浅谈板型仪在厚板剪切线上的应用

张亦红 宋旭峰

（宝钢股份有限公司厚板部，上海200941）

0 引言

板型仪（PSG）布置在冷床的出口、切头剪前，用于低温状态下对成品钢板进行外形识别，并配合剪切线计算机将不同的订货合同合理地“组合”在钢板上，以完成最佳剪切的控制，提高成材率。在剪切线前应布置一套用于最佳优化剪切的PSG，由于PSG能完成对整块母板在分切成为成品子板之前的板型识别，从而为合理地配置合同和有效剪切创造了条件。由于PSG模型计算机与剪切线计算机的分工合作，使每一块母板均可获得有效利用，最佳配比子板的合同，从而避免了由于无法了解板型而带来的资源浪费。所有的板型识别仪基本构成均为测宽仪＋头尾识别仪＋测速仪＋背光源，略有不同的是其中各类仪表、具体检测方式、布置位置及采用的检测元件等，但基本指导思想都是组合头尾形状＋钢板宽度共同构成“模拟状态”的板外形，从而为最佳剪切提供数据，使钢板达到最理想的剪切效果。

技术参数：（1）最大测长范围：52 000 mm（精度要求：0.08%）；（2）测宽范围：900～4 100 mm；（3）所测钢板的最高温度：200℃；（4）所测钢板的最快移动速度：2.5 m／s；（5）相邻钢板间的最短时间：10 s。

如果2块钢板的测量位置不同，则要保证2块钢板到达PSG的时间间隔＞20 s，即测量头在接收到新的信号20 s后，才能移动到新的位置。

1 测量原理及系统说明

（1）测量原理：采用激光非接触方式对钢板的形状进行测量，包括钢板的宽度、长度、边部形状和头、尾部形状。宽度测量运用的是ANTARIS传感器，长度测量运用的是激光多普勒（Doppler）速度传感器，边部形状运用的是扫描式激光器，头、尾部测量运用的是CCD摄像拍照方式。（2）具体系统说明：板型仪由激光扫描测宽仪、头尾形状识别仪、激光测速仪等组成。采用激光侧向对称扫描法测量板宽。由于厚板生产的特点，其边缘并非上下表面平行而是有“叠边”的情况。在检测过程中，无论是采用背光源式或红外式均无法看到实际的“叠边”；采用这一新方法后则能有效地找出边部的实际情况，如图1虚线所示，在剪切时可排除“叠边”的影响。沿钢板行进方向布置有4台激光侧向边部扫描仪，共同完成对镰刀弯及宽度的测量。而头尾则采用传统的最佳识别方式来获取信息。图1中斜线部分为PSG检测计算机判别出的最佳剪切线，并将其传递至剪切线计算机，剪切线计算机依具体合同做出最佳化剪切控制。图1中采用4台激光侧向边部扫描仪对边部扫描，对称的2台完成测宽功能，对于头尾则采用与热轧头尾测量相类似的方式（由CCD摄像头、测速仪、背光源组成），通过瞬时测宽加上测钢板速度来获得钢板头尾数据；同时再组合钢板中部的激光测宽数据共同得到钢板实际外形。

图1 PSG构成图

2 详细功能描述

2.1 宽度与边部形状的测量

宽度测量应用的是2个扫描式激光距离测量仪，分别安装在辊道的两边。具有扫描激光束和照相机系统的激光距离传感器用于边部凸度的测量。对于镰刀弯形状的测量应用的是ANTARIS激光距离传感器，ANTARIS内部有一台集成的高性能数字信号处理器。ANTARIS通过空气进行冷却和清扫。

2.2 剪切形状（头尾部形状）的测量

头尾部形状的测量运用的是CMOS阵列的照相方式，整套照相系统安装在辊道上方的桥形架内，被密闭保护。

2.3 长度的测量

长度测量采用的是非接触式的激光多普勒测速方式。当激光束照射运动物体或流体时，由于多普勒效应，物体散射光或反射光的频率将发生变化，如果把散射光和原来的激光（参考光）拍频后检测，即可得到与运动速度成比例的拍频信号。对此信号进行分析就可得到运动体的速度。测量范围是0～4 850 m／min，测量精度是0.1%（板厚＜50 mm）、0.2%（板厚＜150 mm）。

激光多普勒速度传感器用来测量核心器件。为避免测量中的偏差，考虑到如钢板在辊道上行进时产生的弹跳，或切面不良、翘头等，将激光多普勒速度传感器安放至辊道底部。同时为更进一步提高测量的精确度，除激光多普勒速度传感器外还在辊道两侧安放光栅。其利用4对光栅之间的固定距离来帮助测量：当钢板头部到达第1对光栅时，激光多普勒速度传感器开始测量长度。如钢板头部被第2对光栅检测到，激光多普勒速度传感器清零并重新开始测量。若钢板头部被第3对光栅检测到，激光多普勒速度传感器再次清零并重新开始测量。以此类推，最终当钢板尾部被第1对光栅检测到时，激光多普勒速度传感器停止测量，这才得出最终测量值，即激光多普勒速度传感器所测到的长度加上前几对光栅之间的距离。若钢板尾部在钢板头部被第2对光栅检测到之前就已到达第1对光栅，则测量结束，以此类推。

2.4 供气与冷却系统

整套系统采用的是气冷方式，内部有一空气过滤器，空气的另一功能是清扫设备，其冷却是依靠水冷却。钢板形状显示界面如图2、图3所示。

图2 外部轮廓和边部显示

图3 形状和边部的详细显示画面

2.5 校正

校正原理如图4所示。

图4 校正原理图

准备工作：（1）辊道停止并锁定；（2）区域清洁并设置路障。

标定步骤：（1）将板型仪退到校准位置；（2）激光测宽仪必须按企业标准校正；（3）用户提供样板L×W×H＝1.5 m×1.3 m×10 mm，选择3个测量点分别位于钢板中心及其两侧60 mm处，样板尺寸的不确定度K＝2；（4）样板手动安放在辊道上在第1测定点，无歪斜；（5）测量允许适当的设定时间，用同样方法测定其余2点；（6）测量值取3次均方根，在结果≤精度＋不确定度时，测试将通过；（7）当未通过时，可以再做1次，直至达到激光测宽仪的标定标准；（8）在上述状态下继续标定测长激光仪；（9）停止辊道，并手动控制辊道；（10）将样板放在辊道上，对准测量点，无偏斜；（11）按照激光测长仪标准进行校正；（12）根据显示图形和数据进行参数设定；（13）如果未达到标准，则进行调整，直至满足要求；（14）如果标定结果达到要求的精度，按下“确定”键。

3 环境因素

为了确保功能和测量精度，根据安装地点的具体条件，有如下环境影响因素及其应对方法：（1）振动。钢板在辊道上输送时会产生振动，这对测量精度有影响。因此，应当在安装过程中选用坚固的支架，并将其牢固地固定在混凝土地面上。系统所有的电缆都应固定在电缆槽架中，防止受到振动的影响。（2）电磁干扰和电气噪声。由于大功率电器（如辊道电机）的普遍存在，电缆应当安装在合适的电缆槽架内，防止受到电磁干扰。同时，为防止供电线路中的电气噪声，有必要在进线处安装一个隔离变压器。（3）灰尘。该设备区域的灰尘较多，为防止其粘在观察窗上影响测量，鼓风机同时也担负着吹扫灰尘的责任。

4 结语

板型仪在完成现场调试后，各项性能指标均已达到预期设计要求。自2008年投运以来，这套板型仪一直保持着良好的运行状态，没有出现过因系统本体造成的故障，显示了该系统的高可靠性。

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