NDC平直度(寬度)儀在唐鋼2050熱軋帶鋼生產線的應用介紹

摘 要：NDC ROMETER光學平直度儀廣泛應用于鋼鐵冶煉廠熱軋、精軋、卷取、爐卷軋機、厚板、冷軋、處理線等工段，可以和NDC寬度測量儀組合使用，用于測量帶鋼的平直度和寬度。平直度儀利用激光照射在帶鋼上形成的三角形原理，將測得的帶鋼高度信號轉換為電信號，并利用高度和速度信號換算為平直度，測量結果送PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、二級服務器進行平直度控制及質量管理等。

關鍵詞：平直度測量;寬度測量;測量原理;產品質量控制

中圖分類號：TH86 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2022）02-0044-03

0引言

鋼鐵企業熱軋帶鋼質量通常用凸度和平直度參數來衡量[1]。文章通過介紹NDC平直度（寬度）儀的硬件組成及測量原理，進而闡述其在鋼鐵企業熱軋帶鋼生產線產品質量控制方面發揮的重要作用。

1 平直度的定義

平直度是不平坦程度的定量表示[2]。

在帶鋼生產過程當中，由于軋制力沿軋輥軸向分布的不均勻性、軋輥受熱膨脹程度不均勻、帶鋼橫向溫度分布不均勻、軋輥磨損不均勻，造成帶鋼單位長度內其實際各處長度不一致，帶鋼較長的部分彎曲，這樣就形成了浪形，浪形是不可恢復變形，極大影響帶鋼質量。因此，為了提高產品質量必需要有一種可靠的檢測浪形的儀表設備。

2 NDC平直度（寬度）硬件組成

1臺服務器（用于平直度測量及寬度測量計算使用） 。

3組點激光陣列（每個點激光陣列3*3*3點激光器，其中T1與T3使用步進電機，照射于板帶傳動側及操作側，T2陣列為固定端，只用于照射在中心線處）及對應的3個CMOS相機，用于平直度測量（如圖1所示）。

8個線激光器及對應的2個CCD相機，用于寬度測量（如圖2所示）。

3點激光高度測量原理

如前文所述，帶鋼生產過程中由于軋輥磨損和熱膨脹不均，軋制力分布不均勻及彎輥力的影響等因素造成了帶鋼單位寬度出的延伸量不同，延伸長度較長的部分形成浪形，為了提高產品質量，必須首先測量浪形。平直度儀就是測量浪形的[3]。

在點激光標定時，每個點激光照在不同高度在相應CMOS相機中都有對應位置的記錄，如圖所示，在帶鋼上表面與輥道高度為H時，光斑S在CMOS相機中的位置是P，當帶鋼出現跳躍，帶鋼上表面離輥道高度變為H′時，對應的激光光斑變為S′，在CMOS相機中的位置由P變為P′。通過相機中P與P′的位置變化，根據在點激光標定時已經計算出的點激光位置的線性關系，根據三角測量關系即可求出帶鋼H與H′的值。可以根據公式H′-H=ΔH=（P′-P）*N，其中N為相機在標定過程中真正起作用的像素點數，如圖3所示。

4帶鋼方向長度測量計算原理

根據微積分原理，要想將一條線段的長度計算出來，需要先將該線無限劃分為很小的線段，計算出線段的長度之后可以通過積分的方法將總長計算出來。同理，帶鋼上每一組點激光（3個點激光為一組，連線為平行于帶鋼運動方向）的光斑劃過的痕跡長度即是帶鋼該處的長度。

在上一節中，帶鋼上表面每一點距離輥道的高度已經求出，帶鋼運動速度由一級給定，則可以根據三角形定理求出斜邊的長度。在無窮分割的情況下，可以由直線段來代替曲線段，所以帶鋼上表面單位時間內的長度可得出，積分即可得到帶鋼運動方向上表面激光劃過的線段長度，如圖4所示。

平直度儀的寬度測量是通過8個線激光源和2臺CCD相機完成的。

由于帶鋼與背景的激光信號相差懸殊，所以可以使相機很容易找到帶鋼的邊部。但是從圖5可以看出，當帶鋼出現跳躍，由于兩臺CCD相機處于同一個平面之內，使得帶鋼離輥道的高度很難由測寬CCD相機單獨來測量、判斷，所以此時的CCD相機只能夠簡單地將帶鋼的邊部信號進行最基本的處理之后，傳送給工控機進行通訊，獲取平直度相機測得的帶鋼高度值，通過寬度值進行補償。具體步驟即是通過三角形相似定理獲得真實的寬度。

由三角形相似原理，可以計算的ΔL=H'/H*L，其中L可以計算處理，即通過未補償的帶鋼邊部在CCD相機上的位置與相機里輥道高度，可以確定。L=S*P/N，其中S是相機能測的量程，P為邊部的信號所在的像素點，N為相機的像素。則寬度值為W=Wo+ΔL，如圖6所示。

5 NDC平直度儀在熱軋帶鋼生產線質量控制中的作用

軋鋼對產品質量的要求不斷提高，需要好的帶鋼平直度。所謂平直度板型，直觀上來說就是指板材的翹曲程度，但是實際卻是帶鋼內部殘余應力的分布。當殘余內應力不足以引起帶鋼翹曲時，稱為潛在板型不良;當帶鋼中存在的殘余應力足夠大使得帶鋼發生翹曲，則稱為表觀的板型不良。帶鋼平直度不僅僅是產品質量特性最重要的指標之一，對軋制操作本身也具有特殊的意義，軋制不平直的帶鋼會引起帶鋼寬度上長度方向的應力的不均勻分布，而不適當的應力分布會增加斷帶的危險。因此，軋鋼生產線需要可靠的平直度測量系統，用來測量及顯示長度方向的應力分布，控制理想的應力分布從而得到理想的平直度。

NDC平直度儀不僅測量原理先進，測量結果準確可靠，而且能適應熱軋帶鋼生產線惡劣的工況環境，在同行業中其技術優勢明顯，具有良好的示范性和可推廣性，在同類型工程建設中具有重要的參考價值。

參考文獻

[1] 侯勁汝，沈建軍，徐倩.雙鋼輪振動壓路機振幅不均勻性的分析[J].長安大學學報（自然科學版），2010，30（1）：100-104.

[2] 李彪，蘭霄.帶鋼平直度儀測量原理及其應用[J].自動化與儀器儀表，2004（2）：52-54.

[3] 張志國.IRM平直度儀在唐鋼1810線的改造和應用[J].數字技術與應用，2013（4）：130.

Application of NDC Flatness （Width） Meter in? the Tangshan Steel

LIU Xin

（Tangshan Iron and Steel Co.， Ltd.， Tangshan? Hebei? 063000）

Abstract：NDC ROMETER Optical flatness meter is widely used in hot rolling， finishing rolling， coiling， steckel rolling mill， thick plate， cold rolling， treatment line and other sections of iron and steel smelters. It can be combined with NDC width meter. It is used to measure the flatness and width of strip steel. The flatness meter uses the laser triangle principle to convert the strip steel height signal into electrical signal， and converts the height signal and speed signal into flatness. The measurement results are sent to PLC and level two computer for flatness control and quality management.

Keywords： flatness measurement; width measurement; measuring principle; product quality control

收稿日期：2021-12-10

作者簡介：劉昕（1982—），男，河北唐山人，本科，工程師，研究方向：冶金自動化。