CN114472589A - 一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统 - Google Patents

一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统，包括：在与卷取机卷筒中心等高的位置处安装超声波测距传感器，然后确定超声波测距传感器至卷筒中心的精确距离，由电控部分控制超声波测距传感器发出并接收超声波，测得超声波测距传感器至钢卷表面的距离，并由温度传感器模块对声速进行补偿，由于超声波测距传感器至卷筒中心的距离固定，所以通过计算即可得热轧中钢卷的实时卷径。本发明可以实现钢卷卷径的非接触实时测量，不需要对转速和线速度等进行测量，计算简便，且模块化的测径装置安装及日后维护都更加方便。

Description

一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统
技术领域
本发明涉及板带材卷取技术领域，具体而言，尤其涉及一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统。
背景技术
在带材轧制生产过程中，卷取作为热轧工艺中最后一道关键工序，能否正常工作以及卷取效果的好坏直接关系到连轧的生产和产品的质量。对卷取机的控制系统来说，无论是对其进行速度控制或是间接张力控制，都必须获取准确的实时卷径值，才能保证以恒定的张力控制卷取过程，保证钢卷质量。传统的间接卷径计算法，如速度计算法、圈数计算法等在打滑或板带厚度控制不均的情况下对卷径计算的精度有较大影响。
发明内容
根据上述提出的传统卷径测量方法存在的技术问题，而提供一种热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统。本发明主要通过在与卷取机卷筒中心等高的位置处安装超声波测距传感器，然后确定超声波测距传感器至卷筒中心的精确距离，由电控部分控制超声波测距传感器发出并接收超声波，测得超声波测距传感器至钢卷表面的距离，并由温度传感器模块对声速进行补偿，由于超声波测距传感器至卷筒中心的距离固定，所以通过计算即可得热轧中钢卷的实时卷径，从而可以实现钢卷卷径的非接触实时测量，不需要对转速和线速度等进行测量，计算简便，且模块化的测径装置安装及日后维护都更加方便。
本发明采用的技术手段如下：
一种热轧钢卷卷径的在线测量方法，包括如下步骤：
获取超声波测距传感器至卷取机卷筒中心的距离L1；
卷取机工作后，获取超声波测距传感器至卷取状态下卷取机钢卷表面的距离值L2；
依据公式d＝2(L1-L2)，实时计算卷取过程中钢卷卷径d。
本发明还提供了一种实现上述方法的热轧钢卷卷径的在线测量系统，包括：超声波测距传感器、支撑架和上位机，超声波测距传感器安装在支撑架上，支撑架固定在地面上；在卷取机钢卷的径向方向上，超声波测距传感器与钢卷间隔设置，中轴线方向上超声波测距传感器设置在钢卷带宽的中间位置；超声波测距传感器在工作过程中保持位置固定；
所述超声波测距传感器平行于地面设置，且安装在与卷筒中轴线等高位置，通过固定支撑架，使超声波测距传感器与卷筒中心的距离固定不变，测量超声波测距传感器至卷筒中心的实际距离L1；
所述超声波测距传感器向钢卷发出超声波并接收回波，实时测量出超声波测距传感器至卷取状态下钢卷表面的距离值L2；
所述超声波测距传感器获取所述实际距离L1和距离值L2，建立钢卷卷径d与上述参数的数学关系，并依据超声波测距传感器测量的实时数据L1和L2得到钢卷卷径d，并向上位机显示界面实时输送钢卷卷径值。
进一步地，所述钢卷卷径d与上述参数的数学关系为：d＝2(L1-L2)。
进一步地，所述超声波测距传感器包括PLC电控部分和控制模块PLC，控制模块PLC与上位机电连接，所述PLC电控部分用于驱动超声波测距传感器发出超声波并接收回波；所述控制模块PLC用于获取所述实际距离L1和距离值L2，建立钢卷卷径d与上述参数的数学关系，并依据超声波测距传感器测量的实时数据L1和L2得到钢卷卷径d。
进一步地，利用量尺或者激光测距仪测量超声波测距传感器与卷筒中心之间的距离L1。
进一步地，所述超声波测距传感器包括超声波探头以及与超声波探头连接的超声波发射电路和接收电路，超声波探头采用收发分离探头，利用单片机产生电流激励经过功率放大电路后使超声波换能器发射出超声波，超声波在空气中传播时接触到正在卷取的钢卷表面后立刻返回，超声波探头接收到来自钢卷反射的超声波后，将声波信号送入滤波、放大、整形电路后再返回至单片机中，单片机根据计时器记录的测得发射和接收回波的时间差△t，计算出超声波测距传感器至钢卷表面的距离L2，即L2＝ν△t，其中ν为声速。
进一步地，所述超声波测距传感器使用温度补偿模块对测距精度进行补偿。
进一步地，所述温度补偿模块为温度传感器，在线测量系统的测量工况为热连轧，利用温度传感器补偿钢卷温度对声速ν的影响，温度补偿公式满足ν＝(331.45+0.61T)m/s，其中T为超声波传播过程中工作现场的温度，通过温度补偿公式得出实际的声速ν。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统，通过超声波测距原理实现钢卷卷径的非接触在线测量，避免了传统方法中复杂的计算过程，降低了各测量步骤中可能存在的累计误差，而且装置简单，易于维护且成本较低。
2、本发明提供的热轧钢卷卷径的在线测量方法及系统，利用超声波测距原理对热轧钢卷卷径进行直接测量，由温度传感器补偿模块对超声波的传播速度进行补偿，以便在热轧工况下获得更精确的测距值，提高测径精度，对卷取机卷曲张力的稳定控制有重大意义。
综上，应用本发明的技术方案能够解决传统卷径测量方法存在的问题。
基于上述理由本发明可在板带材卷取中热轧钢卷卷径的测量等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明总体结构示意图。
图2为本发明结构俯瞰示意图。
图3为本发明测量卷径的原理图。
图中：1、超声波测距传感器；2、支撑架；3、钢卷；4、助卷辊；5、卷筒。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图所示，本发明提供了一种非接触式的热轧钢卷卷径的在线测量方法，计算简单，成本低且维护方便。
非接触式的钢卷卷径测量方法，用于热轧板带卷取过程中的卷径在线测量。在地下卷取机钢卷径向方向安装一个超声波测距传感器，竖直高度与卷取机卷筒中心等高，水平方向(中轴线方向)上布置在钢卷带宽的中间位置，通过测距功能测得超声波测距传感器至钢卷表面的距离；而超声波测距传感器距卷筒中心的距离是固定的，通过换算即得钢卷的实时直径。
具体计算步骤如下：
1.1、安装好超声波测距传感器，装置平行于地面，高度与卷筒中心(中轴线)平齐，使发出的超声波具有较好的声束指向性，保证声波能量向四周扩散的较小，提高回波识别精度；
1.2、利用量尺或者激光测距仪测量超声波测距传感器与卷筒中心之间的距离L1；
1.3、利用超声波测距传感器测得装置距钢卷表面的距离L2；
超声波测距传感器包括超声波发射电路和接收电路，本发明超声波探头采用收发分离探头，利用单片机产生电流激励经过功率放大电路后使超声波换能器发射出超声波，超声波在空气中传播时接触到正在卷取的钢卷表面后立刻返回，超声波接收探头接收到来自障碍物反射的超声波后，将声波信号送入滤波、放大、整形电路后再返回至单片机中，单片机根据计时器记录的测得发射和接收回波的时间差△t，就可以计算出超声波测距传感器至钢卷表面的距离L2，即L2＝ν△t，ν为声速(超声波速度)。由于本发明研究的工况为热连轧，通过对钢卷温度场的分析可知温度对声波速度具有一定的影响，所以声速ν要考虑现实钢卷温度的影响，可利用温度传感器通过温度补偿公式ν＝(331.45+0.61T)m/s得出实际的声速ν，其中T为超声波传播过程中工作现场的温度；
1.4、通过超声波测距传感器至卷筒中心以及至钢卷表面的距离差实现钢卷卷径的实时测量，即通过d＝2(L1-L2)得出钢卷的动态卷径d，最后将卷径值输入到张力控制系统中，提高卷取时张力的控制精度。
本发明提供的热轧钢卷卷径的在线测量方法通过超声波测距原理实现钢卷卷径的非接触在线测量，避免了传统方法中复杂的计算过程，降低了各测量步骤中可能存在的累计误差，而且装置简单，易于维护且成本较低。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供了一种热轧钢卷卷径的在线测量系统，包括：超声波测距传感器1、支撑架2和上位机，超声波测距传感器安装在支撑架上，支撑架固定在地面上；在卷取机钢卷的径向方向上，超声波测距传感器与钢卷间隔设置，中轴线方向上超声波测距传感器设置在钢卷带宽的中间位置；超声波测距传感器在工作过程中保持位置固定；
超声波测距传感器平行于地面设置，且安装在与卷筒中轴线等高位置，通过固定支撑架，使超声波测距传感器与卷筒中心的距离固定不变，测量超声波测距传感器至卷筒中心的实际距离L1；
卷取机工作后，超声波测距传感器由PLC电控部分驱动向钢卷发出超声波并接收回波，实时测量出超声波测距传感器至卷取状态下钢卷表面的距离值L2；
超声波测距传感器的控制模块PLC获取实际距离L1和距离值L2，建立钢卷卷径d与上述参数的数学关系，并依据超声波测距传感器测量的实时数据L1和L2计算得到钢卷卷径d，最后直接向上位机显示界面实时输送钢卷卷径值。
参见附图1至3，给出了本发明所提出的一种利用超声波在线测量热轧钢卷卷径方法的原理示意图，测量步骤如下：
其中h表示超声波测距传感器安装在与卷筒中心等高位置，L表示超声波测距传感器安装在钢卷带宽的中心位置，L1为超声波测距传感器至卷筒中心的距离，L2为超声波测距传感器至钢卷表面的距离，r为钢卷的半径，d为钢卷的直径。钢卷3通过助卷辊4卷取在卷筒5上。
首先保证安装超声波测距传感器时位置的精确，使其处于与卷筒中心等高的位置，以便超声波发出后碰到距超声波测距传感器最近的钢卷表面立刻返回，从而保证L2的测量精度，减少测径误差。超声波测距传感器安装完毕后，利用量尺或激光测距仪等手段精确测量超声波测距传感器至卷筒中心的距离L1。
卷取机开始工作后，超声波测距传感器启动，电流激励经过功率放大电路后在卷取过程中不断驱动超声波发射探头发出超声波并由接收探头实时接收超声波回波，根据超声波测距原理中的时间间隔法测得L2。超声波测距原理中的声速ν利用温度传感器测量实际的工况温度通过温度补偿公式对声速进行校正，提高测距精度。由于卷取过程中钢卷卷径不断增大，所以测得的L2值逐渐减小。在传统的超声波测距程序中进行改进，加入表达d＝2(L1-L2)的程序，使超声波测径仪可以直接输出测量卷径值d，计算简便。
本发明主要利用超声波测距原理对热轧钢卷卷径进行直接测量，由温度传感器补偿模块对超声波的传播速度进行补偿，以便在热轧工况下获得更精确的测距值。本发明方法计算简便，可实现非接触在线测量，且测径精度较高，对卷取机张力稳定控制，实现卷取工序智能化，节省企业成本有重大的意义。
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。

Claims (8)

1.一种热轧钢卷卷径的在线测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取超声波测距传感器至卷取机卷筒中心的距离L1；
卷取机工作后，获取超声波测距传感器至卷取状态下卷取机钢卷表面的距离值L2；
依据公式d＝2(L1-L2)，实时计算卷取过程中钢卷卷径d。
2.一种实现权利要求1所述方法的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，包括：超声波测距传感器、支撑架和上位机，超声波测距传感器安装在支撑架上，支撑架固定在地面上；在卷取机钢卷的径向方向上，超声波测距传感器与钢卷间隔设置，中轴线方向上超声波测距传感器设置在钢卷带宽的中间位置；超声波测距传感器在工作过程中保持位置固定；
所述超声波测距传感器平行于地面设置，且安装在与卷筒中轴线等高位置，通过固定支撑架，使超声波测距传感器与卷筒中心的距离固定不变，测量超声波测距传感器至卷筒中心的实际距离L1；
所述超声波测距传感器向钢卷发出超声波并接收回波，实时测量出超声波测距传感器至卷取状态下钢卷表面的距离值L2；
所述超声波测距传感器获取所述实际距离L1和距离值L2，建立钢卷卷径d与上述参数的数学关系，并依据超声波测距传感器测量的实时数据L1和L2得到钢卷卷径d，并向上位机显示界面实时输送钢卷卷径值。
3.根据权利要求2所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，所述钢卷卷径d与上述参数的数学关系为：d＝2(L1-L2)。
4.根据权利要求2所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，所述超声波测距传感器包括PLC电控部分和控制模块PLC，控制模块PLC与上位机电连接，所述PLC电控部分用于驱动超声波测距传感器发出超声波并接收回波；所述控制模块PLC用于获取所述实际距离L1和距离值L2，建立钢卷卷径d与上述参数的数学关系，并依据超声波测距传感器测量的实时数据L1和L2得到钢卷卷径d。
5.根据权利要求2或4所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，利用量尺或者激光测距仪测量超声波测距传感器与卷筒中心之间的距离L1。
6.根据权利要求2或4所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，所述超声波测距传感器包括超声波探头以及与超声波探头连接的超声波发射电路和接收电路，超声波探头采用收发分离探头，利用单片机产生电流激励经过功率放大电路后使超声波换能器发射出超声波，超声波在空气中传播时接触到正在卷取的钢卷表面后立刻返回，超声波探头接收到来自钢卷反射的超声波后，将声波信号送入滤波、放大、整形电路后再返回至单片机中，单片机根据计时器记录的测得发射和接收回波的时间差△t，计算出超声波测距传感器至钢卷表面的距离L2，即L2＝ν△t，其中ν为声速。
7.根据权利要求6所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，所述超声波测距传感器使用温度补偿模块对测距精度进行补偿。
8.根据权利要求7所述的热轧钢卷卷径的在线测量系统，其特征在于，所述温度补偿模块为温度传感器，在线测量系统的测量工况为热连轧，利用温度传感器补偿钢卷温度对声速ν的影响，温度补偿公式满足ν＝(331.45+0.61T)m/s，其中T为超声波传播过程中工作现场的温度，通过温度补偿公式得出实际的声速ν。
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