CN113351655B - 轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，主轧机包括机架，机架上安装两根滚动式工作辊，两工作辊之间用于通过板带；压电陶瓷传感器，两工作辊的端部间隙两端分别安装压电陶瓷传感器，用于测量辊缝在工作过程中的垂直方向上的距离变化；润滑油喷射装置，用于向工作辊喷射润滑油；板形检测装置，包括传送辊和压紧辊，通过主轧机后的板带进入板形检测装置，通过传送辊和压紧辊后，减小板形检测过程中的板带振动带来的检测误差；板形检测辊，一对板形检测辊对称安装于板形检测装置的末端，板形检测辊上安装有若干激光测距传感器；激光测距传感器，用于测量板带的板形变化。本发明装置结构简单，能够实时迅速的反馈测量结果，检测准确。
Description
技术领域
本发明属于轧制测量装置技术领域，具体涉及一种轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，用于轧制板材的板形检测及油膜厚度的测量。
背景技术
自20世纪60年代以来，随着计算机自动控制技术的广泛应用和整个科学技术水平的不断提高，轧钢生产技术进入了飞跃发展阶段。在现代化的轧钢生产过程中，在线检测越来越重要。它不仅关系到产品的质量，也关系到技术经济指标的提高，在线检测已经成为重要的工艺参数测量任务。
轧机轧制界面油膜厚度是润滑条件的一个主要指标,轧制界面油膜厚度决定着轧辊与轧件间的摩擦润滑状态,润滑不良会使轧辊与带材之间处于不稳定的摩擦状态,造成张力波动,引起轧制力变化,使轧机垂直系统发生振动。轧制界面油膜厚度过小会使轧辊与轧件处于近干摩擦状态,起不到润滑作用,加速轧辊磨损,减小轧辊使用寿命,增加更换轧辊频率,影响生产效率。润滑过度会使轧辊与轧件处于过液体润滑状态,会造成乳化液的浪费,还会使轧制界面摩擦系数变小，阻尼作用减小,系统的稳定性变差,振动更容易发生。因此，测量并控制轧制界面润滑油膜厚度是十分必要的。
板带材广泛应用于各个领域,板带材市场需求日益增加,板带材产品表面的质量和尺寸精度的要求也越来越高。所谓板形，直观上是指板带的翘曲度,其实质是指带钢内部残余应力分布。衡量带钢板形通常包括纵向和横向两个方面的指标。就纵向而言,用平直度表示,俗称浪形,即指板带长度方向上的平坦成度；在板的横向上,衡量板形的指标则是板带的断面形状，即板宽方向上的断面分布,包括板凸度、边部减薄及局部高点等概念。其中,板凸度是最为常用的横向板形代表性指标。随着科学技术的发展，用户对带钢的质量要求也愈来愈高。如果带钢断面形状不好，出现过大凸度、楔形、镰刀弯或者带钢平直度不良，出现波浪、翘曲、局部突起等缺陷，都将严重影响产品的质量及寿命。因此，对板带的板形研究十分重要，先进的板形检测方法和精确的检测结果是提高板带质量的必要条件。
发明内容
针对现有技术上述现状，本发明提供了一种轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，本发明装置结构简单合理，易于拆装，能够实时迅速的反馈测量结果，保证检测的准确性。
为了达到上述目的，本发明所采取的具体技术方案为：
轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其包括：
主轧机，包括机架，机架上安装两根滚动式工作辊，两工作辊之间用于通过板带；
压电陶瓷传感器，两工作辊的端部间隙两端分别安装压电陶瓷传感器，用于测量辊缝在工作过程中的垂直方向上的距离变化；
润滑油喷射装置，用于向工作辊喷射润滑油，用于轧制过程中的润滑与降温；
板形检测装置，包括传送辊和压紧辊，通过主轧机后的板带进入板形检测装置，通过传送辊和压紧辊后，减小板形检测过程中的板带振动带来的检测误差；
板形检测辊，一对板形检测辊对称安装于板形检测装置的末端，板形检测辊上安装有若干激光测距传感器,更加准确测量板带的板形变化；
激光测距传感器，用于测量板带的板形变化。
优选的，所述的机架由两竖向平行且留有间距的立板构成，两立板从上而下依次成对安装上支撑辊轴承座、上工作辊轴承座、下工作辊轴承座、下支撑辊轴承座，上支撑辊轴承座与上工作辊轴承座相触，下工作辊轴承座与下支撑辊轴承座相触，上工作辊轴承座与下工作辊轴承座之间留有间隙；下工作辊轴承座和下支撑辊轴承座固定在机架立板内，上工作辊轴承座和上支撑辊轴承座能在立板内浮动；各轴承座装配轴承，从上而下，成对的轴承之间安装上支撑辊、上工作辊、下工作辊、下支撑辊；上支撑辊与上工作辊外壁相触、下工作辊与下支撑辊外壁相触，上工作辊与下工作辊为所述的两工作辊；两立板的上端分别安装压下电机，压下电机的输出轴顶触上工作辊轴承座。
优选的，压下电机受控制中心的控制可以对上工作辊轴承座和上支撑辊轴承座进行调节，从而改变轧制工作辊缝的大小。
优选的，所述的压电陶瓷传感器包括弧帽形活塞推杆、外壳、压电陶瓷材料、第一弹簧和第二弹簧，外壳的内顶面固定压电陶瓷材料；截面呈倒T形的弧帽形活塞推杆与外壳的内壁活动式配合，顶端面呈球面状并伸出外壳；活塞推杆与外壳的内底面之间顶压竖向第一弹簧，压电陶瓷材料与活塞推杆之间顶压竖向第二弹簧；压电陶瓷传感器安装于上工作辊轴承座与下工作辊轴承座之间的间隙，压电陶瓷传感器两两对称布设，外壳安装于下工作辊轴承座，弧帽形活塞推杆的顶端面与上工作辊轴承座相触。压电陶瓷传感器用于测量工作辊缝在工作过程中的垂直方向上的距离变化量。
优选的，板形检测装置包括支撑架、传送辊、压紧辊，数根传送辊水平等间距且平行地安装于支撑架，压紧辊有两根，与传送辊相平行，且安装于传送辊上方的支撑架，压紧辊与传送辊分别靠与板带的摩擦力转动；压紧辊的升降机构位于板形检测装置的支撑架内，包括第三弹簧、轴承套、球轴承和液压缸；支撑架的两相对侧安装一对轴承套，轴承套安装球轴承，传送辊的两端通过两侧的球轴承安装于支撑架；轴承套的上部与支撑架的内壁之间顶压第三弹簧，下部与支撑架的内壁之间顶压液压缸。液压缸可以调节压紧辊的升降，以满足不同厚度的板带通过。
优选的，板形检测辊包括中心通孔、检测辊主体、轴承安装凸圆和滚子轴承，检测辊主体沿轴线方向形成中心通孔，检测辊主体的外壁间隔布设多个轴承安装凸圆，滚子轴承与轴承安装凸圆过渡配合安装，且滚子轴承内圈与轴承安装凸圆点焊固定，检测辊主体配合安装多个激光测距传感器，激光测距传感器处于相邻滚子轴承之间。板形检测辊上的轴承起到引导板带的作用。
优选的，板形检测辊的安装机构包括减震套筒、导向底座、步进电机和第四弹簧；检测辊主体两端的安装部分为长方体结构，减震套筒外套在长方体安装结构上，检测辊主体安装于支撑架内并不随检测板带的移动而转动，减震套筒上方与支撑架的内壁之间顶压第四弹簧，减震套筒的下方与导向底座相触，导向底座与下方步进电机的升降丝杠通过螺纹连接配合。步进电机的控制比液压缸的控制更精确。
优选的，设水平仪，用以观测板形检测装置是否处于水平状态。
优选的，激光测距传感器包括滚珠、支撑杆、支撑弹簧、定位杆、激光接收装置、激光发射装置、第一弹簧、第二弹簧、密封外壳和温度传感器，密封外壳的内底面安装定位杆，密封外壳装配上下活动式支撑杆，支撑杆的截面呈倒T形且形成开口朝下的导向孔，该导向孔与定位杆活动式配合，定位杆与导向孔的顶部内壁之间顶压支撑弹簧；支撑杆的横向段与密封外壳的内壁上下活动式配合，且该段的上表面与密封外壳的内顶面之间顶压第二弹簧，该段的下表面与密封外壳的内底面之间顶压第一弹簧，该段的下表面与密封外壳的内底面之间还设有对应的激光接收装置、激光发射装置；支撑杆的竖向段顶端活动式地伸出密封外壳，该伸出段的外壁装有温度传感器，该伸出段的端部装配滚珠，滚珠嵌于支撑杆的顶端，滚珠压于板带表面；密封外壳的外底面与检测辊主体连接。滚珠压在板带表面，随板带的移动而转动从而板带的表面不平转化为支撑杆的上下的移动。激光发射装置向激光接收装置发射激光，根据激光接收装置与激光发射装置之间距离的变化从而反应板带表面的不平度。
优选的，润滑油喷射装置包括喷嘴、润滑油管道、流量计、控制阀、过滤器、油泵和储油箱，喷嘴通过润滑油管理与流量计相连，流量计依次通过控制阀、过滤器、油泵后与储油箱相连。润滑油喷射装置向工作辊喷射定量的润滑油，用于轧制过程中的润滑与降温。
优选的，润滑油喷射装置连接控制中心，控制中心根据测得的油膜厚度自动调节喷油量的大小。
优选的，还包括氮气冷却装置，设于板形检测辊，用于激光测距传感器的冷却降温，延长板形检测辊的使用寿命。
优选的，氮气喷射嘴安装在板形检测辊主体上对准激光测距传感器实现降温。
优选的，氮气冷却装置包括氮气喷射嘴、氮气输送管道、开关阀和氮气储存室，氮气喷射嘴通过氮气输送管道与开关阀连通，开关阀与氮气储存室连通。
优选的，板形检测装置的四个底角处分别安装有液压升降底座，板形检测装置的底部还安装有移动轮。
优选的，板形检测辊上的中心通孔用以通过传感器导线和氮气输送管道。
优选的，板形检测辊的检测辊主体与轴承安装凸圆整体铸造而成。
作为优选方案，滚珠由硬度强度高，耐高温耐腐蚀的钨钢制成。
作为优选方案，激光测距传感器底端有螺纹连接筒与检测辊主体上开有的螺纹座孔连接，并且再用螺栓把激光测距传感器固定在检测辊主体上。
优选的，还包括控制中心，用于实时调节润滑油喷射装置的喷油量、氮气冷却装置的开关、以及调节轧机压下电机的压下量；数据处理显示中心计算得出板带的板形并显示。
优选的，氮气冷却装置用于激光测距传感器的冷却；温度传感器实时检测激光测距传感器的表面温度，当温度过高时，控制中心打开氮气冷却装置对激光测距传感器进行降温，有助于延长激光测距传感器的使用寿命。
优选的，数据处理显示中心包括数据采集器、滤波放大器、A/D转换器、计算机和显示器；数据处理显示中心能实现对传感器输出数据信号的分析、处理与计算，以及对油膜厚度和板形的计算，最后将分析计算得到的数据在显示器上显示。
作为优选方案，控制中心主要根据测得的油膜厚度及板形形状对润滑油喷射装置和压下电机进行控制，从而改变喷油量的大小和辊缝大小；控制中心同时还控制氮气冷却装置的开关对激光测距传感器进行降温。
本发明所具有的有益效果：
(1)本发明能够实现轧制界面油膜厚度及板形在线检测及控制，具有较好的市场应用场景，通用性高。
(2)板形检测辊上滚子轴承的安装既能引导板带顺利的通过，又能减小板带对激光测距传感器的冲击。
(3)氮气冷却装置能够使激光测距传感器工作在适宜的温度，提高检测的准确性，同时又能延长其使用寿命。
(4)本发明装置合理简单，易于拆卸，响应速度快，能实时反馈测量结果并进行调控。
附图说明
图1为本发明轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统的总体装配示意图；
图2为本发明另一视角总体装配示意图及局部I放大图；
图3为本发明压电陶瓷传感器的剖视图；
图4为本发明板形检测装置的结构示意图；
图5为本发明压紧辊与传送辊安装配合的剖视图；
图6为本发明板形检测辊的结构及装配示意图；
图7为本发明激光测距传感器的剖视图；
图8为本发明板形检测辊安装局部剖视图；
图9为本发明润滑油喷射装置及氮气冷却装置工作原理示意图；
图10为本发明数据处理显示中心及控制中心工作模块流程图；
图11为本发明板带横向及纵向板形检测变化曲线。
图中附图标记：1主轧机、2压电陶瓷传感器、3润滑油喷射装置、4板带、5板形检测装置、6板形检测辊、7激光测距传感器、8氮气冷却装置、9数据处理显示中心、10控制中心、101机架、102上支撑辊、103上工作辊、104下工作辊、105下支撑辊、106上支撑辊轴承座、107上工作辊轴承座、108下工作辊轴承座、109下支撑辊轴承座、110压下电机、201弧帽形活塞推杆、202外壳、203压电陶瓷材料、204出线孔、205螺栓、206高弹性材料、207第一弹簧、208第二弹簧、301喷嘴、302润滑油管道、303流量计、304控制阀、305过滤器、306油泵、307储油箱、501支撑架、502传送辊、503压紧辊、504液压升降底座、505移动轮、506水平仪、507第三弹簧、508轴承套、509球轴承、510液压缸、601中心通孔、602检测辊主体、603轴承安装凸圆、604滚子轴承、605减震套筒、606导向底座、607步进电机、608第四弹簧、701滚珠、702支撑杆、703支撑弹簧、704定位杆、705激光接收装置、706激光发射装置、707减振环、708螺纹连接筒、709导线孔、710密封外壳、711温度传感器、801氮气喷射嘴、802氮气输送管道、803开关阀、804氮气储存室、901数据采集器、902滤波放大器、903A/D转换器、904计算机、905显示器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1-11所示，本实施例一种轧机轧制界面油膜厚度和板形在线检测系统包括主轧机1、压电陶瓷传感器2、润滑油喷射装置3、板形检测装置5、板形检测辊6、激光测距传感器7、氮气冷却装置8、数据处理显示中心9、控制中心10。
如图1、图2所示，主轧机1包括机架101、上支撑辊102、上工作辊103、下工作辊104、下支撑辊105、上支撑辊轴承座106、上工作辊轴承座107、下工作辊轴承座108、下支撑辊轴承座109和压下电机110；机架101由两竖向平行且留有间距的方形立板构成，两立板从上而下依次成对安装上支撑辊轴承座106、上工作辊轴承座107、下工作辊轴承座108、下支撑辊轴承座109，上支撑辊轴承座106与上工作辊轴承座107相触，下工作辊轴承座108与下支撑辊轴承座109相触，上工作辊轴承座107与下工作辊轴承座108之间留有间隙。下工作辊轴承座108和下支撑辊轴承座109固定在机架101立板内，上工作辊轴承座107和上支撑辊轴承座106可在机架的立板内浮动；各轴承座装配轴承，从上而下，成对的轴承之间安装上支撑辊102、上工作辊103、下工作辊104、下支撑辊105。上支撑辊102与上工作辊103外壁相触、下工作辊104与下支撑辊105外壁相触，上工作辊103与下工作辊104间通过板带4。机架101两立板的上端分别安装压下电机110，压下电机110的输出轴顶触上工作辊轴承座107，压下电机110受控制中心10的控制可以对上工作辊轴承座107和上支撑辊轴承座106进行压下调节，从而改变轧制工作辊缝的大小，从而对板形进行调控。
如图2、图3所示，压电陶瓷传感器2包括弧帽形活塞推杆201、外壳202、压电陶瓷材料203、出线孔204、螺栓205、高弹性材料206、第一弹簧207和第二弹簧208。外壳202的底面贴合高弹性材料206，外壳202的底部旋接数颗螺栓205。外壳202的内顶面固定压电陶瓷材料203，且靠近压电陶瓷材料203的附近外壳202侧壁形成出线孔204。截面呈倒T形的弧帽形活塞推杆201与外壳202的内壁活动式配合，其顶端面呈球面状并伸出外壳202，且球面直径大于外壳202的穿孔。于外壳202内，活塞推杆201与外壳202的内底面之间顶压竖向第一弹簧207，压电陶瓷材料203与活塞推杆201之间顶压竖向第二弹簧208。
压电陶瓷传感器2安装于上工作辊轴承座107与下工作辊轴承座108之间的间隙，其用于测量工作辊缝在工作过程中的垂直方向上的距离变化量。本实施例共计4个压电陶瓷传感器2，分别两两对称布设，并采用螺栓205将外壳202安装于下工作辊轴承座108，高弹性材料206贴合于下工作轴承座108，弧帽形活塞推杆201的顶端面与上工作辊轴承座107相触。轧制辊缝距离的变化使得压电陶瓷材料203受的压力变化，压力信号转化为电信号，经过数据处理显示中心9将电信号转换为距离变化信号。控制中心10可以控制压下电机110改变轧制辊缝的大小。
如图1、图2、图4所示，沿板带4的行进方向，设置板形检测装置5。经过下工作辊104、下支撑辊105后的板带4进入板形检测装置5。板形检测装置5包括支撑架501、传送辊502、压紧辊503、液压升降底座504、移动轮505和水平仪506；所述若干传送辊502水平等间距且平行的安装于支撑架501。压紧辊503有两根，与传送辊502相平行，且安装于传送辊502上方的支撑架501，用于对板带4的压紧。两根压紧辊503分别安装在板带4入口处和板形检测装置5的中部，压紧辊503与传送辊502分别靠与板带4的摩擦力转动。板形检测装置5的四个底角处分别安装有液压升降底座504，板形检测装置5的底部还安装有移动轮505。水平仪506装于支撑架501的末端，其用于观测板形检测装置5是否处于水平状态。
如图5所示，两根压紧辊503分别与一根传送辊502上下对称安装，压紧辊503的升降机构位于板形检测装置5的支撑架501内，其包括第三弹簧507、轴承套508、球轴承509和液压缸510；支撑架501的两相对侧安装一对轴承套508，轴承套508安装球轴承509，传送辊502的两端通过两侧的球轴承509安装于支撑架501。轴承套508的上部与支撑架501的内壁之间顶压第三弹簧507，下部与支撑架501的内壁之间顶压液压缸510，液压缸510可以调节压紧辊503的升降，以满足不同厚度的板带4通过。
支撑架501的末端还设有一对板形检测辊6，两板形检测辊6上下平行布设，两者之间通过板带4，如图6、图7所示，板形检测辊6包括中心通孔601、检测辊主体602、轴承安装凸圆603和滚子轴承604；检测辊主体602沿轴线方向形成中心通孔601，中心通孔601用于通过传感器导线和氮气输送管道802。检测辊主体602的外壁间隔布设多个轴承安装凸圆603，检测辊主体602与轴承安装凸圆603整体铸造而成。滚子轴承604与轴承安装凸圆603过渡配合安装，并且滚子轴承604的内圈与轴承安装凸圆603用点焊配合固定。多个激光测距传感器7与检测辊主体602采用螺纹螺孔配合安装，并用螺栓205固定，激光测距传感器7处于相邻滚子轴承604之间，且与每个激光测距传感器7相对应的设置一氮气喷射嘴801，氮气喷射嘴801安装于板形检测辊主体602上对准激光测距传感器7，以实现降温。
如图6、图7所示，激光测距传感器7包括滚珠701、支撑杆702、支撑弹簧703、定位杆704、激光接收装置705、激光发射装置706、减振环707、螺纹连接筒708、导线孔709、第一弹簧207、第二弹簧208、密封外壳710和温度传感器711；密封外壳710的底部设有螺纹孔，以配合旋接螺栓205。密封外壳710的内底面中部安装定位杆704。密封外壳710装配上下活动式支撑杆702，支撑杆702的截面呈倒T形，且其形成开口朝下的导向孔，该导向孔与定位杆704活动式配合，定位杆704与导向孔的顶部内壁之间顶压支撑弹簧703。支撑杆702的横向段与密封外壳710的内壁上下活动式配合，且该段的上表面与密封外壳710的内顶面之间顶压第二弹簧208，该段的下表面与密封外壳710的内底面之间顶压第一弹簧207，该段的下表面与密封外壳710的内底面之间还设有对应的激光接收装置705、激光发射装置706。支撑杆702的竖向段顶端活动式地伸出密封外壳710，该伸出段的外壁装有温度传感器711，该伸出段的端部装配滚珠701，滚珠701由硬度强度高，耐高温耐腐蚀的钨钢制成。滚珠701嵌于支撑杆702的顶端，滚珠701压于板带4表面，随板带4的移动而转动从而板带4的表面不平转化为支撑杆702的上下移动。激光发射装置706向激光接收装置705发射激光，根据激光接收装置705与激光发射装置706之间距离的变化从而反应板带4表面的不平度。
密封外壳710的底部还形成导线孔709，用于将连接激光接收装置、激光发射装置等的导线向外引出。
密封外壳710的外底面设有螺纹连接筒708与检测辊主体602上开有的螺纹座孔连接，并且再用螺栓205把激光测距传感器7固定在检测辊主体602上。本实施例中，螺纹连接筒708外套减振环707，减振环707与密封外壳707的外底面相触。
如图4、图6、图8所示，板形检测辊6分别上下对称安装在板形检测装置5的支撑架501，板带4从对称的板形检测辊6中间空隙穿过，安装于板形检测辊6上的滚子轴承604起到引导板带4的作用。板形检测辊6的安装机构包括减震套筒605、导向底座606、步进电机607和第四弹簧608，检测辊主体602两端的安装部分为长方体结构，减震套筒605外套在长方体安装结构上，检测辊主体602安装于支撑架501内并不随检测板带4的移动而转动，减震套筒605上方与支撑架501的内壁之间顶压第四弹簧608，减震套筒605的下方与导向底座606相触，导向底座606与下方步进电机607(装于支撑架501内)的升降丝杠通过螺纹连接配合，从而控制板形检测辊6在支撑架501内的升降。步进电机607的控制比液压缸控制更加精确。
如图1、9、10所示，于主轧机1的附近，板带4进入主轧机1处设置润滑油喷射装置3，其向工作辊103、104喷射定量的润滑油，用于轧制过程中的润滑与降温。润滑油喷射装置3连接控制中心10，控制中心10根据测得的油膜厚度自动调节喷油量的大小。润滑油喷射装置3包括两喷嘴301、润滑油管道302、流量计303、控制阀304、过滤器305、油泵306和储油箱307，喷嘴301通过润滑油管理302与流量计303相连，流量计303依次通过控制阀304、过滤器305、油泵306后与储油箱307相连。控制中心10与控制阀304相连，以控制其调节喷油量。
如图6、9、10所示，氮气冷却装置8用于激光测距传感器7的冷却。温度传感器711实时检测激光测距传感器7的表面温度，当温度过高时，控制中心10打开氮气冷却装置8对激光测距传感器7进行降温，能够使激光测距传感器7测量结果更加准确，且延长激光测距传感器7的使用寿命；所述氮气冷却装置8包括氮气喷射嘴801、氮气输送管道802、开关阀803和氮气储存室804，氮气喷射嘴801通过氮气输送管道802与开关阀803连通，开关阀803与氮气储存室804连通。开关阀803与控制中心10相连。
如图10所示，数据处理显示中心9包括数据采集器901、滤波放大器902、A/D转换器903、计算机904和显示器905；数据采集器901采集压电陶瓷传感器2、激光测距传感器7、温度传感器711的数据，通过滤波放大器902、A/D转换器903、计算机904后传入控制中心。且数据处理显示中心9能实现对传感器输出数据信号的分析、处理与计算，以及对油膜厚度和板形的计算，最后将分析计算得到的数据在显示器905上显示。
控制中心10根据测得的油膜厚度及板形形状对润滑油喷射装置3和压下电机110进行控制，从而改变喷油量的大小和辊缝大小，实现控制油膜厚度和板形在正常范围的目的。控制中心10同时还控制氮气冷却装置8的开关对激光测距传感器7进行降温处理。
本发明的具体工作过程为：
板形检测的过程为：调整液压升降底座504的高度，使板形检测装置5与出板侧平齐且使水平仪506处于水平状态；板形检测辊6对称安装在板形检测装置5的支撑架501上，板带4从中间穿过。如图11所示，设定板带的初始厚度为h0调整上下板形检测辊6的位置，使上下激光测距传感器7的滚珠701抵压在板带4的上下表面，并且给予一定的预压力，使上下滚珠701之间的距离为初始板厚h0；当板带前进时，滚子轴承604紧贴板带4表面，随板带4的前进而转动，滚子轴承604起到引导板带4的作用，同时能减小板带4对激光测距传感器7的冲击；在板带4的前进过程中，板带4上下表面的不平就转化为滚珠701和支撑杆702的上下平动，激光接收装置705固定在支撑杆702的下表面也会随之上下平动，激光发射装置706固定在密封外壳710底端表面固定不动的向激光接收装置705发射激光；从激光发射到激光接受设用时为t，根据公式L＝Ct,其中C为光速，可以得到激光发射装置706与激光接收装置705之间的距离L；设定激光发射装置706与激光接收装置705之间的初始距离为L0,所以板材的厚变化为△H＝L0-L。如图11所示，记板带4上表面板厚变化为△H1(注：△H1向下为负，向上为正)，下表面板厚变化为△H2(注：△H2向下为正，向上为负)；所以，检测处的板带4的厚度为h＝h0+(△H1+△H2)；如图11为本发明板带4的横向及纵向板形检测变化曲线。
轧制界面油膜厚度的测量过程为：设定初始辊缝距离为T0，当轧制板材时压电陶瓷传感器2受到的压力发生变化，能够计算出四个压电陶瓷传感器2的弧帽形活塞推杆201向上移动的距离分别为△T1、△T2、△T3、△T4，所以计算出移动的平均距离
R，为工作辊压扁半径，由Hitchcock公式确定，即：
式中：R为工作辊压扁半径，P为轧制力，B为板材宽度，△M为绝对压下量，C0为Hitchcock常数,
式中E1为弹性模量，γ为工作辊泊松比。
所以，轧制界面油膜厚度可由公示
计算得到，其中，h为测得的板材厚度；其中，板形板厚的测量相对于辊缝的变化量的测量有一定的时间延时，根据轧制速度和辊心到板形检测辊之间的距离，计算得到延时时间，将板材同一位置处的厚度h与相同处的辊缝的变化量相对应，可以计算得出板带此位置横向处的油膜厚度，由计算机分析可得到横向不同位置处的轧制界面油膜厚度。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明,对本领域的普通技术人员而言,依据本发明提供的思想,在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是包括：
主轧机，包括机架，机架上安装两根滚动式工作辊，两工作辊之间用于通过板带；
压电陶瓷传感器，两工作辊的端部间隙两端分别安装压电陶瓷传感器，用于测量辊缝在工作过程中的垂直方向上的距离变化；
润滑油喷射装置，用于向工作辊喷射润滑油；
板形检测装置，包括传送辊和压紧辊，通过主轧机后的板带进入板形检测装置，通过传送辊和压紧辊后，减小板形检测过程中的板带振动带来的检测误差；
板形检测辊，一对板形检测辊对称安装于板形检测装置的末端，板形检测辊上安装有若干激光测距传感器；板形检测辊具体包括中心通孔、检测辊主体、轴承安装凸圆和滚子轴承，检测辊主体沿轴线方向形成中心通孔，检测辊主体的外壁间隔布设多个轴承安装凸圆，滚子轴承与轴承安装凸圆过渡配合安装，检测辊主体配合安装多个激光测距传感器，激光测距传感器处于相邻滚子轴承之间；
激光测距传感器，用于测量板带的板形变化；激光测距传感器具体包括滚珠、支撑杆、支撑弹簧、定位杆、激光接收装置、激光发射装置、第一弹簧、第二弹簧、密封外壳和温度传感器，密封外壳的内底面安装定位杆，密封外壳装配上下活动式支撑杆，支撑杆的截面呈倒T形且形成开口朝下的导向孔，该导向孔与定位杆活动式配合，定位杆与导向孔的顶部内壁之间顶压支撑弹簧；支撑杆的横向段与密封外壳的内壁上下活动式配合，且该段的上表面与密封外壳的内顶面之间顶压第二弹簧，该段的下表面与密封外壳的内底面之间顶压第一弹簧，该段的下表面与密封外壳的内底面之间还设有对应的激光接收装置、激光发射装置；支撑杆的竖向段顶端活动式地伸出密封外壳，该伸出段的外壁装有温度传感器，该伸出段的端部装配滚珠，滚珠嵌于支撑杆的顶端，滚珠压于板带表面；密封外壳的外底面与检测辊主体连接；
氮气冷却装置，设于板形检测辊，用于激光测距传感器的冷却降温；
设激光发射装置与激光接收装置之间的初始距离为L0,激光发射装置与激光接收装置之间的距离为L，得到板带的厚变化为ΔH＝L0-L；板带上表面板厚变化为ΔH1，下表面板厚变化为ΔH2；因此，板带的厚度为h＝h0+(ΔH1+ΔH2)，其中，初始板厚为h0。
2.如权利要求1所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，所述的机架由两竖向平行且留有间距的立板构成，两立板从上而下依次成对安装上支撑辊轴承座、上工作辊轴承座、下工作辊轴承座、下支撑辊轴承座，上支撑辊轴承座与上工作辊轴承座相触，下工作辊轴承座与下支撑辊轴承座相触，上工作辊轴承座与下工作辊轴承座之间留有间隙；下工作辊轴承座和下支撑辊轴承座固定在机架立板内，上工作辊轴承座和上支撑辊轴承座能在立板内浮动；各轴承座装配轴承，从上而下，成对的轴承之间安装上支撑辊、上工作辊、下工作辊、下支撑辊；上支撑辊与上工作辊外壁相触、下工作辊与下支撑辊外壁相触，上工作辊与下工作辊为所述的两工作辊；两立板的上端分别安装压下电机，压下电机的输出轴顶触上工作辊轴承座。
3.如权利要求2所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，所述的压电陶瓷传感器包括弧帽形活塞推杆、外壳、压电陶瓷材料、第一弹簧和第二弹簧，外壳的内顶面固定压电陶瓷材料；截面呈倒T形的弧帽形活塞推杆与外壳的内壁活动式配合，顶端面呈球面状并伸出外壳；活塞推杆与外壳的内底面之间顶压竖向第一弹簧，压电陶瓷材料与活塞推杆之间顶压竖向第二弹簧；压电陶瓷传感器安装于上工作辊轴承座与下工作辊轴承座之间的间隙，压电陶瓷传感器两两对称布设，外壳安装于下工作辊轴承座，弧帽形活塞推杆的顶端面与上工作辊轴承座相触。
4.如权利要求1-3任一项所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，板形检测装置包括支撑架、传送辊、压紧辊，数根传送辊水平等间距且平行地安装于支撑架，压紧辊有两根，与传送辊相平行，且安装于传送辊上方的支撑架，压紧辊与传送辊分别靠与板带的摩擦力转动；压紧辊的升降机构位于板形检测装置的支撑架内，包括第三弹簧、轴承套、球轴承和液压缸；支撑架的两相对侧安装一对轴承套，轴承套安装球轴承，传送辊的两端通过两侧的球轴承安装于支撑架；轴承套的上部与支撑架的内壁之间顶压第三弹簧，下部与支撑架的内壁之间顶压液压缸。
5.如权利要求1所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，板形检测辊的安装机构包括减震套筒、导向底座、步进电机和第四弹簧，检测辊主体两端的安装部分为长方体结构，减震套筒外套在长方体结构上，检测辊主体安装于支撑架内并不随检测板带的移动而转动，减震套筒上方与支撑架的内壁之间顶压第四弹簧，减震套筒的下方与导向底座相触，导向底座与下方步进电机的升降丝杠通过螺纹连接配合。
6.如权利要求1-3任一项所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，润滑油喷射装置包括喷嘴、润滑油管道、流量计、控制阀、过滤器、油泵和储油箱，喷嘴通过润滑油管理与流量计相连，流量计依次通过控制阀、过滤器、油泵后与储油箱相连。
7.如权利要求1所述轧机轧制界面油膜厚度及板形在线检测系统，其特征是，氮气冷却装置包括氮气喷射嘴、氮气输送管道、开关阀和氮气储存室，氮气喷射嘴通过氮气输送管道与开关阀连通，开关阀与氮气储存室连通。
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Effective date of registration: 20231030 Address after: 753600 Hongguozi Industrial Cluster, Huinong District, Shizuishan City, Ningxia Hui Autonomous Region, Changcheng Garden, Baolan Railway West, Ming Changcheng North Patentee after: Ningxia Jianlong Special Steel Co.,Ltd. Address before: A7-104, No. 199 Mufu East Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210009 Patentee before: Nanjing Hezhi Technology Co.,Ltd. Effective date of registration: 20231030 Address after: A7-104, No. 199 Mufu East Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210009 Patentee after: Nanjing Hezhi Technology Co.,Ltd. Address before: 310018 no.1158, No.2 street, Baiyang street, Hangzhou Economic and Technological Development Zone, Zhejiang Province Patentee before: HANGZHOU DIANZI University |
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