光電開關在熱軋鋼坯長度在線檢測中的應用

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光電開關在熱軋鋼坯長度在線檢測中的應用 在馬鋼初軋廠鋼坯軋制生產(chǎn)線上 在熱軋鋼坯長度在線檢測中 成功應用了紅外主 動式光電開關 在此 光電開關主要起兩個作用 1 作為測量鋼坯長度時的觸發(fā)信號 控制計算機通過線陣 CCD 攝像機對鋼坯尾部進行采樣 2 用來減小測量視場 提高測 量精度 1 測量原理 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 設鋼坯的長度 分布在 L1 和 L2 之間 其最大差值 L L2 L1 因而攝像機的測量范圍必須大于或等 于 L 利用圖 1 所示的測量方法 在被測鋼坯的頭部觸發(fā)光電開關 k 時 只要能夠精 確地測出鋼坯尾部的長度 尾長 x 就可以得到熱軋鋼坯的長度 在圖 1 中 光電開關安裝在輥道的兩旁 鋼坯在輥道上向前運動 當鋼坯的頭部擋 住光電開關發(fā)送的信號時 就產(chǎn)生外部中斷請求信號 計算機響應后 通過線陣 CCD 攝像機對鋼坯尾部進行數(shù)據(jù)采集 進而測量和計算出鋼坯的尾部長度 x 則 鋼坯的長 度 L 可由下式求出 L L1 x 1 可見 測量精度主要由尾長 x 決定 因而精確測量尾長 x 是技術的關鍵 2 測量裝置及測量方法 根據(jù)上述原理 結合馬鋼初軋廠熱軋現(xiàn)場的實際情況 我們采用圖 2 所示的測量方 法來測量 1000 左右熱軋鋼坯的長度 在實際測量中 往往被測鋼坯長度的變化范圍很大 像馬鋼初軋廠的最大變化范圍 L 14m 因而要求攝像機成像透鏡的視場很大 對于大視場透鏡的像差校正較為困難 而且也會影響線陣 CCD 攝像機的測量精度 為此 我們采用圖 2 的測量結構 利用兩 組光電開關 k1 和 k2 來減小測量視場 設 k1 和 k2 之間的距離為 L0 那么鋼坯的尾長 x 一定在 0 到 L L0 之間 所以 線陣 CCD 攝像機只需在較小的視場 L L0 內(nèi)測出 鋼坯的尾長 x 利用 1 式即可求得鋼坯的長度 鋼坯長度的測量過程是這樣的 被測鋼 坯在輥道上向前運動時 當鋼坯的頭部擋住光電開關 k1 發(fā)射的信號時 計算機即通過 線陣 CCD 攝像機對熱軋鋼坯進行采樣 計算出其尾長 x 如果 x L L0 時 則被測鋼 坯的長度為 L L1 x 如果測得的尾長 x L L0 即線陣 CCD 攝像機的每個感光象素 均被感光 熱軋鋼坯滿視場 此時有可能鋼坯的尾部還未進入測量視場之內(nèi) 故本次測 出尾長的數(shù)據(jù)無效 需通過第 2 個光電開關 k2 輔助測量 當鋼坯繼續(xù)向前運動又擋住 光電開關 k2 時 計算機又通過線陣 CCD 攝像機對鋼坯進行采樣 再次計算出尾長 x 此時鋼坯的尾部一定落在測量視場中 因而鋼坯的長度應為 L L1 L0 x 設光電開關 未被鋼坯擋住時 計算機對相應端口的讀數(shù)為 1 則實現(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 k1 和 k2 的輸出值 由于在馬鋼初軋現(xiàn)場存在多種雜散光 所以 為了有效地避免其干擾 我們選用 k1 和 k2 均為主動常開式紅外光電開關 當光電開關的發(fā)射信號被擋住時 其輸出為 0 為 了避免灰塵或其它雜物擋住光電開關的發(fā)射信號而引起誤觸發(fā) 我們在安置光電開關位 置的豎直線上 安裝兩對相鄰很近的光電開關 如圖 4 所示 為了更有效地防止誤觸發(fā)光電開關 我們將 k1 和 k2 均按圖 4 那樣安裝兩對在豎直 方向相鄰很近的光電開關 并且規(guī)定 只有當兩對光電開關均被截面為 130mm 130mm 的方坯擋住 即 k11 k12 0 時 才認為是有效觸發(fā)信號 實現(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 以避免光電開關輸出信號在比較電平附 近 由于零點漂移和干擾的存在 輸出電壓將不斷地由一種狀態(tài)轉換成另一種狀態(tài) 造 成檢測結果的不穩(wěn)定 光電開關的兩路輸出信號 k11 和 k12 分別作為接口電路的輸入信 號 經(jīng)接口電路處理后的輸出作為計算機的中斷請求信號 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與的輸出值 可見 其輸入 輸出特性可以滿足設計要求 即只有當光電開關 k11 和 k12 均被擋 住時輸出才為零 此時 才產(chǎn)生外部中斷請求 計算機響應后 通過線陣 CCD 攝像機 對數(shù)據(jù)進行采樣和處理后 測出熱軋鋼坯的長度 3 系統(tǒng)特點 與過去的測量方法相比 該系統(tǒng)具有如下特點 1 測量準確 隨機誤差小 過去測量采用目測 即將鋼坯同設在軌道上的標尺目測 比較 測量精度主要取決于操作者的熟練水平和判斷能力 采用該測量系統(tǒng)后 實現(xiàn)測 量的自動化 測量精度可達 0 2 以上 2 配尺合理 成材率高 過去配尺通過操作者目測 人工配尺 造成目測不準 配 尺不合理等問題 采用該系統(tǒng)后 由于測量準確 計算機控制最優(yōu)配尺 因而配尺合理 成材率可大大提高 3 生產(chǎn)效率高 勞動強度低 過去操作者精力必須高度集中 才能完成測長和配尺 這一工序 采用該系統(tǒng)后 操作者只需根據(jù)測量系統(tǒng)的提示做些簡單的操作 因而生產(chǎn) 節(jié)奏加快 勞動強度降低 4 系統(tǒng)存在的問題和解決的方法 1 現(xiàn)場安裝困難 光電開關必須安裝在剪口附近的軌道旁 這里環(huán)境最惡劣 必須 采用堅硬的保護措施 2 高溫對信號 電源線路的破壞 由于光電開關安裝在高溫的軌道旁 信號和電源 傳輸?shù)膶Ь€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 的保護措施 3 遠線傳輸中干擾信號造成信號失真 由于現(xiàn)場的各種電磁干擾 直接傳送信號極 易失真 必須對信號進行適當?shù)恼{理后再用屏蔽導線將信號遠傳至工作室 5 運行情況 目前 該系統(tǒng)已在馬鋼初軋現(xiàn)場投入使用 系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠 光電開關的靈敏度 高 故障率低 與其它相關裝置配合使用 已實現(xiàn)了自動測長和實時配尺 3 參考文獻 1 武漢大學電子線路教材編寫組 電子線路 下冊 北京 高等教育出版社 1995 2 蔡文貴 李永遠 許振華 CCD 技術及應用 北京 電子工業(yè)出版社 1992 3 邵德奇 線陣 CCD 技術及其在幾何尺寸測量中的應用 馬鋼科技 1998 1 34 37