LasCon光学校准.docx
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LasCon光学校准.docx
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LasCon光学校准
武钢科技成果
IMS多功能测厚仪Lascon
光学系统的校准
姓名:
杨卫华
单位:
条材车间
项目类别:
技术改进
专业类别:
仪器仪表
二零零九年十月
IMS多功能测厚仪Lascon光学系统的校准
IMS多功能测量系统广泛应用于武钢热轧、冷轧等各大厂矿,因其测量的厚度,宽度,平直度等各项参数是轧制线上自动化系统的最重要的控制参数,所以其测量精度及稳定性在热轧、冷轧的轧制线起着举足轻重的地位,也是计控公司在热轧、冷轧轧线仪表维护中最重要的特殊仪表设备。
一.Lascon和Topplan系统简单介绍
IMS多功能测厚仪的主要功能是通过X射线对带材的厚度进行测量,其中Lascon光学测量系统作为多功能测厚仪的辅助系统,由两套激光发生器和一个扫描摄像头组成,其功能主要用于修正由于测量介质表面形状的变化对于厚度测量的影响。
而在武钢热轧、冷轧轧制线线上,由于带材表面的不平整和带材跳动,对于厚度测量的影响非常大,因此Lascon光学系统对厚度测量的补偿作用就显得尤为重要。
图1.Lascon光学测量系统
Topplan平直度仪的主要功能是检测带材表面的凸凹平直程度,由一套辅助照明系统和一台扫描摄像头组成,对于轧线自动化系统板型控制,轧制力及轧制辊控制起着重要作用,其测量结果直接影响到带材的产品质量控制。
图2.Topplan平直度仪测量系统
这两套系统的核心部件都是扫描摄像头,信号通讯部件配合相关软件对带材图像进行采集分析处理系统,而其正常工作的首要前提就是对于摄像头的校准,只有在对摄像头进行精确校准的基础上,其图像数据采集处理才能顺利进行。
而在武钢热轧、冷轧现场应用中,由于现场环境变化,造成摄像头位置移动,测量距离改变,都必须及时对摄像头进行光学校准。
而基于Lascon多功能测量系统和Topplan平直度测量系统在轧线生产中的重要性,因此对它的校准工作就显得尤为重要。
二.LasCon系统的工作原理
以LasCon系统为例分析校准过程。
在现代热轧生产中,对带材表面轮廓和中心厚度的测量要求尽可能的精确,并要求测量包括带材头部和尾部。
根据最新的带材标准,典型长度在80米到100米。
钢卷长度在带钢轧制之前就已经确定下来,误差在7%到10%之间。
对于带材表面厚度轮廓和中心线厚度的测量,并尽可能的包括头部和尾部,这一点非常重要。
问题是:
钢卷头部朝向的改变非常迅速,特别是对于较薄的带材。
高于辊道表面的表面轮廓和最近的带钢位置在带材头部通过时改变很大。
当带钢不平整以及没有在正确的行进路线时,表面轮廓测量和厚度测量面临重大的测量挑战。
因此,为了对带钢的头部和尾部提供正确的表面轮廓和厚度测量数据,采用一些有效的方法来修正这些潜在的错误是非常有必要的。
LasCon光学表面轮廓测量仪器对于带钢表面轮廓,角度和平行垂直位置提供非常快速的检测,并对IMS多功能厚度测量仪X-ray测量的带材厚度轮廓和中心厚度轮廓提供修正。
LasCon测量系统对连续通过的带材进行不间断测量,并无视带材在测量点的运动方向。
这种立体的带材信息用来对于带材厚度和厚度轮廓测量进行修正。
LasCon测量系统主要包括两条线性激光发生单元和一个CCD矩阵照相机。
其中激光单元安装在C型架上,使其产生的激光束垂直的投射到带材表面。
这样就保证了测量始终精确的指向带材长度方向的同一个位置,并无视带材在测量中的运动方向。
它也确保了LasCon带材表面轮廓测量与X-ray的厚度轮廓测量定位在相同的位置上。
[10][11][12]
带材头尾在离开最后一道轧机通过测量点的最初几米通常是跳动的,这一点非常重要。
带材在离开轧机后的最初几米速度通常非常高,而且厚度比较低,因此带材的表面轮廓信息就必须采集的非常快,用已迅速对表面厚度轮廓和中心厚度进行补偿。
在这种情况下,LasCon测量系统能够提供小于10毫秒的响应速度[10][11]。
CCD矩阵照相机安装位置通常距离C型架1.5m—2m.
LasCon测量系统在多功能测量系统中的主要功能:
1.决定带材横向轮廓角度和纵向轮廓角度,以及通过角度;
2.根据带材位置信息修正测量数据;
3.根据带材的横向轮廓和纵向轮廓信息修正带材厚度测量结果;
4.根据带材的通过角度对所有的测量参数进行修正;
5.根据带材轮廓提供对带材宽度测量的修正;
6.测量带材平直度。
LasCon的开发主要是用来服务于多功能测厚仪,但是它同时也具备一些其他的功能,如下所列:
2.1LasCon对带材角度变化的补偿
LasCon最重要的功能是决定带材的导向角度,这对于厚度轮廓的修正是至关重要的。
这种被称作带材横断面角度(α)能被计算带材横截面方向的绝对高度级数。
它将能计算出带材在所有位置的倾斜度。
带材的倾斜度能够通过LasCon两条激光线的高度差被计算出来。
这被称为纵向截面角度(γ)。
带材的位置信息,包括横断面角度和纵向截面角度,对厚度测量都有直接的影响。
LasCon的测量使得对厚度进行修正成为可能。
图2.4LasCon对带材角度变化的补偿
2.2LasCon对带材位置变化的补偿
如果带材位置高于辊道初始位置,带材的绝对高度能够被用于对厚度轮廓进行进一步修正。
如果带材在测量过程中移动到辊道初始位置以上,对于单点测量位置的厚度值就发生改变。
这就意味着测量的厚度是不是测量点的真实厚度值,带材跳动越高,绝对误差值就越大。
而LasCon对带材绝对高度的测量就能被用来对这种误差进行修正,这被成为位置修正。
图2.5LasCon对带材位置变化的补偿
2.3LasCon对宽度测量的修正
LasCon激光起始点位置能够被用于计算带材的宽度。
这个宽度值也能被用来对厚度轮廓进行测量。
激光两点见的距离被用于带材测量,被测的带材变形能被用来修正宽度值。
带材的变形通常会造成宽度值变小,因为被压缩的带材部分没有被计算到宽度统计以内。
所以LasCon的宽度测量也被成为带轮廓修正的宽度测量[16]。
图2.6LasCon对宽度测量的修正
三.LasCon光学系统的校准
在武钢热轧冷轧安装的IMS多功能测量系统和Topplan平直度仪,对于摄像头的校准工作以往一直是由IMS公司外方调试人员在安装调试阶段完成,而由于校准工作涉及到光学测量系统的技术核心,外方人员对校准技术有所保留,再加上校准工作所需要具备的各方面基础知识的限制,我方人员由于技术限制一直未能完全掌握校准技术,不能独立完成摄像头的光学校准工作。
因此一旦现场发现环境变化,比如射线头位置移动,测量距离改变等情况,而必须进行摄像头光学校准工作时,都因不能独立完成校准而影响系统测量精度,进而影响到轧制线的生产及主体厂带材产品质量的控制,使得我们的仪表维护工作陷入被动。
而只能求助于IMS公司厂方人员前来做校准,涉及到计控公司大量的调试费用支出,而且时间上的拖延也造成了对主体厂生产的长期影响。
武钢CSP厂自去年仪表部分开始安装调试以来,计控公司CSP轧钢班一直在现场进行了大量的前期工作。
一直配合包括IMS公司在内的多个厂家外方调试人员进行轧线特殊表的安装调试工作,在工作中,加上长期的工作实践经验,迅速掌握的轧线仪表的专业知识。
在调试过程中,积极主动的与外方人员交流,努力向他们学习专业知识,以其勤奋好学的工作态度获得了外方人员的一致赞赏。
在得知我们在光学测量仪表摄像头校准方面存在的不足后。
在前期做了大量准备工作后,认真学习研究光学测量的专业技术知识,并在安装调试阶段不断的与IMS公司外方技术人员沟通,在积累了大量的现场经验后,参与了外方技术人员的摄像头校准工作,由于其前期的准备工作充分,在调试过程中,配合外方人员的校准工作,仔细观察,用心揣摩技术要点,详细记录校准过程的每一个步骤,不放过任何一个细节,最终掌握了Lascon和Topplan光学校准的核心技术。
3.1校准准备过程
1.数据采集:
LasCon镜头安装在测量位置
2.放置校准板在辊道中心
3.准备校准单元供电
3.2图像采集过程
校准所需图像共18张:
校准单元4张
激光4张
标准版水平1张
激光宽度9张
3.2数据计算过程
图像采集完成后,LasCon校准系统将测量的18张图片进行运算,得到LasCon镜头的标准位置,并将所得到的参数写入计算机,作为基准值在测量时参与运算。
四.实现光学校准自主化的意义
今年5月,随着CSP投产运行,调试工作基本结束,外方调试人员离开了CSP现场。
而接下来的一次现场改造使得光学校准技术派上了用场。
在对IMS多功能测量仪现场测量环境密封隔热的改造过程中,需要在Lascon摄像头室底部安装隔热挡板,当改造工作结束后,发现Lascon测量系统出现明显偏差,经过检查发现是由于隔热挡板受带材热辐射后热膨胀造成Lascon摄像头室发生位移,而造成光学测量系统发生误差,再对隔热挡板进行处理后,摄像头的位置不能完全还原到原来的位置,出现微小的位移,而对于精度要求极高的光学测量系统来说,这一点点的位移都将造成测量数据的偏差,进而影响到整个IMS测厚的精度。
而此时,IMS外方调试人员已经回国,决定由我方人员自己对Lascon摄像头进行重新校准。
CSP轧钢班并利用检修时间,成功完成了对Lascon摄像头的校准工作。
从而使IMS测厚仪的厚度补偿系统恢复正常,为主体厂提供精准的厚度数据,受到了CSP主体厂技术人员的一致好评。
校准工作改变了我方人员以往在技术上对外方人员的依赖,改变了对IMS多功能测厚仪特殊性封闭性的看法,打破了那种由于对特殊仪表的技术限制而畏手畏脚不敢动手的状况,并对轧制线特殊仪表的维护工作提出了更高的要求,搞清楚哪些事我们不需要依赖外方人员,哪些事我们自己也能做,使得对IMS多功能测厚仪技术的进一步深入研究成为可能。
杨卫华
2009-12-9
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