成品检验技术方案.doc

秦皇岛首钢板材有限公司秦皇岛首钢板材有限公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 技术方案技术方案 中国电子科技集团公司第中国电子科技集团公司第 27 研究所研究所 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 2 页 共 31 页 目录目录 1 基本工艺参数基本工艺参数 3 2 目前技术发展的现状目前技术发展的现状 3 2 1 测厚仪测厚仪 3 2 2 测宽仪测宽仪 5 2 3 测长仪测长仪 8 3 方案的选取方案的选取 13 3 1 测厚仪测厚仪 13 3 2 测宽仪测宽仪 14 3 3 测长仪测长仪 14 4 主要技术指标主要技术指标 15 4 1 厚度测量指标厚度测量指标 15 4 2 宽度测量指标宽度测量指标 15 4 3 长度测量指标长度测量指标 16 4 4 其它技术指标其它技术指标 16 5 设备的主要功能设备的主要功能 17 5 1 激光测宽仪激光测宽仪 17 5 2 激光测长仪激光测长仪 17 5 3 激光测厚仪激光测厚仪 17 5 4 测量计算机终端测量计算机终端 17 5 5 操作计算机终端操作计算机终端 18 5 6 管理计算机系统管理计算机系统 18 6 设备的组成及安装位置设备的组成及安装位置 19 6 1 设备组成设备组成 19 6 2 设备安装位置设备安装位置 20 7 设备的制造进度及工期设备的制造进度及工期 21 8 参考价格参考价格 21 附件附件 1 成品钢板三维尺寸激光测量系统设备布置图 成品钢板三维尺寸激光测量系统设备布置图 22 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 3 页 共 31 页 秦皇岛首钢板材有限公司秦皇岛首钢板材有限公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 技术方案技术方案 1 基本工艺参数基本工艺参数 设备安装位置 成品段的定尺机后 钢板厚度规格 6 100 钢板宽度规格 1500 3500 钢板长度规格 6000 12000 基本功能要求 代替人工卡量 提高生产效率 2 目前技术发展的现状目前技术发展的现状 随着中厚板生产线生产能力的提高 对钢板检验仅仅靠人工卡 量已经不能适应生产节奏的要求 因此既需要对钢板检验手段更新 第一可以提高检测效率 第二可以使生产数据及时进入生产管理网 络 最终可以实现报表的自动管理 输出 钢板的外形三维尺寸检测是钢板的最基本检测 首先需要实现 自动化检测 下面分别对厚度测量 宽度测量 长度测量的技术现 状进行介绍 2 1 测厚仪测厚仪 工业测厚仪按照形式共分为接触式 非接触式两大类 按照工 作原理分为 射线测厚仪 射线测厚仪 涡流测厚仪 超声测厚 仪 激光测厚仪 接触式光电测厚仪 目前国内和国外各种生产线上使用的测厚仪主要包括 射线测 厚仪 射线测厚仪 涡流测厚仪 激光测厚仪 接触式测厚仪等 几种 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 4 页 共 31 页 工业测厚仪的分类表 光电码盘式测厚仪冷轧生产线 机械接触式测厚仪 位移传感器式测厚仪冷轧生产线 接触式 测厚仪 超声波测厚仪超声波测厚仪离线测量 射线测厚仪各种生产线 射线测厚仪 射线测厚仪各种生产线 高频涡流测厚仪冷轧生产线 涡流测厚仪 电容测厚仪冷轧生产线 测厚仪 非接触 式测厚 仪 激光测厚仪激光测厚仪各种生产线 目前能够应用于中厚板生产线的测厚仪主要包括 X 射线测厚仪 射线测厚仪 激光测厚仪 这三种测厚仪各有特点 国内中厚板 厂家中均有业绩 激光测厚仪所占份额较大 下面分别介绍 射线测厚仪原理射线测厚仪原理 射线是从原子核内部放出的不带电的光子流 穿透力极强 如果放射线源的半衰期足够长 在单位时间内放射出的射线量是一 定的 当 射线穿透被测目标时 被测目标本身吸收了一定的射线 能量 被吸收能量的多少取决于被测目标的厚度 如果我们能够测 的被吸收后的射线强度 就可以知道被测目标的厚度 被测目标厚 度与射线衰减强度的关系可用下式表示 I I0e h 式中 I I0 射线通过被测目标前后的辐射强度 被测目标的吸收系数 被测目标厚度 射线测厚仪分为穿透式测厚仪和反射式测厚仪两种 后者很 少应用于在线厚度测量 穿透式测厚仪的放射源和检测器分别置于被测目标的上下方 射线测厚仪采用的射源一般为 Cs137或 Co60 当被测目标通过时 检测器检测到射线强度的变化 然后数据处理计算机根据强度变化 计算出被测目标的厚度 穿透式 射线测厚仪是最先出现的非接触式测厚仪 经过几十 年的发展和应用比较完善 它的优点是稳定 寿命长 测量精度较 高 由于射线测厚仪的计算公式中吸收系数 是被测目标的厚度 温度 材质等的函数 因此在测量过程中必须向测量系统提供被测 目标的温度 标准厚度 材质 否则测量结果将带来较大的误差 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 5 页 共 31 页 B A O 很重要的一点 射线是一种对人体有害的射线 其穿透力极强 使用的单位应制定相应的防止射线危害人体的有关规定 设立专门 人员管理 明确限制进入管理区内的停留时间 X 射线测厚仪射线测厚仪 X 射线测厚仪的工作原理与 射线测厚仪的工作原理基本相同 不同之处在于所采用的放射源不同 射线测厚仪采用天然放射性 元素 X 射线测厚仪采用人造 X 射线管作为射线源 X 射线测厚仪的优缺点与 射线测厚仪基本相同 但是天然射 线源比人造射线管稳定 因此 射线测厚仪一般比 X 射线测厚仪 稳定 X 射线可以在关电后停止产生射线 但是再次启动后需要 20 分钟左右的稳定时期 然后可以进入测量状态 激光测厚仪激光测厚仪 激光测厚仪是 20 世纪 80 年代随着激光技术 CCD 技术的发展 而研制的新一代在线非接触式测厚仪 激光测厚仪原理图如下图所 示 激光测厚仪测量原理示意图 图中 上 下两激光器发射的激光束 经反射器 以上下两个方向垂直投射到被测钢板两个表面的 A B 两点 形成 测量光斑 A B 两点上的激光漫反射的能量 经接收光学系统 L 成像在 CCD 器件上 CCD 器件上的两个像点位置 与原先位于零 平面上 O 点的激光斑的成像位置进行比较 则可测出像点的位移量 X1 和 X2 通过几何换算 可根据像点的位移量 X1 和 X2 求出 A B 两点与零平面上 O 点的间距 H上 上和 H下下 H上上和 H下下经微机运 算后 即可得出被测物的厚度 H 因此 只要能精确地测出像点的 位移量 X1 和 X2 即可精确测定被测钢板的厚度 H H H上 上 H下下 从测量原理可以看出 此法的突出优点是所测得的被测物厚度 H 值与被测物的材质 温度和标准值无关 采用上下对称测量可以 自动消除由于被测物的跳动 弯曲和振动所引入的测量误差 从而 大大提高了动态测量的准确度 与射线测厚仪相比具有无辐射危害 测量稳定 操作简单 激光测厚仪可以应用于各种各样的生产线 检修和维护不需要 经过专门的管理机构 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 6 页 共 31 页 2 2 测宽仪测宽仪 目前中厚板生产线上应用的测宽仪按照测量原理分为被动光测 宽仪 背光源测宽仪 激光线光源测宽仪 激光测宽仪 测宽仪分类表 被动光测宽仪被动光测宽仪应用在轧机前后 背光源测宽仪应用在生产线的任意位置 激光线光源测宽仪应用在生产线的任意位置 测宽仪 主动光测宽仪 激光测宽仪应用在生产线的任意位置 在中厚板生产线上应用较多的是激光测宽仪和被动光测宽仪 其中激光测宽仪较多 且运行的效果比被动光测宽仪好 下面分别 介绍各种测宽仪 被动光测宽仪被动光测宽仪 被动光测宽仪是利用钢板 1 自身发出的光线 经过光学系统 2 成像到 CCD 器件 3 上 CCD 器件是一种线性扫描光电转换器件 它能将光学像转换为时间变化 数据处理系统根据时间变化计算出 钢板的宽度值 下图给出了它的测量原理示意图 根据光学成像的原理有以下公式成立 W 被测钢板宽度 光学系统的放大倍数 光学像的大小 123 1 被测钢板 2 成像光学系统 3 CCD 光电器件 被动光测宽仪工作原理示意图 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 7 页 共 31 页 被动测宽仪是热轧钢板生产过程最早应用的一种测宽仪 它的技术特点是结构简单 在测量较小规格的钢板 时测量精度较高 它最明显的缺点是容易受钢板温度变化的影响 在测量较宽钢板时由于光学系统存在不同程度 的光学崎变测量精度下降 背光源测宽仪背光源测宽仪 背光源测宽仪是从带钢测宽仪移植过来的一种测宽仪 它是为了解决被动光测宽仪的钢温影响测量精度问题 引入的 其测量原理如下图所示 发射箱里发射光源发射的光线照射到被测钢板的两个边沿 钢板两个边沿将发射光源照射的光线散射 经过 两个滤光片滤除背景光的干扰 两个接收光学镜头将被测钢板的两个边沿成象到两个 CCD 光敏面上 CCD 将光 1 2 3 5 6 4 1 光源 2 被测钢板 3 5 光学成像系 统 4 6 CCD 光电器件 新型测宽仪工作原理示意图 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 8 页 共 31 页 信号转换成电信号 电路处理系统将信号处理后送给计算机进行数据处理和计算 计算机根据数学模型和信号处 理求出的位置数据求出目标的宽度值 本测量设备的特点 克服了被测目标倾斜和摆动对测量精度的影响克服了被测目标倾斜和摆动对测量精度的影响 克服了被动红外测宽仪的不稳定 受温度变化影响克服了被动红外测宽仪的不稳定 受温度变化影响 缺点是辊道下面的光源容易污染缺点是辊道下面的光源容易污染 激光测宽仪激光测宽仪 激光测宽仪的测量原理与激光测厚仪的测量原理基本相同 但是增加了钢板倾斜修正等手段 激光测宽仪的两个测量箱体分别安装在辊道两侧 便于安装防护 与其它测宽仪相比具有技术特点 无辐射危害 测量数据与材质无关 与被测物体的温度无关 与被测物体 的标准宽度无关 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 9 页 共 31 页 测测量量范范围围 测测量量钢钢板板宽宽度度 0N x CCD 放放大大图图 激激光光发发射射系系统统 激激光光发发射射系系统统 接接收收光光学学系系统统接接收收光光学学系系统统 CCD CCD 被被测测钢钢板板 成成像像光光点点在在CCD左左位位置置 2 3 测长仪测长仪 应用于中厚板生产线的测长仪按照测量原理可以分为测速积分型 成像型两大类 按照测量形式分为接触式 测长仪 非接触式测长仪两大类 如下表所示 测长仪分类表测长仪分类表 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 10 页 共 31 页 分类 项目 测量形式测量原理测长仪应用场合 接触式光电码盘测量冷状态测量 激光多普勒测速冷热状态测量测速积分型 光电相关测速冷热状态测量 激光三角测量冷热状态测量 测长仪 非接触式 直接测量 激光钢板成像测量冷热状态测量 光电码盘测长仪 原理如图所示 测量轮压在钢板表面实时测量钢板的速度 根据码盘的计数值计算出钢板的长度 一般为了 提高精度和减少不稳定带来的测量误差 通过位置检测器将测量区分为多段测量 被测钢板 测长探头 127mm 光电码盘 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 11 页 共 31 页 长长度度测测量量原原理理 L L L Ln n N N L Ln n 钢钢板板通通过过的的最最近近一一个个激激光光位位置置检检测测器器的的位位置置 脉脉冲冲当当量量 N N 从从最最近近一一个个激激光光位位置置检检测测仪仪开开始始的的码码盘盘计计数数值值 0 N D D D 码码盘盘测测长长轮轮直直径径 N N0 0 码码盘盘每每转转输输出出的的脉脉冲冲数数 此方法的缺点影响生产线的正常生产节奏 对钢板的表面有一定要求 激光多普勒测速测长仪和光电相关测速测长仪 这两种测量方法都是通过测量钢板的瞬时运动速度 对速度变化曲线积分求出钢板的长度 不同之处就是测 量速度的原理不一样 为了减少累积误差 一般对测量长度进行分段测量 计算公式如下 T n dttlL 0 此方法在热连轧 冷轧上应用较多 比较适合轧制速度高 速度变化小的生产线 中厚板精整生产线速度低 速度不均匀 因此这两种测量方式运行的效果不好 激光三角测量 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 12 页 共 31 页 L 0 测测量量长长度度L 激激光光发发射射系系统统 被被测测钢钢板板尾尾部部 激激光光位位置置检检测测器器 接接收收镜镜头头 测测量量箱箱体体 0 Nx CCD 放放大大图图 成成像像光光点点在在CCD上上位位置置 最最大大测测量量区区域域 被被测测钢钢板板头头部部 激光发射系统发出的激光点照射在被测物头部 形成激光斑 接收系统通过光学镜头将被测物头部散射的激 光成像在光电转换器件 CCD 上 计算机数据处理系统根据光点在 CCD 上的位置计算出被测物端面实时位置 被 测物体经过激光位置检测器时测量的被测物头部位置就是测量长度 具体的测量原理如图所示 假定 接收镜头的焦距 f 激光发射系统为垂直照射 发射系统与接收系统的夹角 物距 l 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 13 页 共 31 页 系统的放大倍率 接收系统光轴与 CCD 光敏面的夹角 被测物体头部位置为 L 象点在 CCD 上位置为 x 则它们之间存在如下关系式 cossin xf xl L 此式表明 被测物体头部位置L和象点在CCD上的位置x之间存在单调的和非线性的关系 此方法的特点 测量精度高 受环境影响小 测量速度快 缺点是需要对辊道进行改造 做一部分花辊 激光钢板成像测量 定尺机后钢板长度测量包括两部分组成 CCD 测量系统钢板的尾部 激光位置检测器检测钢板的头部位置 CCD 长度测量利用钢板发出的光线进行测量 光学镜头将被测钢板发出的光线成像在光电转换器件 CCD 上 计算机数据处理系统根据钢板像在 CCD 上的大小计算出被测钢板的尾部位置 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 14 页 共 31 页 具体的测量原理如图所示 假定 0 N x x1 1 CCD 放放大大图图 0 N x x2 2 CCD 放放大大图图 接接收收镜镜头头接接收收镜镜头头 CCD CCD 被被测测钢钢管管 被被测测钢钢管管长长度度L 最最大大测测量量范范围围 6m 长长度度测测量量方方向向 测测量量坐坐标标零零线线 0 L L1 1L L2 2 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 5m 10m 15m 25m 30m 35m 20m 接收镜头的焦距 f 系统的放大倍率 被测钢板尾部位置为 L 象点在 CCD 上位置为 x 则它们之间存在如下关系式 L x 为了减少激光位置检测器数量 CCD 测量的长度要求达到 6m 单个 CCD 测量系统不能达到系统要求的测量精 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 15 页 共 31 页 度和测量范围 因此采用两个 CCD 测量系统拼接 测量公式如下 L1 L2 L1 x1 L2 x2 LCCD x1 x2 激光位置检测器实时检测钢板头部是否到达检测位置 如果其中某个激光位置检测器检测到头部信号 而且 钢板的尾部已经进入 CCD 测量区域 则系统记录测量的长度值 具体的计算公式如下 钢板长度 L LCCD Ln Ln 为当前检测到钢板头部信号的激光位置检测器的长度坐标值 如图中所示 此方法的特点 测量精度高 受环境影响小 测量速度快 缺点是需要对辊道进行改造 做一部分花辊 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 16 页 共 31 页 3 方案的选取方案的选取 上面一节对目前应用于中厚板在线检测钢板三维尺寸的技术做了一个粗略介绍 由于本人水平有限 如有不 当之处敬请原谅 以下我根据板材公司现场的具体情况提出选取的技术方案 3 1 测厚仪测厚仪 厚度测量采用激光测厚仪 建议采用三点式激光测厚仪 它可以实现钢板横断面上三点同时测量 比较准确 地反映钢板的厚度情况 这种型号的激光测厚仪我公司在酒钢中板厂应用 马钢中板厂正在安装调试的精整线设备中也包括一台激光 测厚仪 设备安装如下图 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 17 页 共 31 页 3 2 测宽仪测宽仪 测宽仪选用带纠偏的激光测宽仪 它不仅可以对宽度 同时也可以对长度进行修正 保证测量结果的准确 该型号的设备在上海三钢厚板厂 马钢中板厂 济钢厚板厂 新钢中板厂 泰国伟成发中板厂等单位运行 测量 精度和可靠性很高 设备参考图如下 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 18 页 共 31 页 3 3 测长仪测长仪 测长仪采用激光测长仪 利用它的测量精度高 不受钢板速度变化的影响的优点 参考图如下 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 19 页 共 31 页 此图片仅供参考 它是用来测量钢坯的 中厚板的布置有所不同 但原理一样 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 20 页 共 31 页 4 主要技术指标主要技术指标 4 1 厚度测量指标厚度测量指标 厚度测量范围 6 100m 厚度测量精度 0 05mm 厚度测量形式 单点测量 横断面 多点测量 激光器功率和波长 20mW 650nm 4 2 宽度测量指标宽度测量指标 宽度测量范围 1 5 3 5m 宽度测量精度 2mm 激光器功率和波长 80mW 532nm 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 21 页 共 31 页 4 3 长度测量指标长度测量指标 长度测量范围 6 12m 长度测量精度 3mm 激光器功率和波长 80mW 532nm 4 4 其它技术指标其它技术指标 激光位置检测器的响应时间 0 2ms 激光波长 650nm 激光功率 5mW 红外温度计测量范围 0 500 红外温度计测量精度 满量程 0 5 被测钢板表面温度 500 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 22 页 共 31 页 数据采集速度 200Hz 模拟量控制接口 电流或电压控制信号 网络形式 以太网 RJ45 通讯协议 TCP IP 工作站操作系统 win2000 工作站编程语言 C builder 6 数据服务器操作系统 win2000 server 数据服务器编程语言 C builder SQL server 2000 数据传输距离 300m 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 23 页 共 31 页 5 设备的主要功能设备的主要功能 5 1 激光测宽仪激光测宽仪 具有连续 在线 实时 自动测量等功能 宽度测量结果在终端机柜 操作台的显示器同时显示 显示器保留三块钢板长度值 5 2 激光测长仪激光测长仪 具有连续 在线 实时 自动测量 长度测量结果在终端机柜 操作台的 CRT 显示器同时显示 显示器保留三块钢板长度值 5 3 激光测厚仪激光测厚仪 具有连续 在线 实时 自动测量 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 24 页 共 31 页 显示器显示的内容包括钢板序号 实时测量厚度值 每块钢板的最大值 最小值 平均值 5 4 测量计算机终端测量计算机终端 测量数据直接进入计算机系统数据库 正常情况下厚度 宽度 长度的规格计算机可以根据设定标准自动 判定 出现数据异常时计算机根据判据自动改判规格 同时报警提示 操作工可以人工干预钢板规格的判 定 操作工可以方便的对激光测厚仪 测宽仪 测长仪进行标校和校零修正 在测量完毕后 计算机将测量结果发送到数据服务器 5 5 操作计算机终端操作计算机终端 测量完毕的钢板数据显示在显示屏幕上 三维测量尺寸和标准尺寸同时显示 质检员对钢板的表面质量进行确认 操作工通过键盘对数据确认 数据自动进入相应的数据队列 通过网络将数据传送给数据服务器和喷印装置 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 25 页 共 31 页 5 6 管理计算机系统管理计算机系统 自动处理测量计算机终端发送来的测量数据 根据测量结果和执行标准自动对钢板的标称尺寸进行转换 不合格钢板改判 需人工确认 计算钢板的实际重量 标称重量 对测量的钢板进行部分统计工作 生成数据报表 将处理过的数据通过网络传送给后级计算机系统 进一步可以与公司的销售部门数据库联网 实现销售工 作的自动化 提高管理系统的效率 6 设备的组成及安装位置设备的组成及安装位置 6 1 设备组成设备组成 成品钢板三维尺寸激光测量系统的设备组成如下 激光测厚仪 测量车 1一台 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统 第 26 页 共 31 页 测量车 2一台 红外测温仪一台 动力控制箱两台 标校装置一套 安装附件一套 激光测宽仪 主测量箱一台 从测量箱一台 信号处理箱一台 标校装置一套 安装附件一套 激光测长仪 激光发射箱一台 中原光电测控技术公司中原光电测控技术公司 成品钢板三维尺寸激光测量系统成品钢板三维尺寸激光测量系统