CN107520257A - 带钢机械性能在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带钢机械性能在线检测系统，本系统包括升降机构、控制机构、探头组件和智能终端；升降机构通过支撑底座和长/短行程升降单元使得升降平台升降及探头组件；控制机构由升降伺服驱动器和PLC控制器构成，并通过长行程升降单元驱动升降平台升降；探头组件由磁场发生器提供发射/接收探头的检测磁场并将接收的信号经前置放大器、滤波放大器和模数转换模块后得到检测信号，激光测距传感器的测距信号输入PLC控制器；智能终端接收模数转换模块的检测信号并与PLC控制器电连接。本系统实现带钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等机械性能的在线非接触性检测，提高了检测的准确性，对带钢轧制工艺调整和稳定产品质量具有指导意义。

Description

带钢机械性能在线检测系统

技术领域

本发明涉及一种带钢机械性能在线检测系统。

背景技术

对板材轧制技术而言，下游用户对轧件的质量要求越来越高，通常来讲，冷轧板的质量指标主要有几何尺寸精度、表面质量、机械性能、内部缺陷等。其中，机械性能参数（如屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等）的技术要求通常被认为是最重要的。显然，向客户提供具有准确的、合格的机械性能指标的带材是钢厂提高其市场竞争力的前提条件之一。

当前，世界上绝大多数钢厂确定轧件（如冷轧板）的机械性能指标的方法为：轧件在完成每个生产工序后，采集标准样件送到力学实验室，通过实验室拉伸等力学实验，来获取性能参数。但由于实验室检测的非连续性，不可能在线获取对应生产过程的带钢机械性能参数，只对带钢的头尾进行检测，并不能完全保证带钢在整卷长度方向上机械性能指标都是受控的，因此离线检测所获得的结论只能有限地用于指导工艺调整和稳定产品质量。鉴于板材生产机组的生产连续性，需要及时反映生产过程工艺参数变化，对板材机械性能指标实施在线监测，一旦发现偏离，马上作出调整，以保证生产过程稳定受控。因此，带钢机械性能在线检测对于降低制造成本、减少次品或废品发生概率，全面提升产品质量、减少用户异议率、增加企业效益显得十分必要。

带钢机械性能在线检测理论上可以采用电磁感应法，电磁感应法一般为单磁检测，从铁磁材料的物理化学性能与电磁性能的关系可知：材料的金相组织和力学性能对矫顽磁力、磁导率和电导率等有很大影响。因此, 根据电涡流检测原理, 只要测出电导率、磁导率等的变化, 便可反映出材料机械性能的变化。通过在运行带钢的上下两侧安装两个电磁线圈对带钢进行初始激励，然后带钢下游上下两侧安装检测线圈测量出感应信号，然后对信号进行数学处理，带钢的机械性能参数可以由之前定义好的电磁参数和机械性能参数之间的映射关系获得。但是，由于作为检出值的电涡流阻抗值与钢材机械性能之间存在较严重的非线性，相同牌号不同炉号钢材的电磁特性相差较大，因此，采用电磁感应法进行带钢机械性能在线准确检测存在相当困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带钢机械性能在线检测系统，本系统克服了传统带钢机械性能检测的缺陷，实现带钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等机械性能的在线非接触性检测，提高了检测的准确性，对带钢轧制工艺调整和稳定产品质量具有指导意义。

为解决上述技术问题，本发明带钢机械性能在线检测系统包括升降机构、控制机构、探头组件和智能终端；

所述升降机构包括支撑底座、升降平台、长行程升降单元和短行程升降单元，所述长行程升降单元设于所述支撑底座，所述升降平台设于所述长行程升降单元顶端并且通过长行程升降单元驱动升降，所述短行程升降单元设于所述升降平台顶面；

所述控制机构包括升降伺服驱动器和PLC控制器，所述升降伺服驱动器设于所述长行程升降单元底端并且驱动长行程升降单元的升降；所述PLC控制器与所述升降伺服驱动器电连接；

所述探头组件包括磁场发生器、发射/接收探头、前置放大器、滤波放大器、模数转换模块和激光测距传感器，所述探头组件设于所述短行程升降单元并且通过短行程升降单元驱动升降，所述磁场发生器的磁信号输出端连接所述发射/接收探头的信号输入端，所述发射/接收探头的信号输出端连接所述前置放大器的输入端，所述前置放大器的输出端连接所述滤波放大器的输入端，所述滤波放大器的输出端连接所述模数转换模块的输入端，所述激光测距传感器的信号输出端连接所述PLC控制器的信号输入端；

所述智能终端的信号输入端连接所述模数转换模块的输出端，并且所述智能终端与所述PLC控制器电连接。

进一步，所述探头组件还包括保护壳体，所述保护壳体设于所述升降平台，所述磁场发生器、发射/接收探头、前置放大器、滤波放大器、模数转换模块和激光测距传感器设于所述保护壳体内。

进一步，本系统还包括防撞支架和带钢支撑辊，所述防撞支架设于所述升降机构两侧，所述带钢支撑辊设于所述防撞支架顶端。

进一步，所述智能终端是工控计算机，所述工控计算机通过RS485接口连接所述PLC控制器。

由于本发明带钢机械性能在线检测系统采用了上述技术方案，即本系统包括升降机构、控制机构、探头组件和智能终端；升降机构通过支撑底座和长/短行程升降单元使得升降平台及探头组件升降；控制机构由升降伺服驱动器和PLC控制器构成，并通过长行程升降单元驱动升降平台升降；探头组件由磁场发生器提供发射/接收探头的检测磁场并将接收的信号经前置放大器、滤波放大器和模数转换模块后得到检测信号，激光测距传感器的测距信号输入PLC控制器；智能终端接收模数转换模块的检测信号并与PLC控制器电连接。本系统克服了传统带钢机械性能检测的缺陷，实现带钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等机械性能的在线非接触性检测，提高了检测的准确性，对带钢轧制工艺调整和稳定产品质量具有指导意义。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明带钢机械性能在线检测系统的结构示意图；

图2为本系统中探头组件的原理框图；

图3为本系统中智能终端的功能示意图。

具体实施方式

实施例如图1和图2所示，本发明带钢机械性能在线检测系统包括升降机构、控制机构、探头组件和智能终端；

所述升降机构包括支撑底座11、升降平台12、长行程升降单元13和短行程升降单元14，所述长行程升降单元13设于所述支撑底座11，所述升降平台12设于所述长行程升降单元13顶端，所述短行程升降单元14设于所述升降平台12顶面；

所述控制机构包括升降伺服驱动器21和PLC控制器22，所述升降伺服驱动器21设于所述长行程升降单元13底端并且驱动长行程升降单元13的升降；所述PLC控制器22与所述升降伺服驱动器21电连接；

所述探头组件3包括磁场发生器31、发射/接收探头32、前置放大器33、滤波放大器34、模数转换模块35和激光测距传感器36，所述探头组件3设于所述短行程升降单元14并且通过短行程升降单元14驱动升降，所述磁场发生器31的磁信号输出端连接所述发射/接收探头32的信号输入端，所述发射/接收探头32的信号输出端连接所述前置放大器33的输入端，所述前置放大器33的输出端连接所述滤波放大器34的输入端，所述滤波放大器34的输出端连接所述模数转换模块35的输入端，所述激光测距传感器36的信号输出端连接所述PLC控制器22的信号输入端；

所述智能终端4的信号输入端连接所述模数转换模块35的输出端，并且所述智能终端4与所述PLC控制器22电连接。

优选的，所述探头组件3还包括保护壳体37，所述保护壳体37设于所述升降平台12，所述磁场发生器31、发射/接收探头32、前置放大器33、滤波放大器34、模数转换模块35和激光测距传感器36设于所述保护壳体37内。保护壳体对探头组件中的各部件提供有效保护，避免各部件在带钢轧制的恶劣环境中损坏，以提高使用寿命。

优选的，本系统还包括防撞支架6和带钢支撑辊5，所述防撞支架6设于所述升降机构两侧，所述带钢支撑辊5设于所述防撞支架6顶端。在生产现场，防撞支架用于保护本系统的探头组件，避免撞击损坏，带钢支撑辊用于将带钢拉紧，减少带钢的抖动，以提高检测精度。

优选的，所述智能终端4是工控计算机，所述工控计算机通过RS485接口连接所述PLC控制器22。

在实施带钢机械性能在线检测时，本系统通过支撑底座11设置于轧制生产机组的带钢7下方，升降机构实现探头组件3的升降，当带钢轧制机组初运行时，长行程升降单元13通过升降伺服驱动器21驱动，使得升降平台12垂直方向移动以接近或离开带钢7表面，升降伺服驱动器21通过PLC控制器22控制，以控制探头组件3的准确位置，当带钢轧制机组运行稳定后，短行程升降单元14单独驱动探头组件3提升到检测位置，激光测距传感器36用于测量探头组件3距离带钢7表面的准确距离。当机组停机时，长行程升降单元13通过升降平台12控制探头组件3下降，以保护探头组件3；实施检测时，探头组件3上升到离带钢2～5mm距离处，准确距离可在智能终端4上设定，并通过PLC控制器22控制，激光测距传感器36反馈距离信息，从而得到准确距离控制，然后距离信息可在智能终端4上显示。当机组运行处于稳定状态时，探头组件3即可开始在线实时检测带钢7的机械性能参数，包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等参数。本系统中探头组件3的控制核心是PLC控制器22，探头组件3完全按PLC控制器22预先设定的程序运行，整个探头组件3的控制状态以及具体控制指令的发送由智能终端4控制发信，检测人员只需通过智能终端4就能监视和操纵整个带钢机械性能在线检测过程。本系统中长行程升降单元可以采用齿条或螺杆通过伺服电机驱动实现升降；短行程升降单元可以采用伺服电机的旋转轴直接驱动探头组件进行微距升降，从而实现探头组件与带钢间距的精确控制，既保证本系统的检测精度，又避免探头组件在带钢轧制过程中被打坏。

探头组件3提供带钢机械性能在线检测数据，检测时磁场发生器31产生用于检测的磁场并传输至发射/接收探头32，磁场通过发射器发射到带钢表面，同时接收器接收带钢反射的励磁场的高次谐波信号、电涡流信号、磁导率增量信号，前置放大器33将接收到的励磁场的高次谐波信号、电涡流信号、磁导率增量信号进行放大，并通过滤波放大器34进行信号滤波和再次放大，模数转换模块35将放大后的模拟信号转换成数字信号（检测信号）并传输至智能终端4。智能终端4通过最小二乘多参数回归方法和模式识别等数学处理方法对检测信号进行分析和处理，形成带钢屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等检测数据。

如图3所示，本系统的智能终端4具有四方面作用，其一是与控制机构2通讯，通过智能终端4设定探头组件3的控制参数，如探头组件3与带钢7的距离、探头组件3上升/下降速度等；选择探头组件3的运行方式，如自动升降方式和手动升降方式；向控制机构2发送指令，如开始和停止等；读取控制机构2的状态数据，如探头组件3的准确位置，以及探头组件3的状态显示和报警。其二是与轧制生产机组的上位计算机8通讯，读取上位计算机8下传的钢卷代码、钢种、钢卷规格、带钢速度、平整机压下率、拉矫机延伸率等参数；上传上位计算机8需要的包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等机械性能数据，上传机械性能数据对应的带钢长度方向上具体位置，以及用户需要的其它设备状态/参数/数据。其三是与探头组件3通讯，接收探头组件3的检测信号，通过最小二乘多参数回归方法和模式识别等数学处理方法对检测信号进行分析和处理，形成屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等检测结果，并对检测数据进行存贮、显示、打印；向探头组件3发送检测相关参数，如测量速度、增量磁导率增益、磁化电源参数等。其四是智能终端4自身软/硬件系统功能，如智能终端功能/性能/通讯方式/辅助设施，画面显示方式和内容、以及用户要求的特殊功能等。

本系统是基于多磁综合测量法的带钢机械性能在线检测系统，多磁综合测量法是指在被检测物体表面发射高次谐波信号、电涡流信号、磁导率信号等三种磁场信号，同时，对这三种磁场信号进行接收，根据三种磁场信号的前后变化情况，再通过最小二乘多参数回归方法和模式识别等数学处理方法对三种磁场信号进行分析和处理，形成屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等检测结果。该测量方法消除了单磁检测法（如电涡流测量法）检测误差大，检测不确定因素多等问题。因此本系统是将多参数－微磁－微观组织及应力测量技术综合起来考虑，解决了电磁感应法由于存在检出值的涡流阻抗值与钢材机械性能之间较严重的非线性而导致检测准确性差的问题；因此，采用多磁综合测量法的本系统在准确高效地在线实时检测带钢机械性能上具有重要作用。

Claims (4)

1.一种带钢机械性能在线检测系统，其特征在于：本系统包括升降机构、控制机构、探头组件和智能终端；

所述升降机构包括支撑底座、升降平台、长行程升降单元和短行程升降单元，所述长行程升降单元设于所述支撑底座，所述升降平台设于所述长行程升降单元顶端并且通过长行程升降单元驱动升降，所述短行程升降单元设于所述升降平台顶面；

所述控制机构包括升降伺服驱动器和PLC控制器，所述升降伺服驱动器设于所述长行程升降单元底端并且驱动长行程升降单元的升降；所述PLC控制器与所述升降伺服驱动器电连接；

所述探头组件包括磁场发生器、发射/接收探头、前置放大器、滤波放大器、模数转换模块和激光测距传感器，所述探头组件设于所述短行程升降单元并且通过短行程升降单元驱动升降，所述磁场发生器的磁信号输出端连接所述发射/接收探头的信号输入端，所述发射/接收探头的信号输出端连接所述前置放大器的输入端，所述前置放大器的输出端连接所述滤波放大器的输入端，所述滤波放大器的输出端连接所述模数转换模块的输入端，所述激光测距传感器的信号输出端连接所述PLC控制器的信号输入端；

所述智能终端的信号输入端连接所述模数转换模块的输出端，并且所述智能终端与所述PLC控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的带钢机械性能在线检测系统，其特征在于：所述探头组件还包括保护壳体，所述保护壳体设于所述升降平台，所述磁场发生器、发射/接收探头、前置放大器、滤波放大器、模数转换模块和激光测距传感器设于所述保护壳体内。

3.根据权利要求1或2所述的带钢机械性能在线检测系统，其特征在于：本系统还包括防撞支架和带钢支撑辊，所述防撞支架设于所述升降机构两侧，所述带钢支撑辊设于所述防撞支架顶端。

4.根据权利要求1或2所述的带钢机械性能在线检测系统，其特征在于：所述智能终端是工控计算机，所述工控计算机通过RS485接口连接所述PLC控制器。