CN104551538B - 一种差厚板定尺剪切制备方法 - Google Patents

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

一种差厚板定尺剪切制备方法

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t_i时刻，矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_J(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L_J0，经过m个周期后，开卷长度为：

$L_{\mathrm{open}}=L_{J0}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_J\left(i\right)$

所述测厚仪前夹送辊送带长度的跟踪方法为：

设在t_i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L_H(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：

$L_H=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_H\left(i\right)$

所述缓冲坑缓冲带长度的跟踪方法为：

设在t_i时刻，缓冲带材长度为L_B(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：

$L_B=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(L_{\mathrm{open}}\left(i\right)-L_H\left(i\right))$

所述剪前夹送辊送带长度的跟踪方法为：

设在t_i时刻，剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_C(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：

$L_C=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_C\left(i\right)$

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,h_n),(2n,h_2n),(3n,h_3n),…,(Nn,h_Nn)}，用于记录L₀长度带材各点的外形尺寸h_n，h_2n，h_3n，…，h_Nn；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h_n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L_n：

$L_n=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(L_H\left(i\right)+L_C\left(i\right))/2$

其中，L_H(i)为第i周期的测厚仪前夹送辊送带长度，L_C(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L_P，目标差厚板长度与厚度关系曲线：

h=f(l) l∈[0,L_P]

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)-h_Nn|}

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)-h_Nn|}

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L_P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t_i时刻，矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_J(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L_J0，经过m个周期后，开卷长度为：

$L_{\mathrm{open}}=L_{J0}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_J\left(i\right)$

（2）测厚仪前夹送辊送带长度跟踪算法如下：

设在t_i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L_H(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：

$L_H=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_H\left(i\right)$

（3）缓冲带材长度跟踪算法如下：

设在t_i时刻，缓冲带材长度为L_B(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：

$L_B=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(L_{\mathrm{open}}\left(i\right)-L_H\left(i\right))$

（4）剪前夹送辊送带长度跟踪过程如下：

设在t_i时刻，剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_C(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：

$L_C=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{L}_C\left(i\right)$

（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,h_n),(2n,h_2n),(3n,h_3n),…,(Nn,h_Nn)}

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h_n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L_n：

$L_n=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(L_H\left(i\right)+L_C\left(i\right))/2$

（6）自动精确剪切过程，如图4所示：

设目标差厚板的长度为L_P，目标差厚板长度与厚度关系曲线：

h=f(l) l∈[0,L_P]

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)-h_Nn|}

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)-h_Nn|}

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L_P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 (7)

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；

当周期变厚度带材缓冲长度大于预设长度时，送料并辨识周期变厚度带材外形尺寸；

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；

所述辨识周期变厚度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，建立周期变厚度带材外形尺寸坐标系；

设定具有N个坐标的数据堆栈A{(n,h_n),(2n,h_2n),(3n,h_3n),…,(Nn,h_Nn)}，用于记录L₀长度带材各点的外形尺寸h_n，h_2n，h_3n，…，h_Nn；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h_n送入堆栈，然后开始下一个辨识精度的采样。

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t_i时刻，矫前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_J(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L_J0，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t_i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L_H(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t_i时刻，缓冲带材长度为L_B(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t_i时刻，剪前夹送辊脉冲编码器测量的本周期开料长度为L_C(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，所述送带辨识精度n跟踪L_n：

其中，L_H(i)为第i周期的测厚仪前夹送辊送带长度，L_C(i)为第i周期的剪前夹送辊送带长度。

7.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L_P，目标差厚板长度与厚度关系曲线：

h＝f(l) l∈[0,L_P]

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)-h_Nn|}

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)-h_Nn|}

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L_P长度带材后进行剪切，最终获得合格的差厚板。