劉迪¹  劉根社¹   董長(zhǎng)征²

(1.商丘魁斗計(jì)量測(cè)控有限公司，商丘 476000)

(2.武漢鋼鐵股份有限公司CSP廠，武漢 430080)

摘要：本文首先簡(jiǎn)要闡述板帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中，板凸度測(cè)量的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，然后詳細(xì)地介紹便攜式智能板厚凸度測(cè)量?jī)x的機(jī)械部分與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證，最終證明本儀器可作為離線板凸度曲線測(cè)量的專用工具使用。

0 前言

板帶鋼軋制過(guò)程中,板帶材厚度的測(cè)量是生產(chǎn)工藝過(guò)程中的重要環(huán)節(jié),它對(duì)指導(dǎo)操作控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量等起到重要的作用。隨著AGG系統(tǒng)在板帶軋機(jī)上的普遍應(yīng)用，板帶材的縱向厚度精度得到了顯著提高；而板帶材的橫向厚度問(wèn)題卻日益突出，板帶軋制時(shí)，冷熱軋板來(lái)料（或成品厚度）、局部高點(diǎn)、凸度、楔形等幾何參數(shù)直接影響產(chǎn)品最終質(zhì)量。目前現(xiàn)場(chǎng)離線測(cè)量這幾項(xiàng)指標(biāo)，主要依靠千分尺手工測(cè)量，效率低、誤差大、并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，經(jīng)常導(dǎo)致關(guān)鍵特征點(diǎn)被遺漏。因此，開(kāi)發(fā)一種能快速、準(zhǔn)確離線測(cè)量板厚凸度的儀器具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 板凸度測(cè)量的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

從20世紀(jì)60年代，國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入板帶凸度儀的開(kāi)發(fā)研究工作，美國(guó)DMC公司（現(xiàn)美國(guó)熱電瑞美測(cè)量公司）、德國(guó)IMS公司等都相繼開(kāi)發(fā)出了各自的系列產(chǎn)品，已經(jīng)在板帶鋼生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)在板帶凸度測(cè)量方面的研究起步較晚，相對(duì)比較落后。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)板帶鋼軋機(jī)上配置的板凸度儀幾乎完全依賴進(jìn)口，現(xiàn)場(chǎng)離線測(cè)量主要依靠千分尺手工測(cè)量，經(jīng)常導(dǎo)致關(guān)鍵特征點(diǎn)被遺漏，不利于板帶材的尺寸參數(shù)精準(zhǔn)控制和檢測(cè)，進(jìn)而影響產(chǎn)品市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

本文提供一種便攜智能板厚凸度測(cè)量?jī)x，是在本單位（商丘魁斗計(jì)量測(cè)控有限公司）與首鋼技術(shù)研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的離線板厚凸度測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上，又經(jīng)過(guò)多年與武漢鋼鐵股份有限公司的聯(lián)合研究與實(shí)踐而開(kāi)發(fā)成功的。它可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效離線檢測(cè)冷熱軋板來(lái)料（或成品厚度）、局部高點(diǎn)、凸度、楔形等幾何參數(shù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行智能化處理，可直接顯示被測(cè)板厚板凸度曲線，可大量存儲(chǔ)已測(cè)板材凸度的測(cè)量數(shù)據(jù)，也可將已測(cè)的板材數(shù)據(jù)通過(guò)U盤(pán)傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)改善板帶產(chǎn)品的尺寸精度及優(yōu)化控制工藝提供數(shù)據(jù)支持。

2 板厚凸度主要技術(shù)參數(shù)

l 測(cè)量范圍：測(cè)量長(zhǎng)度0-2000mm（根據(jù)用戶要求≤10m）

l 厚度：0.5-10mm（根據(jù)用戶要求可設(shè)計(jì)0.5-50mm）

l 儀器分辨率：1mm                                    

l 示值誤差：＜3mm

l 測(cè)量步距：1-100mm可根據(jù)需要設(shè)置

l 重量：6kg

3 儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1機(jī)械部分設(shè)計(jì)

圖1  測(cè)量?jī)x器的主視圖                      

 
 圖2   測(cè)量?jī)x器的左視剖面圖

1-被測(cè)板   2-測(cè)量架體   3-精密圓直線導(dǎo)軌      4-直線導(dǎo)軌固定螺絲    5-滾輪機(jī)構(gòu)（3套）

6-測(cè)微傳感器緊定螺     7-測(cè)量定位桿緊定螺     8-編碼測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)        9-測(cè)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)固定螺

10-測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)連線插頭    11-精密直線軸承        12-測(cè)量定位桿         13-U型測(cè)量臂

14-傳感器測(cè)量頭        15-精密測(cè)微傳感器      16-傳感器插頭

       圖1和圖2所示為測(cè)量?jī)x器的連接關(guān)系，它的工作原理是被測(cè)板放置于測(cè)量平臺(tái)上且測(cè)量部位外露2-3厘米，將儀器放置在被測(cè)板上且三個(gè)滾輪同時(shí)與被測(cè)板上平面接觸。調(diào)整測(cè)量定位桿12使其端部與被測(cè)板接觸且保證與被測(cè)板垂直時(shí)，旋緊定螺7將測(cè)量定位桿12固定。調(diào)整傳感器15至測(cè)量頭14與被測(cè)板的下平面接觸并壓縮（在傳感器測(cè)量范圍內(nèi)），旋緊定螺6將傳感器固定。推動(dòng)整體儀器在被測(cè)板上移動(dòng)（被測(cè)板尺寸較長(zhǎng)時(shí)）或儀器不動(dòng)推測(cè)量臂移動(dòng)（測(cè)量小尺寸和邊部尺寸），由于測(cè)量桿、傳感器等重力和測(cè)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的彈力共同作用，使測(cè)量臂及其上部件獲得繞直線導(dǎo)軌3的扭力，使得測(cè)量定位桿的下端部始終與被測(cè)板接觸，當(dāng)被測(cè)板厚度變化時(shí)，測(cè)微傳感器15的測(cè)量桿伸縮，其伸縮量被電腦及處理電箱17采集，與其同時(shí)儀器或測(cè)量臂的移動(dòng)量也被電腦及處理電箱17采集，經(jīng)處理被測(cè)板的厚度及凸度值即可在顯示屏19上顯示并繪制出測(cè)量曲線。

3.2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)  

便攜式板厚凸度測(cè)量?jī)x配置有專用嵌入式系統(tǒng)，使得該儀器具有“可人機(jī)對(duì)話”、“輸入被測(cè)板帶各種參數(shù)”、“自動(dòng)采集被測(cè)板帶厚度和長(zhǎng)度數(shù)據(jù)”、“自動(dòng)處理數(shù)據(jù)并生成曲線”、“自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量結(jié)果”和“傳輸和顯示各種數(shù)據(jù)及曲線”的功能。

3.2.1嵌入式系統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)

17-電腦及處理電箱     18-儀器功能操作鍵      19-儀器顯示屏

                20-測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)插座       21-測(cè)微傳感器插座      22-充電器插座

                           圖3   嵌入式系統(tǒng)外觀設(shè)計(jì)圖

3.2.2嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于外圍控制電路比較復(fù)雜，我們把其分為主控模塊和測(cè)量模塊，分別由SAMSUNG的EXYNOS4412芯片和AVR芯片控制。主控模塊主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能以提供直觀的操作界面、負(fù)責(zé)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的管理和顯示、負(fù)責(zé)提供管理配置功能；測(cè)量模塊主要負(fù)責(zé)采集測(cè)長(zhǎng)接口電路的脈沖信號(hào)和經(jīng)過(guò)16位AD芯片轉(zhuǎn)換的2路位移傳感器接口電路的數(shù)據(jù)，并把處理后的數(shù)據(jù)先緩存到外部SRAM存儲(chǔ)器中，最終的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給主控模塊；為了開(kāi)發(fā)過(guò)程中調(diào)試方便，主控模塊和測(cè)量模塊都預(yù)留用于調(diào)試的外部串行接口。嵌入式系統(tǒng)硬件原理框圖如圖4所示：

　　　　　　　　　　　　    圖4  嵌入式系統(tǒng)硬件原理框圖

3.2.3 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)層、通信層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)層是開(kāi)發(fā)模塊相應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，包括LCD驅(qū)動(dòng)、鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)、AD芯片驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)等；通信層主要完成主控模塊和測(cè)量模塊之間的通信，它們必須滿足測(cè)量通信協(xié)議；應(yīng)用層主要完成儀器的工作流程及對(duì)應(yīng)的LCD顯示和傳感器數(shù)據(jù)采集處理，軟件總體流程圖如圖5所示：

　　　　　　　　　　　   圖5 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用層軟件總體流程圖

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該儀器配套有BHT-便攜板厚凸度測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主要完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)管理功能；其中數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能又分為U盤(pán)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和備份數(shù)據(jù)導(dǎo)入，數(shù)據(jù)管理功能主要包括測(cè)量數(shù)據(jù)的查找、刪除，顯示測(cè)試曲線和打印測(cè)試曲線的功能。其數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能圖如圖6所示：   

        　　　　　　　 　　圖6  數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能圖

4 測(cè)量?jī)x器的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證板凸度測(cè)量?jī)x的正確性與精度，把用該儀器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)與高精度測(cè)量?jī)x器逐點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果誤差＜0.003mm，完全達(dá)到板凸度測(cè)量系統(tǒng)要求的精度。為了考查該儀器的實(shí)用性，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量使用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測(cè)量板材凸度數(shù)據(jù)的目標(biāo)，且儀器攜帶方便易于操作，取得了較為滿意的效果。因此，我們認(rèn)為該儀器可作為離線板凸度曲線測(cè)量的專用工具使用。

圖7    現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量板厚板凸度及結(jié)果顯示

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外的鋼鐵形勢(shì)都處在最冰冷的嚴(yán)冬期，行業(yè)虧損和去產(chǎn)能化使鋼鐵企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)更為白熱化，如何在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中生存并立于不敗之地，是企業(yè)必須考慮的重中之重的問(wèn)題。企業(yè)要生存，則必須在低成本下生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品并被市場(chǎng)購(gòu)買以實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。

本文介紹的便攜智能板厚凸度測(cè)量?jī)x經(jīng)驗(yàn)證，分辨率0.001mm，示值誤差＜0.003mm，可以滿足板帶鋼廠對(duì)板厚凸度數(shù)據(jù)曲線的測(cè)量。該儀器測(cè)量方式簡(jiǎn)單，使用方便，環(huán)保安全，是一種極有推廣應(yīng)用價(jià)值的便攜式的高精度測(cè)量?jī)x器；對(duì)板帶鋼生產(chǎn)企業(yè)的軋制操作控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都具有重要的指導(dǎo)意義。