CN104551538A - 一种差厚板定尺剪切制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轧制技术领域,由轧制成形的周期变厚度带材通过高精度定尺剪切获得目标差厚板。其制备方法:确定差厚板剪切初始参数;周期变厚度带材在开卷机开卷,带材头部依次穿带各设备,夹送辊依次压紧带材,由开卷机建立微张力,液压剪剪切带头,完成穿带;启动自动剪切控制,由控制系统自动识别周期变厚度带材外形尺寸,根据目标差厚板尺寸确定剪切方案,精确跟踪带材运送长度,完成剪切;剪切后的差厚板经剪后传送带,运送至下游工序,进行检查、分拣、打包。装置包括开卷机、矫前夹送辊、矫直机、剪切带材缓冲坑、测厚仪前夹送辊、测厚仪、剪前夹送辊、液压剪;各夹送辊及开卷机设置有高速脉冲编码器,与测厚仪信号一起进入计算机控制系统。
Description
技术领域
本发明属于轧制技术领域,特别涉及一种差厚板定尺剪切制备方法。
背景技术
由轧制成形的周期变厚度带材(Periodic Longitudinal Profile Strip,简称:PLP带材)通过定尺剪横切,所获得的差厚板可代替常规等厚度板,用作汽车车体冲压件、管件及表面覆盖件,有效地减轻车身重量。为了保证差厚板在汽车零件成型过程中的质量稳定性,差厚板的厚区、薄区和过渡区必须具有足够高的厚度精度及长度精度。一个关键问题是需要对来料PLP带材的每个周期的外形尺寸重新高精度识别,并根据目标差厚板尺寸进行精确剪切。在这种需求背景下,本发明提出一种针对PLP带材高精度剪切的制备方法,以获得高精度差厚板。
由于PLP带材的轧制误差和退火产生的微小形变,使得PLP带材外形周期尺寸发生变化,因此差厚板剪切的关键技术是对来料PLP带材各周期外形尺寸的重新识别,根据识别后的PLP带材外形曲线提出精确剪切方案,进行剪切,最终获得高精度的差厚板材。
发明内容
针对现有常规定尺剪切方法不能够辨识PLP带材外形尺寸,本发明提供一种差厚度板定尺剪切制备方法,提供精确剪切方案。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种差厚板定尺剪切制备方法,包括以下步骤:
开卷机开卷,跟踪矫前夹送辊开卷长度、测厚仪前夹送辊送带长度、缓冲坑缓冲带长度和剪前夹送辊送带长度;
当PLP带材缓冲长度大于预设长度时,送料并辨识PLP带材外形尺寸;
确定精确剪切方案;
按照上述精确剪切方案控制送料长度,完成剪切。
所述矫前夹送辊开卷长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LJ(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,已开卷长度LJ0,经过m个周期后,开卷长度为:
所述测厚仪前夹送辊送带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,测厚仪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LH(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,当前送带长度为0,经过m个周期后,测厚仪前夹送辊送带长度为:
所述缓冲坑缓冲带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,缓冲带材长度为LB(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,带材紧直,当前缓冲长度0,经过m个周期后,缓冲带材长度为:
所述剪前夹送辊送带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LC(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,实际送带长度为0,经过m个周期后,剪前夹送辊送带长度为:
所述辨识PLP带材外形尺寸的方法为:
设测厚仪测量点到液压剪剪切线的距离为L0,以测厚仪测量点为x轴坐标零点,以测量厚度为y轴,建立PLP带材外形尺寸坐标系;
设定具有N个坐标的数据堆栈A{(n,hn),(2n,h2n),(3n,h3n),…,(Nn,hNn)},用于记录L0长度带材个点的外形尺寸hn,h2n,h3n,…,hNn;其中n为辨识精度;N为数组个数, 表示向上取整;
以先入先出为原则,每当测厚仪前夹送辊送带长度累加值等于一个辨识精度n时,即将在该辨识精度内采样的带材厚度平均值hn送入堆栈,然后开始下一个辨识精度的采样。
所述送带辨识精度n跟踪Ln:
其中,LH(i)为第i周期的测厚仪前夹送辊送带长度,LC(i)为第i周期的剪前夹送辊送带长度。
所述精确剪切方案的确定方法为:
设目标差厚板的长度为LP,目标差厚板长度与厚度关系曲线:
h=f(l) l∈[0,LP]
设定2个坐标堆栈,每个堆栈内都有M个坐标,用来记录正、反两种排布的差厚板外形曲线:
B{(n,f(n)),(2n,f(2n)),(3n,f(3n)),…,(Mn,f(Mn))}
C{(n,f(Mn)),(2n,f((M-1)n)),(3n,f((M-2)n)),…,(Mn,f(n))}
其中n为辨识精度;M为数组个数, 表示向上取整;
将A堆栈最后M个坐标的纵坐标分别于B堆栈相应的坐标进行比较,如下式:
D{|f(n)-h(N-M)n|,|f(2n)-h(N-M+1)n|,|f(3n)-h(N-M+2)n|,…,|f(Mn)-hNn|}
当D堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合B堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线,取δ=0.01mm;
同理有堆栈E:
E{|f(Mn)-h(N-M)n|,|f((M-1)n)-h(N-M+1)n|,|f((M-2)n)-h(N-M+2)n|,…,|f(n)-hNn|}
当E堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合C堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线;
当有B或C堆栈尺寸差厚板到达剪切线时,先剪切去带头废料,再运送LP长度带材后进行剪切,最终获得合格的差厚板。
本发明的优点及有益效果为:本发明的制备方法能够精确辨识来料PLP带材各周期的外形尺寸,从而提供高精度剪切方案,实现差厚板高精度剪切,其剪切差厚板长度精度低于±1mm,差厚板首、尾厚度区域长度精度低于±0.5mm。
附图说明
图1是本发明的剪切制备方法的工艺流程图;
图2是本发明的剪切制备方法的设备结构示意图;
其中,1—人机界面计算机,2—计算机控制系统,3—运送平台,4—剪切完成的差厚板,5—液压剪,6—剪前夹送辊,7—测厚仪,8—测厚仪前夹送辊,9-剪切带材缓冲坑,10-矫直机,11-矫前夹送辊,12-开卷机;
图3是本发明的PLP带材各周期外形尺寸识别流程图;
图4是本发明的差厚板精确剪切控制流程图;
图5是本发明的差厚板与PLP带材关系图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示,一种差厚板定尺剪切制备方法,包括如下步骤:
步骤一:确定差厚板剪切初始参数,包括目标差厚板外形尺寸参数、PLP带材卷径、剪切速度、缓冲坑缓冲带材长度等。
步骤二:退火后的PLP带卷在开卷机上卷、开卷。
步骤三:开卷机开卷点动,依次穿带矫前夹送辊、矫直机、测厚仪前夹送辊、测厚仪、剪前夹送辊、液压剪,各夹送辊依次压紧带材。由开卷机建立微张力,使带材紧直,液压剪剪切带头;
步骤四:启动自动剪切。开卷机自动开卷,计算机控制系统启动PLP带材开卷长度跟踪、缓冲坑缓冲带材长度自动控制;当PLP带材缓冲长度大于设定缓冲带材长度时,剪切自动送料,计算机控制系统自动辨识PLP带材各周期外形尺寸,并给出精确剪切方案;计算机控制系统根据该方案自动控制送料长度,完成剪切。
(1)矫前夹送辊开卷长度跟踪算法如下:
设在ti时刻,矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LJ(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,已开卷长度LJ0,经过m个周期后,开卷长度为:
(2)测厚仪前夹送辊送带长度跟踪算法如下:
设在ti时刻,测厚仪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LH(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,当前送带长度为0,经过m个周期后,夹送辊送带长度为:
(3)缓冲带材长度跟踪算法如下:
设在ti时刻,缓冲带材长度为LB(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,带材紧直,当前缓冲长度0,经过m个周期后,缓冲带材长度为:
(4)剪前夹送辊送带长度跟踪过程如下:
设在ti时刻,剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LC(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,实际送带长度为0,经过m个周期后,夹送辊送带长度为:
(5)PLP带材外形尺寸辨识过程如下,如图3所示:
设测厚仪测量点到液压剪剪切线的距离为L0。以测厚仪测量点为x轴坐标零点,以测量厚度为y轴,建立PLP带材外形尺寸坐标系。设定具有N个坐标的数据堆栈,用来记录L0长度的带材外形尺寸。
A{(n,hn),(2n,h2n),(3n,h3n),…,(Nn,hNn)}
其中n为辨识精度,根据差厚板成品精度要求≤±1mm,因此取n=0.1mm;
N为数组个数, 表示向上取整。
以先入先出为原则,每当测厚仪前夹送辊送带长度累加值等于一个辨识精度n时,即将在该辨识精度内采样的带材厚度平均值hn送入堆栈,然后开始下一个辨识精度采样。
送带辨识精度n的跟踪:
由于PLP带材在送带过程中的打滑,综合考虑测厚仪前夹送辊及剪前夹送辊送带长度,以提高跟踪精度。因此带材送带辨识精度跟踪Ln:
(6)自动精确剪切过程,如图4所示:
设目标差厚板的长度为LP,目标差厚板长度与厚度关系曲线:
h=f(l) l∈[0,LP]
由于一个周期的PLP带材由2块差厚板收尾相连构成,由定尺剪剪切后的差厚板是正反相间的。因此设定2个坐标堆栈,每个堆栈内都有M个坐标,用来记录正、反两种排布的差厚板外形曲线:
B{(n,f(n)),(2n,f(2n)),(3n,f(3n)),…,(Mn,f(Mn))}
C{(n,f(Mn)),(2n,f((M-1)n)),(3n,f((M-2)n)),…,(Mn,f(n))}
其中n为辨识精度,根据差厚板成品精度要求≤±0.5mm,因此取n=0.1mm;
M为数组个数, 表示向上取整。
将A堆栈最后M个坐标的纵坐标分别于B堆栈相应的坐标进行比较,如下式:
D{|f(n)-h(N-M)n|,|f(2n)-h(N-M+1)n|,|f(3n)-h(N-M+2)n|,…,|f(Mn)-hNn|}
当D堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合B堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线,一般取δ=0.01mm。
同理有堆栈E:
E{|f(Mn)-h(N-M)n|,|f((M-1)n)-h(N-M+1)n|,|f((M-2)n)-h(N-M+2)n|,…,|f(n)-hNn|}
当E堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合C堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线,一般取δ=0.01mm。
当有B或C堆栈尺寸差厚板到达剪切线时,先剪切去带头废料,再运送LP长度带材后进行剪切,最终获得合格的差厚板。
步骤五:剪切后的差厚板,如图5经剪后传送带,运送至下游工序,进行检查、分拣、打包。
如图2所示,所述的差厚板定尺剪切制备方法采用的装置,沿开卷送带方向依次包括开卷机12、矫前夹送辊11、矫直机10、剪切带材缓冲坑9、测厚仪前夹送辊8、测厚仪7、剪前夹送辊6、液压剪5和运送平台3;开卷机12设置高速脉冲编码器用于开卷带材的线速度、张力控制;矫直机10设置高速脉冲编码器用于开卷带材线速度的匹配控制;在矫前夹送辊11、测厚仪前夹送辊8、剪前夹送辊6配置高速脉冲编码器,用于完成剪切缓冲控制、剪切带材送带位置跟踪;测厚仪前夹送辊8编码器与测厚仪共同完成PLP带材外形尺寸的重新识别;所有反馈及控制信号均与计算机控制系统相连。
所述的计算机控制系统2由人机界面计算机1和PLC控制系统组成。人机界面计算机2用于剪切过程监控及原始数据的输入;PLC控制系统根据设定值和以及人机界面计算机2的操作指令设备对电机、液压剪等执行机构进行控制,同时对各传感器的反馈信号进行读取和计算,完成相应的闭环和开环控制功能。
实施实例1:
本发明的系统的相关参数如下:
开卷机开卷最大卷径2200mm,最小卷径560mm;五辊矫直机主电机功率18.5kW;测厚仪距离剪切线均为L0=2500mm,测厚仪为X射线测厚仪,测量范围为0.1-5.0mm,静态精度2σ=±0.10%,可重复度±0.05%,长时稳定性±0.05%/8h;各增量编码器单圈脉冲为1000。剪切线送带速度设定:0.5m/s。
目标差厚板尺寸:厚区厚度1.2mm,长300mm;过渡区长50mm;薄区厚度0.8mm,长300mm。
实际剪切精度:周期长度总误差<±1mm,首、尾等厚度区剪切精度<±0.5mm。
实施实例2:
本发明的系统的相关参数如下:
开卷机开卷最大卷径2200mm,最小卷径560mm;五辊矫直机主电机功率18.5kW;测厚仪距离剪切线均为L0=2500mm,测厚仪为X射线测厚仪,测量范围为0.1-5.0mm,静态精度2σ=±0.10%,可重复度±0.05%,长时稳定性±0.05%/8h;各增量编码器单圈脉冲为1000。剪切线送带速度设定:0.5m/s。
目标差厚板尺寸:厚区厚度1.5mm,长200mm;过渡区长100mm;薄区厚度0.8mm,长200mm;
实际剪切精度:周期长度总误差<±1mm,首、尾等厚度区剪切精度<±0.5mm。
Claims (8)
1.一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
开卷机开卷,跟踪矫前夹送辊开卷长度、测厚仪前夹送辊送带长度、缓冲坑缓冲带长度和剪前夹送辊送带长度;
当PLP带材缓冲长度大于预设长度时,送料并辨识PLP带材外形尺寸;
确定精确剪切方案;
按照上述精确剪切方案控制送料长度,完成剪切。
2.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述矫前夹送辊开卷长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LJ(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,已开卷长度LJ0,经过m个周期后,开卷长度为:
3.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述测厚仪前夹送辊送带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,测厚仪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LH(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,当前送带长度为0,经过m个周期后,测厚仪前夹送辊送带长度为:
4.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述缓冲坑缓冲带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,缓冲带材长度为LB(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,带材紧直,当前缓冲长度0,经过m个周期后,缓冲带材长度为:
5.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述剪前夹送辊送带长度的跟踪方法为:
设在ti时刻,剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为LC(i),从穿带结束启动自动剪切时刻开始计时,此时i=0,实际送带长度为0,经过m个周期后,剪前夹送辊送带长度为:
6.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述辨识PLP带材外形尺寸的方法为:
设测厚仪测量点到液压剪剪切线的距离为L0,以测厚仪测量点为x轴坐标零点,以测量厚度为y轴,建立PLP带材外形尺寸坐标系;
设定具有N个坐标的数据堆栈A{(n,hn),(2n,h2n),(3n,h3n),…,(Nn,hNn)},用于记录L0长度带材个点的外形尺寸hn,h2n,h3n,…,hNn;其中n为辨识精度;N为数组个数, 表示向上取整;
以先入先出为原则,每当测厚仪前夹送辊送带长度累加值等于一个辨识精度n时,即将在该辨识精度内采样的带材厚度平均值hn送入堆栈,然后开始下一个辨识精度的采样。
7.根据权利要求6所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述送带辨识精度n跟踪Ln:
其中,LH(i)为第i周期的测厚仪前夹送辊送带长度,LC(i)为第i周期的剪前夹送辊送带长度。
8.根据权利要求1所述的一种差厚板定尺剪切制备方法,其特征在于,所述精确剪切方案的确定方法为:
设目标差厚板的长度为LP,目标差厚板长度与厚度关系曲线:
h=f(l) l∈[0,LP]
设定2个坐标堆栈,每个堆栈内都有M个坐标,用来记录正、反两种排布的差厚板外形曲线:
B{(n,f(n)),(2n,f(2n)),(3n,f(3n)),…,(Mn,f(Mn))}
C{(n,f(Mn)),(2n,f((M-1)n)),(3n,f((M-2)n)),…,(Mn,f(n))}
其中n为辨识精度;M为数组个数, 表示向上取整;
将A堆栈最后M个坐标的纵坐标分别于B堆栈相应的坐标进行比较,如下式:
D{|f(n)-h(N-M)n|,|f(2n)-h(N-M+1)n|,|f(3n)-h(N-M+2)n|,…,|f(Mn)-hNn|}
当D堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合B堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线,取δ=0.01mm;
同理有堆栈E:
E{|f(Mn)-h(N-M)n|,|f((M-1)n)-h(N-M+1)n|,|f((M-2)n)-h(N-M+2)n|,…,|f(n)-hNn|}
当E堆栈中的各元素值均小于δ时,即认为有一块符合C堆栈尺寸分布要求的差厚板已经到达剪切线;
当有B或C堆栈尺寸差厚板到达剪切线时,先剪切去带头废料,再运送LP长度带材后进行剪切,最终获得合格的差厚板。
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