的标识，表示对应点距板材其中一边的距离；j是坐标点在板长度方向上的标识，表示对应点距板材头部的距离。但由于板材运动过程中的波动，X_ij'并不能反映真实板形，这些点需通过下述方法校正才能得到能准确反映板材板形的数据矩阵X_ij。如图3所示，以板材长度方向上某一列的若干点的数据为例，则该列的i值不变，为方便说明，在下述说明中i省略表示，j的值用1,2,3，……，n，n+1，……表示，故测得板材5上的对应i值不变各点到测距仪的垂直距离为X_j，数据点间的距离为测距仪探头间的距离T。检测开始后，三台测距仪前2次以及第n-1次和第n次测得的板上5的点的数据在横坐标为j的值，纵坐标为X_j的值的直角坐标中的分布如图4所示。图中(a)、(b)表示第一次、第二次的测量结果，(c)、(d)表示第n-1次、第n次的测量结果。

第三步：对检测记录的后续数据进行校正处理，设三台测距仪第1次测得的数据x₁，x₂，x₃为基准数据，计算第二次测得的数据为x₂'，x₃'，x₄'，其中x₂'和x₂，x₃'和x₃分别为同一个点的数据，但由于金属板在运动过程中的波动可能使α₁不等于α₂，则两次测量数据不一样，需要将x₄'的数据校正为基准数据x₄以便对板形进行准确的判断。此时 其中α为第一次和第二次扫描时重复测点之间板材固有倾角，如图4所示，固有倾角不会随板材的波动倾斜而改变。

${\mathrm{tan\α}}_1=\frac{x_2-x_3}{T}---\left(1\right)$

${\mathrm{tan\α}}_2=\frac{{x_2}^{\′}-{x_3}^{\′}}{T}---\left(2\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\α})=\frac{x_3-x_4}{T}---\left(3\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\α})=\frac{{x_3}^{\′}-{x_4}^{\′}}{T}---\left(4\right)$

联立(1)、(2)、(3)、(4)式可求得基准状态下的数据：

$x_4=\frac{\[({x_2}^{\′}-{x_3}^{\′})({x_3}^{\′}-{x_4}^{\′})+T^2\](2x_3-x_2)-(2{x_3}^{\′}-{x_2}^{\′}-{x_4}^{\′})(x_2{x}_3-{x_3}^2+T^2)}{\{(x_3-x_2)(2{x_3}^{\′}-{x_2}^{\′}-{x_4}^{\′})+\[({x_2}^{\′}-{x_3}^{\′})({x_3}^{\′}-{x_4}^{\′})+T^2\]\}}$

同理，3台测距仪第n次测得的数据为x_n'，x_n+1'，x_n+2'，并且也知道基准数据x_n，x_n+1，需求得基准数据x_n+2，联立(5)、(6)、(7)、(8)：

${\mathrm{tan\α}}_a=\frac{x_n-x_{n+1}}{T}---\left(5\right)$

${\mathrm{tan\α}}_b=\frac{{x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′}}{T}---\left(6\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_a+\mathrm{\β})=\frac{x_{n+1}-x_{n+2}}{T}---\left(7\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_b+\mathrm{\β})=\frac{{x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′}}{T}---\left(8\right)$

其中β为第n次和第n-1次扫描时重复测点之间板材固有倾角板材板形固有倾角可得： $x_{n+2}=\frac{\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\](2x_{n+1}-x_n)-(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})(x_n{x}_{n+1}-{x_{n+1}}^2+T^2)}{\{(x_{n+1}-x_n)(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\]\}}$

即金属板运动不平稳过程中测得的数据x_n+2'通过校正可得到其在基准状态应有的数据x_n+2。同理，板上其它地方测得的数据X_ij'都可以通过上述方法校正后得到一个可用于判断准确板形的数据矩阵X_ij。

本发明的优点及积极效果是：

结构简单，造价低廉，运用可靠，实现了在动态情况下对板形的检测，通过数据校正补偿了在测量过程中由于金属板材输送产生的倾斜与波动对板形检测的准确度产生的影响，根据试验结果，表明能达到较高的测量精度。

附图说明

图1为本发明测试装置示意图。

图2为三台测距仪在2次往复过程中在金属板上留下的扫描轨迹线示意图。

图3为金属板上测得的一组数据点示意图。

图4为测得数据点在横坐标为测量点距板材头部距离、纵坐标为测量点距测距仪垂直距离的直角坐标系中的分布示意图。其中(a)、(b)为第一次、第二次测量结果，(c)(d)为第n-1次、第n次测量结果。

图5为根据试验测量数据描绘的板形曲线。

图中：1——步进电动机，2——上横梁，3——机架，4——输送辊道，5——板材，A、B、C——第一、第二、第三测距仪，K——板材输送方向，V——板材输送速度。Ⅰ——第一次测量数据的连线，Ⅱ——第二次测量数据的连线，Ⅲ——第三次测量数据连线，Ⅳ——校正后数据的连线，Ⅴ——真实板形数据连线，其中，横坐标x为在板上平均选取的20个点，纵坐标y为板材距扫描仪的距离。

具体实施方式

1.如图1所示，现取板材5宽度D为0.35m，在输送辊道4上进行运输，横跨输送辊道4安装机架3，机架3的上横梁2的下面的轨道内横向并列安装有第一、第二、第三测距仪A，B，C，三台测距仪探头间的间距T为0.05m，上横梁2下面轨道的方向与板材的前进方向垂直。该三台测距仪由步进式电机控制根据板材的宽度D可在上横梁2下面轨道内做往复运动。

2.当宽度为0.35m的板材在传输辊道上以速度1m/s前进时，三个测距仪由步进式电机控制以速度u＝2DV/T＝14m/s在板材的正上方做往复运动，往复一次的行程为0.7m。测距仪测量板材5中线上20个点(点X₁～X₂₀)距测距仪的垂直距离，并及时将测得的点的数据X_j上传至电脑，j是坐标点在板长度方向上的标识，表示对应点距板材头部的距离。

3.计算机将上传的数据X_j按照公式

$x_{n+2}=\frac{\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\](2x_{n+1}-x_n)-(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})(x_n{x}_{n+1}-{x_{n+1}}^2+T^2)}{\{(x_{n+1}-x_n)(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\]\}}$ 进行校正，并把校正后得到的数据与将板材放在水平面上测得的真实数据和测距仪对板材上各点重复测得的实测数据进行比较。

试验测量数据如下表(单位m)：

	第一次测量数据	第二次测量数据	第三次测量数据	校正后数据	真实板形数据
						X1	1.293			1.293	1.293
X2	1.291	1.293		1.291	1.292

X3	1.291	1.290	1.290	1.291	1.290
						X4	1.285	1.280	1.280	1.290	1.291
X5	1.289	1.289	1.289	1.298	1.298
						X6	1.289	1.289	1.288	1.284	1.284
X7	1.280	1.280	1.281	1.280	1.280
						X8	1.275	1.275	1.275	1.275	1.275
X9	1.270	1.273	1.274	1.267	1.266
						X10	1.263	1.270	1.270	1.261	1.262
X11	1.271	1.271	1.270	1.260	1.260
						X12	1.271	1.271	1.271	1.283	1.283
X13	1.276	1.276	1.276	1.276	1.276
						X14	1.280	1.280	1.281	1.280	1.280
X15	1.288	1.283	1.282	1.283	1.283
						X16	1.285	1.283	1.283	1.290	1.291
X17	1.285	1.280	1.280	1.279	1.279
						X18	1.279	1.275	1.276	1.267	1.266
X19	1.274	1.270	1.271	1.273	1.274
						X20	1.275	1.271	1.270	1.275	1.275

如图5所示：校正后得到的板形模拟曲线与实测数据相比，能够准确地反映板材真实板形的数据。由上述数据可以得出，当重复测量的数据出现波动的时候，通过数据校正，可以得出非常近似于真实板形的数据，证明可以达到较高的测量精度。

Claims (1)

1.一种板材板形动态检测的方法，对板材进行动态检测的装置是在横跨输送辊道(4)的上方装有机架(3)，机架(3)的上横梁(2)的下面制有轨道，并列为一个整体的第一、第二、第三测距仪(A、B、C)安装在上横梁(2)下面的轨道内，在步进电机带动下可做往复运动，上述第一、第二、第三测距仪(A、B、C)探头间的间距为T,板材(5)在输送辊道上输送的方向与上横梁下面轨道方向垂直,其特征在于操作方法如下：

第一步：设传输的板材(5)宽度为D，向前传输的速度为V,当板材(5)向前移动距离为T时，第一、第二、第三测距仪(A、B、C)同时在垂直于板材前进方向的轨道内往返移动了二倍板材宽度2D，此时，第一、第二、第三测距仪在该次往返扫描过程中在板材(5)上扫描的路径分别为A₁、a₁，B₁、b₁，C₁、c₁,当板材(5)再向前移动距离T时，第一、第二、第三测距仪在板材上的扫描路径分别为A₂、a₁，B₂、b₂，C₂、c₂，板材(5)在第二次扫描中第一测距仪(A)探头的扫描路径与第一次扫描中第二测距仪(B)探头的扫描路径相同；第二次扫描中第二测距仪(B)探头的扫描路径与第一次扫描中第三测距仪(C)探头的扫描路径相同,同理，上述三个测距仪在连续往返检测过程中会对板材(5)上的点进行重复测量,三台测距仪移动距离2D所用的时间应与板材(5)运动距离T所用的时间相等，所以三台测距仪在轨道内往返速度为u＝2DV/T；

第二步：当上述三台测距仪在板材(5)上测得若干点分别与测距仪的垂直距离为X_ij'，i是坐标点在板宽度方向上的标识，表示对应点距板材其中一边的距离，j是坐标点在板长度方向上的标识，表示对应点距板材头部的距离，但由于板材运动过程中的波动，X_ij'并不能反映真实板形，这些点需通过下述方法校正才能得到能准确反映板材板形的数据矩阵X_ij'，以板材长度方向上第i列的n+1个点的数据为例，为方便说明，在下述说明中i省略表示，j的值用1,2,3，……，n，n+1，……表示，故测得板材(5)上的对应i值不变的各点到测距仪的垂直距离为X_j，数据点间的距离为测距仪探头间的距离T，检测开始后，三台测距仪前2次以及第n-1次和第n次测得板测得板材(5)上的点的数据上传至计算机，并在横坐标为j的值，纵坐标为X_j的值的直角坐标系中绘制板形模拟曲线；

第三步：对检测记录后续数据校正处理：设第一、第二、第三测距仪(A、B、C)第一次测得的数据x₁,x₂,x₃为基准数据，计算第二次测得的数据为x₁',x₂',x₃'，其中x₂'和x₃'，x₃'和x₃分别为同一个点的数据，但由于板材(5)在运动过程中的波动可能使α₁不等于α₂，则两次测量数据不一样，需要将x₄'的数据校正为基准数据x₄，以便对板材不平度进行准确的判断，此时 ${\mathrm{tan\α}}_2=\frac{{x_2}^{\′}-{x_3}^{\′}}{T};$ $tan({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\α})=\frac{x_3-x_4}{T},$ $tan({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\α})=\frac{{x_3}^{\′}-{x_4}^{\′}}{T},$ 其中α为第一次和第二次扫描时重复测点之间板材固有倾角，联立方程(1)、(2)、(3)、(4)：

${\mathrm{tan\α}}_1=\frac{x_2-x_3}{T}---\left(1\right)$

${\mathrm{tan\α}}_2=\frac{{x_2}^{\′}-{x_3}^{\′}}{T}---\left(2\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\α})=\frac{x_3-x_4}{T}---\left(3\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\α})=\frac{{x_3}^{\′}-{x_4}^{\′}}{T}---\left(4\right)$

可求得基准状态下的数据：

$x_4=\frac{\[({x_2}^{\′}-{x_3}^{\′})({x_3}^{\′}-{x_4}^{\′})+T^2\](2x_3-x_2)-(2{x_3}^{\′}-{x_2}^{\′}-{x_4}^{\′})(x_2{x}_3-{x_3}^2+T^2)}{\{(x_3-x_2)(2{x_3}^{\′}-{x_2}^{\′}-{x_4}^{\′})+\[({x_2}^{\′}-{x_3}^{\′})({x_3}^{\′}-{x_4}^{\′})+T^2\]\}}$

同理，第一、第二、第三测距仪在第n次测得的数据分别为x_n'，x_n+1'，x_n+2'，并且也知道基准数据x_n，x_n+1，需求得基准数据x_n+2，联立方程(5)、(6)、(7)、(8)：

${\mathrm{tan\α}}_a=\frac{x_n-x_{n+1}}{T}---\left(5\right)$

${\mathrm{tan\α}}_b=\frac{{x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′}}{T}---\left(6\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_a+\mathrm{\β})=\frac{x_{n+1}-x_{n+2}}{T}---\left(7\right)$

$tan({\mathrm{\α}}_b+\mathrm{\β})=\frac{{x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′}}{T}---\left(8\right)$

其中β为第n次和第n-1次扫描时重复测点之间板材固有倾角可得： $x_{n+2}=\frac{\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\](2x_{n+1}-x_n)-(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})(x_n{x}_{n+1}-{x_{n+1}}^2+T^2)}{\{(x_{n+1}-x_n)(2{x_{n+1}}^{\′}-{x_n}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+\[({x_n}^{\′}-{x_{n+1}}^{\′})({x_{n+1}}^{\′}-{x_{n+2}}^{\′})+T^2\]\}}$

即板材(5)运动不平稳过程中测得的数据x_n+2'通过校正可得到其在基准状态应有的数据x_n+2，同理，板材(5)上其它地方测得的数据X_ij'都可以通过上述方法校正得到一个可用于准确判断板形的数据矩阵X_ij。