用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪.pdf

本发明属于板带轧制线自动化测试技术领域，是一种在线自动检测冷、热轧板带材平直度(板形)的检测装置。其特征是：检测辊(4)安装在轴承座(3)、(3′)上，既可驱动又可从动的无级调速电机(1)通过联轴器(2)与检测辊(4)联接，检测辊(4)的另一端装有配电器(5)和信号传输装置(6)；所述检测辊(4)的辊芯(7)外表面沿轴向开有1～6个凹形通槽，通槽内安装数组压电式传感器(12)并与整体弹性压板(11)和辊套(8)组合装配。检测辊(4)采用全密封结构可进行水雾冷却以适应冷、热轧制工况，其压力信号采用有线或无线两种方式传输，可实现高速在线检测。所述板形仪刚度大、响应快、适应速度高、信号不受静力载荷和温度干扰。因此，具有信号稳定、检测精度高、检测速度快、适合高速冷热轧制和使用寿命长等优点，对提高板带材平直度和实现高速轧制具有重要实用价值。

1.  一种用于冷、热态板带平直度检测的压电式板形仪，包括无级调速电机(1)、联轴器(2)、轴承座(3)、角位移传感器及计算机，其特征是：检测辊(4)安装在轴承座(3)、(3′)上，辊端装有角位移传感器，无级调速电机(1)通过联轴器(2)与检测辊(4)联接，检测辊(4)的另一端装有配电器(5)和信号传输装置(6)；所述检测辊(4)的辊芯(7)外表面沿轴向开有1～6个凹形通槽，每个凹形通槽内安装5～80个压电传感器(12)，用螺钉(10)压紧与辊身相同长度的整体弹性压板(11)，再过盈装配辊套(8)；检测辊(4)可由待测带钢驱动或者直接采用无级调速电机(1)驱动，由压电传感器(11)检测的力信号连接到配电器(5)上，通过信号传输装置(6)连入计算机进行信号处理和板形信号显示。

2.  根据权利要求1所述的压电式板形仪，其特征是：辊芯(7)的凹状通槽和弹性压板(11)采用整体密封垫(9)密封；辊芯(7)、端部辊环(8)、弹性压板(11)与端盖(13)之间采用整体密封。

3.  根据权利要求1所述的压电式板形仪，其特征是：信号传输装置(6)采用红外无线信号传输或者采用集流环有线信号传输。

4.  根据权利要求1所述的压电式板形仪，其特征是：电荷放大器内置于检测辊(4)辊体内部。

用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪
技术领域
本发明属于冶金机械设备自动化测量、测试仪器领域，是一种应用于板带轧制线上的在线自动检测冷、热轧板带材平直度(板形)的检测装置。适用于金属材料板带材轧制工业生产的板形在线检测。
背景技术
在板带材轧制过程中，板形板厚综合控制技术是有效提高板带材产品质量的关键技术，随着板厚控制技术的发展，板材厚度自动控制技术(液压AGC)得到快速发展并已满足基本工业生产需求。而板形控制技术受设备、工艺及数学模型的影响，还没有完全达到板带材平直度控制要求。其中，板形检测装置即板形仪一直是板带材轧制板形控制技术的核心和技术关键。板形检测信号，是调整轧机的依据。由于板形检测属于微弱信号传输与识别问题，如何提取这些信号并确保其具有可靠性和稳定性，已成为板形检测的技术难题。受检测环境温度等影响和轧机机型限制，检测信号极易漂移，即使能够获得板形缺陷信号，还需要给出轧机可控参量量值。因此，板形控制技术是一项多学科交叉与融合的高难技术。
有关板形仪的研制，国内外都取得了重要进展。板形检测有接触式和非接触式两种，非接触式虽然具有结构简单，安装方便，传感器与带材表面不接触而无摩擦，不会划伤表面等优点，但间接测得的板形信号，信号误差大，在板厚波动、温度变化及振动等干扰下，精度较低。因此，在实际应用中，接触式板形仪得到了比较广泛的应用。
国外从上世纪60年代开始，虽然已经开发出多种形式的板形仪，但能够应用到生产实际的只有几种，例如：瑞典ABB公司的分段式检测板形仪，该板形仪采用压磁式传感器作为力检测元件对张力横向分布进行检测，获得了板形检测信号；英国DAVY公司的空气轴承式板形仪以空气压力变化来检测张力横向分布，主要用于有色金属箔或极薄带检测；德国的SUNDWIG公司采用压电传感方式检测张力的横向分布，一种方式是直接将压电传感器镶嵌在检测辊表面直接进行力信号检测。另一种是将压电传感器埋入辊体之内所开的轴向圆孔之中，来检测大张力作用下的张力横向分布。国内的研究工作从上世纪80年代开始，主要以压磁式板形仪为主且仅用在一般低速窄带可逆轧制条件下的板形检测中。在接触式板形仪研制中，主要采用压磁式传感器，采用内置有压磁传感器的分片组装在一根空心轴上，来检测张力信号。还有将压磁传感器放置在辊芯槽中，直接用辊环作为力传感元件，进行整体装配。
发明内容
为了适应金属板带材在高速冷、热轧制条件下的板形检测，解决高可靠性和信号传输问题，本发明提供一种用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪。该发明采用辊环、整体弹性压板与整体芯辊装配技术、压电式传感器和整体密封结构，采取有线或红外无线传输技术实现信号传输和采集。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：所述冷、热态板带平直度检测的压电式板形仪，包括无级调速电机、联轴器、轴承座、角位移传感器及计算机，其特征是：检测辊安装在轴承座上，无级调速电机通过联轴器与检测辊一端联接，检测辊的另一端装有配电器和信号传输装置；所述检测辊的辊芯的外表面沿轴向开有1～6个凹形通槽，每个凹形通槽之内安装5～80个压电传感器，用螺钉压紧与辊身具有相同长度整体弹性压板，再过盈装配辊套。检测辊可由无级调速电机驱动，也可以由带钢驱动。由压电传感器检测的力信号连接到配电器上，通过信号传输装置连入计算机进行信号处理和板形信号显示。对于检测辊的密封，在辊芯两侧端面采用整体密封垫对辊环、辊芯端面、凹状通槽和弹性压板进行整体密封。电荷放大器内置于检测辊辊体内部进行电荷放大，传输信号为强电信号。信号传输装置采用集流环进行有线信号传输或者采用红外无线信号传输。
本发明的有益效果是：板形仪可由无极调速电机驱动检测辊转动，也可采用压紧在检测辊上的带钢驱动，通过角位移传感器检测转速，实现板形在线检测。在高转速条件下，应考虑检测辊与带材之间的相对滑动。通过电机驱动，以实现检测辊与板带的同步运动。采用压电传感器，利用其快速响应特性，满足高速检测的要求。检测辊通过采用整体密封形式，可预防温度过高而影响测量精度问题，同时还保护了恶劣环境对检测元器件的损坏，依此来满足冷、热轧制工况。同压磁式传感器相比，采用压电传感器，排除了因装配、热变形、残余力变形等所产生的静载荷对零点漂移的影响，利用其电荷传输特性和内置电荷放大器技术，可将微弱信号传输距离大大缩短，降低了电磁干扰和温度变化的影响，提高了信号传输的精度和可靠性。本发明的板形仪具有刚度大、响应快、信号不受静力载荷和温度干扰的特点。因此，具有信号稳定、检测精度高、检测速度快、适合高速冷、热轧制和使用寿命长等优点，对提高板带材平直度和实现高速轧制具有重要实用价值。
附图说明
图1是一种用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪结构示意图；
图2是一种用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪的检测辊结构示意图；
图3是一种用于冷、热态板带材平直度检测的压电式板形仪的检测辊端面剖视图。
在图1、图2、图3中，1.无级调速电机，2.联轴器，3.轴承座，4.检测辊，5.配电器，6.信号传输装置，7.辊芯，8.辊套，9.整体密封垫，10.螺钉，11.整体弹性压板，12.压电传感器，13.密封端盖。
具体实施方式：
图1为本发明公开的一个实施例，板形仪采用由无极调速电机(1)通过联轴器连接到检测辊(4)一端驱动其转动或直接由被检测带钢驱动。辊体端部安装角位移传感器用以检测转速，并保证检测辊(4)的转速与轧制板带材速度同步。检测辊(4)另一端安装配电器(5)，压电传感器(12)的信号接入配电器(5)上，通过电荷放大器、采集卡、信号传输装置(6)与计算机的连接进行信号处理和板形信号显示。
检测辊(4)的辊芯(7)为圆柱结构(见图2)，其外表面沿轴向开有1～6个凹形通槽，每个凹状通槽内安装有25个压电传感器(12)。电荷放大器内置于辊体内部。与辊身相同长度的整体弹性压板(11)由螺钉(10)与辊芯(7)连接固定，辊芯(7)的凹形通槽与弹性压板(11)之间采用整体密封垫(9)密封。辊芯(7)、辊环(8)、弹性压板(11)的端部与密封端盖(13)之间也采用整体密封。检测辊(4)采取整体密封形式，实现完全密闭结构。由此，可满足冷热轧轧制工况，提高检测辊的检测精度和使用寿命。
其工作原理是：将板形仪的检测辊(4)横置于轧制线上，检测辊(4)辊面以一定的包角压紧板带材。工作中，板带材的纵向张力对检测辊(4)辊面施加相应的表面压力。检测辊(4)的每组压力传感器(12)为一个检测单元，表面压力经过辊套(8)、弹性压板(11)将压力传递给压力传感器(12)，从而测得压力信号。利用轴向分布装配的数组检测单元，得到沿检测辊轴向压力信号，经电荷放大器、采集卡，将信号放大、模/数转换后，由信号传输装置(6)传入计算机。根据板带材张力与作用于检测辊辊面的压力对应关系，由计算机进行数据处理，得到板带材张力的横向分布。该结果可以通过显示器显示，也可作为板带轧机板形控制参数离线显示和在线调节的依据。