鋼板尺寸在線自動測量技術(shù)應(yīng)用

溫方金

[摘? ? 要]文章介紹射線測量、激光三角測量、攝影測量及激光多普勒測速等鋼板尺寸測量技術(shù)的原理、測量設(shè)備的組成及具體應(yīng)用，為企業(yè)中厚板測量設(shè)備選型，提高鋼板尺寸控制及剪切精度提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]鋼板尺寸;測量技術(shù);原理;應(yīng)用

[中圖分類號]TP274 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Discussion on Application of Online Automatic?Measurement Technology of Steel Plate Size

Wen Fang-jin

[Abstract]This paper introduces the principle， composition and application of the measurement equipment of the steel plate size measurement technology such as ray measurement， laser triangulation， photogrammetry and laser Doppler velocity measurement， which can provide reference for the selection of measuring equipment in the medium and thick plate enterprises， so as to improve the size control and shear accuracy of steel plate。

[Keywords]steel plate size; measure technique; theory; application

近年來，隨著用戶對鋼板尺寸精度的要求越來越高，鋼鐵企業(yè)在新建、改造中厚板生產(chǎn)線時，越來越多地采用了鋼板尺寸在線測量設(shè)備，代替或輔助人工進(jìn)行鋼板尺寸檢驗(yàn)，指導(dǎo)或控制鋼板剪切，輔助軋機(jī)操作工對鋼板尺寸及板形進(jìn)行控制，提高成材率、命中率和金屬回收率等指標(biāo)。從實(shí)際使用情況看，有些取得了比較好的效果，有些則存在不少問題。因此，對相關(guān)測量技術(shù)和具體應(yīng)用進(jìn)行分析比較，有助于企業(yè)結(jié)合實(shí)際、選擇合適的測量技術(shù)和設(shè)備。

1 鋼板尺寸測量技術(shù)的原理

鋼板尺寸包括鋼板的厚度、寬度、長度及外形輪廓，根據(jù)需要可選擇測量其中的一種或幾種尺寸，可測量熱態(tài)鋼板或冷態(tài)鋼板。測量點(diǎn)可在生產(chǎn)線上多處設(shè)置，以獲得完整準(zhǔn)確的鋼板尺寸信息，滿足前后工序點(diǎn)不同的操作、控制、檢驗(yàn)要求。測量方法總體上分為接觸式和非接觸式，接觸式主要有測量輥+編碼器一種，非接觸式包括射線測量、激光三角測量、攝影測量、激光多普勒測速等幾種。不同的測量技術(shù)，其原理也千差萬別，相應(yīng)設(shè)備的適用環(huán)境、使用效果也有差別。

1.1 測量輥測量法原理

測量輥測量法屬于接觸式測量方法，常用來測量鋼板長度。設(shè)備主要由測量輥、編碼器、壓緊裝置、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。測量過程：鋼板頭部經(jīng)過測量輥，到達(dá)某一固定位置參考點(diǎn)（如剪機(jī)的剪刃位置、金屬檢測器的檢測位置）停止，測量輥以一定的壓緊力壓在鋼板上，此時緊聯(lián)在測量輥一端的編碼器清零，鋼板開始移動、編碼器開始計數(shù)。由于測量輥緊壓鋼板，測量輥的線速度與鋼板線速度相等，編碼器計數(shù)值就反映了鋼板長度，經(jīng)過換算、加上固定參考距離，就得到了鋼板的長度。

1.2 射線測量法原理

在中厚板精軋機(jī)后，γ射線或X射線測厚儀被廣泛采用。射線穿透物質(zhì)時的衰減規(guī)律是射線測厚儀的理論基礎(chǔ)。如圖1所示，探測器（電離盒）將射線強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐子跈z測、處理和傳輸?shù)碾娏髯兓疘m，當(dāng)γ射線投射到被測物后，一部分射線為被測物吸收，一部分射線穿過被測物，穿過被測物后的射線強(qiáng)度，在物質(zhì)成分一定的情況下，和被測物的厚度和密度有關(guān)，若被測物的密度已知時，則可根據(jù)檢測到的射線強(qiáng)度計算出被測物質(zhì)的厚度。由于鋼板溫度高，裝于軋機(jī)后的射線測厚儀還要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，才能得到鋼板的冷態(tài)厚度。

1.3 激光三角測量法原理

以測量鋼板厚度為例，上下兩束激光分別照射在鋼板上下表面，形成上下兩個測量光斑，光斑漫反射的能量經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)成像在CCD器件上。在測量區(qū)域的鋼板，其上下表面的位置不同，測量光斑在CCD器件上的像點(diǎn)位置就不同。通過幾何換算，可根據(jù)像點(diǎn)的位移量求出上下光斑與零平面的間距，經(jīng)計算機(jī)運(yùn)算后，即可得出被測物的厚度。

同理，如果激光分別照射在鋼板寬度方向的兩側(cè)面、或長度方向頭尾端面，則可測量鋼板寬度或長度。

1.4 攝影測量法原理

應(yīng)用激光投影技術(shù)結(jié)合CCD攝影測量技術(shù)完成鋼板寬度的測量。在測量區(qū)域橫跨輥道安裝桁架，在一組桁架橫跨安裝激光器組合，在另一桁架橫跨安裝測寬CCD攝像機(jī)組合，激光束投射在鋼板寬度方向上，CCD攝像機(jī)獲取鋼板寬度方向激光束和鋼板的實(shí)時影像，影像通過視頻電纜傳輸至計算機(jī)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)采集卡完成圖像數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換。計算機(jī)將鋼板寬度數(shù)據(jù)自動進(jìn)行幾何尺寸的測量、規(guī)劃，計算出鋼板的寬度。

同理，攝影測量法可測量鋼板長度。應(yīng)用二維面陣CCD技術(shù)可測量鋼板的外形輪廓，同時獲得長、寬數(shù)據(jù)。

1.5 激光多普勒測速原理

兩束同源激光在測量區(qū)域相交后，干涉產(chǎn)生一個條紋立體空間，取板帶經(jīng)過時形成明暗交錯的條紋帶，條紋間隔為d，該值由激光波長λ及兩束激光間的半角k決定，公式：d=λ/（2×sink）。

被測量鋼帶經(jīng)過該區(qū)域的條紋帶時，板帶表面的微小結(jié)構(gòu)顆粒將產(chǎn)生明暗交錯的漫反射光信號，該信號被儀表的光子探測器轉(zhuǎn)化為頻率的電信號，該頻率與板帶速度相關(guān)。

頻率f=v/d=v/[λ/（2×sink）]，所以，v=f×λ/（2×sink）。

由此，由頻率f可以決定板帶速度v，同時板帶長度l=∫vdt，經(jīng)過測量區(qū)域的被測量物體的長度可以同時輸出。

2 鋼板尺寸測量技術(shù)的應(yīng)用

2.1 測量輥+編碼器測量法的應(yīng)用

測量輥+編碼器的測量方法應(yīng)用于鋼板長度測量，設(shè)備可安裝在分段剪處，對需要分段的毛邊板進(jìn)行長度測量，保證分段長度與所含倍尺板長度之和相吻合。設(shè)備還常安裝在定尺剪處，用于對鋼板進(jìn)行定尺剪切，保證成品鋼板的長度精度。

該方法原理及設(shè)備都比較簡單，投資少，容易實(shí)施，但精度不高。由于是接觸式間接測量，測量輥與鋼板之間打滑、測量輥磨損、測量輥熱膨脹、編碼器與測量輥的連接間隙等因素，都會導(dǎo)致長度測量誤差。因此，減少測量誤差的措施在于：測量輥與鋼板之間的壓力要調(diào)整適當(dāng)，鋼板輸送要平穩(wěn)、盡量避免來回倒送，每個生產(chǎn)班次都對測長設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，班中定時抽檢鋼板長度。

近年來，各種先進(jìn)的非接觸式測量技術(shù)在中厚板行業(yè)應(yīng)用日益廣泛，測量輥+編碼器的測量方法逐漸被取代。

2.2 射線測量法的應(yīng)用

根據(jù)射線測量原理制造的設(shè)備主要有γ射線測厚儀、X射線測厚儀。γ射線穿透力強(qiáng)，最大測量厚度可達(dá)100 mm，特殊定制可達(dá)150 mm。X射線穿透力稍差，測量厚度在50 mm以下。因此，γ射線測厚儀常用于中厚板精軋機(jī)后熱態(tài)鋼板的厚度測量，測量結(jié)果除用于顯示、存儲，還可用于軋機(jī)模型的厚度反饋控制，提高鋼板的厚度控制精度。測厚儀如果是多點(diǎn)配置，則可測量鋼板凸度，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)彎輥力（如果配置有彎輥裝置）的自動控制。

γ射線測厚儀能適應(yīng)軋機(jī)區(qū)高溫、高濕、霧氣、振動等惡劣環(huán)境，能在線自動標(biāo)定，工作穩(wěn)定，測量精度高，其他測量方式一時還無法替代。使用時，要確保設(shè)備冷卻系統(tǒng)運(yùn)行正常;鋼板上的水也要吹掃干凈，否則會造成測量失真;定期用隨機(jī)配套的外置標(biāo)準(zhǔn)塊校核厚度，確保測量精度。

2.3 激光三角測量法的應(yīng)用

基于激光三角測量法原理的尺寸測量設(shè)備有激光測厚儀、激光測寬儀、激光測長儀等。

激光測厚儀常配置在矯直機(jī)后，可及時測量鋼板厚度，測量曲線和數(shù)據(jù)在軋機(jī)操作臺顯示，有利于對壓下量和鋼板厚度的控制。激光測厚儀還常配置在精整線定尺剪之后，用于對成品鋼板的厚度檢驗(yàn)。

激光測寬儀可安裝在精軋機(jī)前，測量軋件寬度，輔助操作人員控制鋼板展寬，做到既不偏窄也不偏寬，提高命中率和成材率。測寬儀也可安裝在定尺剪之后，用作成品寬度檢驗(yàn)。測寬儀也可作為超聲波在線自動探傷的配套設(shè)備。

激光測長儀一般安裝在定尺剪之后，可輔助鋼板定長剪切或直接參與剪切控制。通常以定尺剪剪刃為一固定位置參考點(diǎn)，通過測量鋼板頭部位置，換算成鋼板長度。激光測長儀也有安裝在矯直機(jī)后的，用于測量毛板長度，這時要有鋼板尾部檢測設(shè)備（作為測長儀設(shè)備的一部分）的配合，才能測出鋼板長度，測量結(jié)果可同時供軋機(jī)操作和分段剪操作作參考。

激光測量設(shè)備上的一些關(guān)鍵部件受振動影響，可能會有一些松動、抖動，對測量精度造成影響，其中寬度精度是1 mm級、長度精度是4 mm級，受影響較小，但厚度精度是0.05 mm級，受影響非常大。另外，激光測量法測量厚度時，要注意將鋼板上的氧化鐵皮吹掃干凈。

2.4 攝影測量法的應(yīng)用

攝影測量法可用于鋼板寬度及長度的測量。測量設(shè)備安裝在定尺剪之后、標(biāo)印機(jī)之前，可用于成品尺寸檢驗(yàn)，也可參與定長剪切控制。設(shè)備由架設(shè)在輥道兩邊及橫跨輥道的桁架、多臺激光發(fā)射器、多臺CCD攝像機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。設(shè)備安裝時，現(xiàn)有設(shè)備基本不用改動，但桁架占用空間大，影響設(shè)備檢修和行車作業(yè)。設(shè)備測量精度高、維護(hù)簡單，但設(shè)備使用要避免太陽直射光的干擾，避免高溫鋼板對激光發(fā)射器和攝像機(jī)的烘烤，盡量不在桁架區(qū)域吊鋼板。

攝影測量設(shè)備可用在軋機(jī)區(qū)測量熱鋼板的外形輪廓。該類設(shè)備使用二維面陣CCD攝像機(jī)，可以得到鋼板的平面二維影像。將CCD攝像機(jī)安放在測量場的正上方房梁平臺上，對在測量場內(nèi)的鋼板進(jìn)行攝影，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子圖像。電子圖像經(jīng)高速圖像/圖形采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像輸入計算機(jī)。計算機(jī)將鋼板的數(shù)字圖像自動進(jìn)行二維幾何尺寸的測量、規(guī)劃，計算出鋼板的長度和寬度，將數(shù)據(jù)顯示給操作人員，方便控制板形和鋼板尺寸。

2.5 激光多普勒測速原理的應(yīng)用

目前利用激光多普勒測速原理的測量設(shè)備較多，主要是國外公司的產(chǎn)品，其中測速儀可以利用速度與時間的積分同時輸出長度或距離數(shù)據(jù)，因此可用來測量鋼板長度。多普勒測速儀設(shè)備小，安裝位置可靈活選擇，可測量冷、熱鋼板長度，測量精度0.05%?？紤]到鋼板輸送會出現(xiàn)前進(jìn)、停止、后退等情況，測速儀應(yīng)選用具有雙向測速功能的產(chǎn)品型號。實(shí)際應(yīng)用時，測量精度受鋼板上氧化鐵皮影響，需用空氣吹掃，鋼板正、反向移動、停止、鋼板橫向移動都會影響測量精度。

3 結(jié)論

鋼板尺寸包括厚度、寬度、長度、外形輪廓等，通過理論分析和實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)，鋼板尺寸測量技術(shù)的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）射線測量技術(shù)適用于測量鋼板厚度，其優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能測量高溫鋼板厚度，測量精度高。由于存在輻射危害，射線測量設(shè)備一般只用于軋機(jī)區(qū)惡劣的工況條件。

（2）激光三角測量技術(shù)可測量鋼板的厚度、寬度、長度，一般適用于冷態(tài)鋼板尺寸測量，精度穩(wěn)定。

（3）攝影測量法可測量鋼板的寬度、長度，特別是適宜測量鋼板的輪廓。

（4）激光多普勒測速儀可測量冷、熱鋼板長度，精度穩(wěn)定性稍差，一般用于鋼板長度的粗略測量。

參考文獻(xiàn)

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