CN202105857U - 激光阵列冷轧板形检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光阵列冷轧板形检测装置，包括传感器模块、与所述传感器模块相连接的通信模块以及与所述通信模块相连接的数据采集处理模块，其中：所述传感器模块包括多个激光位移传感器；所述通信模块为串口通信模块；所述数据采集模块包括数据采集单元、与所述数据采集单元相连接的滤波预处理单元以及与所述滤波预处理单元相连接的数据处理单元。本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，采用非接触式板形测量手段，硬件结构简单，易于维护，造价及备用件成本较低，传感器为非转动件，安装方便，且不会对带钢造成损伤。

Description

激光阵列冷轧板形检测装置

技术领域

本实用新型涉及板形检测装置，更具体地，是一种激光阵列冷轧板形检测装置。

背景技术

在带钢生产中，板形控制对于提高带钢表面质量、稳定轧制过程至关重要。板形自动检测是板形自动控制的必要条件，所有板形信息均来自板形检测装置，先进的板带轧机一般配置有板形在线检测系统。

目前，在冷轧带钢生产中主要使用分割辊式张力检测技术等接触式板形检测方法。分割辊式张力检测装置必须与冷轧带钢表面接触，由于带钢速度和辊子速度很难保证绝对的一致，带钢和辊子的接触面难免有相对摩擦，不但板形测量辊容易划伤，而且板型测量辊也会划伤带钢表面，影响冷轧带钢板型质量。现有的解决方法是在辊子表面镀铬或者喷涂或包覆橡胶或其它材料，及时进行了表面处理，使带钢表面的划痕可以控制在一定的范围内，但是总还是有一定的寿命，维护成本较高。

具体地，该种板形仪主要由板形测量辊、基本测量系统和板形测量系统等组成。板形测量辊是板形仪的核心设备，是构造非常复杂的辊子，辊身每隔90度开一个测量槽，用于安装测量传感器，传感器的四个角用压块固定。传感器是随着辊子一起旋转的，通过旋转接头上的滑环，把信号从传感器送到外部，因此，保持滑环清洁、磨损少、接触电阻小非常重要，同时也是个难题。综上所述，这种方案对安装位置要求较高，并且磨损大，容易损伤钢板表面。另外，传统的板形辊精密数控加工量非常大，模具和工装的投资巨大。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于解决现有板形检测装置的上述缺点，从而提供一种新型的激光阵列冷轧板形检测装置。

本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，包括传感器模块、与所述传感器模块相连接的通信模块以及与所述通信模块相连接的数据采集处理模块，其中：

所述传感器模块包括多个激光位移传感器；

所述通信模块为串口通信模块；

所述数据采集模块包括数据采集单元、与所述数据采集单元相连接的滤波预处理单元以及与所述滤波预处理单元相连接的数据处理单元。

优选地，所述数据处理单元包括数字信号处理器。

优选地，所述串口通信模块为RS-422串口通信模块。

优选地，所述激光位移传感器包括激光线光源以及CCD图像传感器。

本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，采用非接触式板形测量手段，硬件结构简单，易于维护，造价及备用件成本较低，传感器为非转动件，安装方便，且不会对带钢造成损伤。

附图说明

图1为本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置的组成示意图；

图2为本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置中数据采集处理模块的组成示意图；

图3为本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置中传感器模块进行数据检测的原理图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型的组成及工作原理进行更具体说明。

如图1所示，为本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置的组成示意图。本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，包括传感器模块100、与所述传感器模块100相连接的通信模块200以及与所述通信模块200相连接的数据采集处理模块300。更具体地，传感器模块100包括多个激光位移传感器110(参考图3)，用于利用激光信号对带钢表面的平坦度进行测量。激光位移传感器100可采用市售的常规激光位移传感器，可包括激光线光源以及CCD图像传感器，其可输出数字信号形式的检测信号。通信模块200为串口通信模块，用于将传感器模块检测到的数据传输止数据采集处理模块300。优选地，串口通信模块200为采用RS-422协议的RS-422串口通信模块。

数据采集处理模块用于采集来自传感器模块100通过通信模块200所传输的数据，以及同时采集带钢移动速度的数据。结合该实测带钢移动速度，积分计算各检测区域伸长量，从而综合计算得出带钢的平坦度数据。如图2所示是数据采集处理模块300的组成示意图。具体地，数据采集模块300包括数据采集单元310、与所述数据采集单元310相连接的滤波预处理单元320以及与所述滤波预处理单元320相连接的数据处理单元330。数据采集单元310可由常规的数据采集器构成，用于采集由通信模块传输的数字信号，滤波预处理单元320用于对采集到的数据进行滤波预处理，以消除由带钢表面因素而引起的检测误差。数据处理单元330用于对经滤波后的数据进行处理运算，并最终得出带钢板形数据。该单元可包括常规的数字信号处理器。

如图3所示，为传感器模块对辊道2上的带钢1进行检测的原理图。本实施方式中，传感器模块100使用11个激光位移传感器110组成激光阵列。这些激光位移传感器110可按照两端分布多，中间分布少的方式，对陈排列设置在带钢1上方的导轨3上。这是因为，通常在带钢轧制过程中，边部缺陷比中部缺陷相对更严重。在一个实施方式中，处于中间位置的传感器110和位于其两端的传感器110的间隔可以顺次为150mm，150mm，100mm，100mm，100mm。

数据采集单元310可包括数据缓冲区，并且在数据采集时采用定时查询结合多线程技术，以实现多传感器的数据采集和处理控制策略。具体地，传感器采用双缓冲区数据采集，当一个缓冲区满时，设置缓冲区标志位，程序定时查询该标志位，当该标志位标识缓冲区满后，将缓冲区数据传送到数据处理线程。每个传感器开辟独立的数据处理线程，分配一个独立的循环队列，用两个指针标识队列首和尾，当两个指针相等时，队列为空仓状态，表示队列中没有需要处理的数据；当两个指针不相等时，表示队列中有需要处理的数据；当尾指针加一等于头指针时，表示队列满仓。具体到在本发明所采用的控制策略中，队列的首指针指向需要处理的数据区；尾指针指向当前要存储的数据区，传感器缓冲区满后将数据传送至尾指针指向的队列数据区。本控制策略的关键在于要求保证数据处理时间要小于数据采集传送时间，当不满足这个条件时，数据采集及传送需要等待一个时间间隔，这样会造成数据采集缺失。由于板形变化具有一定的连续性，不会产生突变，因此短暂的数据缺失不会对板形测量产生重大影响，该方案的数据处理策略中，采用了数据插值及回归处理技术，填补短暂缺失的数据。控制策略的实现可由两个参数进行调节，一个是传感器缓冲区标识查询时间间隔，另一个是每个子线程的释放时间，恰当的时间配合，可以保证数据的连续采集和处理。

工作线程对数据的处理过程为：根据位移传感器采样频率F和来自模型机的带钢速度V确定每两个采样点之间带钢的前进长度Δx＝V/F和在同一采集区域内两个相邻测量点之间高度差为Δd，则相邻两点间带钢的纤维长度Δl可按公式1精确计算：

${\mathrm{\Δl}}_i=\sqrt{{\left({\mathrm{\Δd}}_i\right)}^2+{\left({\mathrm{\Δx}}_i\right)}^2}$ (i＝1，2…n)    (公式1)

式中n：表示缓冲区中存储的数据个数。并且：

$L_x=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δx}}_i$ $L=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i$ (i＝1，2…n)    (公式2)

L_x与L相差越大，带钢的平坦度缺陷越显著，平坦度一般用带钢相对延伸率表示：

$\mathrm{\ρ}=\frac{L-L_x}{L_x}\×{10}^5$ (公式3)

式中，ρ为板形指数，单位UI。

另外，结合图3，可利用三角测距法检测传感器110中激光光源到带钢1表面的距离。激光光源投射到带钢表面按一定角度发生漫反射，被CCD突下国内传感器接收后，由光学信号转换为数字信号，其后传输至后续模块进行处理。在本实用新型的一个实施方式中，传感器110的分辨率12μm。最高采样频率2.5KHZ，线性度0.1％。

综上所述，本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，能够检测冷轧处理线的带钢板形，为后续的平整机提供板形数据，实现板形控制，改善机组板形。另外，本实用新型的激光阵列冷轧板形检测装置，采用非接触式板形测量手段，硬件结构简单，易于维护，造价及备用件成本较低，传感器为非转动件，安装方便，且不会对带钢造成损伤。

Claims (4)

1.一种激光阵列冷轧板形检测装置，其特征在于，该检测装置包括传感器模块、与所述传感器模块相连接的通信模块以及与所述通信模块相连接的数据采集处理模块，其中：

所述传感器模块包括多个激光位移传感器；

所述通信模块为串口通信模块；

所述数据采集模块包括数据采集单元、与所述数据采集单元相连接的滤波预处理单元以及与所述滤波预处理单元相连接的数据处理单元。

2.根据权利要求1所述的激光阵列冷轧板形检测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括数字信号处理器。

3.根据权利要求1或2所述的激光阵列冷轧板形检测装置，其特征在于，所述串口通信模块为RS-422串口通信模块。

4.根据权利要求1或2所述的激光阵列冷轧板形检测装置，其特征在于，所述激光位移传感器包括激光线光源以及CCD图像传感器。

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