专利名称：基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法
技术领域：
本发明涉及轧钢机械设备自动化测量领域，尤其涉及适用于冷轧带钢、铝带、铜带等板带产品的一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法。
背景技术：
冷轧带钢板形问题一直是困扰钢铁企业的现场难题之一，在生产过程中，冷轧带钢产品常因板形不良导致档次不高，质量异议多，给企业带来严重的经济损失，因此板形问题是亟待解决的冷轧带钢现场实际问题。解决板形问题的前提首先需要在线精确检测带钢实际板形状况，为板形闭环控制系统提供准确的实时板形数据。然而，在板形检测过程中，通常发生板形检测信号偏离实际板形状况，导致板形控制系统的误操作，甚至出现将原本平直的带钢误调出板形缺陷来。因此，需要根据板形在线检测原理，结合板形补偿机理，针对不同的板形误差信号建立相应的补偿数学模型，据此对在线检测到的带钢板形数据信息进行校正补偿，才能使板形检测信号准确地反映实际的在线带钢板形状况。在影响检测板形信号检测精度的众多因素中，检测辊安装精度对板形检测信号的影响较大，尤其对单边浪的影响明显，严重时甚至影响轧制过程的稳定性。因此基于板形检测原理和轧机配置形式，结合工程实际，建立检测辊安装精度板形误差补偿模型，对于准确分析轧后带钢板形缺陷类型，提高在线带钢板形检测精度和板形控制指标至关重要。
发明内容
需要建立板形检测辊安装精度板形误差补偿方法的理由如下(I)在传统板形信号补偿模型中，多数都忽略了板形检测辊安装误差的影响，没有从整体上综合考虑两种安装精度对带钢板形的影响。工业现场每次安装板形检测辊时，受板形检测辊及其轴承座定位精度的影响，板形检测辊与前后导向辊必然存在一定的平行度误差和水平度误差，且每次平行度和水平度都会发生轻微的变化，故安装精度对带钢板形的影响每次也不一致，或大或小。这两种安装误差导致带钢沿板宽方向产生额外的残余应力偏差，即引起多余的板形误差，当误差较大时，对板形检测信号的影响也较大，严重时导致板形信号失真。因此有必要建立关于板形检测辊安装精度的板形误差补偿模型，最大限度地提高在线板形检测精度，防止板形信号失真，反映在线带钢的实际板形状况，为板形闭环控制系统提供稳定可靠的在线板形数据。(2)不同类型的轧机结构，其板形检测辊表面的带钢包角形式也不一样，可分为固定包角式和变包角式两种。对于固定包角的安装方式，可以根据板形检测辊的安装精度设定固定的补偿曲线；对于变包角的安装方式，则需要根据变动态包角计算公式，在线动态计算检测辊倾斜量导致的实时板形误差。因此，计算板形检测辊安装精度对在线带钢实时板形的影响，需要结合轧机设备布局特点和工艺参数，制定适合轧机自身特点的板形检测辊允许安装误差，才能最大限度地提高板形检测精度。本发明旨在提供一种便捷的适合于固定包角或动态变包角的板形检测辊安装误差补偿量计算公式，快速计算板形检测辊水平倾斜量和垂直倾斜量对板形曲线的影响，依据计算结果制定板形检测辊的允许安装精度，使其更真实地反映在线冷轧带钢的实际板形状况。本发明克服现有板形检测技术中的不足，提供一种快捷简便的板形检测辊安装精度板形误差补偿方法。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法，其内容包括如下步骤一、基于板形检测辊与导向辊或卷筒之间的几何关系和冷轧带钢板形检测理论，建立了针对板形检测辊安装误差的板形信号补偿模型；在冷轧机上安装板形检测辊时，不可避免会存在平行度安装误差0a(i)(水平倾斜和垂直倾斜)，在板形检测过程中，经过检测辊的带钢沿横向各条元的长度必然不一样，引起附加张力或张应力的变化，导致板形检测辊实测原始板形信号出现一定的板形偏差。因检测辊在安装过程中，水平倾斜和垂直倾斜同时存在，故需要整体考虑两者对板形的影响，设传动侧向上向右倾斜为正值；如图1所示，设带钢宽度为Ls，检测辊距离左侧导向辊的相对水平距离为L11,相对垂直距离为L12，该段带钢长度为L1 ;检测辊与右侧导向辊的相对水平距离为L22，相对垂直距离为L12+L21，该段带钢长度为L2 ;检测辊的水平倾斜为δ h，垂直倾斜为Sv，因平行度安装误差，导致带钢发生不均匀横向延伸，设延伸后的两段带钢最大长度分别为L' 1和17 2 ； 根据图1中的几何关系，可以导出如下关系式L1 = +Ln ,L2 =」(LU +L21Y +L22LI =4{^+SJ 2f + (Lu + δν / 2)2 ,V2 =永 L22 - Sh 11)2 + (L12 + Ln + δν i I)2根据广义虎克定律，可求得因安装误差导致的最大张应力偏差σ amax (图2所示)
为
E (Ll-L L-L2) E {L L Λ fA ^
^amax =—7 -1T-^ + -=-； f + T~2 =max^
Jl — V 乂 Lj1i」2 J1-V^从式中可以看出，板形检测辊安装误差造成的张应力偏差与板形检测辊的安装位置有关，即与检测辊前导向辊和后导向辊的定位尺寸有关，因此需要针对不同的轧机结构参数计算张应力偏差，并给予实际操作经验制定严格的允许安装误差，才能保证必要的板形检测精度。二、针对固定包角式和动态包角式两种安装方式，建立相应的张应力动态偏差计算公式，对冷轧带钢在线板形信号进行实时补偿。根据轧机的机后配置，板形检测辊的安装方式分为固定包角式和动态包角式两类。所述的固定包角式，是指检测辊前后各有导向辊，该方式带钢在检测辊表面的包角不变，可以直接根据固定的几何关系确定补偿关系。因此，所述固定包角式的板形信号补偿方法是当带钢覆盖板形检测辊的包角固定不变时，则理想状态下因板形检测辊安装精度导致的带钢板形误差是一个常量，利用板形检测辊前后导向辊的空间几何关系即可确定准确的板形信号补偿关系式，在实测板形信号中减去补偿量，便可得到准确的板形检测曲线，反映在线带钢的实际板形状况。在冷轧带钢生产过程中，对于前后都有导向辊的固定包角卷取方式，其包角固定不变，图1中L2和L2'在轧制工程中是不变的，因此安装误差对板形的影响程度不变，施加固定补偿系数即可。所述的动态包角式，是指检测辊后面无导向辊，直接就是卷取机，带钢覆盖板形检测辊的包角将随带卷的径向直径变化而实时动态变化，则需要根据连续变化的动态几何关系实时计算板形补偿量。因此，所述动态包角式的板形信号补偿方法是当带钢覆盖板形检测辊的包角动态变化时，板形检测辊安装精度导致的带钢板形误差是一个实时动态变量，需要根据卷径动态变化实时计算板形偏差，进而计算出在线板形信号的动态补偿量，在板形检测信号中实时减去动态补偿量，便可得到在线带钢准确的实时板形检测曲线。在工程实际中，当检测辊前面有导向辊而后面没有导向辊时，检测辊包角随卷径变化而变化，图1中的L2和L' 2将随检测辊包角的变化而动态变化，因此需要在线实时计算L2。如图3所示，设检测辊与卷筒的中心水平距离和垂直距离分别为Lh和Lv，根据几何关系可求得L2为L^^Ll+Ll-1Rj-RJ2代入张应力偏差公式，可实时求得在线张应力的动态偏差。由于采用上述技术方案，本发明提供的一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法，与现有板形检测技术相比，其有益效果是本发明考虑板形检测辊安装精度对原始板形信号的影响，最大限度地提高接触式板形仪的在线板形检测精度，更真实地反映在线冷轧带钢的实际板形状况，从而改善轧机的板形控制性能，为板形闭环控制系统提供稳定可靠的实时板形数据。
图1是板形检测辊的安装误差示意图；图2是板形检测棍 张应力偏差不意图；图3是板形检测辊动态包角变化过程；图4是板形检测辊水平倾斜量对板形的影响规律；图5是板形检测辊垂直倾斜量对板形的影响规律；图6是补偿前后的板形曲线。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述以某厂1050轧机为例，板形控制手段丰富，具备倾辊、弯辊、横移等功能。根据现场实际工况条件情况，从水平倾斜量和垂直倾斜量两个方面对板形的误差影响进行了分析，并利用板形仪对典型的冷轧带钢板形状况进行了实时检测和板形数据补偿处理。图4和图5分别示出了水平倾斜量和垂直倾斜量对板形的影响规律曲线。(I)水平倾斜量对板形的影响固定垂直倾斜量Omm,图4示出了不同水平倾斜量对应的张应力偏差和板形指标曲线，随着水平倾斜量的增加，板形偏差急剧增加。当水平倾斜量在O. 03mm时，产生的张应力偏差为6. 02MPa，相对应的板形偏差为2. 661 ;当水平倾斜量在O. 05mm时，产生的张应力偏差为10. 04MPa，相对应的板形偏差为4. 431 ;当水平倾斜量在O.1mm时，产生的张应力偏差为20. 08MPa，相对应的板形偏差为8. 871 ;当水平倾斜量达到O. 5mm时，产生的张应力偏差达到100. 39MPa，相对应的板形偏差为44. 341。(2)垂直倾斜量对板形的影响固定水平倾斜量0mm，不同垂直倾斜量对应的张应力偏差和板形指标曲线如图5所示。随着垂直倾斜量的增加，板形偏差缓慢增加。当垂直倾斜量在O. 03_时，产生的张应力偏差为O. 68MPa，相对应的板形偏差为O. 301 ;当垂直倾斜量在O. 05mm时，产生的张应力偏差为1. 13MPa，相对应的板形偏差为O. 501 ;当垂直倾斜量在O.1mm时，产生的张应力偏差为2. 27MPa，相对应的板形偏差为1. 001 ;当垂直倾斜量达到O. 5_时，产生的张应力偏差达到11. 35MPa，相对应的板形偏差为5. 011。(3)补偿前后的板形曲线分析从图4和图5中可以看出，考虑该轧机结构特点，其水平倾斜量对板形曲线的影响较大，因此在安装过程中应该严格控制水平倾斜量。基于理论计算和实测经验，在检测辊安装过程中，水平倾斜量建议控制O. 03mm以内，垂直倾斜量建议控制在O. 05mm以内，此时补偿前后的板形曲线如图6所示，从图中可以看出，根据板形状况的不同，板形曲线发生明显变化。对于图6中的典型板形情况，根据本发明关于板形检测辊安装误差正负定义，当检测辊倾斜量为正值时，安装误差将导致左单边浪幅值降低，即当实际板形已经恶劣时，而补偿前的板形曲线却显示较平直；同理可以知道，如果是右单边浪，则将加大板形幅值，即当实际板形良好，而板形曲线显示却有浪形；同理，可获得双边浪、中浪及高次浪的板形补偿前后效果。因此，对原始板形检测信号进行检测辊安装误差补偿后，板形曲线才能更准确地反映实际板形状况。补偿后的板形曲线在很大程度上提高了板形检测精度，一定程度上减少板形控制过程中的误判断和误操作，对于提高板形控制命中率尤其重要。
权利要求
1.一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法，其特征在于它包括如下步骤 一、基于板形检测辊与导向辊或卷筒之间的几何关系和冷轧带钢板形检测理论，建立了针对板形检测辊安装误差的板形信号补偿模型； 二、针对固定包角式和动态包角式两种安装方式，建立相应的张应力动态偏差计算公式，对冷轧带钢在线板形信号进行实时补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法，其特征在于所述固定包角式的板形信号补偿方法是当带钢覆盖板形检测辊的包角固定不变时，则理想状态下因板形检测辊安装精度导致的带钢板形误差是一个常量，利用板形检测辊前后导向辊的空间几何关系即可确定准确的板形信号补偿关系式，在实测板形信号中减去补偿量，便可得到准确的板形检测曲线，反映在线带钢的实际板形状况。
3.根据权利要求1所述的基于检测辊安装精度的动态包角板形信号误差补偿方法，其特征在于所述动态包角式的板形信号补偿方法是当带钢覆盖板形检测辊的包角动态变化时，板形检测辊安装精度导致的带钢板形误差是一个实时动态变量，需要根据卷径动态变化实时计算板形偏差，进而计算出在线板形信号的动态补偿量，在板形检测信号中实时减去动态补偿量，便可得到在线带钢准确的实时板形检测曲线。
全文摘要
本发明公开一种基于板形检测辊安装精度的板形信号误差补偿方法，它包括如下步骤基于板形检测辊与导向辊或卷筒之间的几何关系和冷轧带钢板形检测理论，建立了针对板形检测辊安装误差的板形信号补偿模型；针对固定包角式和动态包角式两种安装方式，建立相应的张应力动态偏差计算公式，对冷轧带钢在线板形信号进行实时补偿。本发明考虑板形检测辊安装精度对原始板形信号的影响，最大限度地提高接触式板形仪的在线板形检测精度，更真实地反映在线冷轧带钢的实际板形状况，从而改善轧机的板形控制性能，为板形闭环控制系统提供稳定可靠的实时板形数据。
文档编号B21B37/28GK103028619SQ201210520000
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者杨利坡, 李荣民, 于丙强, 刘宏民 申请人:燕山大学