CN106111926B - 一种结晶器保护渣厚度自动测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结晶器保护渣厚度自动测量方法及装置，包括加渣机和测量机构。第一加渣管（1）在摆动布料的过程中能带动其上安装的第一激光测距传感器（6）一起摆动，第二加渣管（18）在摆动布料的过程中能带动其上安装的第二激光测距传感器（14）一起摆动，第一移动平台（9）可在第一滚珠丝杆导轨（8）上运动，驱动第一激光测距传感器（6）沿第一加渣管（1）轴线方向运动，第二移动平台（13）可在第二滚珠丝杆导轨（11）上运动，驱动第二激光测距传感器（14）沿第二加渣管（18）轴线方向运动，通过程序协调控制宽度和厚度方向的运动节奏，就能利用第一激光测距传感器（4）和第二激光测距传感器（12）对整个加渣区域的保护渣厚度进行扫描测量。
Description
技术领域
本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种结晶器保护渣厚度自动测量方法及装置。
背景技术
在连铸生产中，结晶器内钢水表面必须覆盖一层适当厚度的保护渣，起隔离、润滑、调节成份等作用。工艺要求保护渣层厚度一般在10～15㎜比较合适，过厚或过薄都会影响铸坯质量，甚至使铸坯表面产生凹陷、裂纹或夹渣等缺陷。目前，在生产中测定保护渣厚度的方法有单丝法和双丝法。单丝法就是将一根铁丝插入结晶器钢水中，保持平稳，几秒后取出，观察铁丝表面的颜色变化和粘渣情况来确定厚度。双丝法就是把一根铜丝和一根钢丝绑在一起插入结晶器钢水中，保持平稳，几秒后取出，液渣温度高于铜丝熔点，但低于钢丝熔点，测量出铜丝和钢丝熔化后的长度差，即为液渣层的厚度。这两种方法都需要人工操作，测量的误差较大，属高温高危工况。([日]中森，连铸保护渣膜厚度和保护渣熔池厚度的测量系统[J],武钢技术，1990(2)：38-43.)本发明针对上述不足，在专利ZL201110362343.9，ZL201110032085.8，ZL201120031609.7，CN201510561924.3的基础上增设相关检测功能，设计了一种连铸结晶器渣厚自动测量装置，可达到较高的渣厚测量精度。
发明内容
本发明旨在克服现有人工测量技术的缺陷，提供一种自动化、测量精度较高的结晶器保护渣测量装置，能够实现连续、快速、精准测量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：加渣机、测量机构。测量机构安装在加渣机的加渣管上。
测量机构包括：第一滚珠丝杆导轨、第一步进电机、第一联轴器、第一激光测距传感器、第一移动平台、第一限位开关、第二限位开关、第一加渣管套筒、第二滚珠丝杆导轨、第二步进电机、第二联轴器、第二激光测距传感器、第二移动平台、第三限位开关、第四限位开关、第二加渣管套筒。
所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，第一加渣管、第二加渣管在摆动布料的工况下，第一步进电机、第二步进电机不工作，加渣机有矩形化补偿机构将加渣管出料口中心原本的弧线轨迹校正为直线轨迹(专利CN201510561924.3)，矩形化补偿机构使第一激光测距传感器、第二激光测距传感器沿结晶器宽度方向呈直线轨迹运动；第一加渣管、第二加渣管在停止摆动布料的工况下，第一步进电机、第二步进电机开始工作，第一激光测距传感器所在的第一移动平台可以在第一滚珠丝杆导轨上沿第一加渣管轴线方向运动，第二激光测距传感器所在的第二移动平台可以在第二滚珠丝杆导轨上沿第二加渣管轴线方向运动。
所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，第一加渣管套筒通过螺栓安装在第一加渣管伸出部分的前端，第一滚珠丝杆导轨安装在第一加渣管套筒上，第一移动平台安装在第一滚珠丝杆导轨上，第一移动平台可以随着丝杆的转动而移动，第一激光测距传感器固定安装在第一移动平台上，第一限位开关和第二限位开关安装在第一滚珠丝杆导轨的两端，第一步进电机通过第一联轴器和第一滚珠丝杆导轨的丝杆连接；第二加渣管套筒通过螺栓安装在第二加渣管伸出部分的前端，第二滚珠丝杆导轨安装在第二加渣管套筒上，第二移动平台安装在第二滚珠丝杆导轨上，第二移动平台可以随着丝杆的转动而移动，第二激光测距传感器固定安装在第二移动平台上，第三限位开关和第四限位开关安装在第二滚珠丝杆导轨的两端，第二步进电机通过第二联轴器和第二滚珠丝杆导轨的丝杆连接。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下积极效果：
1、第一加渣管、第二加渣管在摆动布料的过程中，安装在其上的第一激光测距传感器、第二激光测距传感器跟随一起摆动，可实现结晶器宽度方向对保护渣厚度进行扫描；同时，第一激光测距传感器所在的第一移动平台可以在第一滚珠丝杆导轨上沿第一加渣管轴线方向运动，第二激光测距传感器所在的第二移动平台可以在第二滚珠丝杆导轨上沿第二加渣管轴线方向运动，可实现结晶器厚度方向对保护渣厚度进行扫描；通过程序协调控制宽度和厚度方向的运动节凑，就能利用第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对整个加渣区域的保护渣厚度进行扫描测量。
2、第一激光测距传感器固定在第一移动平台上，第二激光测距传感器固定在第二移动平台上，随两个平台移动实现不同位置的测量，而且激光测距传感器的精度较高所以测量出来的数据比人工测量更加的精确。
3、加渣管套筒的设计可以与加渣管配合紧密，不会妨碍加渣管出料口出料，同时加渣管套筒采用螺栓紧固，便于加渣管套筒的安装和拆卸。
因此本发明具有结构简单、安装方便、测量精度高、测量路线可规划的特点。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的运动示意图；
图3为本发明的控制程序的流程图；
图4为第一加渣管上的测量机构结构示意图；
图5为第二加渣管上的测量机构结构示意图；
图6为加渣管套筒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围限制。
一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，其特征是该装置包括：加渣机和测量机构。加渣机如图1所示，测量机构安装在加渣机的两根加渣管上，采用型号为CD-30A的激光测距传感器，42式步进电机及电机控制器，NI多功能数据采集卡、稳压稳流电源，测量机构运动如图2所示，测量机构结构如图4和图5所示。
测量机构包括：第一滚珠丝杆导轨8、第一步进电机2、第一联轴器3、第一激光测距传感器6、第一移动平台9、第一限位开关4、第二限位开关7、第一加渣管套筒5、第二滚珠丝杆导轨11、第二步进电机17、第二联轴器16、第二激光测距传感器14、第二移动平台13、第三限位开关15、第四限位开关12、第二加渣管套筒10；第一加渣管套筒5安装在第一加渣管1的伸出部分的前端，第一移动平台9安装在第一加渣管套筒5上，第一激光测距传感器6安装在第一移动平台9上，第一限位开关4和第二限位开关7安装在第一滚珠丝杆导轨8的两端；第二加渣管套筒10安装在第二加渣管18的伸出部分的前端，第二移动平台13安装在第二加渣管套筒10上，第二激光测距传感器14安装在第二移动平台13上，第三限位开关15和第四限位开关12安装在第二滚珠丝杆导轨11的两端。
如图2所示，矩形化补偿技术的原理：取倾斜出料口的中间点作为分析对象，以第一加渣管1为例，第一加渣管1摆动的圆周速度为w，该点的瞬时速度为v切，特殊设计的矩形化补偿装置在x轴方向作直线运动，瞬时速度为v前，倾斜出料口的中间点的合速度为v合，只需保持v合的速度方向与结晶器的宽度方向一致，则可保证布料区域为矩形，第一加渣管1的切向速度为v切＝wR,补偿速度为v前＝v切sina＝wRsina。(束智伟，连铸结晶器加渣机布料区域矩形化补偿机构设计[J],工程设计学报，2015，22(5)：421-424.)
所述方法的控制程序的流程为：
S-1、初始化变量，把激光测距传感器在最内侧时激光测量点的位置定为坐标原点，平行于结晶器宽度方向定为x轴，平行于结晶器厚度方向定为y轴，初始坐标为(x,y,z)＝(0,0,0),z为激光测距传感器的测量值，实际采样点数c＝0,采样间隔△t＝0.1s,运行时间t＝0,电机方向值i＝0；
S-2、判断第一加渣管1和第二加渣管18是否摆转，即判断角速度w是否等于0,若是则进行S-8，若不是则执行下一步；
S-3、第一步进电机2和第二步进电机17不工作；
S-4、第一激光测距传感器6和第二激光测距传感器14开机，在结晶器宽度方向对保护渣厚度进行扫描；
S-5、x＝vt,v为加渣管出料口中心在x轴方向上得到的补偿速度，v＝v合，y＝0,z为激光测距传感器得到的测量值；
S-6、每隔△t＝0.1s进行数据采集并实时保存；
S-7、判断实际采样点数c是否达到目标采样点数h,若是则执行S-14，若不是则返回S-6；
S-8、第一步进电机2和第二步进电机17工作；
S-9、第一激光测距传感器6和第二激光测距传感器14开机，在结晶器厚度方向对保护渣厚度进行扫描；
S-10、x＝0,y＝rnt,n为步进电机转速，r为丝杆导程，t为程序运行时间，z为激光测距传感器得到的测量值；
S-11、每隔△t＝0.1s进行数据采集并实时保存；
S-12、判断第一移动平台9和第二移动平台13是否触碰接通限位开关使i值由0跳变为1，若是则第一步进电机2和第二步进电机17反方向转动，采样点坐标x＝0,y＝[t-s/(rn)]v,s为丝杆滑台的有效行程，z为激光测距传感器得到的测量值，程序返回S-11，若不是则进行下一步；
S-13、判断实际采样点数c是否达到目标采样点数h，若是则进行下一步，若不是则返回S-11；
S-14、输出结果。
所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，第一加渣管套筒5通过螺栓固定在第一加渣管1伸出部分的前端，第一滚珠丝杆导轨8安装在第一加渣管套筒5上，第一移动平台9安装在第一滚珠丝杆导轨8上，第一激光测距传感器6安装在第一移动平台9上，第一限位开关4和第二限位开关7安装在第一滚珠丝杆导轨8的两端，第一步进电机2和第一滚珠丝杆导轨8的丝杆通过第一联轴器3连接；第二加渣管套筒10通过螺栓固定在第二加渣管18伸出部分的前端，第二滚珠丝杆导轨11安装在第二加渣管套筒10上，第二移动平台13安装在第二滚珠丝杆导轨11上，第二激光测距传感器14安装在第二移动平台13上，第三限位开关15和第四限位开关12安装在第二滚珠丝杆导轨11的两端，第二步进电机17和第二滚珠丝杆导轨11的丝杆通过第二联轴器16连接；第一加渣管1和第二加渣管18在摆动的过程中会带动其上面的第一激光测距传感器6和第二激光测距传感器14一起运动，第一激光测距传感器6所在的第一移动平台9可以在第一滚珠丝杆导轨8上实现沿第一加渣管1方向的运动，第二激光测距传感器12所在的第二移动平台13可以在第二滚珠丝杆导轨11上实现沿第二加渣管18方向的移动，这就使第一激光测距传感器4和第二激光测距传感器12的工作范围覆盖了整个加渣区域。
Claims (4)
1.一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，该装置包括：加渣机和测量机构，测量机构安装在加渣机的两根加渣管上；
测量机构包括：第一步进电机(2)、第一联轴器(3)、第一限位开关(4)、第一加渣管套筒(5)、第一激光测距传感器(6)、第二限位开关(7)、第一滚珠丝杆导轨(8)、第一移动平台(9)、第二步进电机(17)、第二联轴器(16)、第三限位开关(15)、第二加渣管套筒(10)、第二激光测距传感器(14)、第四限位开关(12)、第二滚珠丝杆导轨(11)、第二移动平台(13)，测量平台安装在加渣管套筒上的预留位置。
2.如权利要求1所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，其特征是：第一加渣管套筒(5)通过螺栓固定在第一加渣管(1)伸出部分的前端，第一滚珠丝杆导轨(8)安装在第一加渣管套筒(5)上，第一移动平台(9)安装在第一滚珠丝杆导轨(8)上，第一激光测距传感器(6)固定安装在第一移动平台(9)上，第一限位开关(4)和第二限位开关(7)安装在第一滚珠丝杆导轨(8)的两端，第一步进电机(2)和第一滚珠丝杆导轨(8)的丝杆通过第一联轴器(3)连接，第二加渣管套筒(10)通过螺栓固定在第二加渣管(18)伸出部分的前端，第二滚珠丝杆导轨(11)安装在第二加渣管套筒(10)上，第二移动平台(13)安装在第二滚珠丝杆导轨(11)上，第二激光测距传感器(14)安装在第二移动平台(13)上，第三限位开关(15)和第四限位开关(12)安装在第二滚珠丝杆导轨(11)的两端，第二步进电机(17)和第二滚珠丝杆导轨(11)的丝杆通过第二联轴器(16)连接；
3.如权利要求1所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置，其特征是：第一加渣管(1)在摆动的过程中会带动其上面的第一激光测距传感器(6)沿结晶器宽度方向呈直线轨迹运动，第二加渣管(18)在摆动的过程中会带动其上面的第二激光测距传感器(14)沿结晶器宽度方向呈直线轨迹运动,第一移动平台(9)在第一滚珠丝杆导轨(8)上运动时带动第一激光测距传感器(6)沿着第一加渣管(1)的轴线方向运动，第二移动平台(13)在第二滚珠丝杆导轨(11)上运动时，带动第二激光测距传感器(14)沿着第二加渣管(18)的轴线方向运动，第一限位开关(4)和第二限位开关(7)用来限制第一移动平台(9)的运动范围，第三限位开关(15)和第四限位开关(12)用来限制第二移动平台(13)的运动范围，这就使第一激光测距传感器(4)和第二激光测距传感器(12)的工作范围覆盖了整个加渣区域；
4.一种使用如权利要求1～3任一项所述的一种结晶器保护渣厚度自动测量装置的方法，其特征在于所述方法的控制程序流程为：
S-1、初始化变量，把激光测距传感器在最内侧时激光测量点的位置定为坐标原点，平行于结晶器宽度方向定为x轴，平行于结晶器厚度方向定为y轴，初始坐标为(x,y,z)＝(0,0,0),z为激光测距传感器的测量值，实际采样点数c＝0,采样间隔△t＝0.1s,运行时间t＝0,电机方向值i＝0；
S-2、判断第一加渣管(1)和第二加渣管(18)是否摆转，即判断角速度w是否等于0,若是则进行S-8，若不是则执行下一步；
S-3、第一步进电机(2)和第二步进电机(17)不工作；
S-4、第一激光测距传感器(6)和第二激光测距传感器(14)开机，在结晶器宽度方向对保护渣厚度进行扫描；
S-5、x＝vt,v为加渣管出料口中心在x轴方向上得到的补偿速度，v＝v合，y＝0,z为激光测距传感器得到的测量值；
S-6、每隔△t＝0.1s进行数据采集并实时保存；
S-7、判断实际采样点数c是否达到目标采样点数h,若是则执行S-14，若不是则返回S-6；
S-8、第一步进电机(2)和第二步进电机(17)工作；
S-9、第一激光测距传感器(6)和第二激光测距传感器(14)开机，在结晶器厚度方向对保护渣厚度进行扫描；
S-10、x＝0,y＝rnt,n为步进电机转速，r为丝杆导程，t为程序运行时间，z为激光测距传感器得到的测量值；
S-11、每隔△t＝0.1s进行数据采集并实时保存；
S-12、判断第一移动平台(9)和第二移动平台(13)是否触碰接通限位开关使i值由0跳变为1，若是则第一步进电机(2)和第二步进电机(17)反方向转动，采样点坐标x＝0,y＝[t-s/(rn)]v,s为丝杆滑台的有效行程，z为激光测距传感器得到的测量值，程序返回S-11，若不是则进行下一步；
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