淺談板型儀在厚板剪切線上的應用

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，用于低溫狀態下對成品鋼板進行外形識別，并配合剪切線計算機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。在剪切線前應布置一套用于最佳優化剪切的PSG，由于PSG能完成對整塊母板在分切成為成品子板之前的板型識別，從而為合理地配置合同和有效剪切創造了條件。由于PSG模型計算機與剪切線計算機的分工合作，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。所有的板型識別儀基本構成均為測寬儀＋頭尾識別儀＋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，但基本指導思想都是組合頭尾形狀＋鋼板寬度共同構成“模擬狀態”的板外形，從而為最佳剪切提供數據，使鋼板達到最理想的剪切效果。

技術參數：（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速度：2.5 m／s；（5）相鄰鋼板間的最短時間：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PSG的時間間隔＞20 s，即測量頭在接收到新的信號20 s后，才能移動到新的位置。

1 測量原理及系統說明

（1）測量原理：采用激光非接觸方式對鋼板的形狀進行測量，包括鋼板的寬度、長度、邊部形狀和頭、尾部形狀。寬度測量運用的是ANTARIS傳感器，長度測量運用的是激光多普勒（Doppler）速度傳感器，邊部形狀運用的是掃描式激光器，頭、尾部測量運用的是CCD攝像拍照方式。（2）具體系統說明：板型儀由激光掃描測寬儀、頭尾形狀識別儀、激光測速儀等組成。采用激光側向對稱掃描法測量板寬。由于厚板生產的特點，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際的“疊邊”；采用這一新方法后則能有效地找出邊部的實際情況，如圖1虛線所示，在剪切時可排除“疊邊”的影響。沿鋼板行進方向布置有4臺激光側向邊部掃描儀，共同完成對鐮刀彎及寬度的測量。而頭尾則采用傳統的最佳識別方式來獲取信息。圖1中斜線部分為PSG檢測計算機判別出的最佳剪切線，并將其傳遞至剪切線計算機，剪切線計算機依具體合同做出最佳化剪切控制。圖1中采用4臺激光側向邊部掃描儀對邊部掃描，對稱的2臺完成測寬功能，對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），通過瞬時測寬加上測鋼板速度來獲得鋼板頭尾數據；同時再組合鋼板中部的激光測寬數據共同得到鋼板實際外形。

圖1 PSG構成圖

2 詳細功能描述

2.1 寬度與邊部形狀的測量

寬度測量應用的是2個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系統的激光距離傳感器用于邊部凸度的測量。對于鐮刀彎形狀的測量應用的是ANTARIS激光距離傳感器，ANTARIS內部有一臺集成的高性能數字信號處理器。ANTARIS通過空氣進行冷卻和清掃。

2.2 剪切形狀（頭尾部形狀）的測量

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

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。當激光束照射運動物體或流體時，由于多普勒效應，物體散射光或反射光的頻率將發生變化，如果把散射光和原來的激光（參考光）拍頻后檢測，即可得到與運動速度成比例的拍頻信號。對此信號進行分析就可得到運動體的速度。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時產生的彈跳，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。同時為更進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安放光柵。其利用4對光柵之間的固定距離來幫助測量：當鋼板頭部到達第1對光柵時，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，最終當鋼板尾部被第1對光柵檢測到時，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光柵之間的距離。若鋼板尾部在鋼板頭部被第2對光柵檢測到之前就已到達第1對光柵，則測量結束，以此類推。

2.4 供氣與冷卻系統

整套系統采用的是氣冷方式，內部有一空氣過濾器，空氣的另一功能是清掃設備，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

準備工作：（1）輥道停止并鎖定；（2）區域清潔并設置路障。

標定步驟：（1）將板型儀退到校準位置；（2）激光測寬儀必須按企業標準校正；（3）用戶提供樣板L×W×H＝1.5 m×1.3 m×10 mm，選擇3個測量點分別位于鋼板中心及其兩側60 mm處，樣板尺寸的不確定度K＝2；（4）樣板手動安放在輥道上在第1測定點，無歪斜；（5）測量允許適當的設定時間，用同樣方法測定其余2點；（6）測量值取3次均方根，在結果≤精度＋不確定度時，測試將通過；（7）當未通過時，可以再做1次，直至達到激光測寬儀的標定標準；（8）在上述狀態下繼續標定測長激光儀；（9）停止輥道，并手動控制輥道；（10）將樣板放在輥道上，對準測量點，無偏斜；（11）按照激光測長儀標準進行校正；（12）根據顯示圖形和數據進行參數設定；（13）如果未達到標準，則進行調整，直至滿足要求；（14）如果標定結果達到要求的精度，按下“確定”鍵。

3 環境因素

為了確保功能和測量精度，根據安裝地點的具體條件，有如下環境影響因素及其應對方法：（1）振動。鋼板在輥道上輸送時會產生振動，這對測量精度有影響。因此，應當在安裝過程中選用堅固的支架，并將其牢固地固定在混凝土地面上。系統所有的電纜都應固定在電纜槽架中，防止受到振動的影響。（2）電磁干擾和電氣噪聲。由于大功率電器（如輥道電機）的普遍存在，電纜應當安裝在合適的電纜槽架內，防止受到電磁干擾。同時，為防止供電線路中的電氣噪聲，有必要在進線處安裝一個隔離變壓器。（3）灰塵。該設備區域的灰塵較多，為防止其粘在觀察窗上影響測量，鼓風機同時也擔負著吹掃灰塵的責任。

4 結語

板型儀在完成現場調試后，各項性能指標均已達到預期設計要求。自2008年投運以來，這套板型儀一直保持著良好的運行狀態，沒有出現過因系統本體造成的故障，顯示了該系統的高可靠性。

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