LS8000系列激光测速仪测量优化设计方案

2019-05-16项秀明刘秀华

设备管理与维修 2019年4期

项秀明，刘秀华

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

在钢铁企业的冷轧产线，测速仪用来测量机架间带钢的速度，为各机架的秒流量控制提供准确的速度信号，速度测量的精度将直接影响轧机秒流量控制的精度。因而，具有动态响应快、空间分辨率高、测量范围大、非接触测量和实时性好等优点的激光测速仪，普遍应用于轧钢工业中[1-4]。

美国BETA公司LS8000系列非接触式激光测速仪，由于其高精度特点，应用较广，普遍应用于各钢铁企业的冷轧产线。但受现场条件多方面影响，利用激光多普勒效应原理的测速仪的故障出现频率也较高，其中，某钢铁厂的其中一条冷轧产线使用的是LS8000系列激光测速仪，在刚投入使用时测量结果未达到最优效果，严重影响带钢的轧制生产。

本文从实际问题出发，多角度分析问题产生的可能原因，设计了解决方案，通过实际试验，找到问题的解决办法，为现场秒流量控制提供了可靠的速度保证。

1 存在的问题

自设备上线后，通过一周的测量结果跟踪，发现此产线激光测速仪存在问题：①品质因数QF值偶尔丢失。QF值是速度获取的保证，直接影响速度值的获取结果，LS8000系列测速仪的QF值最佳值是15，在7.5以上都是可以保证速度信号获取结果的，但7.5以下将不能保证测量的准确性，速度信号会丢失；②速度信号噪声过大。速度信号噪声过大，也就是信号的波动性较大，严重影响秒流量控制精度[5-6]。

以240 m/min的速度为例，激光测速仪速度噪声信号波动在0.04 m/s，标准偏差0.133 5，而在此种噪声信号下，严重影响秒流量控制，至少要控制在0.01以内。在同一时刻，速度信号标准偏差0.133 5对比如图1所示。其中，上层曲线为其出口方向最近的张力辊编码器速度，下层曲线为其入口方向最近的张力辊编码器速度，中间曲线为激光测速仪检测的实际速度。从图中可以看出测速仪速度测量信号具有较严重的波动。

2 解决方案

鉴于上述问题的存在，分析产生的原因，将解决方案分为2步：①预设方案，全面分析问题产生的原因，分别解决，并提出针对此问题的测试调整方案；②实施方案，根据预设方案有目的、有计划地进行优化调整，稳定测量结果。

2.1 预设方案

激光是速度测量的基础，由激光测量头发出的激光经分光束被分为两束相同的激光，在带钢表面发生干涉、反射，反射光线的一部分被接收单元前面的镜头收集并聚焦到检测器。因而，速度测量结果的质量取决于激光发生器、干涉点、激光回路、检测器几个方面。鉴于此，将预设方案分2个方面：首先，降低测量环境的影响；其次，排除测量装置本身存在的不足。为此，提出以下几点测试调整方案。

（1）调整参数设置以及激光测量头安装位置与角度，优化测量结果。

（2）调整空气吹扫压力，减小平整液对测量光路的影响。在压力条件允许范围内（吹扫压力并不是越大越好，过大时，吹扫空气会在快换窗处产生漩涡，反而会降低速度信号的精度；吹扫压力也不是越小越好，过小时，不能完全排开快换窗处的平整液或乳化液，也会降低速度信号的获取精度），逐步调整压缩空气的压力，提高对激光光路环境的吹扫能力，提高抗平整液干扰能力。

（3）查找周围电气设备对通信线路的干扰。从测量头到现场电控柜，清查通讯线路周围电气使用情况，排除电气设备的干扰。

（4）激光测量头更换。不能排除测量头本身存在的不足，因为此产线激光测速仪和另一条产线激光测速仪型号完全一样，而另一条却没有此问题发生，所以无法排除此测量头本身是否存在缺陷，可以对其进行更换测试。

（5）在以上方案均未得到良好的改善情况下，和机械人员进行协调，在激光测速仪入口侧增加一套空气吹扫，将进入激光测速仪激光点处轧制液吹开，保证反射激光强度，降低在激光光路处的轧制液干扰。

2.2 具体实施方案

2.2.1 原测量头调整

（1）调整曲线平滑度值。在系统软件中，可以对曲线平滑度（速度平均值的采样点数）进行设置，平滑度值设置越大，曲线将越平滑，噪声信号就会越小。但是，有利就有弊，平滑度值不宜设置过大。过大时，在升降速过程中，速度信号将会失真，所以，综合考虑，设置不超过72。

对曲线平滑度值进行了进一步修改，由原值24改为30，效果并不明显；进而将其值更改为48，在240 m/min速度下，测速仪速度信号波动由原来的0.04 m/s降低为0.03 m/s；进一步增加平滑度值到64，噪声未得到进一步的改善。所以，为保证平滑度对噪声影响调节到最佳，又使得速度信号不失真的情况下，最后选择了平滑度最佳值48。

（2）调整激光发射器和带钢的夹角。激光发射器和带钢的夹角是否正确，会直接影响到测量结果，这是激光测速仪安装的一个必要条件。为保证良好的测量结果，激光发射器和带钢的夹角需为90°±1°。但是，在安装过程中，这个角度是不能保证的，因此，怀疑夹角对速度测量带来了影响。对夹角进行测试，采取不同的调整方案，将激光发射器的4个角分别编号为1，2，3，4，编号如图2所示，在不同垫片厚度（0.2～1）mm，测试调整组合次序如表1所示。

经多次试验发现，夹角会影响测速仪的品质因数，各种组合及不同规格厚度垫片的调整后，品质因数QF值未得到明显改善，反而更差。调整后其中一段品质因数变化图如图3所示，因此排除激光发射器与带钢夹角对噪声带来的影响。

（3）调整激光测量头到带钢表面的距离。和夹角一样，激光发射器到带钢的距离，也会直接影响到测量结果。最佳距离要求发射器到带钢的距离为（1000±10）mm。经多次调整，测量曲线观察，最终只能将激光发射器到带钢表面距离定位为1026 mm处，此处测量结果效果相对较好，测量结果有所改善，但仍未到达速度测量的最佳使用效果。激光测量头发射器调整方向如图4所示。

图2 激光发射器4角编号

表1 测试调整组合次序

图3 夹角调整后品质因数变化

（4）调整空气吹扫压力。根据预设方案的压力调整模式，压力值在原值的基础上进行调整。首先，在条件允许范围内，在原压力值的基础上，逐步增大吹扫压力，发现对QF值并没有得到改善；其次，在原压力值的基础上逐渐降低空气吹扫压力，效果也不明显。压力过低时，测速仪报错，停止检测。因而，压力值不是产生问题的根本原因，将其恢复原值。

图4 激光测量头发射器调整方向

（5）排查周围电气设备干扰。从测量头到现场电气柜，逐步清查走线情况，并未发现周围有其他电缆经过，只有测速仪本身的24 V电源线和通讯线，不存在外界电气设备干扰情况。

在对原测量头的努力调整下，速度信号的测量结果得到了一定的改善，标准偏差为0.00 937，控制在0.01以下。但是，经过长期观察，仍存在QF值偶尔丢失的情况发生，结果仍不能令人满意。

2.2.2 更换新测量头

鉴于原测量头在参数、安装位置、测量环境干扰的调整与排查下，测量结果得到很大改善，但QF值仍存在丢失的情况，影响测量结果的极大的可能性就是测量头本身存在的问题。为此，决定对原测量头进行了更换及新测量头进行调整。新测量头的检测结果如图5所示。

从新测量头检测结果可以看出，目前，在设定值700 m/min的速度下，激光测速仪的速度信号标准偏差为0.004，在其附近的板型辊编码器速度信号标准偏差为0.006，其入口方向最近的张力辊速度信号标准偏差为0.009，其出口方向最近的张力辊速度信号标准偏差为0.008；而且，QF值一直很稳定在15，激光测速仪的速度测量结果优于板型辊及张力辊的速度。测量优化结果比较令人满意。