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精轧出口测宽仪检测失真研究分析

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陈眉

[导读] 摘要：本文主要是通过总结精轧出口测宽仪在热轧厂投入使用后出现过的检测失真，测量偏差大的情况，从工作原理上分析精轧出口测宽仪出现检测失真的原因及消除失真的处理方法。

        宝钢湛江钢铁有限公司
        摘要：本文主要是通过总结精轧出口测宽仪在热轧厂投入使用后出现过的检测失真，测量偏差大的情况，从工作原理上分析精轧出口测宽仪出现检测失真的原因及消除失真的处理方法。
        关键词：失真、偏差、边部检测、激光、温度补偿
        Study and analysis distortion detection by fining rolling width gauge
        Mei CHEN
        Hot rolling mill electrical professional group of 1780 team
        Abstract：Based on the abnormal situation of the exit width gauge after it was put into use in hot rolling plant，this paper analyzes the reason of the distortion of the exit width gauge and the method of eliminating the distortion.
        Keyword：Distortion，deviation，edge detection，laser，temperature compensation
        引言
        2250精轧出口测宽仪测安装于终轧机出口，为轧线生产的重要设备，其测量数据用于宽度模型学习并反馈作用于成品宽度的控制，是影响产品宽度控制的重要因素。精轧测宽仪测量状态的不稳定性所带来的测量误差，导致产品质量下降，封锁率增加，影响轧制节奏及产品质量。精轧出口测宽仪投入使用初期，出现过宽度检测失真的情况，给现场稳定顺行造成了很大的影响。
        一检测失真现象
        自2015年投产以来，精轧测宽仪运行状态并不稳定，给现场宽度模型及产品宽度控制带来了很大的困扰，经过现场人员的长期跟踪，总结出了精轧出口测宽仪存在以下异常现象：
        1.1 测量曲线失真，曲线呈锯齿状；

        图1失真的测宽曲线
        1.2 测量宽度偏差值与实际成品宽度偏差较大；
        在轧制宽度规格1800mm以上的宽坯时，出现精轧测宽仪测量宽度和实际宽度曲线的偏差较大，举例如下图所示，实际宽度1900mm，精轧测宽仪测量宽度为1579.82mm，宽度偏差为-320mm，而卷取测宽仪测量宽度偏差正常，在-15~-30mm之间波动。

图2精轧测宽仪检测偏差大

        图3卷取测宽偏差曲线
        二、现场问题的排查与锁定
        精轧出口测宽仪型号为BRP-925，该型号测宽仪采用两台TDI面阵照相机，专门用于热轧带钢的宽度测量。该测宽系统具有高精度和高可靠性的特点，无需背光源，并且带钢的温度和平直度变化，不影响系统的测量精度。
        2.1精轧出口测宽仪测量原理
        精轧出口测宽仪为激光式测宽仪，现场检测设备具体布置如下图4所示，激光与马达均安装于步进马达上，测宽仪根据上级（L2）下发带钢的设定宽度发指令给步进马达前进至设定位置，激光向下打到带钢上，激光反射至TDI镜头中。
        带钢通过两套位于辊道上方的照相机和线激光器进行成像。两台线激光器垂直照射在带钢表面上形成两条反射光---激光线，这两条激光线与辊道平行。反射光通过两台高速的TDI面阵CMOS照相机进行成像（每台相机为256X2048像素）。带钢的边部将形成黑/白过渡视频信号（过渡线）。
        采用这种技术，要求在相机的视场内仅有一条黑/白过渡线，并且该过渡线清晰地显示带钢的边部位置。边部检测基于带钢边部激光线的强度。测量过程中，“过渡线”在光强度和锐度将受到带钢的温度、水、汽的影响。系统通过自动曝光控制技术来解决这个问题。这种自动曝光控制技术结合了数字滤波技术与激光能量控制技术。带钢通过相机电子扫描，自动成像在面阵CMOS传感器上。边部检测通过实时的DSP技术完成，高精度的灰度处理技术也用于带钢的真实边部检测，该技术在非理想环境下具有高可靠性和高精度特点。

图4精轧测宽仪设备布置图

        图5测宽仪边部检测
        由于相机的主光轴与带钢边部垂直，因此，带钢的边部圆边将不会对造成测量误差，整个测量系统就如同一只游标卡尺的工作原理一样。通常，带钢的圆边将会造成5~10 mm的测量误差，而这种误差是无法通过软件进行修正正是由于测宽仪原理带来的弊端：因为带钢受到轧制压下后其边缘带有弧度，在一定程度上激光无法完全检测到弧边的正确宽度，加上某些钢种的硬度和厚度不同造成其弧边也不一致，最终导致精轧测宽仪测量出现失真、偏差大等问题。
        三、解决措施
        在了解到检测失真产生的原因后，现场立即组织人员开展对测宽仪程序及其测量原理的优化，在工艺方、设备方和调试厂家的紧密配合之下，通过大量的数据跟踪以及实际的开卷测量数据为参考，有效推进精轧测宽仪程序优化，并将存在的问题进行改善。厂家将原有的弧边检测原理改为弧边补偿原理，结合大量的数据跟踪和实测值得出在不同厚度及硬度下，弧边补偿的经验值。该优化的过程中，在原有温度补偿曲线的情况下，又新增硬度补偿曲线，有效的解决了测量失真、测量值偏大等问题。
        精轧测宽仪宽度计算公式：

     ①
        宝钢计算温度补偿系数的公式：

②
由②得：

③
由①、③得

④
由④得：

⑤
将⑤代入①得：

⑥
        注：EF值是基于T的曲线数据（及温度补偿曲线表格每个温度对应的值）
        目前精轧测宽仪设备运行状态总体稳定，经过工艺方的跟踪和考核，其精度满足工艺的生产要求，在轧制常规钢种时，其测量值准确可控，曲线无失真现象。但是在轧制特殊钢种时，由于受温度补偿曲线的影响，对其测量数据产生一定的偏差。针对上述问题，工艺方牵头组织研究院以及L2等相关人员对温度补偿曲线数值进行调整和修改，在最终确认好曲线数据可靠后，由设备方仪表人员对测宽仪的温度补偿曲线进行更新。举例新增两条温度补偿曲线数据如下：
        #
        CODE 1
        # Low Carbon Steel
        600 0.85918
        625 0.90013
        650 0.94216
        675 0.98175
        700 1.02427
        725 1.06484
        750 1.10538
        775 1.12902
        800 1.15654
        825 1.17944
        850 1.19363
        875 1.1852
        900 1.11533
        925 1.07811
        950 1.13166
        975 1.18991
        1000 1.2471
        #
        CODE 2
        # Middle Carbon Steel
        600 0.8758
        625 0.91787
        650 0.95969
        675 1.0135
        700 1.04353
        725 1.08491
        750 1.09017
        775 1.07286
        800 1.0566
        825 1.01547
        850 0.98129
        875 1.02858
        900 1.08591
        925 1.14322
        950 1.20162
        975 1.25921
        1000 1.3166
        四、总结
        精轧测宽仪已完成程序和功能原理的优化，其测量值可靠，设备运行稳定，在攻关的过程中，设备方充分了解其测量的工作原理及其薄弱环节，在日渐学习中逐步掌握设备的管理、维护技能和方法。操作方对测宽仪影响生产质量的关键点有深入的了解。测量的稳定性和数值的可靠性帮助质检人员更好的把控带钢的成品质量。通过多方的协同配合，精轧测宽仪正朝着稳定运行的方向发展的越来越好。后续设备方应加强对精轧测宽仪的点检巡检，提升自身的技能水平，争取保证精轧测宽仪的稳定运行。同时坚持日事日毕的工作习惯，不断地摸索、思考、改进和完善，解决测宽仪设备上的薄弱环节，加强与各方保持资源共享、相互协作、包容理解、沟通交流的工作氛围，保持不断学习进取的上进心和对经验进行去其糟粕的积累。
        参考文献：
        [1]MS、Technical Proposal Width Gauge BRP-925 Zhangjiang I&S、2014年4月24日
        [2]热连轧精轧宽度控制技术的研究及应用[J].李家波，李维刚，张健民，郭朝晖. 武汉科技大学学报.2014（04）
        [3]基于PSO算法锻轧宽度自动控制的仿真与优化[J].刘长荣，姜仲秋. 煤炭技术.2017（07）
        [4]带钢精轧阶段高精度宽度控制策略[J].马更生，彭文，刘元铭，尹方辰，邸洪双，张殿华. 轧钢.2017（03）
        [5]基于最大类间方差法的带钢边缘判定[J].王靖震，宋宝宇，高冰，杨东晓，柴明亮. 鞍钢技术.2016（05）