光电开关在热轧钢坯长度在线检测中的应用

光电开关在热轧钢坯长度在线检测中的应用 在马钢初轧厂钢坯轧制生产线上 在热轧钢坯长度在线检测中 成功应用了红外主 动式光电开关 在此 光电开关主要起两个作用 1 作为测量钢坯长度时的触发信号 控制计算机通过线阵 CCD 摄像机对钢坯尾部进行采样 2 用来减小测量视场 提高测 量精度 1 测量原理 在热轧钢坯的生产线上 轧制后的钢坯在辊道上非匀速地向前传送 设钢坯的长度 分布在 L1 和 L2 之间 其最大差值 L L2 L1 因而摄像机的测量范围必须大于或等 于 L 利用图 1 所示的测量方法 在被测钢坯的头部触发光电开关 k 时 只要能够精 确地测出钢坯尾部的长度 尾长 x 就可以得到热轧钢坯的长度 在图 1 中 光电开关安装在辊道的两旁 钢坯在辊道上向前运动 当钢坯的头部挡 住光电开关发送的信号时 就产生外部中断请求信号 计算机响应后 通过线阵 CCD 摄像机对钢坯尾部进行数据采集 进而测量和计算出钢坯的尾部长度 x 则 钢坯的长 度 L 可由下式求出 L L1 x 1 可见 测量精度主要由尾长 x 决定 因而精确测量尾长 x 是技术的关键 2 测量装置及测量方法 根据上述原理 结合马钢初轧厂热轧现场的实际情况 我们采用图 2 所示的测量方 法来测量 1000 左右热轧钢坯的长度 在实际测量中 往往被测钢坯长度的变化范围很大 像马钢初轧厂的最大变化范围 L 14m 因而要求摄像机成像透镜的视场很大 对于大视场透镜的像差校正较为困难 而且也会影响线阵 CCD 摄像机的测量精度 为此 我们采用图 2 的测量结构 利用两 组光电开关 k1 和 k2 来减小测量视场 设 k1 和 k2 之间的距离为 L0 那么钢坯的尾长 x 一定在 0 到 L L0 之间 所以 线阵 CCD 摄像机只需在较小的视场 L L0 内测出 钢坯的尾长 x 利用 1 式即可求得钢坯的长度 钢坯长度的测量过程是这样的 被测钢 坯在辊道上向前运动时 当钢坯的头部挡住光电开关 k1 发射的信号时 计算机即通过 线阵 CCD 摄像机对热轧钢坯进行采样 计算出其尾长 x 如果 x L L0 时 则被测钢 坯的长度为 L L1 x 如果测得的尾长 x L L0 即线阵 CCD 摄像机的每个感光象素 均被感光 热轧钢坯满视场 此时有可能钢坯的尾部还未进入测量视场之内 故本次测 出尾长的数据无效 需通过第 2 个光电开关 k2 辅助测量 当钢坯继续向前运动又挡住 光电开关 k2 时 计算机又通过线阵 CCD 摄像机对钢坯进行采样 再次计算出尾长 x 此时钢坯的尾部一定落在测量视场中 因而钢坯的长度应为 L L1 L0 x 设光电开关 未被钢坯挡住时 计算机对相应端口的读数为 1 则实现上述思想的流程如图 3 所示 图 3 中 k1 和 k2 分别代表光电开关 k1 和 k2 的输出值 由于在马钢初轧现场存在多种杂散光 所以 为了有效地避免其干扰 我们选用 k1 和 k2 均为主动常开式红外光电开关 当光电开关的发射信号被挡住时 其输出为 0 为 了避免灰尘或其它杂物挡住光电开关的发射信号而引起误触发 我们在安置光电开关位 置的竖直线上 安装两对相邻很近的光电开关 如图 4 所示 为了更有效地防止误触发光电开关 我们将 k1 和 k2 均按图 4 那样安装两对在竖直 方向相邻很近的光电开关 并且规定 只有当两对光电开关均被截面为 130mm 130mm 的方坯挡住 即 k11 k12 0 时 才认为是有效触发信号 实现上述思想的硬件接口电路 由延迟比较器 跟随器和一系列逻辑电路组成 以避免光电开关输出信号在比较电平附 近 由于零点漂移和干扰的存在 输出电压将不断地由一种状态转换成另一种状态 造 成检测结果的不稳定 光电开关的两路输出信号 k11 和 k12 分别作为接口电路的输入信 号 经接口电路处理后的输出作为计算机的中断请求信号 接口电路的输入 输出特性 如表 1 所示 注 和是另一组光电开关与的输出值 可见 其输入 输出特性可以满足设计要求 即只有当光电开关 k11 和 k12 均被挡 住时输出才为零 此时 才产生外部中断请求 计算机响应后 通过线阵 CCD 摄像机 对数据进行采样和处理后 测出热轧钢坯的长度 3 系统特点 与过去的测量方法相比 该系统具有如下特点 1 测量准确 随机误差小 过去测量采用目测 即将钢坯同设在轨道上的标尺目测 比较 测量精度主要取决于操作者的熟练水平和判断能力 采用该测量系统后 实现测 量的自动化 测量精度可达 0 2 以上 2 配尺合理 成材率高 过去配尺通过操作者目测 人工配尺 造成目测不准 配 尺不合理等问题 采用该系统后 由于测量准确 计算机控制最优配尺 因而配尺合理 成材率可大大提高 3 生产效率高 劳动强度低 过去操作者精力必须高度集中 才能完成测长和配尺 这一工序 采用该系统后 操作者只需根据测量系统的提示做些简单的操作 因而生产 节奏加快 劳动强度降低 4 系统存在的问题和解决的方法 1 现场安装困难 光电开关必须安装在剪口附近的轨道旁 这里环境最恶劣 必须 采用坚硬的保护措施 2 高温对信号 电源线路的破坏 由于光电开关安装在高温的轨道旁 信号和电源 传输的导线因高温老化快 甚至被烫坏 即使用钢管套也不能满足要求 必须采用特殊 的保护措施 3 远线传输中干扰信号造成信号失真 由于现场的各种电磁干扰 直接传送信号极 易失真 必须对信号进行适当的调理后再用屏蔽导线将信号远传至工作室 5 运行情况 目前 该系统已在马钢初轧现场投入使用 系统运行稳定可靠 光电开关的灵敏度 高 故障率低 与其它相关装置配合使用 已实现了自动测长和实时配尺 3 参考文献 1 武汉大学电子线路教材编写组 电子线路 下册 北京 高等教育出版社 1995 2 蔡文贵 李永远 许振华 CCD 技术及应用 北京 电子工业出版社 1992 3 邵德奇 线阵 CCD 技术及其在几何尺寸测量中的应用 马钢科技 1998 1 34 37