CN104677852A - 带钢氧化镁涂层质量在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带钢涂层质量检测，尤其涉及带钢涂层质量在线检测探头。一种用于带钢涂层质量在线检测探头的内部直接冷却装置，它包括氮气源，它包括固定在探头上的箱体，箱体内设有支架，支架上固定涡流冷却管，利用管道通过常开的手阀、电磁阀和过滤器连通所述涡流冷却管，涡流冷却管通过减压器减压器通入所述探头内。本发明可以有效地降低探头内部温度，避免探头过热，保证探头处于正常工作状态。

Description

带钢氧化镁涂层质量在线检测系统

技术领域

本发明涉及带钢涂层质量检测，尤其涉及带钢涂层质量在线检测。

背景技术

冷轧取向硅钢主要应用于大型变压器的制造。它具有强烈的方向性，在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。其铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6：1，磁导率为无取向硅钢的2.5倍。在冷轧硅钢生产中，需要在硅钢基板上涂敷一层氧化镁涂层。在氮气等惰性气体的氛围中，氧化镁涂层与基板中的硅形成硅酸镁玻璃体绝缘膜，来防止硅钢板在连续退火中发生粘结。氧化镁极易吸水从而失去活性，不但降低了绝缘效果，而且在连续退火中可能发生粘结。因此必须严格控制氧化镁涂层的涂布量、自由水和含水率。

氧化镁涂层的涂布量、自由水和含水率通常采用离线实验室检测。由于氧化镁自由水和含水率受环境影响大，在离线实验室检测前刮粉制样过程中极易吸水从而失去检测准确性。且实验室检测周期长。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种带钢氧化镁涂层质量在线检测系统。本发明能够实时、快速、准确地反映带钢氧化镁涂层质量。

为解决上述问题，本发明一种带钢氧化镁涂层质量在线检测系统，它包括探头和终端计算机，其特征在于，所述探头带有电控行走机构、探头吹扫和冷却机构；

所述探头电控行走机构包括位于带钢生产线两侧的支架；支架上端通过上下设置的两个导轨连接，上导轨一侧设置一个由一个PLC控制的伺服电机，电机通过减速器连接驱动齿轮带动同步轴以驱动上下导轨，所述探头包括两组，各自通过一个底座分别可左右移动地设置在上下导轨上，探头附属的管道及电缆通过一个坦克链随探头移动；

所述探头冷却吹扫机构它包括一个箱体，箱体带有进气口、一个出气口和一个通向传感器的接口，所述进气口利用管道依次通过一个长开的进气手动阀，进气电磁阀，冷却涡流管一级过滤器，调压阀、二级过滤器、三级过滤器和压力传感器连通传感器的接口，所述进气手动阀和进气电磁阀之间分出一路管道通过电磁阀、手动阀连接到所述出气口，所述进气电磁阀由PLC控制，所述进气手动阀由PC控制。

所述的带钢氧化镁涂层质量在线检测系统，所述终端计算机连接所述探头并接收探头获得的数据，从而计算分析带钢氧化镁涂层质量包括氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率。。

带钢氧化镁涂层中自由水、含水率和涂布量为相当关键的工艺过程参数 ，只有实时检测、实时调节，才能确保工艺过程参数稳定受控，减少生产成本、提高产品质量，最终实现提升企业品牌、增加企业经济效益目的。

本发明的探头电控行走机构控制探头左右移动，实现探头对带钢来回扫描检测。探头吹扫和冷却机构的功能是阻止灰尘进入探头红外线检测区域。且冷却探头，使探头温度处于正常工作温度范围（最佳温度小于50℃，最高温度不能超过70℃）。检测探头提供带钢氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率检测数据。探头冷却板的功能是通过压缩空气或氮气或水，实现对探头主体冷却，保证探头处于正常的工作状态。

终端计算机装置的功能是接收来自检测探头的涂布量、自由水和含水率数据，经过数据处理后，进行数据存贮、显示和上传。接收来自用户的指令，按用户要求控制PLC工作状态（如：开始检测、PLC参数设置、停止检测、手动/自动切换等等）和终端计算机工作状态（如切换检测模型等）。

本发明测得的数据更真实、更准确且是实时数据，实时提供氧化镁涂层中自由水含水率和涂层膜厚变化趋势，更有利于工艺参数调节控制。

 

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为所述探头行走机构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为探头吹扫冷却系统示意图；

图4是探头电控行走机构PLC控制逻辑图。

具体实施方式

请参见图1至图4，本发明包括探头电控行走机构、探头吹扫和冷却机构、检测探头、终端计算机等。

探头电控行走机构的作用是控制探头左右移动，实现探头对带钢来回扫描检测。探头电控行走机构由探头支架（图1）和PLC控制装置（参考图3）组成。

探头支架（图1）包括支架1、伺服马达5、减速器4、同步轴2、驱动齿轮3、导轨6、坦克链7、探头底座8、探头冷却板9、光电开关10、探头11组成。其工作过程为：PLC发出指令，通过伺服趋动器控制伺服马达5转动，经过减速器4减速后，带动驱动齿轮3转动，实现安装在导轨6上的探头来回扫描检测。探头底座8、探头冷却板9、光电开关10和探头11安装成一体。探头底座8用于固定探头11。探头11在探头底座8上可前后位置微调和上下方向微小转动，便于调整探头到最佳检测位置。探头冷却板9用于冷却探头温度。光电开关10用于探头11定位、探头位置纠偏和测量钢板宽度。同步轴2用于双探头情况，双探头可对钢板上下表面同步检测。坦克链7用于输送探头来回运动时相关气管和电缆，能让气管和电缆跟着探头来回运动。

PLC控制装置包括系统电源和PLC装置。系统电源提供探头所需电流电源和PLC装置自身所需电源。PLC装置由PLC模块、自动/手动切换开关、左移开关和右移开关组成。当"自动/手动开关"切换到手动时，按“左移开关”或“右移开关”，左移或右移信息通过PLC控制电机驱动模块，使探头左移或右移。当"自动/手动开关"切换到自动时，系统终端计算机通过RS-485接口将左移或右移信息或全自动来回扫描信息通过PLC控制电驱动模块，使探头左移或右移或全自动来回扫描。同时，探头具体位置又通过位移传感器将位移信息通过PLC模块上传到系统终端计算机装置。

探头电控行走机构PLC控制逻辑图如图3：这是整个系统电气逻辑图。PLC控制器一方面接受上位机PC指令，控制探头移动。另一方面接收探头位移信号，并将所有系统信息上传给上位机PC，便于上位机贮存和显示。带钢氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率检测数据直接由探头上传给上位机PC。上位机PC与用户计算机系统(简称L1)相连，上位机PC一方面从用户L1计算机获取用户指令，如带钢氧化镁品种、带钢样品号、带钢运动速度等，便于上位机PC选择对应检测模型。另一方面将氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率检测数据和系统各类参数传送到给用户L1，便于用户及时获得需要检测数据和所需信息。

探头吹扫和冷却机构如图4所示，探头吹扫和冷却机构的功能是阻止灰尘进入探头红外线检测区域。且冷却探头，使探头温度处于正常工作温度范围（最佳温度小于50℃，最高温度不能超过70℃）。探头吹扫和冷却机构由手阀、电磁阀、涡流冷却管、滤油滤水滤尘过滤器、压力传感器和气体输送软管组成。其工作过程如下：“进入”口输入5-10kg压缩空气或氮气，经过“手动阀”和“电磁阀”，进入“涡流冷却”将气体温度降低0-45℃，实现气体降温目的。接着气体“一级过滤”，可以分离40μm及以上灰尘颗粒、水及油粒。进行气体压力调节，“调压”到探头所需压力。“二级过滤”可以分离5μm及以上灰尘颗粒、水及油粒。“三级过滤”分离0.01μm及以上灰尘颗粒、水及油粒。经3级过滤后，过滤器脱水率可达99.99％，精度高达0.01ppm，同时可除去油颗粒与灰尘颗粒。经过“压力传感器”将压力转换成压力信号，直接输给上位机PC，便于对气体压力进行监控。最后，经冷却过滤后的气体通过管路直接输给探头冷却板和探头检测口，实现对探头冷却和隔离灰尘的目的。另一路通过“出气一口”输出的气体用于对下探头的吹扫或备用。

检测探头提供带钢氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率检测数据。检测探头由探头11和探头冷却板10组成。探头冷却板10的功能是通过压缩空气或氮气或水，实现对探头主体冷却，保证探头处于正常的工作状态。检测探头工作原理如下：红外测量仪中卤素光谱发射红外光谱，经过光导管传输至滤光轮，滤光后成为特征红外光谱，检测被测物质的特定波长的红外光谱吸收值,通过测量模型得到涂层膜厚或含水率。

终端计算机系统程序框架有4个接口。接口1为PLC接口，采用三菱计算机连接协议。向PLC发送指令的同时，接收来自PLC上传的系统信息。接口2为探头接口，采用MODBUSRTU协议，读取探头关于氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率在线检测数据。接口3为冷却和过滤装置接口，采用MODBUSTCP协议，接收来自压力传感器气体压力信号。接口4为本系统上位机用户接口，采用MODBUSTCP协议，接收来自上位机用户上传的生产信息，如带钢速度、氧化镁品种、带钢代码等。同时上传检测数据给上位机用户。

终端计算机系统检测模型：任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。原子振动产生原子光谱、分子运动产生分子光谱，红外光谱属于分子光谱。根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。因此，振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度 A 或透过率T%表示。峰的强度遵守Lambert-Beer定律：

 I=K’I。e–αC　　或　A= lgI0/I =lg1/T=KC　　

式中：A为吸光度；T为透过率，T=I/I0；　I。和I分别为待测物体吸收前和吸收后的单色光强度；　C为涂膜厚度；α为材料吸收系数，随波长和材料而变； K’是考虑到除吸收之外，由于其他因素，如反射，弯曲，散射，颜色变化，晶格及其排列等引起的辐射损耗； K是吸收因子。

 在特征波长下，涂层中待测组分越多，其红外吸收值越大，即吸光度A越大，根据Lambert-Beer定律，吸光度A与C为涂膜厚度呈线性关系。氧化镁涂层红外图谱中，自由水是测量水分子的红外吸收，其红外波长为780um、1430um、1940um，含水率是测量羟基（－OH），其红外吸收波长为1210um；涂布量是测定Mg-O键，MgO 的吸收波长为1325 及1460 纳米。终端计算机系统检测模型建立步骤如下：

 收集/ 制备定标样品——→化学方法测定某成分含量 

　　　         ↓

 用近红外仪采集样品的光学数据 

　            ↓ 

光谱数据的数学转换(一阶或二阶导数) 

              ↓←——将化学方法测得数据输入 

回归计算 收集制备待测样品 

　            ↓ 

建立定标方程 近红外仪扫描待测样品 

　            ↓ ←—————┘ 

　　　　成分含量计算 

　            ↓ 

         最终结果

取向硅钢氧化镁涂布量、自由水和含水率在线检测系统能够实时、快速、准确地反映带钢氧化镁涂层质量具有较大的意义。

Claims (2)

1.一种带钢氧化镁涂层质量在线检测系统，它包括探头和终端计算机，其特征在于，所述探头带有电控行走机构、探头冷却吹扫机构；

所述探头电控行走机构包括位于带钢生产线两侧的支架；支架上端通过上下设置的两个导轨连接，上导轨一侧设置一个由一个PLC控制的伺服电机，电机通过减速器连接驱动齿轮带动同步轴以驱动上下导轨，所述探头包括两组，各自通过一个底座分别可左右移动地设置在上下导轨上，探头附属的管道及电缆通过一个坦克链随探头移动；

所述探头冷却吹扫机构它包括一个箱体，箱体带有进气口、一个出气口和一个通向传感器的接口，所述进气口利用管道依次通过一个长开的进气手动阀，进气电磁阀，冷却涡流管一级过滤器，调压阀、二级过滤器、三级过滤器和压力传感器连通传感器的接口，所述进气手动阀和进气电磁阀之间分出一路管道通过电磁阀、手动阀连接到所述出气口，所述进气电磁阀由PLC控制，所述进气手动阀由PC控制。

2.根据权利要求1所述的带钢氧化镁涂层质量在线检测系统，其特征在于，所述终端计算机连接所述探头并接收探头获得的数据，从而计算分析带钢氧化镁涂层质量包括氧化镁涂层涂布量、自由水和含水率。