NDC平直度(宽度)仪在唐钢2050热轧带钢生产线的应用介绍

摘 要：NDC ROMETER光学平直度仪广泛应用于钢铁冶炼厂热轧、精轧、卷取、炉卷轧机、厚板、冷轧、处理线等工段，可以和NDC宽度测量仪组合使用，用于测量带钢的平直度和宽度。平直度仪利用激光照射在带钢上形成的三角形原理，将测得的带钢高度信号转换为电信号，并利用高度和速度信号换算为平直度，测量结果送PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、二级服务器进行平直度控制及质量管理等。

关键词：平直度测量;宽度测量;测量原理;产品质量控制

中图分类号：TH86 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2022）02-0044-03

0引言

钢铁企业热轧带钢质量通常用凸度和平直度参数来衡量[1]。文章通过介绍NDC平直度（宽度）仪的硬件组成及测量原理，进而阐述其在钢铁企业热轧带钢生产线产品质量控制方面发挥的重要作用。

1 平直度的定义

平直度是不平坦程度的定量表示[2]。

在带钢生产过程当中，由于轧制力沿轧辊轴向分布的不均匀性、轧辊受热膨胀程度不均匀、带钢横向温度分布不均匀、轧辊磨损不均匀，造成带钢单位长度内其实际各处长度不一致，带钢较长的部分弯曲，这样就形成了浪形，浪形是不可恢复变形，极大影响带钢质量。因此，为了提高产品质量必需要有一种可靠的检测浪形的仪表设备。

2 NDC平直度（宽度）硬件组成

1台服务器（用于平直度测量及宽度测量计算使用） 。

3组点激光阵列（每个点激光阵列3*3*3点激光器，其中T1与T3使用步进电机，照射于板带传动侧及操作侧，T2阵列为固定端，只用于照射在中心线处）及对应的3个CMOS相机，用于平直度测量（如图1所示）。

8个线激光器及对应的2个CCD相机，用于宽度测量（如图2所示）。

3点激光高度测量原理

如前文所述，带钢生产过程中由于轧辊磨损和热膨胀不均，轧制力分布不均匀及弯辊力的影响等因素造成了带钢单位宽度出的延伸量不同，延伸长度较长的部分形成浪形，为了提高产品质量，必须首先测量浪形。平直度仪就是测量浪形的[3]。

在点激光标定时，每个点激光照在不同高度在相应CMOS相机中都有对应位置的记录，如图所示，在带钢上表面与辊道高度为H时，光斑S在CMOS相机中的位置是P，当带钢出现跳跃，带钢上表面离辊道高度变为H´时，对应的激光光斑变为S´，在CMOS相机中的位置由P变为P´。通过相机中P与P´的位置变化，根据在点激光标定时已经计算出的点激光位置的线性关系，根据三角测量关系即可求出带钢H与H´的值。可以根据公式H´-H=ΔH=（P´-P）*N，其中N为相机在标定过程中真正起作用的像素点数，如图3所示。

4带钢方向长度测量计算原理

根据微积分原理，要想将一条线段的长度计算出来，需要先将该线无限划分为很小的线段，计算出线段的长度之后可以通过积分的方法将总长计算出来。同理，带钢上每一组点激光（3个点激光为一组，连线为平行于带钢运动方向）的光斑划过的痕迹长度即是带钢该处的长度。

在上一节中，带钢上表面每一点距离辊道的高度已经求出，带钢运动速度由一级给定，则可以根据三角形定理求出斜边的长度。在无穷分割的情况下，可以由直线段来代替曲线段，所以带钢上表面单位时间内的长度可得出，积分即可得到带钢运动方向上表面激光划过的线段长度，如图4所示。

平直度仪的宽度测量是通过8个线激光源和2台CCD相机完成的。

由于带钢与背景的激光信号相差悬殊，所以可以使相机很容易找到带钢的边部。但是从图5可以看出，当带钢出现跳跃，由于两台CCD相机处于同一个平面之内，使得带钢离辊道的高度很难由测宽CCD相机单独来测量、判断，所以此时的CCD相机只能够简单地将带钢的边部信号进行最基本的处理之后，传送给工控机进行通讯，获取平直度相机测得的带钢高度值，通过宽度值进行补偿。具体步骤即是通过三角形相似定理获得真实的宽度。

由三角形相似原理，可以计算的ΔL=H'/H*L，其中L可以计算处理，即通过未补偿的带钢边部在CCD相机上的位置与相机里辊道高度，可以确定。L=S*P/N，其中S是相机能测的量程，P为边部的信号所在的像素点，N为相机的像素。则宽度值为W=Wo+ΔL，如图6所示。

5 NDC平直度仪在热轧带钢生产线质量控制中的作用

轧钢对产品质量的要求不断提高，需要好的带钢平直度。所谓平直度板型，直观上来说就是指板材的翘曲程度，但是实际却是带钢内部残余应力的分布。当残余内应力不足以引起带钢翘曲时，称为潜在板型不良;当带钢中存在的残余应力足够大使得带钢发生翘曲，则称为表观的板型不良。带钢平直度不仅仅是产品质量特性最重要的指标之一，对轧制操作本身也具有特殊的意义，轧制不平直的带钢会引起带钢宽度上长度方向的应力的不均匀分布，而不适当的应力分布会增加断带的危险。因此，轧钢生产线需要可靠的平直度测量系统，用来测量及显示长度方向的应力分布，控制理想的应力分布从而得到理想的平直度。

NDC平直度仪不仅测量原理先进，测量结果准确可靠，而且能适应热轧带钢生产线恶劣的工况环境，在同行业中其技术优势明显，具有良好的示范性和可推广性，在同类型工程建设中具有重要的参考价值。

参考文献

[1] 侯劲汝，沈建军，徐倩.双钢轮振动压路机振幅不均匀性的分析[J].长安大学学报（自然科学版），2010，30（1）：100-104.

[2] 李彪，兰霄.带钢平直度仪测量原理及其应用[J].自动化与仪器仪表，2004（2）：52-54.

[3] 张志国.IRM平直度仪在唐钢1810线的改造和应用[J].数字技术与应用，2013（4）：130.

Application of NDC Flatness （Width） Meter in  the Tangshan Steel

LIU Xin

（Tangshan Iron and Steel Co.， Ltd.， Tangshan  Hebei  063000）

Abstract：NDC ROMETER Optical flatness meter is widely used in hot rolling， finishing rolling， coiling， steckel rolling mill， thick plate， cold rolling， treatment line and other sections of iron and steel smelters. It can be combined with NDC width meter. It is used to measure the flatness and width of strip steel. The flatness meter uses the laser triangle principle to convert the strip steel height signal into electrical signal， and converts the height signal and speed signal into flatness. The measurement results are sent to PLC and level two computer for flatness control and quality management.

Keywords： flatness measurement; width measurement; measuring principle; product quality control

收稿日期：2021-12-10

作者簡介：刘昕（1982—），男，河北唐山人，本科，工程师，研究方向：冶金自动化。