阅读说明：本技术 一种炉前板坯长度在线自动测量方法 (On-line automatic measurement method for length of stokehole plate blank ) 是由 任晓怀 张飞 李珂 刘恒文 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种炉前板坯长度在线自动测量方法,属于金属加工技术领域。该方法通过在炉前板坯运送辊道安装一个激光测距仪和若干个冷金属检测器来实现板坯长度的在线自动测量,首先板坯在辊道运输过程中,每当收到冷金属检测器上升沿信号时,锁定此刻的激光测距仪测量数据并进行保存,然后对激光测距仪测量数据的有效性进行判断,最后根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系,计算得出板坯的实际长度。本发明设备投资少,测量方法简单,测量长度范围大,同时能够在板坯运送过程中完成板坯长度的测量。(The invention provides an on-line automatic measurement method for the length of a stokehole plate blank, belonging to the technical field of metal processing. The method includes the steps that a laser range finder and a plurality of cold metal detectors are installed on a furnace front slab conveying roller way to achieve on-line automatic measurement of the length of a slab, firstly, the measured data of the laser range finder at the moment are locked and stored when rising edge signals of the cold metal detectors are received in the conveying process of the slab through the roller way, then the effectiveness of the measured data of the laser range finder is judged, and finally, the actual length of the slab is calculated according to the geometrical relations among the laser range finder, the slab and the cold metal detectors. The invention has the advantages of less equipment investment, simple measuring method and large measuring length range, and can complete the measurement of the slab length in the slab conveying process.)

一种炉前板坯长度在线自动测量方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别是指一种炉前板坯长度在线自动测量方法。

背景技术

板坯是钢坯的一种，为钢水通过连铸机连铸形成，一般铸坯宽厚比大于3的即称板坯，其主要用于轧制板材。在板坯进行轧制之前，首先要经过加热炉的加热处理，使板坯温度达到1200℃左右以后，再进行后续的轧制过程。在板坯进入加热炉之前，需要对板坯的信息进行核对，包括板坯尺寸及板坯号等，目前部分产线依赖于操作人员的观察来判断板坯的信息是否符合要求，生产效率低、劳动强度大、严重影响生产节奏。为了实现板坯信息的全自动校核功能，需要对板坯尺寸进行精确的在线测量，其中就包括了板坯长度的自动测量。

目前，很多钢铁企业常用的一种板坯长度测量方法为：利用冷金属检测器信号和对辊道速度进行积分来间接计算板坯的长度，众所周知，辊道电机一般都不安装测速编码器，所以利用辊道速度间接计算板坯长度精度不高，而且当板坯在辊道上发生打滑以后，该种测量方法就会存在很大的测量偏差。另外一种板坯长度测量方法为：在板坯运输辊道安装两个或多个激光测距仪，测量出测距仪与板坯头尾两个端面的距离，然后计算出板坯长度，该种方法保证了测量精度，但需要安装至少两个或多个激光测距仪，增加了前期硬件投资成本和后期的仪表维护成本。在已有专利方面，发明专利“钢板板坯尺寸测量方法及装置”阐述了一种板坯尺寸测量策略，其采用机器视觉的方法，首先使用激光投射器在板坯长度方向和宽度方向上投射激光线，然后通过摄像机拍摄板坯图像，最后识别计算出板坯的长度和宽度，该方法投资成本高，测量和计算过程复杂，并且后期系统维护复杂，虽然可以测量出板坯尺寸，但性价比不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种炉前板坯长度在线自动测量方法，该方法通过在板坯运送辊道安装一个激光测距仪和若干个冷金属检测器(简称“冷检”)来实现板坯长度的测量，板坯在辊道运输过程中，每当收到冷金属检测器上升沿信号时，锁定此刻的激光测距仪测量数据并进行保存，然后对锁定的激光测距仪测量数据有效性进行判断，最后根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算得出板坯的实际长度。

该方法首先板坯在辊道运输过程中，每当收到冷金属检测器上升沿信号时，锁定此刻的激光测距仪测量数据并进行保存，然后对锁定的激光测距仪测量数据有效性进行判断，最后根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算得出板坯的实际长度。

具体包括步骤如下：

(1)板坯在辊道运输过程中，每当收到冷金属检测器上升沿信号时，锁定此刻的激光测距仪测量数据并进行保存；

(2)利用冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据有效因子对锁定的激光测距仪测量数据有效性进行判断；

(3)根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算得出板坯的实际长度。

其中，步骤(1)中激光测距仪安装于板坯运送辊道外侧，激光测距仪光束高于辊道水平面并且与之平行，激光测距仪光束与辊道水平面的距离为0.5倍的板坯最小厚度，激光测距仪光束与辊道中心线的夹角为α，α的取值范围为10°～40°。

冷金属检测器采用对射形式，冷金属检测器信号发射端安装于辊道外侧且高于辊道水平面，冷金属检测器信号接收端安装于辊道内侧且低于辊道水平面，同时保证冷金属检测器发射的光束通过辊道中间部位。

冷金属检测器安装于激光测距仪在板坯运输方向的下游位置，距离激光测距仪最近的冷金属检测器CMD₀和距离激光测距仪最远的冷金属检测器CMD_n与激光测距仪的安装间距计算公式分别为：

式中，L₀为CMD₀与激光测距仪安装间距；L_n为CMD_n与激光测距仪安装间距；Dc为激光测距仪与辊道中心线的距离；Sw_min为板坯最小宽度；Sw_max为板坯最大宽度；Sl_min为板坯最小长度；Sl_max为板坯最大长度；α为激光测距仪光束与辊道中心线的夹角。

冷金属检测器安装间距估算值、所需冷金属检测器数量和冷金属检测器实际安装间距分别由下式计算得到：

式中，ΔL’为冷金属检测器之间的安装间距估算值；Sw_min为板坯最小宽度；α为激光测距仪光束与辊道中心线的夹角；λ为修正系数且满足0<λ<1；ΔL为冷金属检测器实际安装间距；L₀为CMD₀与激光测距仪安装间距；L_n为CMD_n与激光测距仪安装间距；n为所需冷金属检测器数量。

步骤(3)中根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算每个冷金属检测器位置所对应的板坯长度并做平均值处理，将此平均值作为最终的板坯长度计算值，计算公式如下：

式中，Sl为板坯长度计算值；ΔL为冷金属检测器之间实际安装间距；L₀为CMD₀与激光测距仪安装间距；α为激光测距仪光束与辊道中心线的夹角；Ls_i为第i个冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据；β_i为第i个冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据有效因子，i为冷金属检测器序号。

第i个冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据有效因子取值为：

式中，Dc为激光测距仪与辊道中心线的距离；Sw为板坯宽度；α为激光测距仪光束与辊道中心线的夹角；Ls_i为第i个冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据；K₁，K₂为修正系数，且满足0<K₂≤1≤K₁<2。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过在板坯运送辊道外侧安装一个激光测距仪和若干个冷金属检测器来实现板坯长度的测量，根据板坯长度和宽度范围来计算所需冷金属检测器数量，以保证该种测量方法能够覆盖所有规格的板坯长度测量要求，通过冷金属检测器上升沿信号锁定激光测距仪测量数据然后对其进行有效性判断，最后把多个板坯长度数据的平均值作为最终的板坯长度计算值，进一步保证了长度测量值的稳定性和可靠性，相比于传统的速度积分式测量方法和机器视觉测量方法，该方法具有实现简单，成本低，测量精度高等优点，既满足了生产需要又节省投资成本和后期仪表维护成本。

附图说明

图1为本发明方法的测量原理示意图；

图2为本发明方法的距离激光测距仪最近冷金属检测器的安装间距示意图；

图3为本发明方法的距离激光测距仪最远冷金属检测器的安装间距示意图；

图4为本发明方法的冷金属检测器安装示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种炉前板坯长度在线自动测量方法。

如图1所示，该方法首先板坯在辊道运输过程中，每当收到冷金属检测器上升沿信号时，锁定此刻的激光测距仪测量数据并进行保存，然后对锁定的激光测距仪测量数据有效性进行判断，最后根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算得出板坯的实际长度。

激光测距仪安装于板坯运送辊道外侧，激光测距仪光束高于辊道水平面并且与之平行，激光测距仪光束与辊道水平面的距离为0.5倍的板坯最小厚度，激光测距仪光束与辊道中心线的夹角为α，α的取值范围为10°～40°。

如图4所示，冷金属检测器采用对射形式，冷金属检测器信号发射端安装于辊道外侧且高于辊道水平面，冷金属检测器信号接收端安装于辊道内侧且低于辊道水平面，同时保证冷金属检测器发射的光束通过辊道中间部位。

下面结合具体实施例予以说明。

该方案在某厂2150mm轧线加热炉前板坯测长系统上实施，该产线的板坯宽度范围为1000mm～2000mm，板坯长度范围为9700mm～18000mm，板坯厚度范围为135mm、170mm和200mm。

一种炉前板坯长度在线自动测量方法，具体实施方案如下：

1)在板坯运送辊道外侧安装激光测距仪，激光测距仪光束高于辊道水平面并且与之平行，激光测距仪光束与辊道水平面的距离为0.5倍的板坯最小厚度，激光测距仪光束与辊道中心线的夹角为α，α的取值30°；

2)冷金属检测器安装于激光测距仪在板坯运输方向的下游位置，如图2、图3所示，计算距离激光测距仪最近的冷金属检测器CMD₀和距离激光测距仪最远的冷金属检测器CMD_n与激光测距仪的安装间距：

式中，L₀为CMD₀与激光测距仪安装间距；L_n为CMD_n与激光测距仪安装间距；Dc为激光测距仪与辊道中心线的距离，取值为1500；Sw_min为板坯最小宽度，取值为1000；Sw_max为板坯最大宽度，取值为2000；Sl_min为板坯最小长度，取值为9700；Sl_max为板坯最大长度，取值为18000。

3)计算冷金属检测器安装间距估算值、所需冷金属检测器数量和冷金属检测器实际安装间距：

式中，ΔL’为冷金属检测器之间的安装间距估算值；λ为修正系数，取值为0.9；ΔL为冷金属检测器实际安装间距；n为所需冷金属检测器数量。

4)根据激光测距仪、板坯和冷金属检测器之间的几何关系，计算每个冷金属检测器位置所对应的板坯长度并做平均值处理，将此平均值作为最终的板坯长度计算值，计算公式如下：

式中，Sl为板坯长度计算值；Ls_i为第i个冷金属检测器上升沿信号锁定的激光测距仪测量数据；β_i为第i个冷金属检测器上升沿信号锁定测量数据的有效因子。

第i个冷金属检测器上升沿信号锁定激光测距仪测量数据有效因子取值为：

式中，Sw为板坯宽度；K₁，K₂为修正系数，K₁取值为1.05，K₂取值为0.95。

该厂2150轧线炉前板坯长度测量采用上述控制方法之后，测量系统运行稳定，板坯长度测量偏差小于20mm，即在较少的硬件投资下满足了生产需求，后期仪表的维护工作也相对简单。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。