CN112129217A - 板坯边缘精确定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板坯边缘精确定位系统及方法，该装置包括高精度导轨、激光测距仪、伺服电机、齿条、输送辊道。其中，板坯通过输送辊道进行输送，高精度导轨、激光测距仪、伺服电机和齿条设置于输送辊道的侧面。伺服电机驱动激光测距仪在高精度导轨上运动，伺服电机可活动地设置于齿条上。齿条、高精度导轨平行于输送辊道的输送方向。本发明能够实现板坯边缘地精确在线自动化测量，提高劳动效率，降低劳动强度。

Description

板坯边缘精确定位系统及方法

技术领域

本发明涉及一种炼钢板坯测量装置及方法，更具体地说，涉及一种板坯边缘精确定位系统及方法。

背景技术

国内外很多钢厂对连铸板坯的测量采用的是接触式测量方法，即用测长辊来测量板坯的长度。这种接触式测量投入成本低廉，但安装麻烦，占地大，最大的缺点是测量不准。现有的5m宽厚板生产线其二切线的钢板切割采用火焰切割、其板坯的测量同样常常采用接触式的测长辊和光栅的方法。国内外也有用激光测长仪对板坯进行测量，但板坯的表面光洁度低，严重影响测量精度和稳定性，时常出现切割短尺现象。严重影响了产品的切割精度，制约了产品的成材率。

专利CN85109344A公开一种光学测量仪的边缘检测装置。在该发明中，被测物相对移动，根据产生的明暗部分产生相信号的多个元件组成的传感器、运算上述异相信号差的差分运算器、在上述异相信号和基准电平信号的交叉的特定区域内，产生信号的区域发生器以及在该区域信号发生器中输出信号的期间，输出差分运算器的差动输出信号和预先设定的基准电平信号的交叉信号的检测装置。

该发明的技术方案是检测透视射光或反射光，直接或间接测量被测物尺寸用的光学测量仪的边缘检测装置中，设置传感器、差分运算器、区域信号发生器和检测装置。该传感器是由多个与移动面略为平行放置的收光原件组成。装置复杂，投入成本高。承受被测物体相对移动时所产生的明暗光线，从而产生异相信号。信号运算复杂，容易产生误差，明暗光线产生的异相信号跟现场的光线有很大关系。

专利CN1065347A公开一种图像处理系统的边缘检测方法与装置。在该发明中，该装置包括一个用于输入像素数据变换为多态值的变换装置，一个用于计算这些多态值与预先规定的值的内积的匹配装置，以及一个用于根据内积的结果做出一个判定的判定装置，该装置能够不用附加低通滤波器而除去噪声，因此，它简化了硬件并能进行实时处理。

这个技术适合运用在图像处理的技术上。投入成本高，计算复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种板坯边缘精确定位系统及方法

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种板坯边缘精确定位系统，包括高精度导轨、激光测距仪、伺服电机、齿条、输送辊道。其中，板坯通过输送辊道进行输送，高精度导轨、激光测距仪、伺服电机和齿条设置于输送辊道的侧面。伺服电机驱动激光测距仪在高精度导轨上运动，伺服电机可活动地设置于齿条上。齿条、高精度导轨平行于输送辊道的输送方向。

进一步地，还包括运算模块。激光测距仪向板坯发射激光，并读取激光测距仪的电流值I；运算模块根据电流值I计算激光测距仪的测量长度L；伺服电机实时读取编码器数值N；运算模块根据编码器数值N计算伺服电机的实际位置Pos；多次计算测量长度L，并且运算模块当满足预设条件时判断对应的伺服电机的位置Pos为板坯的边缘位置。

进一步地，运算模块通过L＝k*I+e计算激光测距仪的测量长度，其中k、e为转换系数。

进一步地，运算模块通过Pos＝d*N+f计算伺服电机的位置，其中d、f为转换系数。

进一步地，预设条件为：设定板坯边缘的判断边界最大值Lmax和最小值Lmin，并且如果激光测距仪检测的距离大于等于Lmax或者小于等于Lmin，则输出为0，否则输出为1。多次计算测量长度L时，当0和1数值变化时满足预设条件。

进一步地，设定板坯和激光测距仪之间的实际距离的最大值L’max和最小值L’min，定义偏置常量Le，并且Lmax＝L’max+Le；Lmin＝L’min-Le。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种板坯边缘精确定位方法，包括以下步骤：步骤一，激光测距仪行走并采集数据；步骤二，运算模块判断该采集到的数据是否和步骤一中激光测距仪的前一输出值相同；若是，则返回步骤一，若否，则进入步骤三；步骤三，激光测距仪行走并采集数据；步骤四，运算模块判断该采集到的数据是否和步骤三中激光测距仪的前一输出值相同；若否，则返回步骤三，若是，则进入步骤五；步骤五，输出前一位置为边缘位置。

进一步地，利用激光测距仪向板坯发射激光，并读取激光测距仪的电流值I；根据电流值I计算激光测距仪的测量长度L；在激光测距过程中，利用伺服电机实时读取编码器数值N；根据编码器数值N计算伺服电机的实际位置Pos；当满足预设条件时判断对应的伺服电机的位置Pos为板坯的边缘位置。

进一步地，通过L＝k*I+e计算激光测距仪的测量长度，其中k、e为转换系数。

进一步地，通过Pos＝d*N+f计算伺服电机的位置，其中d、f为转换系数。

进一步地，预设条件为：设定板坯边缘的判断边界最大值Lmax和最小值Lmin，并且如果激光测距仪检测的距离大于等于Lmax或者小于等于Lmin，则输出为0，否则输出为1；多次计算测量长度L时，当0和1数值变化时满足预设条件。

进一步地，设定板坯和激光测距仪之间的实际距离的最大值L’max和最小值L’min，定义偏置常量Le，并且Lmax＝L’max+Le；Lmin＝L’min-Le。

在上述技术方案中，本发明能够实现板坯边缘地精确在线自动化测量，提高劳动效率，降低劳动强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明结构的测量辅助线示意图；

图3是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，本发明首先公开一种板坯边缘精确定位系统，该系统的主要架构包括，高精度导轨1.2，激光测距仪1.3，伺服电机1.4，齿条1.5，输送辊道1.6。如图1所示，板坯1.1通过输送辊道1.6从左往右进行输送，而高精度导轨1.2、激光测距仪1.3、伺服电机1.4和齿条1.5均设置于输送辊道1.6的侧面。除了上述各个硬件，本发明的系统还包括运算模块(未在图中示出)，激光测距仪1.3、伺服电机1.4均与运算模块数据连接，从而使得运算模块能够读取激光测距仪和伺服电机的对应参数，并进行计算。

本领域的技术人员应当理解，图1所示的从左往右的输送方式只是本发明的一种实施方式，显然其它的实时方式同样是可行的，例如从图1所示右往左的方向进行输送，或者在其他实施例中从上往下，或者从下往上进行输送。另一方面，本领域的技术人员还应当理解，图1所示实施例中，高精度导轨1.2、激光测距仪1.3、伺服电机1.4和齿条1.5均设置于输送辊道运行方向1.6的右侧，而在其他实施例中，上述各个部件还可以设置在输送辊道运行方向的左侧，均属于本发明的保护范围内。本领域的技术人员还应当理解，运算模块可以是一个实体，也可以是一个附加在其他已有实体上的程序、软件或应用等，均属于本发明的保护范围。此外，运算模块与激光测距仪1.3、伺服电机1.4的连接可以是有线的，也可以是无线的，即运算模块可以设置在当场，也可以设置在远端。

继续参照图1，输送辊道1.6由多根互相平行的滚条构成，沿图1所示的方向平行排列。板坯1.1可以在输送辊道1.6上输送。齿条1.5、高精度导轨1.2均为平直的长条形导轨，沿图1所示的左右方向水平延伸，且平行于输送辊道1.6的输送方向，即齿条1.5，高精度导轨1.2和输送辊道1.6的输送方向互相平行。激光测距仪1.3和伺服电机1.4可运动地设置于高精度导轨1.2上，并且可以沿高精度导轨1.2左右来回往复，从而使得伺服电机1.4驱动激光测距仪1.3在高精度导轨1.2上水平运动。另一方面，伺服电机1.4地另一端还连接在齿条1.5上，因此伺服电机1.4还可活动地设置于齿条1.5上。

参照图2，为了使本发明的系统能够更好地进行定位操作，本发明在图1所示的系统上进一步进行定义。如图2所示，输送辊道1.6的位置上还进一步定义了输送辊道中心线2.1，来料板坯最小宽度的极限位置2.3，来料板坯最小宽度的极限位置的偏置量2.2，来料板坯最大宽度的极限位置2.4，来料板坯最大宽度的极限位置的偏置量2.5。

继续参照图2，输送辊道中心线2.1是输送辊道1.6的中心位置的定位线。基于输送辊道中心线2.1，其一侧定义来料板坯最小宽度的极限位置2.3，该位置为与输送辊道中心线2.1间隔一定距离，且平行于输送辊道中心线2.1的直线。基于来料板坯最小宽度的极限位置2.3，在与其间隔一个较小距离，且平行于来料板坯最小宽度的极限位置2.3的位置上进一步定义来料板坯最小宽度的极限位置的偏置量2.2。另一方面，基于输送辊道中心线2.1，其一侧定义来料板坯最大宽度的极限位置2.4，该位置为与输送辊道中心线2.1间隔一定距离，且平行于输送辊道中心线2.1的直线。基于来料板坯最大宽度的极限位置2.4，在与其间隔一个较小距离，且平行于来料板坯最大宽度的极限位置2.4的位置上进一步定义来料板坯最大宽度的极限位置的偏置量2.5。

参照图3，本发明还公开一种板坯边缘精确定位的方法，适用于上述本发明的系统。

如图3所示，本发明的方法主要包括一下的步骤：

S1：激光测距仪行走并采集数据。

S2：运算模块判断该采集到的数据是否和S1中激光测距仪的前一输出值相同。若是，则返回S1，若否，则进入S3。

S3：激光测距仪行走并采集数据。

S4：运算模块判断该采集到的数据是否和S3中激光测距仪的前一输出值相同。若否，则返回S3，若是，则进入S5。

S5：输出前一位置为边缘位置。

具体来说，参照图1和图2的系统架构，在本发明中，运算模块可实时读取激光测距仪1.3的电流值I。由于I值并不能反映激光测距仪1.3测量的长度值，根据激光测距仪的原理，读取的电流值I和激光测距仪测量的实际长度值L是成线性关系的。通过实际实验的方式，记录实际激光测距仪测量长度L’和PLC实际读数I’的一系列值，通过线性拟合公式L’＝k*I’+e拟合获取单系统对应的k和e的值，其中L’为实际利用卷尺测量的激光测距仪到反射表面的实际长度，I’为PLC上读取的激光测距仪电流值，k、e为测量电流值装换为实际长度的系数。以该种方法可以实现利用运算模块实时读取激光测距仪的实际长度L＝k*M+e。

运算模块还可以通过伺服驱动器实时读取编码器数值N，该值代表伺服电机转动中编码器的转动圈数，并非实际长度，它和电机位置Pos是线性关系。通过实际实验的方式，记录编码器数值N’和实际位置值Pos’，利用Pos’＝d*N’+f，其中Pos’为系统中的运动实际位置，d、f值为位置数值转换系数。公式拟合获取单系统对应的d和f的值。以该种方法可以实现运算模块实时读取电机实际距离零点的位置Pos＝d*N，但由于伺服电机读取数值存在延迟现象，可能会使读取的位置与实际位置有所偏差，该偏差值与速度相关，速度越大，偏差越大。

测量实际生产过程中的板坯侧面和激光测距仪之间的实际距离的最大值和最小值分别为L’max和L’min，也就是来料板坯的最小宽度和最大宽度，图2中表示为2.3和2.4。为了使得激光测距仪打在钢板边界时，测量长度始终在判断边界的范围内，定义偏置量常量Le，从而获的钢板边界的判断边界Lmax即图2中的直线2.2，以及Lmin即图2中的直线2.5，其中Lmax＝L’max+Le,Lmin＝L’min-Le，该判断边界将用于后面的边界判断计算。在本发明中，如果激光测距仪检测的距离值大于等于Lmax，或者激光测距仪检测的距离值小于等于Lmin，这时输出为0；如果激光测距仪检测的距离值小于等于Lmax，或者激光测距仪检测的距离值大于等于Lmin，这时输出为1。

在电机往一个方向上运动时，运算模块记录激光传感器记录当前值和三次历史长度值分别为L_now、L_his1、L_his2和L_his3，并与此对应的电机的位置分别为Pos_now、Pos_his1、Pos_his2和Pos_his3。

实际运行时，如果L_now>＝Lmax输出为0，并且L_his1>＝Lmax输出为0，并且Lmin<L_his2<Lmax输出为1，并且Lmin<L_his3<Lmax输出为1；4个输出值为0 0 1 1，这时判断L_his2对应的伺服电机的位置Pos_his2为板坯的边缘位置。

如果L_his3>＝Lmax输出为0，并且L_his2>＝Lmax输出为0，并且Lmin<L_now<Lmax输出为1，并且Lmin<L_his1<Lmax输出为1；4个输出值为1 1 00，这时判断L_his2对应的伺服电机的位置Pos_his2为板坯的边缘位置。

运算模块记录相邻四次激光传感器测量的数据，将这些数据与定义的钢板边界数据进行对比，当前两次数据大于最大边界，后两次数据在钢板边界范围内，则测量获得边界位置。

综上所述，本发明利用激光测距仪检测板坯的距离，在测量过程中板坯的边缘会出现跳变信号，以此来准确的找到板坯的边缘位置，并通过后续的装置实现对板坯的长度和宽度进行测量，从而代替人工用卷尺来测量，尤其是高温板坯，人工无法靠近，本发明仍然能精确地测量出尺寸。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (12)

1.一种板坯边缘精确定位系统，其特征在于，包括：

高精度导轨、激光测距仪、伺服电机、齿条、输送辊道；

板坯通过所述输送辊道进行输送，所述高精度导轨、激光测距仪、伺服电机和齿条设置于所述输送辊道的侧面；

所述伺服电机驱动激光测距仪在高精度导轨上运动，所述伺服电机可活动地设置于所述齿条上；

所述齿条、高精度导轨平行于所述输送辊道的输送方向。

2.如权利要求1所述的板坯边缘精确定位系统，其特征在于，还包括运算模块：

所述激光测距仪向板坯发射激光，并读取激光测距仪的电流值I；

所述运算模块根据所述电流值I计算激光测距仪的测量长度L；

所述伺服电机实时读取编码器数值N；

所述运算模块根据所述编码器数值N计算伺服电机的实际位置Pos；

多次计算测量长度L，并且运算模块当满足预设条件时判断对应的伺服电机的位置Pos为板坯的边缘位置。

3.如权利要求2所述的板坯边缘精确定位系统，其特征在于：

所述运算模块通过L＝k*I+e计算激光测距仪的测量长度，其中k、e为转换系数。

4.如权利要求2所述的板坯边缘精确定位系统，其特征在于：

所述运算模块通过Pos＝d*N+f计算伺服电机的位置，其中d、f为转换系数。

5.如权利要求2所述的板坯边缘精确定位系统，其特征在于，所述预设条件为：

设定板坯边缘的判断边界最大值Lmax和最小值Lmin，并且如果激光测距仪检测的距离大于等于Lmax或者小于等于Lmin，则输出为0，否则输出为1；

多次计算测量长度L时，当0和1数值变化时满足预设条件。

6.如权利要求5所述的板坯边缘精确定位系统，其特征在于：

设定板坯和激光测距仪之间的实际距离的最大值L’max和最小值L’min，定义偏置常量Le，并且

Lmax＝L’max+Le；

Lmin＝L’min-Le。

7.一种板坯边缘精确定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，激光测距仪行走并采集数据；

步骤二，运算模块判断该采集到的数据是否和步骤一中激光测距仪的前一输出值相同；若是，则返回步骤一，若否，则进入步骤三；

步骤三，激光测距仪行走并采集数据；

步骤四，运算模块判断该采集到的数据是否和步骤三中激光测距仪的前一输出值相同；若否，则返回步骤三，若是，则进入步骤五；

步骤五，输出前一位置为边缘位置。

8.如权利要求7所述的板坯边缘精确定位方法，其特征在于：

利用激光测距仪向板坯发射激光，并读取激光测距仪的电流值I；

根据所述电流值I计算激光测距仪的测量长度L；

在激光测距过程中，利用伺服电机实时读取编码器数值N；

根据所述编码器数值N计算伺服电机的实际位置Pos；

当满足预设条件时判断对应的伺服电机的位置Pos为板坯的边缘位置。

9.如权利要求8所述的板坯边缘精确定位方法，其特征在于：

通过L＝k*I+e计算激光测距仪的测量长度，其中k、e为转换系数。

10.如权利要求8所述的板坯边缘精确定位方法，其特征在于：

通过Pos＝d*N+f计算伺服电机的位置，其中d、f为转换系数。

11.如权利要求8所述的板坯边缘精确定位方法，其特征在于，所述预设条件为：

设定板坯边缘的判断边界最大值Lmax和最小值Lmin，并且如果激光测距仪检测的距离大于等于Lmax或者小于等于Lmin，则输出为0，否则输出为1；

多次计算测量长度L时，当0和1数值变化时满足预设条件。

12.如权利要求11所述的板坯边缘精确定位方法，其特征在于：

设定板坯和激光测距仪之间的实际距离的最大值L’max和最小值L’min，定义偏置常量Le，并且

Lmax＝L’max+Le；

Lmin＝L’min-Le。

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