CN118111359A - 一种非接触式板带平直度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式板带平直度检测装置及方法,包括摄像机、计算机以及安装在由运输辊输送的板带上方的测试激光发生器、前对比激光器和轧向激光发生器,所述测试激光发生器的光线照射到板带上形成测试曲线;所述前对比激光器的光线照射到板带上形成前对比线;所述轧向激光发生器发出多组沿板带的宽度方向排列的辅助光线,每组辅助光线照射到板带上形成一条与前对比线和测试曲线相交的轧向辅助线,所述摄像机采集轧向辅助线分布区域的图像,所述计算机根据摄像机采集的图像计算板带平直度。本发明同时给出了检测方法。本发明根据测试曲线的变形量快速、精确地测量板带平直度,可有效监控板形调控效果,而且设备结构简单,可降低测量成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于平整机的非接触式板带平直度检测装置及方法,属于检测技术领域。
背景技术
随着人们对带钢品质要求的不断提高,带钢板形控制成为世界各国研究的重点。实现板形自动控制的关键是能否实现板形的在线自动检测,因为只有向板形控制系统提供准确而可靠的板形信息,控制系统才能向板形调节执行机构发出正确的调控指令。
带钢平直度的检测方法可分为接触式和非接触式两类。接触式检测方法,例如分割辊式张力检测法,是通过测量带钢对分割辊子压力沿带钢宽度方向的分布,求出带钢内部张应力沿宽度方向的分布,再推算出带钢纵向纤维条的相对延伸率分布,从而得到板形平直度的信息。其缺点是工作时需要带钢对测量辊形成一定的包角,因此只适合于冷轧的薄带钢板形检测。另外,由于这种检测方式属于接触式检测,容易磨损带钢表面,对测量辊表面要求高,同时为了实现分段辊的测量,需要沿辊身方向分布多组压力检测单元,且各检测单元测量精度要求高,整体设备结构复杂,成本高。接触式测量方法适用于常温或低温,并通过张力辊施加大张力轧制的产线,因此,不适用于平整产线。
非接触式检测方法主要有激光三角法,激光三角法的实质是用激光检测位移。最早用于热轧带钢的平直度测量。其原理为:沿带钢宽度方向设置3台以上激光位移传感器,由激光位移传感器测量带钢因浪形而上下跳动的位移量,推算出沿带钢宽度方向不同点的纵向纤维长度,从而得到板形信息。这种平直度测量方法简单,响应速度快,结构简单,在线数据处理容易实现,直到现在仍然广泛应用于板形测量领域。但是激光三角法需要通过振动补偿来避免由于带钢振动而引起的测量误差,否则这种误差有时甚至会使测量结果与真实板形情况完全相反,为板形控制系统提供完全错误的信息。而且激光位移传感器需要高温防护,只能通过较小角度实现测量,精度要求较高,目前普遍采用进口设备,因此成本较高。
因此目前急需一种适用于平整机的非接触式板带平直度检测方法,以快速、精确地测量板带平直度,实现板带平直度的在线监控,并降低检测成本。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种非接触式板带平直度检测装置及方法,以快速、精确地测量板带平直度,降低平直度检测成本。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种非接触式板带平直度检测装置,包括摄像机、计算机以及安装在由运输辊输送的板带上方的测试激光发生器、前对比激光器和轧向激光发生器,所述测试激光发生器发出的光线位于与运输辊的轴线平行的倾斜平面内且照射到板带上形成测试曲线;所述前对比激光器发出的光线位于与板带输送方向垂直的前对比平面内且照射到板带上形成前对比线,所述前对比线位于测试曲线的前方;所述轧向激光发生器发出多组沿板带的宽度方向排列的辅助光线,每组辅助光线位于与运输辊的轴线垂直的辅助平面内且照射到板带上形成一条与前对比线和测试曲线相交的轧向辅助线,所述摄像机采集轧向辅助线分布区域的图像,所述计算机根据摄像机采集的图像计算板带平直度。
上述非接触式板带平直度检测装置,所述倾斜平面与板带所在平面之间夹角为20°至40°。
上述非接触式板带平直度检测装置,所述前对比线与测试曲线的初始位置之间的距离设定为20-50mm。
上述非接触式板带平直度检测装置,所述轧向激光发生器包括五个线激光发射器,分别发出五组辅助光线,五组辅助光线沿板带的宽度方向等间距排列,且排列在两端的辅助光线分别位于板带的两侧边缘位置。
一种非接触式板带平直度检测方法,所述方法包括以下步骤:
a.板带在运输辊上输送时,打开测试激光发生器、前对比激光器和轧向激光发生器,测试激光发生器发射的光线照射到板带上形成测试曲线,倾斜平面与板带所在平面之间夹角记为β;前对比激光器发出的光线照射到板带上形成前对比线;轧向激光发生器发射的多组辅助光线照射到板带上形成多条与前对比线和测试曲线相交的轧向辅助线;
b.摄像机以一定的采样频率实时采集轧向辅助线分布区域的图像,并传输给计算机;
c.计算机对摄像机采集的图像进行处理,得到每一采样时刻各条轧向辅助线被前对比线和测试曲线所截取的前线段的长度,并记录采样时刻;
d.计算每一采样时刻的前线段平均长度:
式中表示t时刻前线段平均长度,/>表示t时刻第i条前线段的长度,i=1,2,…,n,n是前线段的数量;
e.计算每一采样时刻每一条前线段长度偏差:
式中表示t时刻第i条前线段长度偏差,由此得到每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列;
f.对于每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列,找出其相邻的极大值和极小值,计算凹凸参数:
ai=|ai-maximum|+|ai-minimum|
式中ai表示第i条轧向辅助线所对应的凹凸参数,ai-maximum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极大值;ai-minimum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极小值;
g.找出多条轧向辅助线所对应的凹凸参数的最大值,记为a,同时记录相应的前线段长度偏差极大值与极小值的采集时间差T;
h.计算板带平直度I:
式中V表示板带的输送速度。
本发明根据测试激光发生器发射的激光在板带上照射出的测试曲线的变形量快速、精确地测量板带平直度,不仅可有效监控板形调控效果,而且设备结构简单、紧凑,操作简捷,可降低测量成本,有良好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明所采用的检测设备的总体装配三维图;
图2是检测设备的主视图;
图3是图2的A-A剖视图;
图4是本发明光路放大图;
图5是板带两侧靠近边缘处凸起时的激光投影图;
图6是板带两侧靠近边缘处凹陷时的激光投影图。
图中各标号为:1、板带;2、测试激光发生器;3、前对比激光器;4、后对比激光器;5、轧向激光发生器;6、轧向辅助线分布区域;7、支撑辊;8、工作辊;9、运输辊;
21、测试曲线;31、前对比线;41、后对比线;22、倾斜平面;32、前对比平面;42、后对比平面;52、辅助平面;
511、第一轧向辅助线;512、第二轧向辅助线;513、第三轧向辅助线;514、第四轧向辅助线;515、第五轧向辅助线;531、第一前线段;532、第二前线段;533、第三前线段;534、第四前线段;535、第五前线段;541、第一后线段;542、第二后线段;543、第三后线段;544、第四后线段;545、第五后线段。
具体实施方式
本发明的提供一种适用于平整机的非接触式板带平直度检测方法,可以实现快速、精确的测量板带平直度检测,并动态反馈板带平直度,监控板形调控效果。
参看图1,平整设备及辊道是现有设备,平整设备主要通过支撑辊7和工作辊8对板带1进行平整加工,平整后的板带1通过运输辊9输送到下道工序进行后续加工,例如卷取。平整后的板带1由于残存不平度的影响,会沿轧制方向周期性的出现凸起或者凹陷。
本发明所采用的检测设备包括测试激光发生器2、辅助激光器、图像采集分析系统等。
测试激光发生器2主要用来向板带1发射测试光线。测试激光发生器2位于板带1上方,其发出的所有测试光线位于倾斜的倾斜平面22内,倾斜平面22与工作辊8和运输辊9的轴线平行,测试光线照射到板带1上表面形成的光斑组成测试曲线21。
倾斜平面22与板带1所在平面之间夹角为20°至40°。
当板带1上没有任何凸起或者凹陷时,测试曲线21是一条直线,当板带1上有凸起或者凹陷时,测试曲线21会发生弯曲变形。如果板带生产过程中仅发生对称抖动时,测试曲线21则只发生偏移。
参看图3-图6,辅助激光器包括位于板带1上方且沿板带输送方向依次排列的前对比激光器3、轧向激光发生器5和后对比激光器4,主要用来向板带1发射辅助激光,完成辅助观察和测试。前对比激光器3发出的所有前对比光线位于与板带输送方向垂直的前对比平面32内,前对比光线照射到板带1上表面形成的光斑组成前对比线31;后对比激光器4发出的所有后对比光线位于与板带输送方向垂直的后对比平面42内,后对比光线照射到板带1上表面形成的光斑组成后对比线41;轧向激光发生器5至少发出五组辅助光线,多组辅助光线沿板带1的宽度方向排列,每组辅助光线位于与工作辊8和运输辊9的轴线垂直的辅助平面52内,每组辅助光线照射到板带1上表面形成的光斑组成一条与前对比线31、测试曲线21和后对比线41都相交的轧向辅助线,在图3和图5中,轧向辅助线共有五条,分别为第一轧向辅助线511、第二轧向辅助线512、第三轧向辅助线513、第四轧向辅助线514、第五轧向辅助线515。
由于板带输送方向是水平的,工作辊8和运输辊9的轴线也是水平的,因此前对比平面32、后对比平面42、辅助平面52均与水平面垂直,前对比线31、后对比线41及各轧向辅助线之间的相对位置基本不随板带1的凸起或凹陷而变化。
前对比线31、后对比线41近似为沿板带宽度方向的直线段;前对比线31、后对比线41分布在测试曲线21的初始位置两侧。前对比线31和后对比线41与测试曲线21的初始位置之间的距离可以根据板带1平整后的不平度状况进行调整,优选的,设定为20-50mm。
轧向激光发生器5至少包含五个线激光发射器,可以发出五组以上的辅助光线,并最终在板带上的五个以上关键位置形成轧向辅助线。
轧向激光发生器5的线激光发射器的位置可以根据板带宽度调整。优选的,线激光发射器设置五个,形成的五条轧向辅助线的位置如下:第一轧向辅助线511和第五轧向辅助线515分别位于板带的两侧边缘位置,第三轧向辅助线513位于板带的中部,第二轧向辅助线512位于第一轧向辅助线511与第三轧向辅助线513之间,第四轧向辅助线514位于第三轧向辅助线513与第五轧向辅助线515之间,且五条轧向辅助线等间距分布。
轧向辅助线位于前对比线31与后对比线41之间的部分为定长线段,定长线段的长度等于前对比平面32与后对比平面42之间的距离。每条定长线段被测试曲线21分成前后两部分,位于测试曲线21前方的部分为前线段,位于测试曲线21后方的部分为后线段,在图5中,五条轧向辅助线被前对比线31和后对比线41截取出五条定长线段,五条定长线段被测试曲线21分割成五条前线段和五条后线段,五条前线段为第一前线段531-第五前线段535,五条后线段为第一后线段为541-第五后线段545。
当测试曲线21发生弯曲变形时,每条前线段和后线段的长度也受此影响而发生变化,但每条定长线段的长度不变(变化量很小可以忽略),即每条定长线段被分割成的前线段和后线段的长度之和不变。
如图5和图6所示,当板带1的两侧靠近边缘处从凸起变为凹陷时,测试曲线21的弯曲变形方向发生翻转,第一前线段531-第五前线段535、第一后线段为541-第五后线段545的长度也受此影响发生变化,但每条定长线段被分割成的前线段和后线段的长度之和不变。
图像采集分析系统包括摄像机和计算机(图中未画出),摄像机用于采集轧向辅助线分布区域6内的图像信息,并传输给计算机,计算机用于对轧向辅助线分布区域6内的图像信息进行图像处理和数据分析,得到各条前线段或后线段的长度并记录采样时刻,由这些数据计算出板带平直度,并即时生成平直度曲线显示。
利用检测设备检测板带平直度的具体步骤:
a.板带1在运输辊9上输送时,打开测试激光发生器2、前对比激光器3、后对比激光器4和轧向激光发生器5,测试激光发生器2发射的所有测试光线照射到板带1上表面形成的光斑组成测试曲线21,所有测试光线所在的倾斜平面22与板带1所在平面之间夹角记为β;前对比激光器3发出的所有前对比光线照射到板带1上表面形成的光斑组成前对比线31;后对比激光器4发出的所有后对比光线照射到板带1上表面形成的光斑组成后对比线41;轧向激光发生器5发射的多组辅助光线照射到板带1上表面形成的光斑组成多条与前对比线31、后对比线41和测试曲线21都相交的轧向辅助线;
b.摄像机以一定的采样频率实时采集轧向辅助线分布区域6内的图像信息,并传输给计算机;
c.计算机对摄像机采集的图像信息进行处理,得到每一采样时刻各条轧向辅助线被前对比线31和测试曲线21所截取的前线段的长度,以及被后对比线41和测试曲线21所截取的后线段的长度,并记录采样时刻,当板带1上有凸起或者凹陷时,测试曲线21会发生弯曲变形,因此前线段和后线段的长度能够反映板带当前的平直度;
d.计算每一采样时刻的前线段平均长度:
式中表示t时刻前线段平均长度,/>表示t时刻第i条前线段的长度,i=1,2,…,n,n是前线段的数量;
e.计算每一采样时刻每一条前线段长度偏差:
式中表示t时刻第i条前线段长度偏差,由此得到每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列;
f.对于每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列,找出其极大值和极小值,计算凹凸参数:
ai=|ai-maximum|+|ai-minimum|
式中ai表示第i条轧向辅助线所对应的凹凸参数,ai-maximum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极大值;ai-minimum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极小值;
g.找出多条轧向辅助线所对应的凹凸参数的最大值,记为a,同时记录相应的前线段长度偏差极大值与极小值的采集时间差T;
h.计算板带平直度I:
式中h表示波浪高度,S表示波浪长度(相邻两个波谷中心距),V表示板带的输送速度。
板带平直度I的值越小,说明板带越平直。
计算结果生成即时的平直度曲线并显示。
具体实施时,板带平直度I也可以根据后线段的长度变化情况进行计算,具体方法与此相同。
实际生产过程中,在调整平整机的平整工艺控制参数后,通过板带的平直度曲线状态即时观察工艺调整效果。
本发明可以快速、精确地测量并动态反馈板带平直度,监控板形调控效果,其设备结构简单、紧凑,操作简捷,有良好的推广使用价值。
Claims (5)
1.一种非接触式板带平直度检测装置,其特征是,包括摄像机、计算机以及安装在由运输辊(9)输送的板带(1)上方的测试激光发生器(2)、前对比激光器(3)和轧向激光发生器(5),所述测试激光发生器(2)发出的光线位于与运输辊(9)的轴线平行的倾斜平面(22)内且照射到板带(1)上形成测试曲线(21);所述前对比激光器(3)发出的光线位于与板带输送方向垂直的前对比平面(32)内且照射到板带(1)上形成前对比线(31),所述前对比线(31)位于测试曲线(21)的前方;所述轧向激光发生器(5)发出多组沿板带(1)的宽度方向排列的辅助光线,每组辅助光线位于与运输辊(9)的轴线垂直的辅助平面(52)内且照射到板带(1)上形成一条与前对比线(31)和测试曲线(21)相交的轧向辅助线,所述摄像机采集轧向辅助线分布区域(6)的图像,所述计算机根据摄像机采集的图像计算板带平直度。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式板带平直度检测装置,其特征是,所述倾斜平面(22)与板带(1)所在平面之间夹角为20°至40°。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式板带平直度检测装置,其特征是,所述前对比线(31)与测试曲线(21)的初始位置之间的距离设定为20-50mm。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式板带平直度检测装置,其特征是,所述轧向激光发生器(5)包括五个线激光发射器,分别发出五组辅助光线,五组辅助光线沿板带(1)的宽度方向等间距排列,且排列在两端的辅助光线分别位于板带(1)的两侧边缘位置。
5.一种使用权利要求1-4中任意一项所述检测装置的非接触式板带平直度检测方法,所述方法包括以下步骤:
a.板带(1)在运输辊(9)上输送时,打开测试激光发生器(2)、前对比激光器(3)和轧向激光发生器(5),测试激光发生器(2)发射的光线照射到板带(1)上形成测试曲线(21),倾斜平面(22)与板带(1)所在平面之间夹角记为β;前对比激光器(3)发出的光线照射到板带(1)上形成前对比线(31);轧向激光发生器(5)发射的多组辅助光线照射到板带(1)上形成多条与前对比线(31)和测试曲线(21)相交的轧向辅助线;
b.摄像机以一定的采样频率实时采集轧向辅助线分布区域(6)的图像,并传输给计算机;
c.计算机对摄像机采集的图像进行处理,得到每一采样时刻各条轧向辅助线被前对比线(31)和测试曲线(21)所截取的前线段的长度,并记录采样时刻;
d.计算每一采样时刻的前线段平均长度:
式中表示t时刻前线段平均长度,/>表示t时刻第i条前线段的长度,i=1,2,…,n,n是前线段的数量;
e.计算每一采样时刻每一条前线段长度偏差:
式中表示t时刻第i条前线段长度偏差,由此得到每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列;
f.对于每一条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差的时间序列,找出其相邻的极大值和极小值,计算凹凸参数:
ai=|ai-maximum|+|ai-minimum|
式中ai表示第i条轧向辅助线所对应的凹凸参数,ai-maximum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极大值;ai-minimum表示第i条轧向辅助线所对应的前线段长度偏差极小值;
g.找出多条轧向辅助线所对应的凹凸参数的最大值,记为a,同时记录相应的前线段长度偏差极大值与极小值的采集时间差T;
h.计算板带平直度I:
式中V表示板带的输送速度。
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