CN103913140A - 铸坯长度精确测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种铸坯长度精确测量装置，包括辊道、计数器、处理器、入口传感器和出口传感器。其中，入口传感器和出口传感器分别设置于辊道的两端，其之间的距离为D，铸坯长度为L，两者之差为间距差Dt。通过测量间距差Dt，再根据距离D换算出铸坯长度。Dt的误差远小于测量铸坯长度L的误差，通过间距差Dt换算得到铸坯长度L精度高于直接测量铸坯长度L。铸坯长度精确测量方法包括以下步骤：在辊道两端设置入口传感器和出口传感器，并且预先测量其之间的距离D；当铸坯经过入口传感器和出口传感器时，产生触发信号，计数器根据触发信号进行计数，并且将计数结果Dt发送至处理器；处理器根据距离D和计数结果Dt算得铸坯的长度L。

Description

铸坯长度精确测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及铸造领域的自动化仪表技术，更具体地说，涉及一种铸坯长度精确测量装置及其方法。

背景技术

铸坯长度是铸坯质量的重要质量指标。对于宽厚板等尺寸敏感的钢铁产品，该参数尤其重要。如果长度误差过大，将造成终产品宽厚板的尺度不达标。

传统的铸坯长度测量方法，采用测量辊对铸坯计长。当铸坯经过测量辊时，带动测量辊转动，根据转动的圈数和测量辊的周长，可以计算出铸坯的长度。虽然简单可靠，但是整个检测过程中铸坯通常横跨2组辊道，辊道之间速度差造成铸坯打滑；铸坯运动有跳动，此时测量辊不能被正常拖动；测长辊的热胀冷缩、磨损与变形，造成单位圈数对应长度的变化，因此长度测量存在误差。

图像处理方法是另外一种铸坯长度测量方法。用相机不断拍摄铸坯，同时计算铸坯边缘所在的位置。由于整块铸坯比较长，相机分辨率有限，需要2个相机分别在铸坯的头尾进行检测，而且2个图像必须互相锁定。相机的分辨率，相机视场的漂移都会影响测量精度。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种铸坯长度精确测量装置及其方法，来解决现有技术中存在的各种不足。

根据本发明，提供一种铸坯长度精确测量装置，包括辊道、计数器、处理器、入口传感器和出口传感器。其中，入口传感器和出口传感器分别设置于辊道的两端，其之间的距离为D，计数器根据铸坯经过入口传感器和出口传感器产生的触发信号进行计数，并将计数结果Dt发送至处理器，处理器利用距离D和计数结果Dt算得铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，入口传感器和出口传感器之间设置扩展传感器，扩展传感器与出口传感器之间的距离D1大于铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，入口传感器和出口传感器之间设置扩展传感器，扩展传感器与出口传感器之间的距离DN小于铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，入口传感器和出口传感器均为光电管，触发信号为铸坯经过时产生的遮光跳变和铸坯离开时产生的通光跳变。

根据本发明的一实施例，铸坯头部到达入口光电管时，入口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时计数器进入校验计数。铸坯尾部离开入口光电管时，入口光电管从遮光状态跳变到通光状态。计数器将校验计数的结果发送至处理器，处理器根据校验计数的结果计算铸坯的长度L1，然后计数器清零。

根据本发明的一实施例，计数器清零后立即重新开始计数。铸坯头部到达出口光电管时，出口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时计数器停止计数，并且将重新计数的结果Dt发送至处理器。处理器根据距离D1减去计数结果Dt，算得铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，处理器比较D-Dt的值、D1-Dt的值以及L1的值，得到铸坯长度L的修正值。

根据本发明的一实施例，铸坯头部到达扩展入口光电管N时，扩展入口光电管N从通光状态跳变到遮光状态，此时计数器进入校验计数。铸坯头部到达出口光电管时，出口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时计数器清零并重新开始计数。铸坯尾部离开扩展入口光电管N时，扩展入口光电管N从遮光状态跳变到通光状态，此时计数器停止计数，并且将重新计数的结果DNt发送至处理器。处理器根据距离DN加上重新计数的结果DNt，算得铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，入口传感器和出口传感器间距固定，当铸坯头部，或者铸坯尾部经过入口传感器与出口传感器之间时，马达编码器脉冲数D应当为常数，如果有偏差则报警。或者可以修正每个脉冲对应的铸坯长度。

根据本发明的另一方面，提供一种铸坯长度精确测量方法，包括以下步骤：在辊道两端设置入口传感器和出口传感器，并且预先测量其之间的距离D。当铸坯经过入口传感器和出口传感器时，产生触发信号，计数器以铸坯长度L及距离D之间的间距差Dt为测量对象，根据触发信号进行计数，并且将间距差计数结果Dt发送至处理器。设定间距差Dt远小于铸坯长度L，处理器根据距离D和计数结果Dt算得铸坯的长度L。

根据本发明的一实施例，若D>L，铸坯尾部离开入口传感器时，计数器开始计数，铸坯头部到达出口传感器时，计数器停止计数，得到计数结果Dt，处理器将距离D减去计数结果Dt，得到铸坯的长度L。若D<L，铸坯头部到达出口传感器时，计数器开始计数，铸坯尾部离开入口传感器时，计数器停止计数，得到计数结果Dt，处理器将距离D加上计数结果Dt，得到铸坯的长度L。

采用了本发明的技术方案，本专利申请利用铸坯输送辊道入口及出口光电管的位置固定，且接近铸坯长度的特点，以铸坯长度与光电管间距之差，作为测量对象，进行脉冲计数测长。由于铸坯长度与入口及出口光电管间距的差很小，而且铸坯越长，铸坯的长度与光电管间距差就越小，测量就更准确。并且可利用入口及出口光电管的间距固定的特点，进行脉冲数量校准，进一步提高测量精度。其测量精度完全可以满足现场生产需要。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明铸坯长度精确测量装置的结构示意图；

图2是本发明铸坯长度精确测量装置的基本时序图；

图3是本发明铸坯长度精确测量装置的电气结构原理图；

图4是本发明铸坯长度精确测量装置的工作流程图；

图5是本发明铸坯长度精确测量装置的结构示意图；

图6是本发明铸坯长度精确测量装置的基本时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

铸坯长度的测量对连铸的精益生产是非常重要的，传统的测长方法采用测长辊，铸坯运动过程时拖动测长辊进行滚动脉冲计数，如果铸坯跳动，铸坯与测长辊接触不良，无法正常拖动测长辊，测量结果就会不正确。而且铸坯越长，铸坯跳动的概率就越大，误差就越大。

在铸坯的生产过程中，从切割开始，通常需要经过去毛刺，喷印，铸坯检查，横移台车输送，下线等多个工序，每个工序通常有1组辊道，每组辊道的输送辊之间采用刚性联动，速度相同。不同辊道之间，不是刚性联动，由于设备特性的差异，容易产生少量的速度差。

参照图1，本发明的铸坯长度精确测量装置10主要包括辊道11、计数器12、处理器13、入口传感器（光电管）14和出口传感器（光电管）15。计数器12包括马达编码器和专门的测长计数器。在每组辊道11的入口和出口至少有1对，甚至2对光电管，分别是入口光电管14和出口光电管15，用于检测铸坯16是否就位。这些光电管固定安装在辊道11旁边的地面上，相互的间距固定。每组输送辊道11的光电管间距D通常比铸坯16的最大长度L略长一些。其间距差Dt比铸坯长度L短很多，测量间距差Dt的方法，比直接测量铸坯长度L的绝对精度要高很多。

如图1所示，对于光电管间距D和铸坯16的长度L，一般而言有两种情况，即D>L或D<L。本发明预先设定D>L，而若D<L时，在后面的“光电管间距小于铸坯长度”部分有详细的描述，这里先就D>L的一般情况进行说明。

1．铸坯16在辊子的带动下进入辊道11。先经过入口光电管14，再到达出口光电管15。在辊道11中间，铸坯16可以变速，也可以停止，以完成喷印、去毛刺或者等待运输等工艺操作。

2．辊道11的入口光电管14和出口光电管15检测铸坯16头尾的具体位置。当铸坯16经过光电管位置时，会产生遮光信号，当铸坯16完全通过后，会产生通光信号。也就是铸坯16头部到达时，会产生从通光到遮光的跳变，当铸坯16尾部到达时，会产生从遮光到通光的跳变。

3．在辊道11的计数器12上有脉冲编码器。编码器产生的脉冲数与马达转动的圈数/角度，也就是铸坯16的运动距离成正比，脉冲数与转速无关。如果铸坯16有跳动，脉冲数就会缺失，造成测量误差，如果辊子有热胀冷缩，磨损等尺寸变化，也会造成测量偏差。

4．测长计数器对脉冲进行计数。根据脉冲数，就可以换算出铸坯运行的距离。

测量系统的基本工作时序如图2所示，

1．当铸坯16头部到达入口光电管14时，入口光电管14从通光状态，跳变到遮光状态，此时刻为t0，出口光电管15为通光状态。

2．随后，入口光电管14一直处于遮光状态。

3．当铸坯16尾部到达入口光电管14时，入口光电管14从遮光状态，跳变到通光状态，此时刻为t1，出口光电管15依然为通光状态。

4．随后，入口光电管14一直处于通光状态。

5．当铸坯16头部到达出口光电管15时，出口光电管15从通光状态，跳变到遮光状态，此时刻为t2，入口光电管14为通光状态。

测长基本原理

如图1，图3所示，由于铸坯16的最大长度L通常略小于入口与出口光电管间距D，两者之差为间距差Dt，所以间距差Dt远小于铸坯16的长度L。

由于同样技术条件下，测量结果的相对误差率e，也就是单位长度的误差相同，测量的长度越长，则绝对误差也就越大。

如果用传统的马达脉冲计数法，测量整个铸坯长度L，那么其绝对误差E_t为：

E_L=L*e.....................................(1)

如果用本发明的装置，测量整个铸坯16长度L与光电管间距D之间的间距差Dt，那么铸坯16长度的换算结果为：

L=D-Dt..........................................(2)

由于光电管的间距D为固定值，不存在测量误差，所以本发明的绝对误差来自于间距差Dt的测量误差，为：

E_Dt=Dt*e..................................(3)

对比公式（1）和公式（2），由于L远大于Dt，所以本发明的测量方法的误差E_Dt远小于传统测量方法的误差E_L。

另外，测量间距差Dt时，整个铸坯16位于入口光电管14和出口光电管15之间，处在同一个辊道11上，在测量过程中没有2组辊道11的速度差，不会造成铸坯16前后方向的打滑。而测量铸坯16整个长度，需要铸坯16同时横跨2组辊道，2组辊道的速度差容易造成铸坯打滑，影响测量精度。

计数器的基本工作过程

测长计数器结构如图3所示，含有入口光电管14信号和出口光电管15信号2个I/O输入接口，1个编码器脉冲输入接口，以及测量结果的输出接口。脉冲计数器对编码器脉冲进行计数。处理器13（MCU单片机控制器）对计数结果进行记录与处理。

计数器的工作时序如图2所示，计数器的工作流程图如4所示。

1．入口光电管14信号输入接口不断检测入口光电管14状态；

2．当入口光电管14状态从通光到遮光跳变，计数器12就对马达编码器脉冲从0开始，进行计数；

3．同时，入口光电管14信号输入接口不断检测入口光电管14状态；

4．当入口光电管14状态从遮光到遮、通光跳变，处理器13（MCU单片机控制器）就记录下马达编码器脉冲，作为铸坯16全长脉冲数N_L；

5．然后将计数器12清零，重新开始计数；

6．在计数的同时，对出口光电管15的状态进行检测；

7．当出口光电管15状态，从通光到遮光跳变，计数器12就停止脉冲计数。

8．此时的编码器脉冲数N_Dt，乘以每个脉冲对应的距离，也就是转换系数C，就可以得到间距差Dt。

Dt=N_Dt*C................................(4)

9．根据公式（2），利用间距差Dt，就可以得到铸坯16的长度L。

10．通过输出接口，可以把铸坯16的长度信息送到相应的管理计算机中。

马达编码器脉冲的自动校准

由于热胀冷缩，磨损等原因，辊子的尺寸发生一定的变化。造成每个脉冲对应的铸坯移动距离C发生变化。利用入口光电管和出口光电管间距相等的特点，可以进行在线校准，偏差报警，以及测量正确性识别，从而提高测量精度。

入口光电管及出口光电管的间距为：

D=N_D*C................................(5)

其中：N_D为铸坯从入口光电管运动到出口光电管的脉冲数，也就是每个脉冲的对应距离，转换系数为：

$C=\frac{D}{N_D}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(6\right)$

具体的过程为：

1．上述的计数器基本工作过程中，得到的脉冲数N_Dt与N_L，

2．从铸坯头部到达入口光电管的t0时刻，到铸坯头部达到出口光电管的t2时刻，整个运动过程中，马达脉冲编码器产生的脉冲数为N_D=N_Dt+N_L。

3．将已知的光电管间距D和脉冲数N_D代入公式(6)即可，得到每个脉冲对应的铸坯距离，也就是转换系数C。

4．为了提高转换系数C的精度，可以采用平均等统计方法进行处理。

5．如果得到的转换系数C与正常数值偏差过大，说明测量不准确，或者系统发生故障，应当给出报警信号。

多组光电管提高测量精度

由于部分铸坯16的实际长度比最大长度短一些，如果只采用入口光电管14和出口光电管15一组信号的基准间距D进行测量，得到的间距差Dt虽然依然小于铸坯16长度L，但绝对值会偏大，测量误差也会偏大。

然而，增加1对或者几对位置扩展传感器（扩展光电管）可以提高测量精度。如图5，图6所示，在这些扩展光电管中，至少一组扩展光电管的间距Dx，更接近铸坯长度L，再按照本发明之前的方法，从而提高测量精度。间距Dx为原入口光电管14和出口光电管15间距D，或者新增扩展光电管间距D1～DN。如图5所示，增加的扩展光电管1与出口光电管15之间的间距D1，比原先的入口光电管14及出口光电管的间距D，更接近铸坯长度L，间距差D1t的数值更小，误差也就更小。

进一步地，针对特定长度的铸坯，可以在该长度对应的位置安装光电管，使测量该长度铸坯时的间距差几乎为0，这样误差最小，从而达到最佳的测量精度。

光电管间距小于铸坯长度

光电管间距Dx可以小于铸坯长度L。当间距Dx大于铸坯长度L时，工作原理如前所述，当间距Dx小于铸坯长度L时，本专利申请的基本测量原理不变，而时序和计数方法发生一些变化，如图5所示。

1．因为光电管间距DN小于铸坯长度L，所以铸坯在运动时，首先铸坯头部到达出口光电管，时刻为t2，出口光电管的状态从通光变为遮光。此时计数器检测到出口光电管从通光到遮光的跳变，开始对马达编码器的脉冲从0开始进行计数。

2．在铸坯运行一段距离后，铸坯尾部到达扩展光电管N，时刻为t12，扩展光电管N的状态从遮光变为通光。此时计数器检测到扩展光电管N从遮光到通光的跳变，就停止对马达编码器的脉冲进行计数。

3．此时计数器的计数结果N_DN，乘以每个脉冲对应的铸坯运动距离，也就是转换系数C，就得到光电管间距DN与铸坯长度L的间距差DN_t。

DN_t=N_DN*C...................................(7)

4．铸坯长度L，根据光电管间距DN与间距差DN_t得到：

L=DN+DN_t...................................(8)

也就是根据铸坯头部先到达出口光电管，还是铸坯尾部先到达入口光电管(扩展光电管)，来判断光电管间距Dx是否大于铸坯长度L，然后选择相应的测量方法。

本发明也公开了相对应于本发明的装置而采用的专门的方法，即一种铸坯长度精确测量方法，主要包括以下步骤：

1．在辊道两端设置入口传感器和出口传感器，并且预先测量其之间的距离D；

2．当铸坯经过入口传感器和出口传感器时，产生触发信号，计数器根据触发信号进行计数，并且将计数结果Dt发送至处理器；

3．处理器根据距离D和计数结果Dt算得铸坯的长度L。

针对上述D>L和D<L的两种情况，可以将上面的测量方法进行如下的概括：

若D>L，则铸坯尾部离开入口传感器时，计数器开始计数，铸坯头部到达出口传感器时，计数器停止计数，得到计数结果Dt，处理器将距离D减去计数结果Dt，得到铸坯的长度L。

若D<L，铸坯头部到达出口传感器时，计数器开始计数，铸坯尾部离开入口传感器时，计数器停止计数，得到计数结果Dt，处理器将距离D加上计数结果Dt，得到铸坯的长度L。

本发明提出一种精确测量铸坯长度的方法和装置，很好地减少了在连铸长度测量中误差。它结合测长辊道与光电管的组合逻辑，又针对连铸坯测量对象的特点，方法和装置针对性地提高了测量的精度。即间接测量，通过光电管组合逻辑不直接测量铸坯长度，而是通过测量现对很短的铸坯辊道总长度中没有被光遮住的短的一段，铸坯不到总长度的那一段。这样测量中就是有误差，原来是测量10米左右，而现在只要测量2米以内，在实测中引入的误差就会小很多，就是在相同的误差情况下，运用本专利申请提出一种方法测量提高了5倍以上，到达了精确测量铸坯长度的目的。同时铸坯打滑与弹跳引起的测量跑偏现象也会现对发生减少，在连铸精整生产的辊道运输中即提高精度也提升了测量的稳定性。

在连铸坯传输到下工序过程中，能快速准确地发现长度不合格的铸坯并及时处理，加快测量热铸坯长度环节的时间，提高连铸的热装热送比，减少长度不合造成终产品缺陷，减少报废量，提高效益，降低二次切割的能源消耗，降低碳排放。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (11)

1.一种铸坯长度精确测量装置，包括辊道、计数器、处理器、入口传感器和出口传感器，其特征在于：

所述入口传感器和出口传感器分别设置于所述辊道的两端，其之间的距离为D；

所述计数器以铸坯长度L及距离D之间的间距差Dt为测量对象；

所述计数器根据所述铸坯经过所述入口传感器和所述出口传感器产生的触发信号进行计数，并将计数结果Dt发送至所述处理器。

2.如权利要求1所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述入口传感器和所述出口传感器之间设置扩展传感器，所述扩展传感器与所述出口传感器之间的距离D1大于所述铸坯的长度L。

3.如权利要求1所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述入口传感器和所述出口传感器之间设置扩展传感器，所述扩展传感器与所述出口传感器之间的距离DN小于所述铸坯的长度L。

4.如权利要求1或2或3所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述入口传感器和所述出口传感器均为光电管，所述触发信号为所述铸坯经过时产生的遮光跳变和所述铸坯离开时产生的通光跳变。

5.如权利要求4所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述铸坯头部到达所述入口光电管时，所述入口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时所述计数器进入校验计数；

所述铸坯尾部离开所述入口光电管时，所述入口光电管从遮光状态跳变到通光状态；

所述计数器将所述校验计数的结果发送至所述处理器，所述处理器根据所述校验计数的结果计算所述铸坯的长度L1。

然后所述计数器清零。

6.如权利要求5所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述计数器清零后立即重新开始计数；

所述铸坯头部到达所述出口光电管时，所述出口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时所述计数器停止计数，并且将所述重新计数的结果Dt发送至所述处理器；

所述处理器根据所述距离D减去所述计数结果Dt，算得所述铸坯的长度L。

7.如权利要求6所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述处理器比较D-Dt的值、D1-Dt的值以及L1的值，得到铸坯长度L的修正值。

8.如权利要求4所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述铸坯头部到达扩展入口光电管N时，扩展入口光电管N从通光状态跳变到遮光状态，此时所述计数器进入校验计数；

所述铸坯头部到达所述出口光电管时，所述出口光电管从通光状态跳变到遮光状态，此时所述计数器清零并重新开始计数；

所述铸坯尾部离开扩展入口光电管N时，扩展入口光电管N从遮光状态跳变到通光状态，此时所述计数器停止计数，并且将所述重新计数的结果DNt发送至所述处理器；

所述处理器根据所述距离DN加上所述重新计数的结果DNt，算得所述铸坯的长度L。

9.如权利要求1所述的铸坯长度精确测量装置，其特征在于：

所述入口传感器和所述出口传感器间距相等，当所述铸坯头部，或者所述铸坯尾部经过所述入口传感器与所述出口传感器之间时，马达编码器脉冲数D应当为常数，如果有偏差则报警。

10.一种铸坯长度精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在辊道两端设置入口传感器和出口传感器，并且预先测量其之间的距离D；

当铸坯经过所述入口传感器和所述出口传感器时，产生触发信号，计数器以铸坯长度L及距离D之间的间距差Dt为测量对象，根据所述触发信号进行计数，并且将间距差计数结果Dt发送至处理器；

设定间距差Dt远小于铸坯长度L；

所述处理器根据所述距离D和所述计数结果Dt算得所述铸坯的长度L。

11.如权利要求10所述的铸坯长度精确测量方法，其特征在于：

若D>L，所述铸坯尾部离开所述入口传感器时，所述计数器开始计数，所述铸坯头部到达所述出口传感器时，所述计数器停止计数，得到所述计数结果Dt，所述处理器将所述距离D减去所述计数结果Dt，得到所述铸坯的长度L；

若D<L，所述铸坯头部到达所述出口传感器时，所述计数器开始计数，所述铸坯尾部离开所述入口传感器时，所述计数器停止计数，得到所述计数结果Dt，所述处理器将所述距离D加上所述计数结果Dt，得到所述铸坯的长度L。