張亦紅 宋旭峰

（寶鋼股份有限公司厚板部，上海200941）

0 引言

板型儀（PSG）布置在冷床的出口、切頭剪前，用于低溫狀態(tài)下對(duì)成品鋼板進(jìn)行外形識(shí)別，并配合剪切線計(jì)算機(jī)將不同的訂貨合同合理地“組合”在鋼板上，以完成最佳剪切的控制，提高成材率。在剪切線前應(yīng)布置一套用于最佳優(yōu)化剪切的PSG，由于PSG能完成對(duì)整塊母板在分切成為成品子板之前的板型識(shí)別，從而為合理地配置合同和有效剪切創(chuàng)造了條件。由于PSG模型計(jì)算機(jī)與剪切線計(jì)算機(jī)的分工合作，使每一塊母板均可獲得有效利用，最佳配比子板的合同，從而避免了由于無法了解板型而帶來的資源浪費(fèi)。所有的板型識(shí)別儀基本構(gòu)成均為測寬儀＋頭尾識(shí)別儀＋測速儀＋背光源，略有不同的是其中各類儀表、具體檢測方式、布置位置及采用的檢測元件等，但基本指導(dǎo)思想都是組合頭尾形狀＋鋼板寬度共同構(gòu)成“模擬狀態(tài)”的板外形，從而為最佳剪切提供數(shù)據(jù)，使鋼板達(dá)到最理想的剪切效果。

技術(shù)參數(shù)：（1）最大測長范圍：52 000 mm（精度要求：0.08%）；（2）測寬范圍：900～4 100 mm；（3）所測鋼板的最高溫度：200℃；（4）所測鋼板的最快移動(dòng)速度：2.5 m／s；（5）相鄰鋼板間的最短時(shí)間：10 s。

如果2塊鋼板的測量位置不同，則要保證2塊鋼板到達(dá)PSG的時(shí)間間隔＞20 s，即測量頭在接收到新的信號(hào)20 s后，才能移動(dòng)到新的位置。

1 測量原理及系統(tǒng)說明

（1）測量原理：采用激光非接觸方式對(duì)鋼板的形狀進(jìn)行測量，包括鋼板的寬度、長度、邊部形狀和頭、尾部形狀。寬度測量運(yùn)用的是ANTARIS傳感器，長度測量運(yùn)用的是激光多普勒（Doppler）速度傳感器，邊部形狀運(yùn)用的是掃描式激光器，頭、尾部測量運(yùn)用的是CCD攝像拍照方式。（2）具體系統(tǒng)說明：板型儀由激光掃描測寬儀、頭尾形狀識(shí)別儀、激光測速儀等組成。采用激光側(cè)向?qū)ΨQ掃描法測量板寬。由于厚板生產(chǎn)的特點(diǎn)，其邊緣并非上下表面平行而是有“疊邊”的情況。在檢測過程中，無論是采用背光源式或紅外式均無法看到實(shí)際的“疊邊”；采用這一新方法后則能有效地找出邊部的實(shí)際情況，如圖1虛線所示，在剪切時(shí)可排除“疊邊”的影響。沿鋼板行進(jìn)方向布置有4臺(tái)激光側(cè)向邊部掃描儀，共同完成對(duì)鐮刀彎及寬度的測量。而頭尾則采用傳統(tǒng)的最佳識(shí)別方式來獲取信息。圖1中斜線部分為PSG檢測計(jì)算機(jī)判別出的最佳剪切線，并將其傳遞至剪切線計(jì)算機(jī)，剪切線計(jì)算機(jī)依具體合同做出最佳化剪切控制。圖1中采用4臺(tái)激光側(cè)向邊部掃描儀對(duì)邊部掃描，對(duì)稱的2臺(tái)完成測寬功能，對(duì)于頭尾則采用與熱軋頭尾測量相類似的方式（由CCD攝像頭、測速儀、背光源組成），通過瞬時(shí)測寬加上測鋼板速度來獲得鋼板頭尾數(shù)據(jù)；同時(shí)再組合鋼板中部的激光測寬數(shù)據(jù)共同得到鋼板實(shí)際外形。

圖1 PSG構(gòu)成圖

2 詳細(xì)功能描述

2.1 寬度與邊部形狀的測量

寬度測量應(yīng)用的是2個(gè)掃描式激光距離測量儀，分別安裝在輥道的兩邊。具有掃描激光束和照相機(jī)系統(tǒng)的激光距離傳感器用于邊部凸度的測量。對(duì)于鐮刀彎形狀的測量應(yīng)用的是ANTARIS激光距離傳感器，ANTARIS內(nèi)部有一臺(tái)集成的高性能數(shù)字信號(hào)處理器。ANTARIS通過空氣進(jìn)行冷卻和清掃。

2.2 剪切形狀（頭尾部形狀）的測量

頭尾部形狀的測量運(yùn)用的是CMOS陣列的照相方式，整套照相系統(tǒng)安裝在輥道上方的橋形架內(nèi)，被密閉保護(hù)。

2.3 長度的測量

長度測量采用的是非接觸式的激光多普勒測速方式。當(dāng)激光束照射運(yùn)動(dòng)物體或流體時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，物體散射光或反射光的頻率將發(fā)生變化，如果把散射光和原來的激光（參考光）拍頻后檢測，即可得到與運(yùn)動(dòng)速度成比例的拍頻信號(hào)。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行分析就可得到運(yùn)動(dòng)體的速度。測量范圍是0～4 850 m／min，測量精度是0.1%（板厚＜50 mm）、0.2%（板厚＜150 mm）。

激光多普勒速度傳感器用來測量核心器件。為避免測量中的偏差，考慮到如鋼板在輥道上行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的彈跳，或切面不良、翹頭等，將激光多普勒速度傳感器安放至輥道底部。同時(shí)為更進(jìn)一步提高測量的精確度，除激光多普勒速度傳感器外還在輥道兩側(cè)安放光柵。其利用4對(duì)光柵之間的固定距離來幫助測量：當(dāng)鋼板頭部到達(dá)第1對(duì)光柵時(shí)，激光多普勒速度傳感器開始測量長度。如鋼板頭部被第2對(duì)光柵檢測到，激光多普勒速度傳感器清零并重新開始測量。若鋼板頭部被第3對(duì)光柵檢測到，激光多普勒速度傳感器再次清零并重新開始測量。以此類推，最終當(dāng)鋼板尾部被第1對(duì)光柵檢測到時(shí)，激光多普勒速度傳感器停止測量，這才得出最終測量值，即激光多普勒速度傳感器所測到的長度加上前幾對(duì)光柵之間的距離。若鋼板尾部在鋼板頭部被第2對(duì)光柵檢測到之前就已到達(dá)第1對(duì)光柵，則測量結(jié)束，以此類推。

2.4 供氣與冷卻系統(tǒng)

整套系統(tǒng)采用的是氣冷方式，內(nèi)部有一空氣過濾器，空氣的另一功能是清掃設(shè)備，其冷卻是依靠水冷卻。鋼板形狀顯示界面如圖2、圖3所示。

圖2 外部輪廓和邊部顯示

圖3 形狀和邊部的詳細(xì)顯示畫面

2.5 校正

校正原理如圖4所示。

圖4 校正原理圖

準(zhǔn)備工作：（1）輥道停止并鎖定；（2）區(qū)域清潔并設(shè)置路障。

標(biāo)定步驟：（1）將板型儀退到校準(zhǔn)位置；（2）激光測寬儀必須按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)校正；（3）用戶提供樣板L×W×H＝1.5 m×1.3 m×10 mm，選擇3個(gè)測量點(diǎn)分別位于鋼板中心及其兩側(cè)60 mm處，樣板尺寸的不確定度K＝2；（4）樣板手動(dòng)安放在輥道上在第1測定點(diǎn)，無歪斜；（5）測量允許適當(dāng)?shù)脑O(shè)定時(shí)間，用同樣方法測定其余2點(diǎn)；（6）測量值取3次均方根，在結(jié)果≤精度＋不確定度時(shí)，測試將通過；（7）當(dāng)未通過時(shí)，可以再做1次，直至達(dá)到激光測寬儀的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)；（8）在上述狀態(tài)下繼續(xù)標(biāo)定測長激光儀；（9）停止輥道，并手動(dòng)控制輥道；（10）將樣板放在輥道上，對(duì)準(zhǔn)測量點(diǎn)，無偏斜；（11）按照激光測長儀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正；（12）根據(jù)顯示圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；（13）如果未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)行調(diào)整，直至滿足要求；（14）如果標(biāo)定結(jié)果達(dá)到要求的精度，按下“確定”鍵。

3 環(huán)境因素

為了確保功能和測量精度，根據(jù)安裝地點(diǎn)的具體條件，有如下環(huán)境影響因素及其應(yīng)對(duì)方法：（1）振動(dòng)。鋼板在輥道上輸送時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這對(duì)測量精度有影響。因此，應(yīng)當(dāng)在安裝過程中選用堅(jiān)固的支架，并將其牢固地固定在混凝土地面上。系統(tǒng)所有的電纜都應(yīng)固定在電纜槽架中，防止受到振動(dòng)的影響。（2）電磁干擾和電氣噪聲。由于大功率電器（如輥道電機(jī)）的普遍存在，電纜應(yīng)當(dāng)安裝在合適的電纜槽架內(nèi)，防止受到電磁干擾。同時(shí)，為防止供電線路中的電氣噪聲，有必要在進(jìn)線處安裝一個(gè)隔離變壓器。（3）灰塵。該設(shè)備區(qū)域的灰塵較多，為防止其粘在觀察窗上影響測量，鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)也擔(dān)負(fù)著吹掃灰塵的責(zé)任。

4 結(jié)語

板型儀在完成現(xiàn)場調(diào)試后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。自2008年投運(yùn)以來，這套板型儀一直保持著良好的運(yùn)行狀態(tài)，沒有出現(xiàn)過因系統(tǒng)本體造成的故障，顯示了該系統(tǒng)的高可靠性。

［1］胡畔.板型儀在線測量系統(tǒng)在四輥軋機(jī)中的應(yīng)用［J］.寬厚板，2011（4）

［2］秦政.新型冷軋帶鋼板型儀［J］.金屬世界，2003（5）

［3］李立新，劉雪峰，汪凌云.冷軋帶鋼板型最優(yōu)的軋制工藝制度制訂［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000（1）

［4］譚樹彬，吳文彬，崔建江，等.冷連軋機(jī)穿帶過程帶鋼厚度建模及仿真［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004（4）

［5］王國棟，劉相華，王軍生.冷連軋板型自動(dòng)控制［J］.軋鋼，2003（4）

［6］劉興剛，譚樹彬，崔建江，等.冷連軋第5機(jī)架軋制力模型［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004（1）