邱壯 李曉峰
（遼寧紫竹集團(tuán)恒盛鑄業(yè)有限公司鞍山114000）
【摘要】介紹了 Board Cut 2008連鑄機(jī)非接觸式自動(dòng)定尺系統(tǒng)在煉鋼連鑄機(jī)上的應(yīng)用，分析了該定尺系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，提出了校正方案。
【關(guān)鍵詞】定尺系統(tǒng)；誤差分析；數(shù)學(xué)期望；均方差
1問題的提出
為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，恒盛鑄業(yè)有限公司新建一條板坯、一條矩坯連鑄生產(chǎn)線，于2017年10月投產(chǎn)。其中，板、矩坯定尺切割采用的是北京中遠(yuǎn)通公司開發(fā)的Board Cut 2008連鑄機(jī)非接觸式自動(dòng)定尺系統(tǒng)，該系統(tǒng)剪切精度高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠.數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能強(qiáng)大。其人機(jī)界面如圖1所示。
該連鑄生產(chǎn)線投產(chǎn)后，對(duì)切割后的成品坯子（板坯和矩坯）進(jìn)行了抽樣測(cè)量，發(fā)現(xiàn)坯子的定尺長(zhǎng)度有如下問題：
（1） 誤差離散性較大。
（2） 有負(fù)公差（按工藝要求，成品坯子的長(zhǎng)度只允許正公差）。
（3） 誤差時(shí)常整體偏移。
該自動(dòng)定尺系統(tǒng)的測(cè)量精度是多少？怎樣確定坯子定尺切割的預(yù)留長(zhǎng)度？如何將成品坯子的誤差 控制在允許的范圍內(nèi)？這些都是要研究的課題。
2 Board Cut 2008連鑄機(jī)非接觸式自動(dòng)定尺系統(tǒng)的測(cè)量原理及測(cè)量精度
2.1測(cè)量原理
系統(tǒng)采用光學(xué)成像方式，根據(jù)紅外光照CCD感光元件其像素排列的感光數(shù)量,計(jì)算鋼坯長(zhǎng)度， 如圖2所示。
2.2測(cè)量精度（分辨率）
以板坯為例，由圖2可得：
式中：l—成像長(zhǎng)度；
L——鋼坯長(zhǎng)度；
Lm—光學(xué)鏡頭焦距（目距）；
Lw——鋼坯到光學(xué)透鏡的距離（物距）。
CCD像素間距是0.02 mm,即?l =0.02 mm,由 （1）式可得：
取:L=6000 mm（大多數(shù)成品坯子的定尺長(zhǎng)度在6000 mm左右）,Lw=17 200 mm （實(shí)測(cè)光學(xué)鏡頭到板坯輻道的距離）,Lm=70mm（鏡頭焦距），所以?L= 17200/70 x 0.02=4.92 mm,即測(cè)量精度（分辨率）為4.92 mm。
2.3切割系統(tǒng)組成
2.3.1 切劃裝置
切割裝置由火焰槍移動(dòng)裝置、切割小車、走行裝置及壓緊跟蹤裝置等組成。其中壓緊裝置由氣缸驅(qū)動(dòng)。圖3為切割裝置示意圖。切割裝置預(yù)備切割時(shí)，必須停在零位。
2.3.2測(cè)量裟置
測(cè)量裝置由一架光學(xué)鏡頭、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和操作臺(tái)組成。光學(xué)鏡頭將鋼坯成像在CCD感光器件上,計(jì)算機(jī)采集CCD數(shù)據(jù)并處理,計(jì)算鋼坯長(zhǎng)度并提供人機(jī)界面。操作臺(tái)有觸摸屏，可輸入切割參數(shù)。
2.3.3 切割糸統(tǒng)工作過(guò)程
該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待切鋼坯長(zhǎng)度，當(dāng)鋼坯長(zhǎng)度接近切割定尺長(zhǎng)度時(shí)，發(fā)出切割預(yù)壓緊指令，壓緊氣缸動(dòng)作，使夾緊裝置與鋼坯接觸，但僅僅是接觸，沒有壓緊力，切割小車仍處于停滯狀態(tài)，相當(dāng)于切割預(yù)備狀態(tài)，當(dāng)鋼坯長(zhǎng)度到達(dá)切割定尺要求時(shí)發(fā)出指令，使壓緊氣缸再動(dòng)作，壓緊裝置壓住鋼坯，帶動(dòng)小車與鋼坯同步運(yùn)行，再啟動(dòng)切割槍，開始切割。圖4為切割工作程序。
3誤差分析
3.1樣本分析
以板坯為例，共測(cè)量了冷坯2421個(gè)，取得了2421個(gè)數(shù)據(jù)，見表1。
按照不同誤差加以分組，并記錄在這誤差范圍內(nèi)板坯的數(shù)量，結(jié)果如表2。
根據(jù)表2做出直方圖，見圖5。
由圖5可以看出，測(cè)量誤差服從正態(tài)分布，它們與a=0（數(shù)學(xué)期望）,δ=62（均方差）的正態(tài)分布符合得相當(dāng)好。按工藝規(guī)定，坯子的定尺長(zhǎng)度只能是正公差，若要符合這一要求，則定尺長(zhǎng)度要讓出一定長(zhǎng)度。讓出長(zhǎng)度計(jì)算：對(duì)于符合正態(tài)分布的隨機(jī)變量，它的值落在區(qū)間［u-3δ, u+3δ］幾乎是肯定的，這就是所謂“3δ規(guī)則”。其中：-3δ區(qū)間就是要讓出的長(zhǎng)度。-3δ=-3 x 62=-188mm?？紤]到測(cè)量誤差，大體上要讓出200 mm,這樣，誤差在0~ 200mm之間,鋼坯損失率約3.4%，損失太大。
3.2查找原因
從切割工作原理、工作過(guò)程入手,對(duì)測(cè)量切割系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和設(shè)備進(jìn)行分析,并在生產(chǎn)中對(duì)相關(guān)設(shè)備的物理量和介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)切割小車壓緊同步裝置的動(dòng)力氣源壓力時(shí)常波動(dòng)，導(dǎo)致壓緊過(guò)程時(shí)間變化，影響了切割定尺長(zhǎng)度。既壓力低時(shí)，壓緊裝置動(dòng)作慢，壓緊時(shí)間較長(zhǎng),坯子定尺偏長(zhǎng)；壓力高時(shí)，壓緊裝置動(dòng)作快，壓緊時(shí)間較短，坯子定尺偏短。
經(jīng)檢査，同一管路還有其他幾處用戶，也在不定時(shí)用氣，所以造成氣源壓力波動(dòng)。為保證氣源壓力穩(wěn)定,在氣源入口加裝一個(gè)儲(chǔ)氣罐，用以穩(wěn)定氣源壓力。實(shí)踐證明非常有效，解決了氣源壓力不穩(wěn)定這一問題（見圖6）。
問題解決后,對(duì)切割后的板坯長(zhǎng)度重新取樣，共2810個(gè),做岀直方圖。
它們與a=0（數(shù)學(xué)期望）,δ=9.5（均方差）的正態(tài)分布符合的相當(dāng)好。如圖7所示。
δ=9.5（該測(cè)量系統(tǒng)給出的誤差指標(biāo)是δ≤10mm）,就是說(shuō)誤差已經(jīng)符合系統(tǒng)要求。
3δ=28.5,即在定尺中加上28.5 mm,即可保證切割均為正公差的概率為99.7%,經(jīng)與質(zhì)量管理部門研究，考慮到留有一定余量，最后確定在定尺中加40mm。即切割長(zhǎng)度（熱定尺）=冷定尺x 1.03 + 40,其中1.03為熱脹冷縮系數(shù)。
4結(jié)束語(yǔ)
該連鑄生產(chǎn)線投產(chǎn)已經(jīng)一年有余，質(zhì)檢部門對(duì)板坯定尺長(zhǎng)度定期取樣測(cè)量，基本上沒有超差現(xiàn)象，也從來(lái)未岀現(xiàn)過(guò)故障，系統(tǒng)運(yùn)行確實(shí)穩(wěn)定，由于定尺誤差小，坯子成材率也較高，完全滿足了工藝要求。