阅读说明：本技术 一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置 ([db:专利名称-en]) 是由 李乐毅 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置,通过测量带钢厚度方向的变化,然后计算出带钢宽度方向上纤维条的长度,具体的,将带钢视为由N个连续纤维条组成的一个整体,激光器发射的激光投射到带钢的表面形成光斑B,由于压力加工变形,带钢的厚度变化后光斑移动到A,而在接收器的光敏元件上,成像点由B’移动到A’,根据几何关系,可得到带钢的厚度变化量h与成像点的移动距离h’的关系,进而通过厚度变化量h可计算出带钢纤维条的长度。本发明弥补了原有无专业装置测量带钢纤维条长度的空白,且激光器和接收器不与带钢板面接触,故可避免划伤带钢板面。另外,可以通过设置激光器和接收器的精度来排除带钢振动或摆动所产生的干扰。([db:摘要-en])

一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及非接触式测量领域，尤其涉及一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置。

背景技术

类似于带钢等材料经常要通过轧制或矫直等压力加工方式进行加工，在进行加工参数的精确选择时，经常将带钢视为由N个连续纤维条组成的一个整体，在压力加工的过程中，同一截面上，所有纤维层总是保持着一个动态的平衡，其平衡方程如下：

这些连续纤维条有的受压，有的受拉，所以会变的长短不一，长短不一的纤维条会造成浪形缺陷和残余应力分布不均等问题，需要提高压力加工的加工精度或后续工艺进行改善，但目前还没有检测装置能够测量连续纤维条的长度，为后续或前期压力加工提供参考因素。

发明内容

为了解决上述问题，且考虑到带钢很薄时，很难直接动态测量带钢宽度方向纤维条的长度，本发明基于光学原理，提出了一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置，通过测量带钢厚度方向的变化，然后计算出带钢宽度方向上纤维条的长度，该方法为非接触式测量方法，且测量简单快捷，具体的，包括以下步骤：

S1.以带钢表面某点O为中心建立三维坐标系，其x轴平行于带钢的长度方向，y轴平行于带钢的宽度方向，z轴平行于带钢的厚度方向；将带钢视为由N个连续纤维条组成的一个整体，带钢纤维条的长度方向平行于y轴，宽度方向平行于z轴，厚度方向平行于z轴；

S2.激光器发射的激光投射到带钢的表面形成光斑B，由于压力加工变形，带钢的厚度由z_i-1变为z_i时，光斑移动到A，而在接收器的光敏元件上，成像点由B'移动到A'，根据几何关系，带钢的厚度变化量h＝|z_i-z_i-1|与成像点的移动距离h'的关系为：

式中，k₁、k₂和k₃分别为带钢在x轴、y轴和z轴方向的刚度影响系数；

S3.由于带钢在连续压力加工过程中往往是运动的，当带钢沿x轴方向运动时，在时刻t₁，t₂，…，t_n通过式(1)得到带钢的厚度变化量h＝|z_i-z_i-1|，然后根据下式可计算出带钢纤维条的长度L：

式中，v_i为测量带钢厚度z_i时带钢的运动速度，n为测量点数。

进一步的，假设带钢在压力变形过程中应力和应变中性层重叠，在压力变形过程中不会出现偏移，且带钢中部变形区长度是整体长度的一半以内；再设带钢长度为l，压力变形后，带钢的长度延伸变化量为Δl，宽度延伸变化量与长度延伸变化量之比为λ；

由于在带钢内部的各个方向都存在着互相平衡的内力，带钢的拉长会受到三个方向刚端效应的影响，其刚度影响系数k₁、k₂和k₃分别为：

进一步的，若带钢纤维条的宽度取值越大，则测量点数n越多，通过式(2)计算出的带钢纤维条的长度L更加准确。

本发明提出的一种带钢纤维条长度测量装置，包括激光器、接收器、透镜、摄像透镜和滤色镜，所述激光器活动设置于带钢上方，且激光器移动方向平行于y轴，所述透镜设置于激光器激光出射端与带钢之间，所述摄像透镜设置于接收器接收端与带钢之间，所述滤色镜设置于摄像透镜和接收器之间；所述激光器发射的激光通过透镜投射到带钢的表面形成光斑，经带钢表面反射的激光分别经摄像透镜和滤色镜成像于接收器上。

本发明的有益效果在于：由于带钢很薄时很难直接动态测量带钢宽度方向纤维条的长度，本发明通过测量带钢厚度方向的变化，然后计算出带钢宽度方向上纤维条的长度，本发明弥补了原有无专业装置测量带钢纤维条长度的空白，且激光器和接收器不与带钢板面接触，故可避免划伤带钢板面。另外，可以通过设置激光器和接收器的精度来排除带钢振动或摆动所产生的干扰。

附图说明

图1是本发明的带钢纤维条划分示意图；

图2是本发明的带钢纤维条长度分布图；

图3是本发明的带钢厚度变化量测量示意图；

图4是本发明的带钢在轧制后的纤维条长度分布图；

附图标记：1-激光器，2-透镜，3-光敏元件，4-滤色镜，5-摄像透镜。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种带钢纤维条长度测量方法及测量装置，通过测量带钢厚度方向的变化，然后计算出带钢宽度方向上纤维条的长度，其具体测量方法如下：

S1.如图1所示，以带钢表面某点O为中心建立三维坐标系，其x轴平行于带钢的长度方向，y轴平行于带钢的宽度方向，z轴平行于带钢的厚度方向，将带钢视为由N个连续纤维条组成的一个整体，带钢纤维条的长度方向平行于y轴，宽度方向平行于z轴，厚度方向平行于z轴，其中，带钢纤维条长度分布如图2所示；

S2.如图3所示为本实施例的带钢厚度变化量测量示意图，激光器1发射的激光通过透镜2投射到带钢的表面形成光斑B，带钢表面反射的激光分别经摄像透镜5和滤色镜4成像于接收器的光敏元件3上，由于压力加工变形，带钢的厚度由z_i-1变为z_i时，光斑移动到A，而在接收器的光敏元件3上，成像点由B'移动到A'，根据几何关系，带钢的厚度变化量h＝|z_i-z_i-1|与成像点的移动距离h'的关系为：

式中，k₁、k₂和k₃分别为带钢在x轴、y轴和z轴方向的刚度影响系数；

S3.由于带钢在连续压力加工过程中往往是运动的，当带钢沿x轴方向运动时，在时刻t₁，t₂，…，t_n通过式(1)得到带钢的厚度变化量h＝|z_i-z_i-1|，然后根据下式可计算出带钢纤维条的长度L：

式中，v_i为测量带钢厚度z_i时带钢的运动速度，n为测量点数。

基于上述测量方法，假设带钢在压力变形过程中应力和应变中性层重叠，在压力变形过程中不会出现偏移，且带钢中部变形区长度是整体长度的一半以内，再设带钢长度为l，压力变形后，带钢的长度延伸变化量为Δl，宽度延伸变化量与长度延伸变化量之比为λ。由于在带钢内部的各个方向都存在着互相平衡的内力，带钢的拉长会受到三个方向刚端效应的影响，其刚度影响系数k₁、k₂和k₃分别为：

在步骤1中，若带钢纤维条的宽度取值越大，则测量点数n越多，通过式(2)计算出的带钢纤维条的长度L更加准确，例如假设带钢在x轴方向上一共有99个测量点，一共划分33根纤维条，则每个纤维条有3个测量点，比如7,8,9三个测量点在一根纤维条上，利用上述公式计算L时，虽然测量点是7,8,9，但依然取i＝1，n＝3。

某块带钢在轧制后经过上述测量方法测量并计算后，可得到如图4所示的纤维条长度分布，由于该带钢经过轧制后再经过了连续交错辊的矫直，其特点是带钢经过连续反弯，其中部过分拉长的纤维条向两端均匀延伸，使纤维条的长度不会在中部过分突出，而向两侧趋于统一，该纤维条长度分布图可用于指导后续带钢矫直工序的工艺参数设置。

本实施例中，激光器1可选用线性激光位移传感器，它可通过光敏元件3上高精度的光栅栅格实现位移的动态输出，更为具体的，激光器1可选用BANNER---L-GAGE系列高精度激光位移传感器，光敏元件3可选用SICK(施克)高精度激光测量仪，型号可选用OD2-N250W150。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。