項秀明，劉秀華

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

在鋼鐵企業(yè)的冷軋產線，測速儀用來測量機架間帶鋼的速度，為各機架的秒流量控制提供準確的速度信號，速度測量的精度將直接影響軋機秒流量控制的精度。因而，具有動態(tài)響應快、空間分辨率高、測量范圍大、非接觸測量和實時性好等優(yōu)點的激光測速儀，普遍應用于軋鋼工業(yè)中[1-4]。

美國BETA公司LS8000系列非接觸式激光測速儀，由于其高精度特點，應用較廣，普遍應用于各鋼鐵企業(yè)的冷軋產線。但受現場條件多方面影響，利用激光多普勒效應原理的測速儀的故障出現頻率也較高，其中，某鋼鐵廠的其中一條冷軋產線使用的是LS8000系列激光測速儀，在剛投入使用時測量結果未達到最優(yōu)效果，嚴重影響帶鋼的軋制生產。

本文從實際問題出發(fā)，多角度分析問題產生的可能原因，設計了解決方案，通過實際試驗，找到問題的解決辦法，為現場秒流量控制提供了可靠的速度保證。

1 存在的問題

自設備上線后，通過一周的測量結果跟蹤，發(fā)現此產線激光測速儀存在問題：①品質因數QF值偶爾丟失。QF值是速度獲取的保證，直接影響速度值的獲取結果，LS8000系列測速儀的QF值最佳值是15，在7.5以上都是可以保證速度信號獲取結果的，但7.5以下將不能保證測量的準確性，速度信號會丟失；②速度信號噪聲過大。速度信號噪聲過大，也就是信號的波動性較大，嚴重影響秒流量控制精度[5-6]。

以240 m/min的速度為例，激光測速儀速度噪聲信號波動在0.04 m/s，標準偏差0.133 5，而在此種噪聲信號下，嚴重影響秒流量控制，至少要控制在0.01以內。在同一時刻，速度信號標準偏差0.133 5對比如圖1所示。其中，上層曲線為其出口方向最近的張力輥編碼器速度，下層曲線為其入口方向最近的張力輥編碼器速度，中間曲線為激光測速儀檢測的實際速度。從圖中可以看出測速儀速度測量信號具有較嚴重的波動。

2 解決方案

鑒于上述問題的存在，分析產生的原因，將解決方案分為2步：①預設方案，全面分析問題產生的原因，分別解決，并提出針對此問題的測試調整方案；②實施方案，根據預設方案有目的、有計劃地進行優(yōu)化調整，穩(wěn)定測量結果。

2.1 預設方案

激光是速度測量的基礎，由激光測量頭發(fā)出的激光經分光束被分為兩束相同的激光，在帶鋼表面發(fā)生干涉、反射，反射光線的一部分被接收單元前面的鏡頭收集并聚焦到檢測器。因而，速度測量結果的質量取決于激光發(fā)生器、干涉點、激光回路、檢測器幾個方面。鑒于此，將預設方案分2個方面：首先，降低測量環(huán)境的影響；其次，排除測量裝置本身存在的不足。為此，提出以下幾點測試調整方案。

（1）調整參數設置以及激光測量頭安裝位置與角度，優(yōu)化測量結果。

（2）調整空氣吹掃壓力，減小平整液對測量光路的影響。在壓力條件允許范圍內（吹掃壓力并不是越大越好，過大時，吹掃空氣會在快換窗處產生漩渦，反而會降低速度信號的精度；吹掃壓力也不是越小越好，過小時，不能完全排開快換窗處的平整液或乳化液，也會降低速度信號的獲取精度），逐步調整壓縮空氣的壓力，提高對激光光路環(huán)境的吹掃能力，提高抗平整液干擾能力。

（3）查找周圍電氣設備對通信線路的干擾。從測量頭到現場電控柜，清查通訊線路周圍電氣使用情況，排除電氣設備的干擾。

（4）激光測量頭更換。不能排除測量頭本身存在的不足，因為此產線激光測速儀和另一條產線激光測速儀型號完全一樣，而另一條卻沒有此問題發(fā)生，所以無法排除此測量頭本身是否存在缺陷，可以對其進行更換測試。

（5）在以上方案均未得到良好的改善情況下，和機械人員進行協(xié)調，在激光測速儀入口側增加一套空氣吹掃，將進入激光測速儀激光點處軋制液吹開，保證反射激光強度，降低在激光光路處的軋制液干擾。

2.2 具體實施方案

2.2.1 原測量頭調整

（1）調整曲線平滑度值。在系統(tǒng)軟件中，可以對曲線平滑度（速度平均值的采樣點數）進行設置，平滑度值設置越大，曲線將越平滑，噪聲信號就會越小。但是，有利就有弊，平滑度值不宜設置過大。過大時，在升降速過程中，速度信號將會失真，所以，綜合考慮，設置不超過72。

對曲線平滑度值進行了進一步修改，由原值24改為30，效果并不明顯；進而將其值更改為48，在240 m/min速度下，測速儀速度信號波動由原來的0.04 m/s降低為0.03 m/s；進一步增加平滑度值到64，噪聲未得到進一步的改善。所以，為保證平滑度對噪聲影響調節(jié)到最佳，又使得速度信號不失真的情況下，最后選擇了平滑度最佳值48。

（2）調整激光發(fā)射器和帶鋼的夾角。激光發(fā)射器和帶鋼的夾角是否正確，會直接影響到測量結果，這是激光測速儀安裝的一個必要條件。為保證良好的測量結果，激光發(fā)射器和帶鋼的夾角需為90°±1°。但是，在安裝過程中，這個角度是不能保證的，因此，懷疑夾角對速度測量帶來了影響。對夾角進行測試，采取不同的調整方案，將激光發(fā)射器的4個角分別編號為1，2，3，4，編號如圖2所示，在不同墊片厚度（0.2～1）mm，測試調整組合次序如表1所示。

經多次試驗發(fā)現，夾角會影響測速儀的品質因數，各種組合及不同規(guī)格厚度墊片的調整后，品質因數QF值未得到明顯改善，反而更差。調整后其中一段品質因數變化圖如圖3所示，因此排除激光發(fā)射器與帶鋼夾角對噪聲帶來的影響。

（3）調整激光測量頭到帶鋼表面的距離。和夾角一樣，激光發(fā)射器到帶鋼的距離，也會直接影響到測量結果。最佳距離要求發(fā)射器到帶鋼的距離為（1000±10）mm。經多次調整，測量曲線觀察，最終只能將激光發(fā)射器到帶鋼表面距離定位為1026 mm處，此處測量結果效果相對較好，測量結果有所改善，但仍未到達速度測量的最佳使用效果。激光測量頭發(fā)射器調整方向如圖4所示。

圖2 激光發(fā)射器4角編號

表1 測試調整組合次序

圖3 夾角調整后品質因數變化

（4）調整空氣吹掃壓力。根據預設方案的壓力調整模式，壓力值在原值的基礎上進行調整。首先，在條件允許范圍內，在原壓力值的基礎上，逐步增大吹掃壓力，發(fā)現對QF值并沒有得到改善；其次，在原壓力值的基礎上逐漸降低空氣吹掃壓力，效果也不明顯。壓力過低時，測速儀報錯，停止檢測。因而，壓力值不是產生問題的根本原因，將其恢復原值。

圖4 激光測量頭發(fā)射器調整方向

（5）排查周圍電氣設備干擾。從測量頭到現場電氣柜，逐步清查走線情況，并未發(fā)現周圍有其他電纜經過，只有測速儀本身的24 V電源線和通訊線，不存在外界電氣設備干擾情況。

在對原測量頭的努力調整下，速度信號的測量結果得到了一定的改善，標準偏差為0.00 937，控制在0.01以下。但是，經過長期觀察，仍存在QF值偶爾丟失的情況發(fā)生，結果仍不能令人滿意。

2.2.2 更換新測量頭

鑒于原測量頭在參數、安裝位置、測量環(huán)境干擾的調整與排查下，測量結果得到很大改善，但QF值仍存在丟失的情況，影響測量結果的極大的可能性就是測量頭本身存在的問題。為此，決定對原測量頭進行了更換及新測量頭進行調整。新測量頭的檢測結果如圖5所示。

從新測量頭檢測結果可以看出，目前，在設定值700 m/min的速度下，激光測速儀的速度信號標準偏差為0.004，在其附近的板型輥編碼器速度信號標準偏差為0.006，其入口方向最近的張力輥速度信號標準偏差為0.009，其出口方向最近的張力輥速度信號標準偏差為0.008；而且，QF值一直很穩(wěn)定在15，激光測速儀的速度測量結果優(yōu)于板型輥及張力輥的速度。測量優(yōu)化結果比較令人滿意。

3 結論

經過對原測量頭的調整、排查，一段時間的測量跟蹤，發(fā)現雖然速度信號的標準偏差有了明顯改進，也就是速度信號噪聲有了相當程度的改進，但是，尚存在嚴重的不足：QF值偶爾一段時間還會丟失。因而影響了測量結果的準確性，不能保證秒流量的準確控制。

圖5 新測量頭檢測結果

根據預設方案，在具體實施方案中對測量頭進行了更換，經過長期觀察，測速儀的速度信號標準偏差在原基礎上有了更大的改善，而且在產線運行過程中QF值一直很穩(wěn)定保持在15，測量結果非常令人滿意。

以某鋼鐵廠一條冷軋產線使用的是LS8000系列激光測速儀存在的實際問題為出發(fā)點，解決了激光測速儀測量結果不穩(wěn)定的問題，對影響激光測速儀測量結果的因素進行了詳細分析，處理方法及處理過程對其他激光測速儀故障排查具有一定的引導作用。