《连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《连轧穿带过程中带材头部纠偏的方法.pdf(20页完整版)》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104307892 A (43)申请公布日 2015.01.28 CN 104307892 A (21)申请号 201410623359.4 (22)申请日 2014.11.06 B21B 39/14(2006.01) B21B 38/02(2006.01) B21B 37/58(2006.01) (71)申请人 广西柳州银海铝业股份有限公司 地址 545006 广西壮族自治区柳州市阳和工 业新区阳泰路 11 号 (72)发明人 许磊 刘栩 周滨 蒋婷 李江宇 (74)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 (54) 发明名称 连轧穿带过程。
2、中带材头部纠偏的方法 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 13 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书13页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104307892 A CN 104307892 A 1/4 页 2 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。
4、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。
5、 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 : 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 : 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。
6、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 : 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 : 权 利 要 求 书 CN 104307892 A 2 2/4 页 3 多通道凸度仪采样结束的时间 tN的计算式为 : 带材头部从成品机架辊缝运行。
7、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。
8、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 、 、 1和 1, 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, 1连线和 1连线垂直于 轧制方向, 1连线靠近已轧制的机架, 1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 1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 。
9、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。
10、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 : 权 利 要 求 书 CN 104307892 A 3 3/4 页 4 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。
11、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 : 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 a0 时, 。
12、带材头部偏向操作侧 ; 当 a0 时, 带材头部偏向操作侧 ; 当 a0 时, 带材头部偏向操作侧 ; 当 a0 时, 带材头部偏向传动侧。 0116 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 : 0117 假设 sn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 : 0118 sn snds-snos 0119 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。 0120 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 : 0。
13、121 当0Lbotn10时, 第n机架辊缝差不做任何调整, 为snsn+0sn; 说 明 书 CN 104307892 A 13 9/13 页 14 0122 当 10 Lbotn 40 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 sn sn -0.1f, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊缝差 sn sn +0.1f ; 0123 当 40 Lbotn 80 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 sn sn -0.3f, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊缝差 sn sn +0.3f ; 0124 当 80 Lbotn 120 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 。
14、sn sn -0.5f, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊缝差 sn sn +0.5f ; 0125 当 120 Lbotn 170 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 sn sn -0.7f, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊缝差 sn sn +0.7f ; 0126 当 170 Lbotn 220 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 sn sn, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊缝差 sn sn +0.9f ; 0127 当 220 Lbotn 300 时, 且判断带材头部偏向传动侧时, 设定辊缝差 sn sn -1.1f, 判断带材头部偏向操作侧时, 设定辊。
15、缝差 sn sn +1.1f ; 0128 当300Lbotn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 ; 0129 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, sn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 sn 0 ; 当为非首次调整辊缝差值时, sn为第 n 机架最近一 次调整后的辊缝差值, 单位为毫米。 0130 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 。
16、: 0131 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 sn-sn毫米, 需要分配的机架数量 M N-n,。
17、 则第 n+1 至第 N 机架的双侧辊缝差值设定 为 : 0132 0133 0134 . 0135 0136 0137 其中 M 表示 M 的阶加 ; 0138 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, 说 明 书 CN 104307892 A 14 10/13 页 15 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。 0139 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。
18、的产生, 并触发带材头部纠偏过程结束。 0140 实施例 1 0141 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。
19、 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。 0142 则第 2 机架轧件的前滑值 Sh2为 : 0143 0144 第 2 机架轧件的出口速度为 : 0145 Vn 600(1+0.0577) 634.62 毫米 / 秒 0146 第 4 机架轧件的前滑值 Sh4为 : 0147 0148 第 4 机架轧件的出口速度的计算式为 : 0。
20、149 V4 1200(1+0.1008) 1320.96 毫米 / 秒 0150 设置两机架间辊缝的距离为 5500 毫米, 则 L 的计算式为 : 0151 0152 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 : 0153 0154 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 : 0155 LV 3500+2500 6000 毫米 0156 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 说 明 书 CN 10430。
21、7892 A 15 11/13 页 16 开始采样的时间 t4s为 : 0157 0158 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 : 0159 0160 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。
22、集合为 : (x21,y21),(x22,y22),(x23,y23). (x29,y29)。假设该 9 个数值点为 : 0161 0162 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。
23、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 ABC 的面积 SABC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 : 0163 0164 令则 a、 b 的计算方法为 : 0165 0166 说 明 书 CN 104307892。
24、 A 16 12/13 页 17 0167 可得第 2 机架出口处带材头部边部的线性函数表达式为 : 0168 y 19.54x+12136.53 0169 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 : 0170 0171 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。
25、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 : 0172 0173 令则 a、 b 的计算方法为 : 0174 0175 0176 可得第 4 机架出口处带材头部边部的线性函数表达式为 : 0177 y 34.83x+20987.616 0178 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 。
26、Lbot2 的值为 : 0179 0180 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 : 0181 0182 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 说 明 书 CN 104307892 A 17 13/13 页 18 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。 0183 由前面的计算可知, 1。
27、70 Lbot2 220, 且判断带头偏向操作侧, 设定辊缝差 s2 s2 +0.9f ; 80 Lbot4 120, 且判断带头偏向操作侧时, 设定辊缝差 s4 s4 +0.5f ; 0184 此时可取初值为f1, 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, s2和 s4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 s2 s4 0。 0185 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 s2 0+0.91 0.9 毫米, 即 s2ds-s2os 0.9 毫米。将第 4 机架的双侧辊缝。
28、 差值在线调整为 s4 0+0.51 0.5 毫米, 即 s4ds-s4os 0.5 毫米。 0186 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 s3 s4 0, 则 第 3、 4 机架的双侧辊缝差值设定为 : 。
29、0187 0188 0189 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。 说 明 书 CN 104307892 A 18 1/2 页 19 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104307892 A 19 2/2 页 20 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104307892 A 20 。