光電開關(guān)在熱軋鋼坯長(zhǎng)度在線檢測(cè)中的應(yīng)用

光電開關(guān)在熱軋鋼坯長(zhǎng)度在線檢測(cè)中的應(yīng)用 在馬鋼初軋廠鋼坯軋制生產(chǎn)線上 在熱軋鋼坯長(zhǎng)度在線檢測(cè)中 成功應(yīng)用了紅外主 動(dòng)式光電開關(guān) 在此 光電開關(guān)主要起兩個(gè)作用 1 作為測(cè)量鋼坯長(zhǎng)度時(shí)的觸發(fā)信號(hào) 控制計(jì)算機(jī)通過(guò)線陣 CCD 攝像機(jī)對(duì)鋼坯尾部進(jìn)行采樣 2 用來(lái)減小測(cè)量視場(chǎng) 提高測(cè) 量精度 1 測(cè)量原理 在熱軋鋼坯的生產(chǎn)線上 軋制后的鋼坯在輥道上非勻速地向前傳送 設(shè)鋼坯的長(zhǎng)度 分布在 L1 和 L2 之間 其最大差值 L L2 L1 因而攝像機(jī)的測(cè)量范圍必須大于或等 于 L 利用圖 1 所示的測(cè)量方法 在被測(cè)鋼坯的頭部觸發(fā)光電開關(guān) k 時(shí) 只要能夠精 確地測(cè)出鋼坯尾部的長(zhǎng)度 尾長(zhǎng) x 就可以得到熱軋鋼坯的長(zhǎng)度 在圖 1 中 光電開關(guān)安裝在輥道的兩旁 鋼坯在輥道上向前運(yùn)動(dòng) 當(dāng)鋼坯的頭部擋 住光電開關(guān)發(fā)送的信號(hào)時(shí) 就產(chǎn)生外部中斷請(qǐng)求信號(hào) 計(jì)算機(jī)響應(yīng)后 通過(guò)線陣 CCD 攝像機(jī)對(duì)鋼坯尾部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 進(jìn)而測(cè)量和計(jì)算出鋼坯的尾部長(zhǎng)度 x 則 鋼坯的長(zhǎng) 度 L 可由下式求出 L L1 x 1 可見 測(cè)量精度主要由尾長(zhǎng) x 決定 因而精確測(cè)量尾長(zhǎng) x 是技術(shù)的關(guān)鍵 2 測(cè)量裝置及測(cè)量方法 根據(jù)上述原理 結(jié)合馬鋼初軋廠熱軋現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況 我們采用圖 2 所示的測(cè)量方 法來(lái)測(cè)量 1000 左右熱軋鋼坯的長(zhǎng)度 在實(shí)際測(cè)量中 往往被測(cè)鋼坯長(zhǎng)度的變化范圍很大 像馬鋼初軋廠的最大變化范圍 L 14m 因而要求攝像機(jī)成像透鏡的視場(chǎng)很大 對(duì)于大視場(chǎng)透鏡的像差校正較為困難 而且也會(huì)影響線陣 CCD 攝像機(jī)的測(cè)量精度 為此 我們采用圖 2 的測(cè)量結(jié)構(gòu) 利用兩 組光電開關(guān) k1 和 k2 來(lái)減小測(cè)量視場(chǎng) 設(shè) k1 和 k2 之間的距離為 L0 那么鋼坯的尾長(zhǎng) x 一定在 0 到 L L0 之間 所以 線陣 CCD 攝像機(jī)只需在較小的視場(chǎng) L L0 內(nèi)測(cè)出 鋼坯的尾長(zhǎng) x 利用 1 式即可求得鋼坯的長(zhǎng)度 鋼坯長(zhǎng)度的測(cè)量過(guò)程是這樣的 被測(cè)鋼 坯在輥道上向前運(yùn)動(dòng)時(shí) 當(dāng)鋼坯的頭部擋住光電開關(guān) k1 發(fā)射的信號(hào)時(shí) 計(jì)算機(jī)即通過(guò) 線陣 CCD 攝像機(jī)對(duì)熱軋鋼坯進(jìn)行采樣 計(jì)算出其尾長(zhǎng) x 如果 x L L0 時(shí) 則被測(cè)鋼 坯的長(zhǎng)度為 L L1 x 如果測(cè)得的尾長(zhǎng) x L L0 即線陣 CCD 攝像機(jī)的每個(gè)感光象素 均被感光 熱軋鋼坯滿視場(chǎng) 此時(shí)有可能鋼坯的尾部還未進(jìn)入測(cè)量視場(chǎng)之內(nèi) 故本次測(cè) 出尾長(zhǎng)的數(shù)據(jù)無(wú)效 需通過(guò)第 2 個(gè)光電開關(guān) k2 輔助測(cè)量 當(dāng)鋼坯繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)又擋住 光電開關(guān) k2 時(shí) 計(jì)算機(jī)又通過(guò)線陣 CCD 攝像機(jī)對(duì)鋼坯進(jìn)行采樣 再次計(jì)算出尾長(zhǎng) x 此時(shí)鋼坯的尾部一定落在測(cè)量視場(chǎng)中 因而鋼坯的長(zhǎng)度應(yīng)為 L L1 L0 x 設(shè)光電開關(guān) 未被鋼坯擋住時(shí) 計(jì)算機(jī)對(duì)相應(yīng)端口的讀數(shù)為 1 則實(shí)現(xiàn)上述思想的流程如圖 3 所示 圖 3 中 k1 和 k2 分別代表光電開關(guān) k1 和 k2 的輸出值 由于在馬鋼初軋現(xiàn)場(chǎng)存在多種雜散光 所以 為了有效地避免其干擾 我們選用 k1 和 k2 均為主動(dòng)常開式紅外光電開關(guān) 當(dāng)光電開關(guān)的發(fā)射信號(hào)被擋住時(shí) 其輸出為 0 為 了避免灰塵或其它雜物擋住光電開關(guān)的發(fā)射信號(hào)而引起誤觸發(fā) 我們?cè)诎仓霉怆婇_關(guān)位 置的豎直線上 安裝兩對(duì)相鄰很近的光電開關(guān) 如圖 4 所示 為了更有效地防止誤觸發(fā)光電開關(guān) 我們將 k1 和 k2 均按圖 4 那樣安裝兩對(duì)在豎直 方向相鄰很近的光電開關(guān) 并且規(guī)定 只有當(dāng)兩對(duì)光電開關(guān)均被截面為 130mm 130mm 的方坯擋住 即 k11 k12 0 時(shí) 才認(rèn)為是有效觸發(fā)信號(hào) 實(shí)現(xiàn)上述思想的硬件接口電路 由延遲比較器 跟隨器和一系列邏輯電路組成 以避免光電開關(guān)輸出信號(hào)在比較電平附 近 由于零點(diǎn)漂移和干擾的存在 輸出電壓將不斷地由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種狀態(tài) 造 成檢測(cè)結(jié)果的不穩(wěn)定 光電開關(guān)的兩路輸出信號(hào) k11 和 k12 分別作為接口電路的輸入信 號(hào) 經(jīng)接口電路處理后的輸出作為計(jì)算機(jī)的中斷請(qǐng)求信號(hào) 接口電路的輸入 輸出特性 如表 1 所示 注 和是另一組光電開關(guān)與的輸出值 可見 其輸入 輸出特性可以滿足設(shè)計(jì)要求 即只有當(dāng)光電開關(guān) k11 和 k12 均被擋 住時(shí)輸出才為零 此時(shí) 才產(chǎn)生外部中斷請(qǐng)求 計(jì)算機(jī)響應(yīng)后 通過(guò)線陣 CCD 攝像機(jī) 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和處理后 測(cè)出熱軋鋼坯的長(zhǎng)度 3 系統(tǒng)特點(diǎn) 與過(guò)去的測(cè)量方法相比 該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) 1 測(cè)量準(zhǔn)確 隨機(jī)誤差小 過(guò)去測(cè)量采用目測(cè) 即將鋼坯同設(shè)在軌道上的標(biāo)尺目測(cè) 比較 測(cè)量精度主要取決于操作者的熟練水平和判斷能力 采用該測(cè)量系統(tǒng)后 實(shí)現(xiàn)測(cè) 量的自動(dòng)化 測(cè)量精度可達(dá) 0 2 以上 2 配尺合理 成材率高 過(guò)去配尺通過(guò)操作者目測(cè) 人工配尺 造成目測(cè)不準(zhǔn) 配 尺不合理等問(wèn)題 采用該系統(tǒng)后 由于測(cè)量準(zhǔn)確 計(jì)算機(jī)控制最優(yōu)配尺 因而配尺合理 成材率可大大提高 3 生產(chǎn)效率高 勞動(dòng)強(qiáng)度低 過(guò)去操作者精力必須高度集中 才能完成測(cè)長(zhǎng)和配尺 這一工序 采用該系統(tǒng)后 操作者只需根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的提示做些簡(jiǎn)單的操作 因而生產(chǎn) 節(jié)奏加快 勞動(dòng)強(qiáng)度降低 4 系統(tǒng)存在的問(wèn)題和解決的方法 1 現(xiàn)場(chǎng)安裝困難 光電開關(guān)必須安裝在剪口附近的軌道旁 這里環(huán)境最惡劣 必須 采用堅(jiān)硬的保護(hù)措施 2 高溫對(duì)信號(hào) 電源線路的破壞 由于光電開關(guān)安裝在高溫的軌道旁 信號(hào)和電源 傳輸?shù)膶?dǎo)線因高溫老化快 甚至被燙壞 即使用鋼管套也不能滿足要求 必須采用特殊 的保護(hù)措施 3 遠(yuǎn)線傳輸中干擾信號(hào)造成信號(hào)失真 由于現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾 直接傳送信號(hào)極 易失真 必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理后再用屏蔽導(dǎo)線將信號(hào)遠(yuǎn)傳至工作室 5 運(yùn)行情況 目前 該系統(tǒng)已在馬鋼初軋現(xiàn)場(chǎng)投入使用 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠 光電開關(guān)的靈敏度 高 故障率低 與其它相關(guān)裝置配合使用 已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)和實(shí)時(shí)配尺 3 參考文獻(xiàn) 1 武漢大學(xué)電子線路教材編寫組 電子線路 下冊(cè) 北京 高等教育出版社 1995 2 蔡文貴 李永遠(yuǎn) 許振華 CCD 技術(shù)及應(yīng)用 北京 電子工業(yè)出版社 1992 3 邵德奇 線陣 CCD 技術(shù)及其在幾何尺寸測(cè)量中的應(yīng)用 馬鋼科技 1998 1 34 37