基于激光位移传感器的中厚板在线厚度测量系统
基于激光位移传感器的中厚板在线厚度测量系统
作者:谢清新;苗建新;陈大海;包东就;
在中厚板生产线上,一些离线处理后的板材通过行车再次上线,进行其他工序处理。因行车吊运板材通过电磁吸盘完成,因此在上线一块板材时,往往会出线叠板的情况,若行车驾驶员灭有及时发现并处理,就会造成上线板材在信息系统中的厚度不符,但下游工序的设备是通过接收信息系统的厚度进行作业控制的,这种厚度信息不一致的情况会对下游工序的设备带来破坏。因此在冷矫直机等设备前安装一套厚度测量设备尤为重要。目前中厚板在线厚度测量系统分2类:(1)用于参与轧机厚度轧制控制的射线测厚仪;(2)用于检测成品板材长度和厚度的测长测厚仪(CTLG)。这些设备虽然精度高,但是投入的设备成本和维护成本较高。因此本文提出一种基于激光位移传感器的板材在线厚度测量系统,系统投用至今精度满足现场需求。
1、激光位移传感器工作原理
激光位移传感器内部的激光发射器发出一束激光,在被测物体表面产生一个激光光斑,光斑在激光位移传感器内部的CCD阵面成像位置与基准位置的差△X和物体与基准面的距离△L有一定的算数关系,信号处理器通过此关系式计算物体距离基准面的距离,并且转换成一定范围的电流输出。
激光位移传感器属于测距仪范畴,为了能测量板材厚度,同时考虑板材出现中浪、边浪和瓢曲等情况,在板材输送辊道顶部和底部各安装一个传感器,已知顶部和底部两个传感器之间的距离为L1。当一块板材到达测量区域时,顶部传感器测得的传感器距板材上表面的距离为m1,底部传感器测得的传感器距板材下表面的距离为m2,因此可算得板材的厚度h,公式如下:h=L1-(m1-m2)
2、测量系统硬件设计
本文设计的厚度测量系统主要由光栅、上位机、控制核心PLC、HMI和激光位移传感器组成。
光栅采用漫反射式,用于判断板材是否进入测厚区域。当板材到达测厚区域时,光栅输出数字信号1,反之输出数字信号0,。上位机主要是控制辊道和下游设备的运转,测量系统的PLC可通过硬接线或者Profibus与上位机进行通信。当测量系统发来测量厚度异常信息时,控制辊道和下游设备的控制器停止辊道和设备运转,等待操作人员现场确认辊道上板材的实际厚度。控制核心PLC主要由以下任务:(1)处理来自激光位移传感器基于电流的模拟量输出,并将其转化成传感器距离板材的距离;(2)处理光栅的数字信号;(3)处理与上位机的通信数据;(4)处理与HMI的数据交互。HMI主要是显示板材的长度、厚度和厚度报警等信息。
3、测量系统软件设计
3.1测量标定程序设计
测量系统在测量过程中会有一定的偏差量,为了修正偏差量,本系统设计了标定程序,以消除测量过程中的偏差。标定前首先要将一块平直度满足客户要求、厚度已知且适中的板材送入测厚区域,然后按以下步骤开始标定。
第1步,判断是否进入标定模式,若HMI的标定按钮没按下,则结束标定模式,否则进入标定模式。
第2步,在HMI画面输入标定板材的实际厚度hp。
第3步,激光位移传感器输出的是电流值,需要将电流值转换成距离。
第4步,计算顶部传感器的补偿值。
第5步,计算激光位移传感器距离板材下表面的距离Cb,并判断其是否在合理的区间内。
第6步,计算底部传感器的补偿值。
第7步,保存顶部、底部创安琪的补偿值,标定结束。
3.2测量系统主程序设计
进入测量系统主程序后,第1步,下判断被测板材是否为物流正方向,也即从入口到出口方向;第2步,获取顶部传感器测量数据并判断其是否合理;第3步,计算顶部传感器到板材上表面的距离D,其值等于顶部传感器测量数据加上顶部传感器的补偿值;第4步,获取底部传感器测量数据并判断其是否合理;第5步,计算底部传感器到板材下表面的距离,其值等于底部传感器测量数据加上底部传感器的补偿值;第6步,计算板材的实际厚度;第7步,判断计算得到的板材实际厚度是否超过板材物流信息厚度与容忍值之和,其中容忍值根据现场经验设定,其值不得超过板材规格的最小厚度;第8步,当板材实际厚度小于板材物流信息厚度与容忍值之和时,测量系统主程序可控制辊道或者设备正常运行,繁殖停止辊道或者设备运转,并且在HMI画面显示报警,同时将报警信号通过硬接线或者Pro-fibus发送给上位机。
4、实验结果
用系统分别对15mm一下、15-35mm和35mm以上厚度的板材进行测量,通过统计整理的到测量误差表。可以看出,在线厚度测量系统具有良好的稳定性,不同规格的板材,其误差比较接近。同时可以看出,系统的误差在±0.5mm内,远小于产线上最薄板材厚度(一般中厚板产线板材最薄规格为10mm左右),因此可以满足现场在线厚度测量的要求。
5、结论
在中厚板生产过程中,经常因叠板导致设备损坏。本文提出了一种基于激光位移传感器的板材在线厚度测量系统,此系统能够根据上位机下发的板材厚度信息和实际测得的厚度信息进行叠板判断。当板材实际厚度大于板材厚度信息和容忍值之和时,则停止设备并报警。现场实践和统计数据表明,此系统的精度满足现场需求,而且设备简单,维护简便。
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