中厚板板形仪长度检测系统设计

摘 要中厚板（厚度为 的钢板）是我们日常工业加工中经常用到的m25.0-4一种基础材料，它在工业生产中需求量非常大，起着中流砥柱的作用。所以我们对中厚板的质量要求有了很高的标准，其中包括对它进行尺寸测量如：长度，宽度和平坦度等。长度是中厚板轧制产品的一项关键的质量指标，对轧制生产线、产品的应用都有很大的影响。近年来，随着我国现代化的不断发展，我们对钢材的需求量以及品质感也提出了更高的要求。长度检测系统为后续一系列钢板检测系统提供关键的数据支撑，将会直接影响到后期产品的质量。由于冷轧中厚板在辊道上的输送速度是轮廓检测过程中的一个非常关键的数据，因此对速度的测量精度直接关系到轮廓检测的准确程度。本论文研究的是采用一种新型的非接触式测速方法与传统的测量方法有很大不同。钢板长度是通过多普勒激光测速仪得到速度，依据一段时间内测量的速度来计算钢板的长度。求得各个纬度的长度，平均长度，最大长度和最小长度。由于条件所限，实验主要采用 Labview 软件构建整个系统的检测程序。随着系统的运行能立即得出所需要的关键数据以便用来分析。以下是论文的详细内容：第 1 章 本章主要是介绍中厚板及板形仪的定义。国内外中厚板板形仪的研究现状和发展趋势，以及中厚板长度检测的研究意义和价值。根据其发展现状和研究的重要性，设计一套完整的长度检测系统。第 2 章 本章根据研究所需设计检测仪系统的整体构架，其中包括传感器，多普勒测速仪的位置安装定位。重点介绍长度检测系统的工作原理。第 3 章 本章论述检测系统的组成和相关参数，着重介绍多普勒激光测速仪工作原理。第 4 章 本章主要介绍运用 Labview 构建程序框图和前面板。通过运行虚拟程序得到相应数据，并对数据进行分析。第 5 章 使用 Matlab 软件编写程序用来处理测量所得数据。第 6 章 本章主要是总结研究过程中所遇到的问题和对构建的程序框图所产生的一些不足，提出解决之道和展望未来研究方向。2关键词：长度检测 多普勒测速 程序框图 总结AbstractSteel plate is often used as a base material in our industrial process .We need a great quantity numbers. It plays a very important role. So we want have the quality of steel plate by a very high standard. Include its size measurement such as length, width and flatness, etc. The length is a key quality indicator, has a significant impact in production lines and product application. In recent years, with the continuous development of Chinas modernization, Demand for steel plate and a sense of quality we also put forward higher requirements. Length detection system give the follow-up series of steel plate detection system provides key data support will directly affect the latter part of the quality for the product. Cold-rolled plate in the conveying speed of the rollers is a very critical detection process data, the accuracy of speed measurement is directly affects the accuracy of the contour detection. This study is the use of a new type of non-contact speed is very different from the traditional measurement methods. It is measure speed by Doppler velocimetry and Multiplied by the measurement time that can have the measuring length. At the same time, determines all latitude length and an average length, maximum length and minimum length. Due to limited conditions, experiment using Labview software to build the entire system testing procedures. With the operation of the system can immediately draw the critical data needed to be used. Here are the details:Chapter 1, Introduced the steel plate and Shapemeter definition. Home and abroad the steel plate Shapemeter the research status and development trends, as well as the length of steel plate detection significance and value. According to the development status and the importance of research, design a complete set of the detection system.Chapter 2, According to the research required to design the overall architecture of the detector system, including the positioning of sensors, Doppler velocimetry location of installation. Focus on the working principle of the length of the detection system.Chapter 3, Make an introduction of system components and related parameters. 4Focus on the working principle of the laser Doppler anemometer.Chapter 4, Use Labview builds the block diagram and front panel, runs the virtual program to get the appropriate data, analyze the data.Chapter 5, According to the measured data use Matlab software to write programs to analyze the data.Chapter 6, Summary and Outlook.Key words：Length Detection, Doppler velocimetry, The block diagram, SummingI目 录摘 要Abstract第 1 章 绪论 .11.1 前言 .11.2 课题研究现状和发展趋势 .11.2.1 中厚板及板型仪的定义 .11.2.2 国内外研究背景及现状 .21.2.3 研究趋势 .31.3 论文研究意义和主要内容 .41.4 论文的结构安排 .5第 2 章 中厚板板型仪长度检测系统整体框架的设计 .62.1 安装布局 工作环境及仪器选择 .62.2 冷轧中厚板轮廓检测仪各个子系统的功能 .92.3 结构的受力分析 .122.4 仪器的安装定位 .162.5 长度检测原理和方案 .17第 3 章 系统组成和多普勒激光测速仪 .203.1 长度检测系统的组成 .203.2 多普勒激光测速仪及测量原理 .203.3 钢板长度测量过程中需要探讨的问题 .23第 4 章 基于 Labview 的长度检测系统的设计 .254.1 Labview 程序图主界面的设计 .254.2 速度测量程序框图和前面板的设计 .264.3 长度测量程序框图和前面板的设计 .274.4 数值显示与分析 .294.5 小结 .30第 5 章 MATLAB 编程 .315.1 程序编写 .31II5.2 小结 .33第 6 章 总结与展望 .346.1 总结 .346.2 展望 .34参考文献 .36致 谢 .38附录 1 .39附录 2 .401 第 1 章 绪论 1.1 前言钢铁行业作为重工业和基础原材料行业，其发展状况直接影响到国民经济的稳固发展 1。目前，我国已经成为全球最大的钢铁生产国，然而我国钢铁行业与国外相比仍存在很大的差距，其主要原因是我国钢铁行业的总体技术装备和生产集中化程度不高，因此生产的钢铁产品的品质、质量、附加值等都还远不如发达国家，导致我国钢铁产品在国际市场上缺乏竞争力 2-5。所以如何由钢铁大国发展成为钢铁强国，其关键在于提高我国钢铁行业的生产专业化的集中程度和自动化检测技术。一般钢板检测指标主要包括有头尾轮廓、钢板宽度、长度等参数，以往主要是依靠人工检测（接触性检测） ，但依靠人工测量这些指标不但难度大，危险系数比较大，而且操作复杂，精度也不能达到保证，因而需要专门的自动检测设备。这对于解放劳动力，保证测量精度等都具有重要意义。但是我国在这些方面的研究起步比较晚，这些检测手段在我国还很不完善，基于板形仪在板材行业的必要性和市场的需求量较大，为了降低钢铁的生产成本和提高钢铁的品质，这项研究十分重要而且必要。我们小组合作一起完成整个板形仪的设计，而我主要对钢板的长度检测系统的设计和深入研究。 1.2 课题研究现状和发展趋势 1.2.1 中厚板及板型仪的定义中厚板是指厚度 的钢板，厚度 的称为厚板，厚m 25.0-4 m 10.-25.度超过 的为特厚板，是目前工业上重要的原材料之一。中厚板主要应 10.用于建筑工程、机械制造、容器制造、造船、桥梁建造等。还可以用来制造各种容器、炉壳、炉板、桥梁及汽车静钢钢板、低合金钢钢板、造船钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、花纹钢板、汽车大梁钢板、拖拉机某些零件及焊接构件等。随着国民经济建设中厚板的需求量非常之大，范围也十分广 17。中厚钢板板型仪是一个能够完成钢铁的长度、宽度、平坦度等多个指标的在线连续检测，并将相关信息传输给钢板切割系统，从而为轧制钢板的优化剪切提供条件的综合性检测仪器。目前主要采用非接触式板型仪。2中厚板板形仪融合了先进的视觉检测技术、激光检测技术、计算机通信技术和自动控制技术，其检测内容包括带钢的头尾形状、带钢的宽度、带钢的速度、带钢的长度 10。该板形检测装置是一种智能化的板形检测装置，能自动识别钢板的头尾信号自动完成对整块钢板板形的检测，自动完成检测数据的处理，并自动将处理结果实时地显示给用户和存入数据库 13。通过网络通信技术将板形检测结果传递给板形自动控制设备来调整相应的参数，从而轧制出符合当前设定要求的带钢；同时将检测结果传递给优化剪切设备，完成对已轧制钢板的优化裁剪 17。该智能化的检测装置显著提高了冷轧带钢生产线的生产效率和成品率，使其能轧制出合格的带钢产品 22。由于其高智能化的特点减小了钢铁的浪费和人力资源。它的主要特点有以下几点：1) 采用智能化的控制技术，其具有检测速度快、效率高、精度高和测量结果可以长期保存等优点。2) 与接触式板形检测装置相比，采用非接触式的激光型传感器能避免对钢板的划伤，同时也便于安装和维护。3) 能方便地与钢板生产线上的其他系统进行连接通信，从而实现钢板轧制全自动化控制，并能在线显示检测结果和离线显示历史数据。4) 自动检测和调节环境参数，有效避免环境因素对检测结果的干扰。 1.2.2 国内外研究背景及现状带钢按其厚度有薄板、中厚板、厚板和特厚板之分。中厚板作为钢材的主要钢种之一其用途相当广泛，如在建筑工程、机械制造、容器制造、造船和桥梁建造等领域，其质量直接关系着这些领域的重大的安全性和可靠性 18。中厚板平面轮廓一方面是评价中厚板轧机性能及其平面形状控制的一项重要指标；另一方面对其检查精度直接关系到中厚板成材损失。研究发现在中厚板的成材率损失中，切头尾损失和切边损失占总损耗的 和 ,由此可见中厚板轮23%6廓检测仪可以提高中厚板轮廓检测仪的检测性能和检测精度，这对减少切损，提高中厚板的成材率具有重要的经济价值 19。目前，在非接触式板形仪使用的技术方面，欧洲仍处于非常领先的地位，如德国的 LAP、Parsytec 公司、英国的 Jones-Shipman 公司、瑞典的 ASEA 公司。当然在美国、日本和其它工业发达国家，这项技术也得到普遍应用。3在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检测、生产监视及识别等的应用，通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作。采用照明技术、成像技术和图像处理、模式识别等技术手段，而后利用计算机或者专用的图像处理设备对所拍摄的图像进行处理处理，根据图像的像素分布，亮度和颜色等信息来进行检测和识别，这就是机器视觉检测技术 23。随着感光元件 CCD 和 CMOS 技术的不断成熟，工业视觉在非接触式检测领域发挥着越来越重要的作用，其检测优势也越来越明显。中厚板轮廓检测仪是工业视觉在钢铁行业应用比较成功的一个例子，其不仅能实现了钢板轮廓的在线高速自动化检测，而且还可以根据轧制带钢的表面质量和材质自动调整检测系统的相关参数，使检测系统时刻保持最佳的检测状态。然而，就目前国内钢铁行业而言，几乎所有中厚板生产线上的轮廓检测仪都是国外的产品。国外在这方面除了技术上制约了中国钢铁行业的发展，而且还以高额的价格将这些设备出售给我国，这对我国经济的稳定发展也有重大的影响 22。工业视觉在国内是一个起步相对比较晚的领域，导致工业视觉检测在钢铁行业的应用就更落后于国外。工业视觉检测作为新型的检测技术，近几年来，逐渐受到国内许多知名高校、研究所乃至钢铁行业技术人员的重视和青睐。年中国科学院上海技术物理研究所与上海五厂达成了共同研制 GCK-1 型198在线轮廓仪检测的协议 24。 年清华大学精密仪器与机械学系的钱建强、王201东生等就热轧中厚板宽度智能检测仪进行了相关方面的研究，分析了利用炽热钢板自身发光进行光学成像，高精度的线阵 CCD 作为测量传感器热轧中厚板轮廓仪25，还有燕山大学、天津大学、大连理工大学在钢铁工业视觉检测方面都进行了深入的研究，并且在此过程中也取得了不错的成效，他们中研制的钢板检测设备很多都已经投入到实际生产之中，对提高钢板的品质能起到积极的作用。 1.2.3 研究趋势现在的钢铁产品制造水平与信息化和自动化最基础的技术之一检测技术的水平密不可分，检测技术发展源于生产过程质量、能耗、环境和安全等的要求，在需求推动下产生的测量技术给钢铁生产过程的控制和产品质量提供了技术保障，同样生产过程水平的提高也对检测技术发展提出了更高要求。4检测技术模型化检测方法已经从单参数检测向多参数检测发展，从参数检测向检测后算法模型推定相关关键变量的复杂系统发展。轧钢过程微观组织结构和理化特性的在线检测推定技术正在研究之中，并可能在近年成为可出售的技术。由于中厚板在工业发展中的重要地位，以及它所带来的重大的商业价值和中厚板板形仪的研究还处于初级阶段，尤其在中国，这方面现在还远远落后于欧美等发达国家，所以近年来，板形检测的研究工作开展得十分活跃，各国科学家们正在不断地研究和探索新的检测原理和检测方法，研制并开发高精度的检测仪器。如今，基于机器视觉的检测技术已经成为了研究和应用带钢表面缺陷检测技术的的主体趋势。 1.3 论文研究意义和主要内容目前，国内大多数冷轧中厚板带钢生产厂家，对其轮廓、宽度、边缘形貌等参数依然采用人工目视抽检的方法来确定其生产质量是否合格，这种检测方法不仅容易受检测人员主观因素的影响，而且其检测效率极低，准确度也不高。随着我国钢铁行业的快速发展，靠人工目视的抽检方法已无法满足当前高效生产的要求。尽管国内一些大型钢铁生产企业，为了提高在冷轧中厚板在国内钢铁行业的竞争力优势，采用国外的中厚板板型检测仪，这虽然在一定程度上提高了冷轧中厚板的成材料和降低了生产成本，但是毕竟在冷轧中厚板轮廓检测技术上依赖的是国外的技术，这不仅没有提高我国冷轧中厚板轧制水平的国际竞争力，反而需要花高额的代价引进检测装备。正对上述现状，在提高国内检测技术水平的同时，打破国外对我国冷轧中厚板轮廓检测技术的制约，有着非同一般的意义。本论文的研究目的及意义正是基于此。对于我个人而言，该毕业设计论文是对我大学四年所学的专业知识的一次“期末大考” ，同时也是对即将步入社会的我的一次“入门考试” 。有助于我掌握机械设计的一般方法及原理，为日后工作打下基础。总的来说，这是一次典型的理论指导实践，实践检验理论的宝贵机会。本次毕业设计中主要完成的内容包括：1) 检测装置的选择及方案分析：根据自己的课题选择合适的装置并提出方案。52) 多普勒激光测速仪的介绍：多普勒测速仪的原理等。3) 长度检测方案的确定和具体论述原理及可行性分析：提出问题解决方案，并对此进行可行性分析最终确定具体方案。4) 与同组成员讨论确定整机方案：了解其他同学做的设计，在不影响自己图像采集和数据收集的前提下和其他同学进行整机的设计。5) 完成方案的结构设计，根据需要完成二维、三维图纸：就前面的设计方案进行结构设计，其中要进行应力分析和强度校核，同时要参阅大量文献数据拟定出最佳设计方案，同时又要和其他同学设计的结构不冲突。6) 运用 Labview 软件进行演示和分析：介绍 Labview 软件，进行长度检测程序的编制和运行，对数据进行分析将。7) 总结交流对整个设计过程的分析总结得出存在的现象问题并试着提出解决之道。 1.4 论文的结构安排综上所述，本文结合国内外在冷轧中厚轮廓检测的现状和目前钢铁行业在此方面的需求以及国内外研究中厚板长度检测的现状和对冷轧钢长度检测系统进行了较深入的设计。第一章主要是介绍中厚板及板形仪的定义。国内外中厚板板形仪的研究现状和发展趋势，以及中厚板长度检测的研究意义和价值。根据其发展现状和研究的重要性，设计一套完整的长度检测系统。第二章根据研究所需设计检测仪系统的整体构架，其中包括传感器，多普勒测速仪的位置安装定位。并对设计结构进行受力分析。重点介绍长度检测系统的工作原理。第三章论述检测系统的组成和相关参数，着重介绍多普勒激光测速仪工作原理。钢板在长度测量过程中所遇到的需要探讨的问题第四章主要介绍运用 Labview 构建程序框图和前面板。通过运行虚拟程序得到相应数据，并对数据进行分析。第五章主要是总结设计研究过程中所完成的一些工作并反思设计过程中遇到的问题和对构建的程序框图所产生的一些不足，提出解决之道和展望未来研6究方向。 第 2 章 中厚板板型仪长度检测系统整体框架的设计 2.1 安装布局 工作环境及仪器选择冷轧中厚板板型检测仪是一套融合激光、工业视觉、通信、机械、智能控制和计算机等技术于一体的检测设备。如图所示是一张中厚板板型检测仪的仿真图。这是以往对中厚板板形仪系统常见的结构框架设计。图 2-1-1 中厚板长度检测系统整体仿真图由图可知，整个检测系统是固定在横跨辊道的龙门横梁支架上的，由于辊道的宽带非常大，为了尽可能的减小龙门横梁架振动所引起的测量误差，在设计龙门横梁架的机械结构时需要充分考虑横梁架的刚度和强度等方面的因素。其主体部分是横梁架支撑着的传感器柜，传感器柜里包含了检测需要的主要部件矩阵 相机和线激光源，将矩阵 相机和线激光源放在传感柜里主CMOSCMOS7要是对感器柜要求严格的密封，并要求内置有专门的风冷、水冷循环系统。而在矩阵 相机和线激光源正下方有一个窗板，它的关闭和开启是可控的，CMOS从而在必要时候控制线激光的射出。激光多普勒测速仪安装在传感器柜正前方的悬臂梁支架上，其核心单元也是固定在一个严格密闭的铝合金柜中，且内部有专门的风冷和水冷循环通道。目的是为了避免温度、灰尘和水蒸气等外界因素所引起不必要的检测误差。然而激光传感器因图 2-1-1 位置角度关系无法表示出来，故而采用 pro/E 三维软件进行仿真得到图 2-1-2。图 2-1-2 中厚板长度检测系统局部三维示意图其所处检测环境为温度 ，无冷却水，有灰尘，无水蒸气，有噪声，50-无喷洒水。通过上述描述和对市面上已有的中厚板板形仪结构框架分析，经三维模拟得到以下结构图 2-1-3。与传统中厚板板形仪检测系统相比。在辊道部位有一轨道，上有若干个（依检测钢板型号不同而采用恰当数量）激光传感器，由图中红色部位表示，轨道一侧有刻度尺可调节激光传感器的间距。其他功能结构均和原来相似。8图 2-1-3 中厚板长度检测系统整体框架三维图根据所选择的研究课题，需要的仪器有激光传感器和多普勒激光测速仪。激光测速仪可选型号及相关参数有：表 2-1 激光测速仪型号选择公 司 名 称 型 号 相 关 参 数德国依威 SPEED smartsensor 240mm/40mm北京冶自欧博 LSV 300 900mm/60mm北京冶自欧博 LSV 6000 1500mm/200mmBETA LaserMIKE LS9000-315X 1500mm/200mm从中我们选择 BETA LaserMIKE 公司的型号 LS9000-315X 的激光测速仪，它的安装高度为 ，测量景深为 ，测量精度 ，重复精度 ，m1.5m 200.1%0.2且可以测量正反方向，及 0 速度，能自动识别板带的头尾，能自动对上一测量结果清零，标准的信号输出包括;差动脉冲输出，RS232，RS422，以太网，模拟量输出，速度测量范围为 米/分钟 到 米/ 分钟；长度测量范围12-120为 米。以上性能的参数非常的符合整个板形仪检测系统要求，为带9.钢轮廓检测的准确性提供了可靠的保证。9 2.2 冷轧中厚板轮廓检测仪各个子系统的功能冷轧中厚板轮廓检测系统是一个庞大而复杂的系统，整个系统按其功能可分为五大子系统模块。从功能上讲，各子系统能独立地执行特定功能，这种依据所执行功能对系统进行划分方式不仅使轮廓检测仪整个系统的层次结构更加清晰，而且还给系统的维护和管理带来了极大的便利。下面将介绍这五大子系统及它们的功能。1) 人机交互式上位机子系统 人机交互式上位机子系统本质上是轮廓检测结果显示和用户操控的人机交互式应用程序。该应用程序是基于Labview 开发环境开发的适用于 Windows 操作系统的人机交互轮廓显示和操作界面，由于可以安装在任何一台含有 Windows 操作系统的计算机上，所以具有很强的移植性和兼容性。作为上位机人机交互式轮廓显示和操作软件，它的使用对象是冷轧中厚板生产线上的管理人员，所以其应具备操作简单和功能完备等特点。针对所设计的基于图像处理的中厚板板形检测仪的实际情况，提出了人机交互式上位机子系统应具备如图 2-4 所示的功能。上 位 机 系 统钢板数据的存储人机交互式轮廓显示和操作软件离线数据的查询和统计钢板轮廓检测结果显示被测钢板参数设计 系统运行状态显示前 端 工 控 机TCP/IP 协议 以太网用户 1用户 2TCP/IP 协议TCP/IP 协议以太网以太网图 2-2-1 人机交互式上位机子系统功能图102) 前端工控机子系统 前端工控机子系统是连接轮廓检测仪中其他四大子系统的纽带，其在整个轮廓检测系统中发挥着极其重要的作用。与人机交互式上位机子系统类似，前端工控机子系统也是依附于计算机的子系统。由于前端工控机计算机所需处理的数据量很大，并且要求满足实时性和多任务的检测要求。所以它的配置要求较高。其具备很强的数据处理能力；在可靠性方面其具有很强的抗干扰能力，所以也非常适用于这种振动、现场环境恶劣的工况。前端工控机子系统的核心单元是基于Labview 开发的一套数据处理软件，该软件支持 Windows 操作系统，故在操作和维护方面给用户带来了极大的便利。前端工控机子系统所包含的主要功能如图 2-2-2 所示前 端 工 控 机系统、日志维护方面的处理前端工控机数据处理软件系统运行状态数据处理钢板速度、长度数据处理轮廓数据处理 宽度数据处理标定参数设置TCP/IP协议图像采集处理计算机RS232通信激光多普勒测速仪CPCI 接口系统运行状态实时监控上 位 机 计 算 机TCP/IP 协议 以太网图 2-2-2 前端工控子系统功能图3) 激光多普勒速度和长度测量子系统 激光多普勒速度和长度测量子系统的主要功能是测量冷轧中厚板在辊道上的输送速度和其长度信息。由于冷轧中厚板在辊道上的输送速度是轮廓检测过程中一个非常关键的数11据，因此对速度的测量精度直接关系到轮廓检测的准确程度。为了提高对带钢速度的检测精度，同时也是为了提高带钢轮廓检测的准确性，在该轮廓检测仪中采用激光多普勒测速仪来测量带钢的速度。4) 现场工况及运行状况实时监控子系统 现场工况及运行状况实时监控子系统作用是确保冷轧中厚板轮廓检测系统安全、稳定和可靠运行的关键。通过传感器对环境温度、湿度、压力、噪声、振动等信号进行采集输送到前端工控机中进行处理，经处理后产生的控制信号去控制相关的执行机构，如水冷循环系统、风冷循环系统等等，以确保板形仪检测系统处于最佳的检测状态。在现场工况及运行状况实时监控子系统中，温度传感器主要用于检测传感器柜、多普勒测速仪和冷却水循环系统中的温度信号，这是由于相机、线激光器和多普勒测速仪等对温度非常敏感，其性能受温度的影响比较大的原因。现场工况及运行状况实时监控子系统是轮廓仪检测系统错误日志记录和报警的信息源，系统错误日志记录和报警对系统的日常管理和维护有着重要的指导意义。5) 图像采集子系统 图像采集子系统作为中厚板板形仪检测系统最重要的一个子系统，主要负责采集入射在中厚板表面上线激光的图像信息，然后对采集到的图像进行预处理，再将预处理后的结果传输到相机工控机中。如图 2-2-3 所示面阵 CMOS 相机CPCI 接口相机工控机相机CameraLink 接口基于 CPCI 通信接口的图像采集卡图 2-2-3 图像采集子系统的数据流程图面阵 CMOS 相机内装图像传感器，能将接受到的光信号转化成模拟电信号，相机内部有专门的信号处理电路能将模拟图像信号转化为数字图像信号。利用 Camera Link 接口将处理后数字图像信息传输给基于CPCI 接口的图像采集卡中，图像采集卡内置有图像预处理算法，算法的主要目的是为了消除图像中的噪声，突显图像中的有用信息，此外图像预处理算法的作用还在于减小图像的数据量，以提高相机的图像采集速率。图像采集卡再将预处理后图像信息通过 CPCI 接口传输给相机工12控机进行进一步的处理。图像采集卡可以调节相机的纵向横向分辨率拍摄重点区域，提高采样帧数，还可以调节相机曝光时间和采样周期来提高对比度，从而使拍摄的照片达到预期效果。 2.3 结构的受力分析由于辊道宽度大，导致上方中厚板板形仪检测系统整体结构跨度也较大，故而还需考虑材料的受力分析是否满足要求。在跨桥面主要有横梁和钢板组成，所以它主要承受的载荷均由横梁承担。因此我们只需要计算横梁的弯曲正应力是否满足条件。此时满足弯曲正应力强度条件的梁，一般都能满足切应力的强度条件。因为跨度较大，所以这里我们采用热轧工字钢作为横梁。 120 610684.5R1.65斜 度 :图 2-3-1 横梁和钢板位置图假定跨桥面上载荷分布均匀，材料的许用应力 ，140MPa。横梁长度 。工字钢型号为 ，用 根。上MPa 109.3ml 876GB3铺钢板尺寸规格为 。钢板约重 ，m.5.06.02.1. 0kg413控制柜 ，人数限制 人，共重 ，查表得该不等边角钢理论10kg540kg58重量 ，故而总计重量 。.26/m319.26.1所以可知载荷 。m/4.03.408q kN）（查表得其 。3-6z 149WABL图 2-3-2 受力分析图如图所示为受力分析图，所以我们得到 mkNqlM75.483.9022max因此有 。MPakWz 1.1475.36a综上所述，设计的结构经受力分析满足条件。我们知道，弯曲正应力是控制梁强度的主要因素。所以弯曲正应力的强度条件（2-3-1 ）WMmaxax往往是设计梁的主要依据。从这个条件看，要提高梁的承载能力，应从两方面考虑：一方面是改善梁的受力情况，以降低 的值；另一方面则是采用max合理的截面形状，用以提高 的值，使材料得到充分利用。首先，应把梁的支座设置在合适的位置，以尽量减少梁内的最大弯矩，相对地说，也就是提高了梁的强度。如图 2-2-3a 所示均布载荷作用下的简单梁为例， 22max15.08qllM14图 2-3-3 受力分析图若将两端支座各向里移动 （如图 2-3-3b） ，则最大弯矩减小为0.2L22max05.4qllM只及前者的 。也就是说按图 2-2-3b 布置支座，承载能力即可提高 4 倍。这里51我根据实际情况，设计将两端支座各向里移动 。经计算即便如此也可以大0.1L幅提高承载能力。其次我们可以选择梁截面的合理形状。弯曲正应力的强度条件可改写成（2-3-2 ）WMmax显而易见，梁可能承受的 与抗弯截面系数 成正比， 越大越有利。可做横梁的钢材主要有角钢（热轧等边角钢、热轧不等边角钢） ，热轧槽钢和工字钢。经比较选择工字钢较为合适。这里我用 Pro/E 进行简单的三维结构模拟。如图 2-2-3 所示15图 2-3-3 龙门式横梁支架图上文我们提到整个检测系统是固定在横跨辊道的龙门横梁支架上的，由于辊道的宽带非常大。因此辊道的结构强度和受力情况也需要分析计算。但若是深入的对辊道的结构进行设计分析研究，这将偏离本论文研究的主要目的及意义。所以我将简单的对辊道结构进行描述且采用以往设计成熟的辊道结构。辊道主要有工作辊道，受料辊道，运输辊道，特殊用途辊道，收集辊道等类型。这里需要的类型是运输辊道。辊道的传动方式分集体传动、单独传动和不传动而空转的三种。前两种应用较广，尤其是单独传动方式发展较快。而不传动的空转辊道应用较少，如重力辊道，或在长轧件的运输辊道辊子中间间隔放置空转辊子，仅起支承作用。这里我们主要选用的是单独传动辊道。单独传动辊道，这种传动方式具有以下特点：（1） 飞轮矩小，启动和制动容易。（2） 可单独快速换辊，维修方便，而不影响生产。（3） 辊子高度易于调整。（4） 结构简单、重量小和易于加工。16（5） 易于实现标准化；辊子、支座、减速器、联轴器和电动机均可标准化。实现生产专业化。单独传动辊道相比集体传动辊道更适于运送较长的轧件，轧件的重量分配在许多棍子上，此时集体传动能充分利用电机功率的优越性已不存在了。单独传动辊道的优点完全胜过因其电力传动部分造价高的缺点，所以是有发展前途的方案，一般约占全车间辊道数量的 以上，随着生产的发展所占比重将逐60%渐增长。该辊道主要有支座，外径 壁厚 的热轧无缝钢管，轴，型号为8m15的角接触球轴承，型号为 的平键， 型凸缘联轴器，701C04GY型减速电机以及若干螺母和螺栓等零部件组成。4-D3Y6M单个辊子详细装配图及零件图见图纸。 2.4 仪器的安装定位图 2-4-1 仪器安装位置分布图17如图 2-4-1 所示为所选多普勒测速仪和激光传感器位置安装分布图。多普勒激光测速仪安装在传感器柜右侧前方的悬臂梁支架上如图中的网格阴影部分表示。激光传感器如图所示安装在底座。激光传感器可根据钢板尺寸型号不同进行位置上的调节。相应的尺寸如图所示。如图 2-4-2 所示为激光传感器位置详细图图 2-4-2 激光传感器详细安装位置图 2.5 长度检测原理和方案轧制钢板单一纬度长度测量是通过多普勒激光测速装置得到的，依据一段时间内测量的速度来计算钢板长度信息。其计算公式如下：钢板的长度 (2-5-1)itvL其中 为第 次测量速度的时间间隔 ， 为平均速度。it具体测量原理如下：表 2-5-1 钢板参数表厚度 垂直方向波动 水平方向波动 长度 宽度 传送速度 温度5-50mm 小于 50mm 左右不超过 200mm 最大 5.2m 1.3-5m 3m/s 最大不超过 10018表 2-5-2 辊道传送情况表辊道宽度 对齐方式 水平方向误差 板材间最小时间间隔 板材间最小距离5000m 所有右对齐 左右最大不超过 200m 大于 10 秒 大于 2 米因此可知检测时间 由表可知由于钢板宽度跨度较大，在实际测s7.135t量中选择合适的宽度假设为 。m 2在指定位置安装多台激光传感器，根据钢板宽度 和传感器尺寸大小调m 2节传感器间距，最后选择安装 台。如图 2-3 所示。激光传感器的位置是可调16节的,阴影部分是刻度尺,根据钢板宽度选择激光传感器数量并调节激光传感器的间距。网格部分表示的是要测的不规则中厚板。为便于测量所以开始时“右对齐” 。图中一般辊道（辊子）之间距离是 ，其中当有激光传感器时，为 0.4了安置传感器，使距离为 。由于所测中厚板一般长度较大（大于等于 ）0.65mm 5，因此中厚板能在辊道上平稳传动（满足中厚板下始终有 个及以上辊子的条5件）不受影响。图 2-5-1 激光传感器安装位置局布图该长度检测系统具体的检测方案是：由于中厚板首尾不平整，当其上方有通过中厚板时，只要其中任意一台激光传感器检测到有中厚板时，触发多普勒19激光测速仪工作对其进行速度测量，同时 台传感器同时工作，传感器工作情16况为：检测到中厚板时记为“ ”，未检测到时记为“ ”。每一次数据将传送0个，激光传感器每 秒检测并记录一次并上传。根据总计检测时间 来161/50 s 1.7算，总共需上传 组数据,即组成一张 的数据表格。多普勒测速仪工作88517情况：任意一台激光传感器检测到有中厚板时，触发多普勒激光测速仪工作，同理在检测时间 ，测速仪每 秒检测并记录一次并上传，也将上传 组s 1.7/0 85数据。最后可以用 Matlab 软件来进行数据处理和图像分析。但由于实验条件所限，我们主要使用 L