CN111957749B - 一种型钢预弯智能控制方法和应用其的型钢冷床 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金行业轧钢技术领域，公开了一种型钢预弯智能控制方法和应用其的型钢冷床。该方法的步骤包括：采集冷床本体入口辊道上型钢的初始形状和初始温度值建立型钢预弯初始模型，结合型钢的长度尺寸、钢种以及自然冷却温度通过型钢预弯初始模型计算出型钢的自由弯曲曲线，并根据自由弯曲曲线计算出型钢的预弯曲线参数；控制上料预弯小车进行取料，并根据预弯曲线参数控制上料预弯小车移动至预弯终点位，以完成预弯；型钢放置冷床本体上进行自然冷却，并实时采集型钢的实际弯曲曲线，判断实际弯曲曲线与预设曲线的匹配度，若不匹配，采集型钢的位置数据以得到实际弯曲曲线的修正数据信息，并根据修正数据信息对预弯曲线参数进行修正。

Description

一种型钢预弯智能控制方法和应用其的型钢冷床

技术领域

本发明属于冶金行业轧钢技术领域，具体涉及一种型钢预弯智能控制方法和应用其的型钢冷床。

背景技术

在冶金领域的型钢热轧生产线上，型钢在冷床上的冷却过程中，若所生产的型钢为长尺型不对称截面的型钢，则通常会因为断面的不对称造成的收缩率不同，而使得型钢发生较大的弯曲变形，从而直接影响了型钢后续的矫直工序。甚至还会因为较大的弯曲变形使得型钢产生裂纹等质量缺陷。因此，通常需要对该种型钢进行预弯后，再通过冷床进行冷却，以使得型钢在冷却到所需温度时能够保证较好的平直度或刚好处于平直。

现有技术中，对型钢进行预弯通常的做法是人工操作。人工通过反复调整参数形成经验数据，来拟合一个相对合适的预弯曲线。但此方法人工成本较高且较繁琐，预弯的精度较低，同时，由于季节变化、环境温度的影响、初始设备情况的不同，往往使得人工操作很难有效地控制合适的预弯量，使得型钢无法达到较为良好的平直度的要求。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种型钢预弯智能控制方法，使得型钢在冷床冷却过程中能够实现智能控制预弯过程，从而能够有效地避免人为干预，并有效地提高型钢的平直度。

本发明的型钢预弯智能控制方法的步骤包括：步骤一，采集冷床本体入口辊道上型钢的初始形状和初始温度值，建立型钢预弯初始模型，结合型钢的长度尺寸、钢种以及自然冷却温度，通过型钢预弯初始模型计算出型钢的自由弯曲曲线，并根据自由弯曲曲线计算出型钢的预弯曲线参数；步骤二，控制上料预弯小车对型钢进行取料，并根据预弯曲线参数控制上料预弯小车移动至预弯终点位，以完成对型钢的预弯；步骤三，完成预弯的型钢放置冷床本体上进行自然冷却，并实时采集型钢的实际弯曲曲线的数据信息，判断实际弯曲曲线与预设曲线的匹配度，若不匹配，采集型钢的位置数据，以得到实际弯曲曲线的修正数据信息，并根据修正数据信息对预弯曲线参数进行自学习修正；步骤四，控制下料小车对型钢进行取料至输出辊道。

进一步地，步骤一进一步包括：通过设置在冷床本体入口的上方位置的三维扫描仪和测温仪，以对型钢的初始形状进行扫描，对型钢的初始温度进行采集，从而得到初始形状和初始温度值。

进一步地，步骤二进一步包括：通过设置在上料预弯小车上的激光测距仪检测型钢在入口辊道上的位置；通过设置在上料预弯小车上的距离控制编码器结合激光测距仪的测量数据，控制上料预弯小车横移至取钢的起始位置进行取料；上料预弯小车上的距离控制编码器再根据预弯曲线参数控制上料预弯小车横移至预弯终点位，以完成对型钢的预弯。

进一步地，步骤三进一步包括：通过设置在冷床本体上方且靠近冷床本体出口的位置的三维扫描仪对型钢的实际弯曲形状进行扫描，以得到实际弯曲曲线，若实际弯曲曲线与预设曲线不匹配时，通过设置在下料小车上的激光测距仪测量型钢在冷床本体上的位置，并生成修正数据信息，并输送至型钢预弯初始模型，以对预弯曲线参数进行实时修正。

进一步地，步骤三还进一步包括：通过设置在冷床本体上方且靠近冷床本体出口的测温仪对型钢的终冷温度进行采集，若终冷温度满足型钢的下料温度要求时，实施步骤四；若不满足，开启预设在冷床本体中部区域的强制冷却装置，以修正型钢的下料温度。

进一步地，步骤四进一步包括：通过设置在下料小车上的距离控制编码器结合下料小车上的激光测距仪的测量数据，控制下料小车移至取钢的起始位置进行取料。

本发明还提出了一种型钢冷床，应用上述型钢预弯智能控制方法。该型钢冷床包括：冷床本体，冷床本体的用于与输入辊道相连的上料端并列设置有多个上料预弯小车，冷床本体的用于与输出辊道相连的下料端并列设置有多个下料小车；设置在上料端的上方位置的第一图像采集装置和第一温度采集装置，第一图像采集装置用于采集上料端的型钢的初始形状，第一温度采集装置用于采集上料端的型钢的初始温度值；与各上料预弯小车电连接的预弯控制系统，预弯控制系统设置成：能够根据初始形状和初始温度值建立型钢预弯初始模型，并能够通过型钢预弯初始模型计算出型钢的自由弯曲曲线，并能够根据自由弯曲曲线计算出型钢的预弯曲线参数，以将预弯曲线参数输出至冷床的冷却过程控制计算机；数据修正系统，数据修正系统设置成：能够实时采集型钢的实际弯曲曲线的数据信息，以得到修正数据信息输出至冷床控制系统(冷床PLC系统)，并能够根据修正数据信息对预弯曲线参数进行修正。

进一步地，上料预弯小车和下料小车均包括：小车本体；设置在小车本体上的带有距离控制编码器的横移装置；设置在小车本体上的激光测距仪；其中，距离控制编码器和激光测距仪均与预弯控制系统电连接，距离控制编码器用于控制小车本体通过横移装置移动的距离，激光测距仪用于测量型钢在冷床本体上的位置数据。

进一步地，数据修正系统包括设置在靠近冷床本体的上方且靠近下料端的位置的第二图像采集装置，第二图像采集装置用于采集型钢的实际弯曲曲线。

进一步地，数据修正系统还包括：设置在冷床本体的中部区域的强制冷却装置，强制冷却装置与冷床本体的冷床控制系统电连接，强制冷却装置设置成能够在冷床控制系统的控制下开启和关闭；和设置在靠近冷床本体的上方且靠近下料端的位置的第二温度采集装置，第二温度采集装置用于采集型钢的终冷温度。

本发明的型钢预弯智能控制方法和型钢冷床具有以下几方面的优点：

1)本发明的型钢预弯智能控制方法和型钢冷床可以实时监测型钢的弯曲度和温度值，并能够实时为上料预弯小车提供动作执行数据，通过为每一支型钢自动计算一条预弯曲线参数，并通过对上料预弯小车精准执行，从而实现对型钢的预弯的精准操作；

2)本发明的型钢预弯智能控制方法和型钢冷床还可以自动修正优化预弯曲线参数，从而实现了闭环控制预弯的操作，提高型钢自由冷却后的平直度。

3)本发明的型钢预弯智能控制方法和型钢冷床的整个实施过程无需人工干预，从而有效地降低了工人劳动强度和人工成本，提高了生产效率以及产品质量。

附图说明

图1为本发明实施例的型钢预弯智能控制方法的步骤流程图；

图2为图1所示的型钢预弯智能控制方法的系统流程图；

图3为本发明实施例的型钢冷床的平面布置示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种型钢预弯智能控制方法做进一步详细的描述。

图1示出了根据本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100的步骤流程图；图2示出了根据本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100的系统流程图。图3示出了根据本发明实施例的型钢冷床200的平面布置示意图。其中，该型钢冷床200为实现本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100的一个实施例。

下面将结合图3所示的型钢冷床200对本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100做进一步详细的描述。结合图3所示，该型钢冷床200包括：冷床本体1，冷床本体1的用于与输入辊道相连的上料端并列设置有多个上料预弯小车2，冷床本体1的用于与输出辊道相连的下料端并列设置有多个下料小车3；设置在上料端的上方位置的第一图像采集装置4和第一温度采集装置5，第一图像采集装置4用于采集上料端的型钢10的初始形状，第一温度采集装置5用于采集上料端的型钢10的初始温度值；与各上料预弯小车2电连接的预弯控制系统，预弯控制系统设置成：能够根据初始形状和初始温度值建立型钢预弯初始模型，并通过型钢预弯初始模型计算出型钢10的自由弯曲曲线，并能够根据自由弯曲曲线计算出型钢10的预弯曲线参数，以将预弯曲线参数输出至冷床的冷却过程控制计算机；数据修正系统，数据修正系统设置成：能够实时采集型钢10的实际弯曲曲线的数据信息，以得到修正数据信息输出至冷床控制系统(冷床PLC系统)，并能够根据修正数据信息对预弯曲线参数进行修正。

优选地，上料预弯小车2和下料小车3均可包括：小车本体；设置在小车本体上的带有距离控制编码器20的横移装置；设置在小车本体上的激光测距仪30。其中，距离控制编码器20和激光测距仪30均与预弯控制系统电连接，距离控制编码器20用于控制小车本体通过横移装置移动的距离，激光测距仪30用于测量型钢10在冷床本体1上的位置数据。

优选地，数据修正系统可包括设置在靠近冷床本体1的上方且靠近下料端的位置的第二图像采集装置6，第二图像采集装置6用于采集型钢10的实际弯曲曲线。优选地，数据修正系统还可包括：设置在冷床本体1的中部区域的强制冷却装置8，强制冷却装置8与冷床本体1的冷床控制系统电连接，强制冷却装置8设置成能够在冷床控制系统的控制下开启和关闭；和设置在靠近冷床本体1的上方且靠近下料端的位置的第二温度采集装置7，第二温度采集装置7用于采集型钢10的终冷温度。

在一个优选地实施方式中，第一图像采集装置4和第二图像采集装置6可为三维扫描仪。第一温度采集装置5和第二温度采集装置7可为高温计。其中，三维扫描仪能够输出点云数据，以检测型钢10的实际弯曲形状，从而能够有效地提高实际弯曲形状的精准度。测温仪可选用高温计，高温计实时采集型钢10的温度变化，并输入给型钢预弯初始模型。

在一个优选地实施方式中，强制冷却装置8可使用强制风冷或水冷的方式对型钢10进行强制制冷。优选地，强制冷却装置8的冷却强度可设置为强度可调。

结合上文描述的型钢冷床200，本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100的步骤包括：

步骤一S01，采集冷床本体1入口辊道上型钢10的初始形状和初始温度值，建立型钢预弯初始模型，结合型钢10的长度尺寸、钢种以及自然冷却温度，通过型钢预弯初始模型计算出型钢10的自由弯曲曲线，并根据自由弯曲曲线计算出型钢10的预弯曲线参数；

步骤一S01进一步包括：通过设置在冷床本体1入口的上方位置的三维扫描仪和测温仪，以对型钢10的初始形状进行扫描，对型钢10的初始温度进行采集，从而得到初始形状和初始温度值。

步骤二S02，控制上料预弯小车2对型钢10进行取料，并根据预弯曲线参数控制上料预弯小车2移动至预弯终点位，以完成对型钢10的预弯；

步骤二S02可进一步包括：通过设置在上料预弯小车2上的激光测距仪30检测型钢10在入口辊道上的位置；通过设置在上料预弯小车2上的距离控制编码器20结合激光测距仪30的测量数据，控制上料预弯小车2横移至取钢的起始位置进行取料；上料预弯小车2上的距离控制编码器20再根据预弯曲线参数控制上料预弯小车2横移至预弯终点位，以完成对型钢10的预弯。

步骤三S03，完成预弯的型钢10放置冷床本体1上进行自然冷却，并实时采集型钢10的实际弯曲曲线的数据信息，判断实际弯曲曲线与预设曲线的匹配度，若不匹配，采集型钢10的位置数据，以得到实际弯曲曲线的修正数据信息，并根据修正数据信息对预弯曲线参数进行自学习修正；

步骤三S03可进一步包括：通过设置在冷床本体1上方且靠近冷床本体1出口的位置的三维扫描仪对型钢10的实际弯曲形状进行扫描，以得到实际弯曲曲线，若实际弯曲曲线与预设曲线不匹配时，通过设置在下料小车3上的激光测距仪30测量型钢10在冷床本体1上的位置，并生成修正数据信息，并输送至型钢预弯初始模型，以对预弯曲线参数进行实时修正。其中，预设曲线形状可理解为具有预设平直度的型钢10的形状，例如，可将预设曲线形状设定为近似直线，这样，当实际弯曲形状与近似直线的形状差异较大时，通过测量型钢10在冷床本体输入辊道上的位置，并生成形状差异较大的位置的修正数据信息，并输送至型钢预弯初始模型，以对预弯曲线参数进行修正。

步骤三S03还可进一步包括：通过设置在冷床本体1上方且靠近冷床本体1出口的测温仪对型钢10的终冷温度进行采集，若终冷温度满足型钢10的下料温度要求时，实施步骤四；若不满足，开启预设在冷床本体1中部区域的强制冷却装置8，以修正型钢10的下料温度。其中，终冷温度即是型钢10通过冷床本体1自然冷却后的温度。

步骤四S04，控制下料小车3对型钢10进行取料至输出辊道。步骤四S04可进一步包括：通过设置在下料小车上的距离控制编码器20结合下料小车上的激光测距仪30的测量数据，控制设置在下料小车3移至取钢的起始位置进行取料。

本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100和型钢冷床200在型钢10通过冷床本体1自然冷却前，通过上料预弯小车2对钢轨预先进行了一个与自然冷却后的弯曲方向相反的反向弯曲，随着冷床本体1对型钢10冷却的进行，所施加的预弯曲能够“补偿”型钢10自然冷却过程形成的应力弯曲，从而最终达到改善型钢10的平直度目的。本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100还通过实时检测型钢10在冷床本体1冷却过程中的实际弯曲曲线的数据信息，判断型钢10在预弯后的冷却过程中的是否满足的预设要求，从而能够在不满足预设要求时通过采集型钢10的位置数据，以得到实际弯曲曲线的修正数据信息，并根据修正数据信息对预弯曲线参数进行修正，从而使得后续的型钢能够根据修正后的预弯曲线参数进行预弯，从而能够有效地改善型钢的平直度。

通过上述方法，本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100和型钢冷床200能够实时为上料预弯小车2提供动作执行数据，并能够通过型钢预弯初始模型为每一支型钢自动计算一条预弯曲线参数，并通过对上料预弯小车2精准执行，从而能够准确地实现对型钢的预弯操作。本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100还可以自动修正优化预弯曲线参数，从而实现了闭环控制型钢的预弯的操作。此外，本发明实施例的型钢预弯智能控制方法100的整个实施过程无需人工干预，从而有效地降低了工人劳动强度和人工成本，提高了生产效率以及产品质量。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种型钢预弯智能控制方法，其特征在于，所述型钢预弯智能控制方法的步骤包括：

步骤一，采集冷床本体入口辊道上型钢的初始形状和初始温度值，建立型钢预弯初始模型，结合型钢的长度尺寸、钢种以及自然冷却温度，通过所述型钢预弯初始模型计算出型钢的自由弯曲曲线，并根据所述自由弯曲曲线计算出型钢的预弯曲线参数；

步骤二，控制上料预弯小车对型钢进行取料，并根据所述预弯曲线参数控制上料预弯小车移动至预弯终点位，以完成对型钢的预弯；

步骤三，完成预弯的型钢放置冷床本体上进行自然冷却，并实时采集型钢的实际弯曲曲线的数据信息，判断所述实际弯曲曲线与预设曲线的匹配度，若不匹配，采集型钢的位置数据，以得到所述实际弯曲曲线的修正数据信息，并根据所述修正数据信息对所述预弯曲线参数进行实时修正；进一步地，通过设置在冷床本体上方且靠近冷床本体出口的位置的三维扫描仪对型钢的实际弯曲形状进行扫描，以得到所述实际弯曲曲线，若所述实际弯曲曲线与预设曲线不匹配时，通过设置在下料小车上的激光测距仪测量型钢在冷床本体上的位置，并生成所述修正数据信息，并输送至所述型钢预弯初始模型，以对所述预弯曲线参数进行修正；

步骤四，控制下料小车对型钢进行取料至输出辊道。

2.根据权利要求1所述的型钢预弯智能控制方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：通过设置在冷床本体入口的上方位置的三维扫描仪和测温仪，以对型钢的初始形状进行扫描，对型钢的初始温度进行采集，从而得到所述初始形状和所述初始温度值。

3.根据权利要求1所述的型钢预弯智能控制方法，其特征在于，所述步骤二进一步包括：

通过设置在上料预弯小车上的激光测距仪检测型钢在入口辊道上的位置；

通过设置在上料预弯小车上的距离控制编码器结合激光测距仪的测量数据，控制上料预弯小车横移至取钢的起始位置进行取料；

上料预弯小车上的距离控制编码器再根据所述预弯曲线参数控制所述上料预弯小车横移至预弯终点位，以完成对型钢的预弯。

4.根据权利要求1所述的型钢预弯智能控制方法，其特征在于，所述步骤三还进一步包括：通过设置在冷床本体上方且靠近冷床本体出口的测温仪对型钢的终冷温度进行采集，若终冷温度满足型钢的下料温度要求时，实施步骤四；若不满足，开启预设在冷床本体中部区域的强制冷却装置，以修正型钢的下料温度。

5.根据权利要求1所述的型钢预弯智能控制方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：通过设置在下料小车上的距离控制编码器结合下料小车上的激光测距仪的测量数据，控制下料小车移至取钢的起始位置进行取料。

6.一种型钢冷床，应用根据权利要求1至5中任一项所述的型钢预弯智能控制方法，其特征在于，包括：

冷床本体，所述冷床本体的用于与输入辊道相连的上料端并列设置有多个上料预弯小车，所述冷床本体的用于与输出辊道相连的下料端并列设置有多个下料小车；

设置在所述上料端的上方位置的第一图像采集装置和第一温度采集装置，所述第一图像采集装置用于采集所述上料端的型钢的初始形状，所述第一温度采集装置用于采集所述上料端的型钢的初始温度值；

与各所述上料预弯小车电连接的预弯控制系统，所述预弯控制系统用于根据所述初始形状和所述初始温度值建立型钢预弯初始模型，并通过所述型钢预弯初始模型计算出型钢的自由弯曲曲线，并根据所述自由弯曲曲线计算出型钢的预弯曲线参数；

与所述预弯控制系统电连接的数据修正系统，所述数据修正系统用于实时采集型钢的实际弯曲曲线的数据信息，以得到修正数据信息，并根据所述修正数据信息对所述预弯曲线参数进行修正。

7.根据权利要求6所述的型钢冷床，其特征在于，所述上料预弯小车和所述下料小车均包括：小车本体；设置在所述小车本体上的带有距离控制编码器的横移装置；设置在所述小车本体上的激光测距仪；其中，所述距离控制编码器和所述激光测距仪均与所述预弯控制系统电连接，所述距离控制编码器用于控制所述小车本体通过所述横移装置移动的距离，所述激光测距仪用于测量型钢在所述冷床本体上的位置数据。

8.根据权利要求7所述的型钢冷床，其特征在于，所述数据修正系统包括设置在靠近所述冷床本体的上方且靠近所述下料端的位置的第二图像采集装置，所述第二图像采集装置用于采集型钢的实际弯曲曲线。

9.根据权利要求8所述的型钢冷床，其特征在于，所述数据修正系统还包括：

设置在所述冷床本体的中部区域的强制冷却装置，所述强制冷却装置与所述冷床本体的冷床控制系统电连接，所述强制冷却装置设置成能够在所述冷床控制系统的控制下开启和关闭；

设置在靠近所述冷床本体的上方且靠近所述下料端的位置的第二温度采集装置，所述第二温度采集装置用于采集型钢的终冷温度，并能够将所述终冷温度输入至所述冷床控制系统。

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