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基于激光技术的铸造速度和板坯长度的测量 这篇文章发表于多普勒激光技术多普勒激光测速仪是一种非接触式铸造速度传感器，它采用国际最先进的激光技术。由两个激光束交叉的表面板，光的边缘产生的现象就是称为“多普勒效应”。(Figure 1) 这些光的边缘移动的速度是与穿过交点的对象的速度成正比例。记录这些通过光学接受装置的光的边缘速度，测量对象的精确速度可以是确定的。附录是用来解释操作的原理。经评价发现激光的准确度是0.02%或者在40英寸/分钟的铸造速度下0.001英寸/分钟。安装的要素许多多普勒激光测速计可在钢铁厂应用。然而，很少是专门为连铸机设备设计的，这是，因为设备必须位于子线的90角度范围内，这样可以直接地在上面被完成，或者在子线旁边之下。在子线之上，从子线的背面放出的热是很强烈的，而安装一套适当的冷却装置是极端昂贵的。一旦控制结构被修建了，它很可能是阻碍并干涉每日的铸工操作。在子线之下，放热再次成为问题，并且落下的残骸，将导致在透镜清洁之间的产品缩短使用期限。面对窄面的子线的边是一个好的选择，但是这不可能成功的，因为多谱勒仪系统利用一个焦点是不可能获得可以改变的平板宽度。一个以激光为基础，准确控制平板长度和铸件速度测量系统在美国克利夫兰市的aittaI 钢铁厂的No.1铸造车间开发了并且被测试了二个月。本文介绍了在测量方面的显著改善。美国传感器公司，开发了包含激光多谱勒仪速度计的一个由飞行时间激光测距计控制的一台可移动的作动器。这个多谱勒激光仪系统有自动聚焦的特点，使它有利于对准子午线的边，并且里里外外移动与宽度变动。通过在侧面安装一个装置，并聚焦与窄面，酷热被避免，可以减少控制费用和热的干涉。激光多普勒速度计的原则多谱勒激光仪被安装了在控制的结尾，并且，在火炬切割机器之前。设备的地点有几个因素应该在确定应用系统安置的合适地点前考虑。第一是极端的热量，在机器的控制出口是多尘而且潮湿的。系统将必须完全地被保护，免受这个恶劣环境。第二个问题是移动的设备的活动(吊车、在修理期间的部分移动和火炬切割机器)。因为系统必须安置在一定的程度以防止它干涉每日铸工活动，激光系统被安装在子午线的机器控制部分的结尾，且在火炬切割机器之前。系统的实施 在电脑的帮助下，电气和机械安装人员，在几个小时内就可以顺利地完成安装。必要的软件和计算机硬件连接完成后，数据收集就开始了。每秒一次，子线速度在第2级系统被记录下。由激光系统收集的数据大是每秒40个数据。图5-6是典型的由激光和数据收集系统收集的测量。结论：子线长度 板坯长度-在一个典型的15小时期间，当前测量系统(测量的卷)的子线长度位置(英寸计数)在每块平板的长度的实际英寸计数之后下跌180英寸。卷动力传递滑移的主要结果是导致不接触和轴承“粘着”。 这意味着每块平板被生产时产生大约1.5英寸长的畸形伸长。这意味着平均每天可以节约一块板坯（每年总共生产板坯730块）。为了证明激光系统输出的英寸是有效的，在那条子线的火炬切割机器被连接到它，并且根据激光计算的英寸在每两个半星期内被切割开。在核实了每块平板在压模的长度以后，激光系统很自然地产生了板坯的精确长度，0.2英寸。使用当前系统，有时候会产生高达2.5英寸比较错误。缺陷跟踪-用一个更加可靠的计数英寸，当飞行喷管穿过机器时的速度变化，这样宽度的变化能够被更准确地跟踪，精度的增加将减少降落的钢坯的量。Figure 3: 在子线一边有两个可看见的激光小点。左小点实际上是二条多谱勒激光仪射线的交叉点。多谱勒仪系统从那个小点接受被折射的光并且解释它作为速度。正确的小点从时间飞行激光测距计用于 自动聚焦 激光多谱勒仪。Figure 4: 多谱勒激光仪速度计的背面图在SPE铸工No.1。多谱勒激光仪放在桌子的左边。激光测距计在桌子的右边。在桌之下的箱子是具有自动聚焦特点的PLC控制部分。这个设置容易实现初始配置和监控多普勒系统。在右边的信息chuliqi 阅读所有来自激光多普勒单元的未加工的数据，并且可以平均为日期，通过两种模式输出日期，两数字RS-232输出。这使得连接水平的两台计算机非常容易，包括系统的计算机程序，能容易地接触（进入）所有简单配置参数。一旦系统被配置，重新配置系统是不需要的。结论：铸造速度用激光多普勒测量的铸造速度被证实精确度在0.02%误差之内，因此，激光多普勒测量的速度的准确性是在当前系统测量的准确度之上的。目前，四个转速计被安装在四个不同的开车卷的背面上测量铸造速度，由于转速计测量测速卷的速度，有时它们不准确，这与卷的滑动和材料有关（figures 7-10）。铸造速度测量系统和卷的速度是完全独立的，这个避免了转速计测量的不准确问题。这个系统是如此的精密和敏捷，因此它被用于分析铸造速度的结果。这种结果是直接连接的机器中的模具振荡器，这是由不平的卷、损坏的发动机、错误的方向和其他活动部分导致的。尽管这些敏捷的测量能把正常的铸造速度读出来，并过滤下来加以控制，但是这些没被过滤的数据作为一个预防性维护和分析机器不同的组成部分的故障分析工具是非常重要的。包含多普勒系统的测量是调整和监控设备的软件。来自多普勒传感器的信号质量、英寸计数和铸造速度有自动中断能力。Figure 7:取样比较转速计输出的电流功率和激光的铸造速度的功率，显然，激光的输出比转速计的更多，这是因为激光的精确度高.该连铸机根据转速计的测速不是运行在一个恒定速度，相反，它有一个不断变化的速度的小增量 ，在此，铸造速度计表明模具振荡是非常明显的。然而，二者都是用来分析机器不同部分的故障的仪器。Figure 8: 多谱勒激光仪和在加速的变动期间的车头表测量的比较说明车头表测量的动力传递和损耗不一致.Figure 9: 突然铸件的速度从20英寸/分钟变为15英寸/分钟。一次不精确的车头表测量在速度上的变化之前是很明显的速度等级限制-坚持用精确的铸造速度测量来控制铸造速度的质量是比较好的。没有确切的铸造速度，这些限制参数偏离实际速度1-2英寸每分钟是允许的。通过了解了精确的机器速度，这些值可以重新调整，以帮助优化生产和钢的质量。比较多普勒激光测速和转速计测速，表明二者的测速结果是不一致的。结论： 考虑到当前铸造速度测量系统的误差，用一个基于激光的铸造速度测量系统试验。下面是这次试验的结果：当前基于测量轮子的铸造速度和板坯长度的测量，不但不准确（误差在1-2%），而且需要频繁的调整和维护。激光多普勒系统是一个无接触、少维护、无人操作的铸造速度和板坯长度测量设备。激光单元检测系统是一种大有前途的设备，与当前30英寸/板坯而误差相比，使用激光多普勒系统控制板坯长度仅仅导致0.2英寸/板坯的绝对误差。这样更准确，超过当前系统的10倍。因此，这将可以解决现在板坯长度测量不准确的问题。在15小时内，当前的测量卷能够下落18英寸长，这意味着生产的每一块板坯必要球的0.5-1.5英寸的误差稍微长一些。避免这些尺寸的损失，将可以使得 每天的每一条板坯都相等。随着增加条块位置上的精度，条块上的缺陷位置更能准确地被跟踪，进而优化板坯长度。Figure 10: 以低铸件速度例如在酿酒形容器飞行期间，车头表准确地测量是有困难的。拥有一个高精度的铸造速度测量系统，能够允许在激光机的质量限制范围内最大化地生产。系统对铸造速度的高度敏感地读出，在发动机、轴承和测量卷卷的方面，能够潜在地帮助维护人员。这个系统也排除了测量卷的高度维护的必要性，当前测量卷被用来监控英寸计数并且控制火炬切割机器。激光系统就对维护的要求很低。感谢：作者感谢B.Segulin,R.C.Crowley和J.Singleton在这个工程的所有阶段的全力支持，作者也很想感谢国际钢铁组织（现在的Mittal钢铁）能够发表这篇文章。参考文献1. 1981年，Durst.F,等人.在学院压力上发表的激光多普勒风速测定的原则和准则。2. 2001年，Assar.M等人在第84次钢铁公司会议 记录第84卷第23-32页的准确的板长测量和使用激光技术控制。3. 1997年，KoCutulum B.等人在铁和钢会议记录第80卷第209-213页的以燃烧口Casters控制班的宽和长。 附录：操作的理论激光速度计：利用多普勒变频的证明技术与一个活动的目标速度没有联系。非多差法（非变频转变）速度计：选择激光作为来源，归功于它的独特特点，产生一致的稳定波长和阶段。在传感器头之间，一种单一的激光电波被分裂成为相等的波长和频率的两种电波，然后电波被重新定向在相交或平行道路上，这些道路离传感器有一定距离。这个距离被叫做僵持状态的距离。由于两种电波相交他们也创造了一个测量容量或者僵持状态距离周围的领域深度。两种相交的电波的建设性和破坏性的干扰产生光和黑暗边缘的一种干扰模式，类似于一种双切口的衍射模式，被测容量的任何表面将要被测量。边缘的稳定和平行的性质对于系统的表现是至关重要的，因为边缘模式的变化将在测量中造成错误。从高峰到高峰的边缘间距被激光的波长和发生的角度在理论上确定，作为表面垂直的参考。这个差值是按微米计量的，肉眼是看不见的。实际上，真正的边缘间距在制造与校准期间被确定，并且它在确定测量的稳定和可靠性时是一个关键的因素。当两种激光电波冲击表面时，光被分散到传感器头上。被分散的光通过透镜系统被聚集并且集中在一个照片检测器上，检测器的输出测量分散光的强度。假设边缘模式对于肉眼是可见的，当目标的速度为零时，它将出现静止或静态（图12）。在检测器上强度方面的检测结果将是零。然而，当目标开始移动从每种电波分散出的光将要被改变，这种改变就是多普勒效应。前方指的是电波频率减少的改变，而后面保护指的是电波经历等值而频率增加的的转变。光频率的改变，本质上是波长的改变。因此，分散的光是不同波长波的结合。两种不同波长的电波发生干涉或。边缘经过一点。这样，目标的速度与频率成正比时检测器中在摆动时做FFT强度分析、自相关、零点穿越或者其他方式的信号可能被用于分析这个被调整的或者被冲击的频率，这个频率直接与被测量材料的速度有关。外差法的速度计或频率改变的速度计，多普勒变频技术被引入新的发展领域。一个Bragg细胞的产生两种电波，这两种电波是与单一激光电波稍微不同的频率。结果边缘模式产生了一个干扰相关波或当目标表面为零速度时产生40HZ的冲击波。表面在一个方向的移动将引起冲击波的增加，而表面在不同方向的移动将引起冲击波数目的减少。这个技术使传感器在内部决定移动的方向，同时也能及其准确的测量接近零的速度。作者：Mohammad B.Assar(左)，产品冶金师-质量系统，M.F.Battaglia (左数第二个)，自动化工