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连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法.pdf

  • 上传人:三**
  • 文档编号:5243756
  • 上传时间:2018-12-29
  • 格式:PDF
  • 页数:20
  • 大小:2.52MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201410623359.4

    申请日:

    2014.11.06

    公开号:

    CN104307892A

    公开日:

    2015.01.28

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B21B 39/14申请日:20141106|||公开

    IPC分类号:

    B21B39/14; B21B38/02; B21B37/58

    主分类号:

    B21B39/14

    申请人:

    广西柳州银海铝业股份有限公司

    发明人:

    许磊; 刘栩; 周滨; 蒋婷; 李江宇

    地址:

    545006 广西壮族自治区柳州市阳和工业新区阳泰路11号

    优先权:

    专利代理机构:

    柳州市集智专利商标事务所 45102

    代理人:

    韦永青

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    内容摘要

    本发明公开了一种连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,涉及金属压力加工技术领域,采用以下步骤:A、设定带材头部到达各检测位置时的采样时间点;B、在穿带过程中,当带材头部到达当前待轧机架的检测位置时,通过对带材头部的两侧边缘曲线进行图像采集和处理,来判断计算带材头部偏斜程度及偏斜方向;C、对当前在轧机架双侧辊缝差值进行在线调整;D、对后续机架双侧辊缝差值进行预设定;E、重复步骤C和步骤D直至凸度仪检测到带材头部,通过多通道凸度仪检测到的带材头部两侧边轮廓曲线,对成品机架双侧辊缝差值进行在线调整。本发明能及时发现带材连轧穿带过程中头部发生偏斜的现象并进行调整,以避免偏斜导致成材率下降或穿带失败。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,其特征在于:在连轧机组的各机架上均设置有检测带材头部轧前曲线的摄像机,在成品机架之后设置有多通道凸度仪;采用以下步骤:
    A、设定带材头部到达各检测位置时的采样时间点;
    B、在穿带过程中,当带材头部到达当前待轧机架的检测位置时,通过对带材头部的两侧边缘曲线进行图像采集和处理,来判断计算带材头部偏斜程度及偏斜方向;
    C、对当前在轧机架双侧辊缝差值进行在线调整;
    D、对后续机架双侧辊缝差值进行预设定;
    E、重复步骤C和步骤D直至凸度仪检测到带材头部,通过多通道凸度仪检测到的带材头部两侧边轮廓曲线,对成品机架双侧辊缝差值进行在线调整。

    2.  根据权利要求1所述的连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,其特征在于:所述摄像机为CCD摄像机,在连轧机组的第一机架之前设置有金属检测器,所述金属检测器的检测点位于所述第一机架的CCD摄像机采样区域靠近第一机架一侧的边缘;
    在步骤A中,带材头部到达第一机架前的检测位置的采样时间点设定为金属检测器检测到带材头部的时间;当第n机架咬入带材时开始计时,则第n机架后的摄像机采样时间tn的计算式为:
    tn=LVn]]>
    其中,Vn为第n机架带材的出口速度,单位为毫米/秒;L为带材的头部前进至第n机架的辊缝后到达第n+1机架上的CCD摄像机采样区域靠近第n+1机架一侧的边缘之间的距离,单位为毫米;
    L的计算式为:
    L=(LR-Lde)2+Lde]]>
    其中,LR为两相邻机架间辊缝的水平距离,Lde为CCD摄像机在带材轧制方向上的采样长度,单位为毫米;
    第n机架带材的出口速度Vn的计算式为:
    Vn=vn·(1+Shn)
    其中,vn为第n机架的轧辊实时速度,单位为毫米/秒;Shn为第n机架的轧件前滑值;
    前滑值Shn的计算式为:
    Shn={tan[π8HnR·ln(HnHn-1)+12arctanHn-1Hn-1]}2]]>
    其中,Hn-1和Hn分别为第n机架轧件的咬入和抛出厚度,单位为毫米;R为机架工作辊的半径,单位为毫米;
    当成品机架咬入轧件时开始计时,则成品机架后的多通道凸度仪开始采样的时间tNs的计算式为:
    tNs=LWVN]]>
    多通道凸度仪采样结束的时间tN的计算式为:
    tNe=LNVN]]>
    带材头部从成品机架辊缝运行至多通道凸度仪采样结束位置的距离LN的计算式为:
    LN=LW+Ldf
    其中,tNs和tNe的单位均为秒;LW为多通道凸度仪的中心线与成品机架辊缝的水平距离,单位为毫米;LN单位为毫米;Ldf为多通道凸度仪在带材轧制方向 上的采样长度,单位为毫米;VN为成品机架的带材的实际出口速度,单位为毫米/秒;成品机架的带材的实际出口速度VN的计算方法与第n机架带材的出口速度Vn的计算方法相同。

    3.  根据权利要求2所述的连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,其特征在于:步骤B的带材头部偏斜程度及偏斜方向的判断计算方法如下:
    (1)第n机架出口带材头部边缘曲线的线性拟合
    各CCD摄像机或多通道凸度仪的采样区域的尺寸相同的方形采样区域,将该方形采样区域四个角的点分别记作Α、Β、Β1和Α1,其中,AB连线和A1B1连线沿带材的轧制方向设置,AB连线为轧制的传动侧,A1B1连线为轧制的操作侧,ΑΑ1连线和ΒΒ1连线垂直于轧制方向,ΑΑ1连线靠近已轧制的机架,ΒΒ1连线靠近待轧的机架;在方形采样区域建立直角坐标系来判定带材头部偏斜程度及偏斜方向,该直角坐标系的Y轴与轧制的中心线重合,X轴与ΒΒ1连线重合;CCD摄像机采集到的带材头部侧边缘曲线的图像曲线在直角坐标系内形成的曲线分别记作弧线AC和弧线A1C1,弧线AC为带材头部传动侧边缘图像曲线,弧线A1C1为带材头部操作侧边缘图像曲线,对第n机架出口的带材头部的其中任一侧边的边缘曲线上的数值点进行曲线拟合,以获得边缘曲线的函数,当第n机架穿带完成并且带材头部到达检测位置时,第n+1机架上的摄像机在第n机架后采集到的带材头部传动侧边缘图像曲线的m个数值点的集合为:{(xn1,yn1),(xn2,yn2),(xn3,yn3)...(xnm,ynm)},其中要求(xn1,yn1)为点A的坐标值,即在采样区域以内最靠近第n机架处带材边缘曲线采样点的坐标值,(xnm,ynm)为点C的横坐标值,即在采样区域以内最靠近第n+1机架的带材边缘曲线采样点的坐标值,m的范围为8≤m≤20;
    线性拟合的函数的表达式为:

    令则a、b的计算方法为:
    a=mΣi=1mxniyni-Σi=1mxniΣi=1mynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    b=Σi=1myniΣi=1mxni2-Σi=1mxniΣi=1mxniynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    带材头部操作侧边缘图像曲线的线性拟合方法与传动侧边缘图像曲线的线性拟合方法相同;
    (2)带材头部偏斜程度的判断计算
    将线性拟合后得到的直线段分别记作线段AD和线段A1D1,带材头部的偏斜程度通过对AB连线、线段AD和线段BD组成的直角三角形的较短直角边的长度进行计算来判断,即计算线段BD的长度,假设第n机架出口处摄像机或多通道凸度仪采样并处理计算所得的线段BD的长度为Lbotn,单位为毫米,将yn1和ynm代入y=ax+b,则Lbotn的值为:
    Lbotn=|xn1-xnm|=|yn1-ba-ynm-ba|]]>
    其中xn1′、xnm′分别为yn1、ynm代入y=ax+b后的反算值,即由线性函数反算出的数值;
    Lbotn的值越大,则说明第n机架出口处带材头部的偏斜程度越大;反之,Lbot的值越小,第n机架出口处带材头部的偏斜程度越小;
    (3)带材头部偏斜方向的判断
    当带材头部边缘线性函数为增函数时,带材头部偏向操作侧;当带材头部边缘线性函数为减函数时,带材头部偏向传动侧;因此当a>0时,带材头部偏 向操作侧;当a<0时,带材头部偏向传动侧。

    4.  根据权利要求3所述的连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,其特征在于:步骤C的当前在轧机架双侧辊缝差值的在线调整方法如下:
    假设Δsn为第n机架轧机的辊缝差值,单位为毫米,该值是轧机传动侧与操作侧辊缝的差值,即为:
    Δsn=snds-snos
    其中snds为第n机架传动侧实际辊缝,snos为第n机架操作侧实际辊缝,单位为毫米;
    当CCD摄像机或多通道凸度仪检测到第n机架出口带材头部出现偏斜现象时,进行如下调整:
    当0<Lbotn<10时,第n机架辊缝差不做任何调整,为Δsn=Δsn′+0=Δsn′;
    当10≤Lbotn<40时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.1f;
    当40≤Lbotn<80时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.3f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.3f;
    当80≤Lbotn<120时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.5f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.5f;
    当120≤Lbotn<170时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.7f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.7f;
    当170≤Lbotn≤220时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.9f;
    当220≤Lbotn≤300时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-1.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+1.1f;
    当300<Lbotn时,由于此时带材头部偏斜过于严重,如果继续穿带有可能导致生产事故,因此立刻由电控系统自动紧急停车;待将偏斜的头部切除后再重新穿带;
    其中f为双侧辊缝差值预设定调整因子,其取值范围为0≤f≤2,初值为1;当首次检测到带材侧弯时,Δsn′为第n机架轧机在进行轧机辊缝调平后原始双侧辊缝差值,单位为毫米,理想情况下Δsn′=0;当为非首次调整辊缝差值时,Δsn′为第n机架最近一次调整后的辊缝差值,单位为毫米。

    5.  根据权利要求4所述的连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,其特征在于:步骤D的后续机架双侧辊缝差值的预设定方法如下:
    在对第n机架的双侧辊缝差值进行在线调整的同时,对第n+1、第n+2…第N-1、第N机架的双侧辊缝差值进行预设定,其中,第N机架为成品机架;为避免对后续机架,尤其是成品机架的双侧辊缝差值造成剧烈的影响,将第n机架的双侧辊缝差值调整量,加权分配至后续各机架;加权分配原则为前序机架占的权重较大,后序机架占的权重较小;进行加权分配时,总分配量为Δsn-Δsn′毫米,需要分配的机架数量M=N-n,则第n+1至第N机架的双侧辊缝差值设定为:
    Δsn+1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;M+Δsn+1]]>
    Δsn+2=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;(M-1)+Δsn+2]]>
    ...
    ΔsN-1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;2+ΔsN-1]]>
    ΔsN=Δsn-ΔsnM~+ΔsN]]>
    其中M~表示M的阶加;
    当第n+1机架带材头部采样完成时,对第n+1机架的双侧辊缝差值进行在线调整,同时对后续机架的双侧辊缝差值进行预设定,依此类推,当进行至第N机 架即成品机架的带材头部采样完成时,由于成品机架后已无机架,因此仅对成品机架的双侧辊缝差值进行调整。

    说明书

    说明书连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法
    技术领域
    本发明涉及金属压力加工技术领域,尤其是一种连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法。
    背景技术
    板带材在连轧过程中,由于不对称因素或来料侧弯的影响,穿带时可能会产生带材头部偏斜的现象,这是影响产品成材率和卷取质量的主要因素之一,严重时甚至可能直接导致穿带失败,造成整块轧件报废或设备损坏。目前国内压延厂在带材的头部纠偏上还停留在手动控制的水平上,操作人员往往根据经验及目测得到的带材头部偏斜程度调整两侧辊缝差来实现纠偏的目的,控制效果差。
    发明内容
    本发明的目的是提供一种连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法,这种方法可以解决现有板带材在连轧穿带过程中带材头部纠偏效果差的问题。
    为了解决上述问题,本发明采用的技术方案是:这种连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法是在连轧机组的各机架上均设置有检测带材头部轧前曲线的摄像机,在成品机架之后设置有多通道凸度仪;并采用以下步骤:
    A、设定带材头部到达各检测位置时的采样时间点;
    B、在穿带过程中,当带材头部到达当前待轧机架的检测位置时,通过对带材头部的两侧边缘曲线进行图像采集和处理,来判断计算带材头部偏斜程度及偏斜方向;
    C、对当前在轧机架双侧辊缝差值进行在线调整;
    D、对后续机架双侧辊缝差值进行预设定;
    E、重复步骤C和步骤D直至凸度仪检测到带材头部,通过多通道凸度仪检测到的带材头部两侧边轮廓曲线,对成品机架双侧辊缝差值进行在线调整。
    上述连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法的技术方案中,更具体的技术方案还可以是:
    所述摄像机为CCD摄像机,在连轧机组的第一机架之前设置有金属检测器,所述金属检测器的检测点位于所述第一机架的CCD摄像机采样区域靠近第一机架一侧的边缘;
    在步骤A中,带材头部到达第一机架前的检测位置的采样时间点设定为金属检测器检测到带材头部的时间;当第n机架咬入带材时开始计时,则第n机架后的摄像机采样时间tn的计算式为:
    tn=LVn]]>
    其中,Vn为第n机架带材的出口速度,单位为毫米/秒;L为带材的头部前进至第n机架的辊缝后到达第n+1机架上的CCD摄像机采样区域靠近第n+1机架一侧的边缘之间的距离,单位为毫米;
    L的计算式为:
    L=(LR-Lde)2+Lde]]>
    其中,LR为两相邻机架间辊缝的水平距离,Lde为CCD摄像机在带材轧制方向上的采样长度,单位为毫米;
    第n机架带材的出口速度Vn的计算式为:
    Vn=vn·(1+Shn)
    其中,vn为第n机架的轧辊实时速度,单位为毫米/秒;Shn为第n机架的轧件前滑值;
    前滑值Shn的计算式为:
    Shn={tan[π8HnR&CenterDot;ln(HnHn-1)+12arctanHn-1Hn-1]}2]]>
    其中,Hn-1和Hn分别为第n机架轧件的咬入和抛出厚度,单位为毫米;R为机架工作辊的半径,单位为毫米;
    当成品机架咬入轧件时开始计时,则成品机架后的多通道凸度仪开始采样的时间tNs的计算式为:
    tNs=LWVN]]>
    多通道凸度仪采样结束的时间tN的计算式为:
    tNe=LNVN]]>
    带材头部从成品机架辊缝运行至多通道凸度仪采样结束位置的距离LN的计算式为:
    LN=LW+Ldf
    其中,tNs和tNe的单位均为秒;LW为多通道凸度仪的中心线与成品机架辊缝的水平距离,单位为毫米;LN单位为毫米;Ldf为多通道凸度仪在带材轧制方向上的采样长度,单位为毫米;VN为成品机架的带材的实际出口速度,单位为毫米/秒;成品机架的带材的实际出口速度VN的计算方法与第n机架带材的出口速度Vn的计算方法相同。
    进一步的,步骤B的带材头部偏斜程度及偏斜方向的判断计算方法如下:
    (1)第n机架出口带材头部边缘曲线的线性拟合
    各CCD摄像机或多通道凸度仪的采样区域的尺寸相同的方形采样区域,将该方形采样区域四个角的点分别记作Α、Β、Β1和Α1,其中,AB连线和A1B1连线沿带材的轧制方向设置,AB连线为轧制的传动侧,A1B1连线为轧制的操作侧,ΑΑ1连线和ΒΒ1连线垂直于轧制方向,ΑΑ1连线靠近已轧制的机架,ΒΒ1连线靠近 待轧的机架;在方形采样区域建立直角坐标系来判定带材头部偏斜程度及偏斜方向,该直角坐标系的Y轴与轧制的中心线重合,X轴与ΒΒ1连线重合;CCD摄像机采集到的带材头部侧边缘曲线的图像曲线在直角坐标系内形成的曲线分别记作弧线AC和弧线A1C1,弧线AC为带材头部传动侧边缘图像曲线,弧线A1C1为带材头部操作侧边缘图像曲线,对第n机架出口的带材头部的其中任一侧边的边缘曲线上的数值点进行曲线拟合,以获得边缘曲线的函数,当第n机架穿带完成并且带材头部到达检测位置时,第n+1机架上的摄像机在第n机架后采集到的带材头部传动侧边缘图像曲线的m个数值点的集合为:{(xn1,yn1),(xn2,yn2),(xn3,yn3)...(xnm,ynm)},其中要求(xn1,yn1)为点A的坐标值,即在采样区域以内最靠近第n机架处带材边缘曲线采样点的坐标值,(xnm,ynm)为点C的横坐标值,即在采样区域以内最靠近第n+1机架的带材边缘曲线采样点的坐标值,m的范围为8≤m≤20;
    线性拟合的函数的表达式为:

    令则a、b的计算方法为:
    a=mΣi=1mxniyni-Σi=1mxniΣi=1mynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    b=Σi=1myniΣi=1mxni2-Σi=1mxniΣi=1mxniynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    带材头部操作侧边缘图像曲线的线性拟合方法与传动侧边缘图像曲线的线性拟合方法相同;
    (2)带材头部偏斜程度的判断计算
    将线性拟合后得到的直线段分别记作线段AD和线段A1D1,带材头部的偏斜程度通过对AB连线、线段AD和线段BD组成的直角三角形的较短直角边的长度进行计算来判断,即计算线段BD的长度,假设第n机架出口处摄像机或多通道凸度仪采样并处理计算所得的线段BD的长度为Lbotn,单位为毫米,将yn1和ynm代入y=ax+b,则Lbotn的值为:
    Lbotn=|xn1-xnm|=|yn1-ba-ynm-ba|]]>
    其中xn1′、xnm′分别为yn1、ynm代入y=ax+b后的反算值,即由线性函数反算出的数值;
    Lbotn的值越大,则说明第n机架出口处带材头部的偏斜程度越大;反之,Lbot的值越小,第n机架出口处带材头部的偏斜程度越小;
    (3)带材头部偏斜方向的判断
    当带材头部边缘线性函数为增函数时,带材头部偏向操作侧;当带材头部边缘线性函数为减函数时,带材头部偏向传动侧;因此当a>0时,带材头部偏向操作侧;当a<0时,带材头部偏向传动侧。
    进一步的,步骤C的当前在轧机架双侧辊缝差值的在线调整方法如下:
    假设Δsn为第n机架轧机的辊缝差值,单位为毫米,该值是轧机传动侧与操作侧辊缝的差值,即为:
    Δsn=snds-snos
    其中snds为第n机架传动侧实际辊缝,snos为第n机架操作侧实际辊缝,单位为毫米;
    当CCD摄像机或多通道凸度仪检测到第n机架出口带材头部出现偏斜现象时,进行如下调整:
    当0<Lbotn<10时,第n机架辊缝差不做任何调整,为Δsn=Δsn′+0=Δsn′;
    当10≤Lbotn<40时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.1f;
    当40≤Lbotn<80时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.3f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.3f;
    当80≤Lbotn<120时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.5f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.5f;
    当120≤Lbotn<170时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.7f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.7f;
    当170≤Lbotn≤220时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.9f;
    当220≤Lbotn≤300时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-1.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+1.1f;
    当300<Lbotn时,由于此时带材头部偏斜过于严重,如果继续穿带有可能导致生产事故,因此立刻由电控系统自动紧急停车;待将偏斜的头部切除后再重新穿带;
    其中f为双侧辊缝差值预设定调整因子,其取值范围为0≤f≤2,初值为1;当首次检测到带材侧弯时,Δsn′为第n机架轧机在进行轧机辊缝调平后原始双侧辊缝差值,单位为毫米,理想情况下Δsn′=0;当为非首次调整辊缝差值时,Δsn′为第n机架最近一次调整后的辊缝差值,单位为毫米。
    进一步的,步骤D的后续机架双侧辊缝差值的预设定方法如下:
    在对第n机架的双侧辊缝差值进行在线调整的同时,对第n+1、第n+2…第N-1、第N机架的双侧辊缝差值进行预设定,其中,第N机架为成品机架;为避免对后续机架,尤其是成品机架的双侧辊缝差值造成剧烈的影响,将第n机架的 双侧辊缝差值调整量,加权分配至后续各机架;加权分配原则为前序机架占的权重较大,后序机架占的权重较小;进行加权分配时,总分配量为Δsn-Δsn′毫米,需要分配的机架数量M=N-n,则第n+1至第N机架的双侧辊缝差值设定为:
    Δsn+1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;M+Δsn+1]]>
    Δsn+2=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;(M-1)+Δsn+2]]>
    ...
    ΔsN-1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;2+ΔsN-1]]>
    ΔsN=Δsn-ΔsnM~+ΔsN]]>
    其中M~表示M的阶加;
    当第n+1机架带材头部采样完成时,对第n+1机架的双侧辊缝差值进行在线调整,同时对后续机架的双侧辊缝差值进行预设定,依此类推,当进行至第N机架即成品机架的带材头部采样完成时,由于成品机架后已无机架,因此仅对成品机架的双侧辊缝差值进行调整。
    本发明的纠偏原理是:由安装在连轧机各机架机顶上的工业CCD摄像机采集来料的头部图像,并发送至计算机进行处理得到带材头部的边部曲线;由边部曲线可得曲线上的若干个点的坐标,将这些点进行线性拟合得到该曲线的一次函数;假设带材的头部与轧辊中心线平行,即假设不存在舌头及鱼尾等缺陷,通过计算带材头部发生偏斜时的边部直线、带材的头部直线和带材头部无偏斜时的边部直线所形成直角三角形的较短直角边长度,可对带材头部的偏斜弯曲程度进行评估,该直角三角形中的较短直角边越大,则偏斜程度越大,并结合轧件偏斜弯曲方向的判断,进而对本机架的双侧辊缝差值进行调整,并对后续所有机架的双侧辊缝差值进行预先设定;多通道凸度仪的反馈结果仅用于成品机架双侧辊缝差值的调整。
    由于采用了上述技术方案,本发明与现有技术相比具有如下有益效果:本发明采用带材头部偏斜检测、偏斜程度和偏斜方向的判断计算、轧机双侧辊缝差值的自调整和后续机架的辊缝差值预设定等步骤,能够及时发现带材连轧穿带过程中头部发生偏斜的现象,并采取合适的轧机双侧辊缝差调整策略,以避免带材头部偏斜导致产品成材率下降或穿带失败。
    附图说明
    图1是本发明所采用的CCD摄像机和多通道凸度仪的安装位置示意图。
    图2是说明L、LR和Lde变量含义的示意图。
    图3是说明LV和LW变量含义的示意图。
    图4是说明带材头部偏斜时各几何变量在直角坐标系中的关系的示意图。
    具体实施方式
    下面结合附图实施例对本发明作进一步详述:
    如图1所示,本发明以四机架连轧机组为例,在连轧机组中的每个机架3顶上安装1台工业CCD摄像机2,成品机架出口处安装有多通道凸度仪4,在第一机架前安装有金属检测器5,安装时务必保证金属检测器的检测点恰好位于第一机架上CCD摄像机的采样区域靠近轧机一侧的边缘,用于检测来料头部的偏斜情况。CCD摄像机沿轧件长度方向上的检测区域长度为Lde,单位为毫米,参见图2。由于各机架间辊缝的水平距离一般不超过6000毫米,因此安装摄像头时应注意保证采样区域长度Lde不大于4000毫米。通过高速图像数据采集卡将图像数字化后送入计算机,作为轧件尺寸辨识的对象,计算机对数字图像进行处理,获取带材头部的边缘轮廓信息。
    本实例的纠偏步骤如下:
    步骤A、设定带材头部到达各检测位置时的采样时间点;
    当带材1穿过机架间的采样区域时,由PLC系统处理得到的带材头部到位 信号来控制工业CCD摄像机收集一次图像并发送到图像采集及数据处理的计算机上,带材头部到达第一机架前的检测位置的采样时间点设定为金属检测器检测到带材头部的时间,当金属检测器检测到带材头部时向PLC系统发送信号,PLC系统随即向摄像机发送一次采样图像的指令。剩余机架的带材头部到位信号的获取方式如下:
    当第n机架咬入带材时开始计时,则第n机架后的摄像机采样时间tn的计算式为:
    tn=LVn]]>
    其中,Vn为第n机架带材的出口速度,单位为毫米/秒;L为带材的头部前进至第n机架的辊缝后到达第n+1机架上的CCD摄像机采样区域靠近第n+1机架一侧的边缘之间的距离,单位为毫米;
    L的计算式为:
    L=(LR-Lde)2+Lde]]>
    其中,LR为两相邻机架间辊缝的水平距离,单位为毫米,该距离值由各厂设备配置情况决定;Lde为CCD摄像机在带材轧制方向上的采样长度,单位为毫米;当带材的头部前进至第n机架的辊缝后的距离为L时,PLC系统发送采样信号控制摄像机进行采样,L的取值原则为:必须小于相邻两机架间辊缝的距离,并能保证轧件的头部顶端恰好位于摄像机采样区域的边缘,参见图2;
    第n机架轧件的出口速度的计算式为:
    Vn=vn·(1+Shn)
    其中,vn为第n机架的轧辊实时速度,单位为毫米/秒;Shn为第n机架的轧件前滑值;
    前滑值Shn的计算式为:
    Shn={tan[π8HnR&CenterDot;ln(HnHn-1)+12arctanHn-1Hn-1]}2]]>
    其中,Hn-1和Hn分别为第n机架轧件的咬入和抛出厚度,单位为毫米;R为机架工作辊的半径,单位为毫米;
    如图3所示,当轧件的头部前进至多通道凸度仪后Ldf长度时,多通道凸度仪将采样后的曲线记录下来并发送至计算机进行处理,Ldf为多通道凸度仪在带材轧制方向上的采样长度,单位为毫米,Ldf≤4000mm。多通道凸度仪的中心线与成品机架辊缝的水平距离为LW,单位为毫米,该距离值由各厂设备配置情况决定;则带材头部从第N机架辊缝运行至多通道凸度仪后Ldf的距离,即带材头部从成品机架辊缝运行至多通道凸度仪采样结束位置的距离LN为:
    LN=LW+Ldf
    当成品机架咬入轧件时开始计时,则成品机架后的多通道凸度仪开始采样的时间tNs的计算式为:
    tNs=LWVN]]>
    多通道凸度仪采样结束的时间tN的计算式为:
    tNe=LNVN]]>
    其中,tNs和tNe的单位均为秒;VN为成品机架的带材的实际出口速度,单位为毫米/秒;成品机架的带材的实际出口速度VN的计算方法与第n机架带材的出口速度Vn的计算方法相同。
    步骤B、在穿带过程中,当带材头部到达当前待轧机架的检测位置时,通过对带材头部的两侧边缘曲线进行图像采集和处理,来判断计算带材头部偏斜程度及偏斜方向;判断计算方法如下:
    (1)第n机架出口带材头部边缘曲线的线性拟合
    各CCD摄像机或多通道凸度仪的采样区域的尺寸相同的方形采样区域,将该方形采样区域四个角的点分别记作Α、Β、Β1和Α1,其中,AB连线和A1B1连线沿带材的轧制方向设置,AB连线为轧制的传动侧,A1B1连线为轧制的操作侧,ΑΑ1连线和ΒΒ1连线垂直于轧制方向,ΑΑ1连线靠近已轧制的机架,ΒΒ1连线靠近待轧的机架;在方形采样区域建立直角坐标系来判定带材头部偏斜程度及偏斜方向,该直角坐标系的Y轴与轧制的中心线重合,X轴与ΒΒ1连线重合。由计算机对轧件的形状图像进行几何畸变纠正、噪声过滤、边缘检测、轮廓定位、亚像素法边缘定位、平面尺寸测量和计算等步骤,经处理后能获得类似如图4所示的带材头部的边缘曲线,将轧件头部形状近似处理成平行于轧辊轴线的直线,并与X轴重合,坐标轴的单位为毫米;具体的图像检测及处理方法可参照何纯玉的博士论文《中厚板轧制过程高精度侧弯控制的研究与应用》中第六章中所描述的方法。多通道凸度仪能够自动获取带材的头部边缘轮廓曲线并绘入直角坐标系,无需进行其他的处理。CCD摄像机采集到的带材头部侧边缘曲线的图像曲线在直角坐标系内形成的曲线分别记作弧线AC和弧线A1C1,弧线AC为摄像机采样图像经处理后的带材头部传动侧边缘图像曲线,弧线A1C1为摄像机采样图像经处理后的带材头部操作侧边缘图像曲线,对第n机架出口的带材头部的其中任一侧边的边缘曲线上的数值点进行曲线拟合,以获得边缘曲线的函数。由于轧件全长方向上宽度基本保持不变,可认定轧件操作侧边部曲线形状应与传动侧边部曲线形状相同,因此后面仅对带材传动侧边缘的情况进行分析。由于Lde≤4m,依据轧制常识,在该范围内带材头部的边缘曲线可近似认定为直线,即线段AD和A1D1,线段AD和A1D1的函数可通过弧线AC和A1C1上的数值点拟合出来。虚线AB和A1B1分别为带材头部无偏斜时的传动侧和操作侧的头部边缘直线。因此,采用线性拟合方法对摄像机采集并处理的数值点进行拟合。当第n机 架穿带完成并且带材头部到达检测位置时,第n+1机架上的摄像机在第n机架后采集到的带材头部传动侧边缘图像曲线的m个数值点的集合为:{(xn1,yn1),(xn2,yn2),(xn3,yn3)...(xnm,ynm)},其中要求(xn1,yn1)为点A的坐标值,即在采样区域以内最靠近第n机架处带材边缘曲线采样点的坐标值,(xnm,ynm)为点C的横坐标值,即在采样区域以内最靠近第n+1机架的带材边缘曲线采样点的坐标值,m的范围为8≤m≤20;
    线性拟合的函数的表达式为:

    令则a、b的计算方法为:
    a=mΣi=1mxniyni-Σi=1mxniΣi=1mynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    b=Σi=1myniΣi=1mxni2-Σi=1mxniΣi=1mxniynimΣi=1mxni2-(Σi=1mxni)2]]>
    带材头部操作侧边缘图像曲线的线性拟合方法与传动侧边缘图像曲线的线性拟合方法相同;
    (2)带材头部偏斜程度的判断计算
    带材头部的偏斜程度通过对AB连线、线段AD和线段BD组成的直角三角形的较短直角边的长度进行计算来判断,即计算线段BD的长度,假设第n机架出口处摄像机或多通道凸度仪采样并处理计算所得的线段BD的长度为Lbotn,单位为毫米,将yn1和ynm代入y=ax+b,则Lbotn的值为:
    Lbotn=|xn1-xnm|=|yn1-ba-ynm-ba|]]>
    其中xn1′、xnm′分别为yn1、ynm代入y=ax+b后的反算值,即由线性函数反算 出的数值;
    Lbotn的值越大,则说明第n机架出口处带材头部的偏斜程度越大;反之,Lbot的值越小,第n机架出口处带材头部的偏斜程度越小;
    (3)带材头部偏斜方向的判断
    经拟合后的线性函数为y=ax+b,由图4可知,当带材头部边缘线性函数为增函数时,带材头部偏向操作侧;当带材头部边缘线性函数为减函数时,带材头部偏向传动侧;因此当a>0时,带材头部偏向操作侧;当a<0时,带材头部偏向传动侧。
    步骤C、对当前在轧机架双侧辊缝差值进行在线调整,调整方法如下:
    假设Δsn为第n机架轧机的辊缝差值,单位为毫米,该值是轧机传动侧与操作侧辊缝的差值,即为:
    Δsn=snds-snos
    其中snds为第n机架传动侧实际辊缝,snos为第n机架操作侧实际辊缝,单位为毫米。
    当CCD摄像机或多通道凸度仪检测到第n机架出口带材头部出现偏斜现象时,进行如下调整:
    当0<Lbotn<10时,第n机架辊缝差不做任何调整,为Δsn=Δsn′+0=Δsn′;
    当10≤Lbotn<40时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.1f;
    当40≤Lbotn<80时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.3f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.3f;
    当80≤Lbotn<120时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.5f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.5f;
    当120≤Lbotn<170时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-0.7f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.7f;
    当170≤Lbotn≤220时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+0.9f;
    当220≤Lbotn≤300时,且判断带材头部偏向传动侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′-1.1f,判断带材头部偏向操作侧时,设定辊缝差Δsn=Δsn′+1.1f;
    当300<Lbotn时,由于此时带材头部偏斜过于严重,如果继续穿带有可能导致生产事故,因此立刻由电控系统自动紧急停车;待将偏斜的头部切除后再重新穿带;
    其中f为双侧辊缝差值预设定调整因子,其取值范围为0≤f≤2,初值为1;当首次检测到带材侧弯时,Δsn′为第n机架轧机在进行轧机辊缝调平后原始双侧辊缝差值,单位为毫米,理想情况下Δsn′=0;当为非首次调整辊缝差值时,Δsn′为第n机架最近一次调整后的辊缝差值,单位为毫米。
    步骤D、对后续机架双侧辊缝差值进行预设定,预设定方法如下:
    第n机架双侧辊缝差值的在线调整可以使带材头部的偏斜状况不再加剧,但已经产生的带头偏斜需要通过后续机架的双侧辊缝差值预设定来消除。在对第n机架的双侧辊缝差值进行在线调整的同时,对第n+1、第n+2…第N-1、第N机架的双侧辊缝差值进行预设定,其中,第N机架为成品机架;为避免对后续机架,尤其是成品机架的双侧辊缝差值造成剧烈的影响,将第n机架的双侧辊缝差值调整量,加权分配至后续各机架;加权分配原则为前序机架占的权重较大,后序机架占的权重较小;进行加权分配时,总分配量为Δsn-Δsn′毫米,需要分配的机架数量M=N-n,则第n+1至第N机架的双侧辊缝差值设定为:
    Δsn+1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;M+Δsn+1]]>
    Δsn+2=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;(M-1)+Δsn+2]]>
    ...
    ΔsN-1=Δsn-ΔsnM~&CenterDot;2+ΔsN-1]]>
    ΔsN=Δsn-ΔsnM~+ΔsN]]>
    其中M~表示M的阶加;
    当第n+1机架带材头部采样完成时,对第n+1机架的双侧辊缝差值进行在线调整,同时对后续机架的双侧辊缝差值进行预设定,依此类推,当进行至第N机架即成品机架的带材头部采样完成时,由于成品机架后已无机架,因此仅对成品机架的双侧辊缝差值进行调整。
    当卷取机的卷轴将带材的头部卷上,并且与成品机架间形成张力时,由PLC系统判断该张力信号的产生,并触发带材头部纠偏过程结束。
    实施例1
    由于各机架间辊缝的距离一般不超过6000毫米,因此安装摄像头时应注意保证采样区域长度Lde不大于4000毫米,可取为Lde=2500毫米。通过高速图像数据采集卡将图像数字化后送入计算机,作为轧件尺寸辨识的对象,计算机对数字图像进行处理,提取带材头部的边缘信息,得到最终轧件的平面尺寸。当轧件穿过机架间的检测区域时,由PLC系统处理得到的带材头部到位信号来控制工业CCD摄像机收集一次图像并发送到图像采集及数据处理的计算机上。假设连轧机组的机架总数量为4。机架的轧辊传动电机端安装有测速编码器,可测得第2机架的轧辊实时速度为600毫米/秒,第4机架的轧辊实时速度为1200毫米/秒。设置第2机架轧件的咬入和抛出厚度分别为17.5毫米和13.89毫米,第4机架轧件的咬入和抛出厚度分别为6毫米和4毫米;设置各机架工作辊的半径 为500毫米。
    则第2机架轧件的前滑值Sh2为:
    Sn={tan[π813.89500&CenterDot;ln(13.8917.5)+12arctan17.513.89-1]}2=0.0577]]>
    第2机架轧件的出口速度为:
    Vn=600·(1+0.0577)=634.62毫米/秒
    第4机架轧件的前滑值Sh4为:
    Sn={tan[π84500&CenterDot;ln(46)+12arctan64-1]}2=0.1008]]>
    第4机架轧件的出口速度的计算式为:
    V4=1200·(1+0.1008)=1320.96毫米/秒
    设置两机架间辊缝的距离为5500毫米,则L的计算式为:

    当第2机架咬入轧件时开始计时,则第2机架后的摄像机采样时间t2为:

    设置多通道凸度仪的中心线与成品机架辊缝的距离为3500毫米,则带材头部从第4机架辊缝运行至多通道凸度仪后Lde时的距离LV为:
    LV=3500+2500=6000毫米
    当第4机架(即成品机架)咬入轧件时开始计时,则第4机架后的多通道凸度仪开始采样的时间t4s为:

    第4机架后的多通道凸度仪采样结束并发送至计算机的时间t4e为:

    如图4所示,摄像机检测的区域为ABB1A1,如前所述该区域的长度为Lde=2500毫米。机架出口弧线AC为带材头部的边缘曲线,对带材头部边缘曲线上的数值点进行曲线拟合,以获得边缘曲线的函数。Y轴与轧制的中心线重合。假设边缘曲线的数值点数为m=9,当第2机架穿带完成并头部到位时,摄像机在第2机架后采集到的带材头部传动侧(以传动侧为例进行分析)边部图像曲线的数值点的集合为:{(x21,y21),(x22,y22),(x23,y23)...(x29,y29)}。假设该9个数值点为:
    (-801,-4000),(-792,-3500),(-776,-3000),(-759,-2500),(-740,-2000),(-711,-1500),(-685,-1000),(-651,-500),(-599,0)]]>
    其中要求(-801,-4000)为点A的坐标值,即在采样区域以内最靠近第2机架处带材边缘曲线采样点的坐标值,要求(-599,0)为点C的坐标值,即在采样区域以内最靠近第3机架的带材边缘曲线采样点的坐标值。在图4中,1为第n机架的轧辊,2为带材,弧线AC为摄像机采样图像经处理后的传动侧带材头部边缘曲线;弧线A1C1为摄像机采样图像经处理后的操作侧侧带材头部边缘曲线。由于轧件全长方向上宽度基本保持不变,可认定轧件操作侧边部曲线形状应与传动侧边部曲线形状相同,因此后面仅对带材传动侧边缘的情况进行分析。由于Lde=2500毫米,依据轧制常识,在该范围内带材头部的边缘曲线可近似判定为直线,即直线AC和A1C1。虚线AB和A1B1分别为带材头部无偏斜时的传动侧和操作侧的头部边缘直线,阴影部分ΔABC的面积SΔABC即为传动侧带材头部偏斜面积,单位为平方毫米。因此,采用线性拟合方法对摄像机采集并处理的数值点进行拟合。设拟合函数的表达式为:

    令则a、b的计算方法为:
    a=9×Σi=19x2iy2i-Σi=19x2iΣi=19y2i9×Σi=19x2i2-(Σi=19x2i)2=19.54]]>
    b=Σi=19y2iΣi=19x2i2-Σi=19x2iΣi=19x2iy2i9×Σi=19x2i2-(Σi=19x2i)2=12136.53]]>
    可得第2机架出口处带材头部边部的线性函数表达式为:
    y=19.54x+12136.53
    当第4机架穿带完成并头部到位时,多通道凸度仪在第4机架后采集到的带材头部传动侧(以传动侧为例进行分析)边部图像曲线的数值点的集合为:{(x41,y41),(x42,y42),(x43,y43)...(x49,y49)}。假设该9个数值点为:
    (-700,-4000),(-697,-3500),(-691,-3000),(-682,-2500),(-670,-2000),(-655,-1500),(-637,-1000),(-616,-500),(-592,0)]]>
    其中要求(-300,-4000)为点A的坐标值,即开始采样时的第一个带材边缘曲线采样点的坐标值,要求(-98,0)为点C的坐标值,即在采样时最后一个带材边缘曲线采样点的坐标值。采用线性拟合方法对多通道凸度仪采集并处理的数值点进行拟合。设拟合函数的表达式为:

    令则a、b的计算方法为:
    a=9×Σi=19x4iy4i-Σi=19x4iΣi=19y4i9×Σi=19x4i2-(Σi=19x4i)2=34.83]]>
    b=Σi=19y4iΣi=19x4i2-Σi=19x4iΣi=19x4iy4i9×Σi=19x4i2-(Σi=19x4i)2=20987.616]]>
    可得第4机架出口处带材头部边部的线性函数表达式为:
    y=34.83x+20987.616
    图4中的阴影部分的形状为直角三角形,带材头部的偏斜程度可通过对直角三角形较短的直角边长度进行计算来判断,即计算线段BD的长度。假设第2机架出口处线段BD的长度为Lbot2,单位为毫米,将y21=-4000和y29=0代入y=19.54x+12136.53,则Lbot2的值为:

    假设第4机架出口处线段BD的长度为Lbot4,单位为毫米,将y41=-4000和y49=0代入y=34.83x+20987.616,则Lbot4的值为:

    已知第2机架和第4机架经拟合后的线性函数分别为y=19.54x+12136.53和y=34.83x+20987.616,a的值分别为19.54和34.83,均大于零,因此第2、4机架出口处的带材头部均偏向操作侧。
    由前面的计算可知,170≤Lbot2≤220,且判断带头偏向操作侧,设定辊缝差Δs2=Δs2′+0.9f;80≤Lbot4<120,且判断带头偏向操作侧时,设定辊缝差Δs4=Δs4′+0.5f;
    此时可取初值为f=1,此处可认为是首次在第2机架和第4机架出口处检测到轧件侧弯,Δs2′和Δs4′分别为第2、4机架轧机在进行轧机辊缝调平后的原始双侧辊缝差值,单位为毫米,可取Δs2′=Δs4′=0。
    因此,当第2机架出口处检测到带材头部发生偏斜时,将第2机架的双侧辊缝差值在线调整为Δs2=0+0.9×1=0.9毫米,即s2ds-s2os=0.9毫米。将第4机架的双侧辊缝差值在线调整为Δs4=0+0.5×1=0.5毫米,即s4ds-s4os=0.5毫米。
    第2机架双侧辊缝差值的在线调整可以使带材头部的偏斜状况不再加剧, 但已经产生的带头偏斜需要通过第3、4机架的双侧辊缝差值预设定来消除。为避免对后续机架,尤其是成品机架的双侧辊缝差值造成剧烈的影响,可将第2机架的双侧辊缝差值调整量,加权分配至第3、4机架。总分配量为0.9毫米,需要分配的机架数量M=4-2=2,假设第3、4机架最近一次的辊缝差值调整(在线调整或预设定调整)之后Δs3′=Δs4′=0,则第3、4机架的双侧辊缝差值设定为:


    当第3机架带材头部采样完成时,对第3机架的双侧辊缝差值进行在线调整,同时对第4机架的双侧辊缝差值进行预设定。当进行至第4机架的带材头部采样完成时,由于第4机架后已无机架,因此只需对成品机架的双侧辊缝差值进行调整。当卷取机的卷轴将带材的头部卷上,并且与成品机架间形成张力时,由PLC系统判断该张力信号的产生,并由此信号触发带材头部纠偏过程结束。

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