一种钢卷内径高精度检测装置与方法与流程

1.本发明涉及冶金行业卷材检测技术领域，更具体地说，涉及一种钢卷内径高精度检测装置与方法。


背景技术：

2.针对钢卷内径偏小的情况，目前现场通常采用的做法是人工采用盒尺方式完成测量，这种测量方式存在以下几点问题：(1)检测位置不确定。每次检测，无法保证测量位置正好落在内径直径上，而且即使落在直径上，也不能保证所测位置为直径最小处。(2)准确性低。不同的测量人员对检测设备的熟练程度存在差异，测出的结果也不尽相同，所以存在很大的不准确性。(3)安全性低。热轧钢卷卷取温度一般在600℃左右，用传统的盒尺测量方式容易发生烫伤等安全事故，只能等其缓冷后才能测量，严重影响发货的及时性。(4)效率低。采用人工方式进行检测，工作量巨大，效率低下。因此，热轧钢卷内径人工盒尺检测方式已经完全不适应现代化的生产模式。目前，关于钢卷内径测量方面的研究，已有成果展示如下。
3.经检索，中国专利公开号为cn200950054y的专利公开了一种钢卷内径动态检测装置，其主要由一开卷机和一位移传感器组成。该方案能全过程地动态检测钢卷内径变化，并实时修正剩余长度，提高带钢定位正确性，避免甩尾故障。不足之处是其检测情景是下游的冷轧厂开卷机开卷时，只能解决内径松散偏大导致提前甩尾的问题，难以解决钢卷内径偏小无法开卷的问题。
4.中国专利公开号为cn206095113u的专利公开了一种热轧钢卷内径检测装置，其主要由带有刻度的圆筒、固定梁、活动梁、过渡板及圆轮组成。该专利方案首先测量最大距离值a，然后通过收缩，将两圆轮均收缩至钢卷内圈，记收缩量为b，即可测得钢卷内径d＝a
‑
b。不足之处是钢卷卷取温度一般在600℃左右，此装置只能待钢卷冷却后方可进行测量，影响发货及时性。且其通过圆轮在钢卷内圈旋转接触式测量，不仅测量精度较低，而且钢卷易出现压痕等，影响卷材产品的质量。
5.中国专利公开号为cn206540501u的专利公开了一种手持式热轧钢钢卷内径测量装置，其主要由测量杆、水平移动杆、传动机构、滑动杆等组成。该专利方案通过测量杆在钢卷内圈径向运动进行测量，并通过传动机构，将钢卷内径值转化为手持杆上的滑动距离。不足之处是该装置仍是接触式测量，测量精度较低，且需待钢卷冷却后方可进行测量。
6.综上所述，目前现场人工盒尺测量方式以及现有方案，均存在较明显的局限性。如何设计出一套合理的、满足热轧厂现场需求的钢卷内径高精度检测装置与方法，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.1.发明要解决的技术问题
8.本发明目的在于克服现有的现场钢卷内径检测精度不高、安全性低等的不足，拟
提出了一种钢卷内径高精度检测装置与方法，能够无接触、高精度地检测钢卷内径，而且稳定性高，能够长期稳定、可靠的运行。
9.2.技术方案
10.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
11.本发明的一种钢卷内径高精度检测装置，包括自动伸缩单元和检测单元，自动伸缩单元包括机身，机身的一端水平延伸设置有伸缩杆，伸缩杆的纵截面为正方形，且伸缩杆的高度尺寸小于钢卷内圈直径尺寸；所述检测单元包括依次设置在伸缩杆四个侧面上的第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4，其中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4每隔90
°
依次分布在伸缩杆的同一纵平面内。
12.作为本发明更进一步的改进，第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4与伸缩杆相接触的位置均设置有固定块，伸缩杆的四个侧面上相对应的位置设置有安装槽，所述固定块配合卡入安装槽内。
13.作为本发明更进一步的改进，还包括支撑单元，支撑单元包括呈l型结构的基座，且机身远离检测单元的一侧固定在基座的竖直段上。
14.作为本发明更进一步的改进，支撑单元还包括底部固定在基座水平段上的支架，支架用于对机身靠近检测单元的一侧进行支撑。
15.作为本发明更进一步的改进，限位器、自动伸缩单元和检测单元均与计算机相连。
16.一种钢卷内径高精度检测装置的检测方法，包括以下操作步骤：
17.s1：伸入定位：自动伸缩单元和检测单元均与计算机保持连接，通过计算机输入指令，启动自动伸缩单元，使伸缩杆自动伸长并伸入至钢卷内圈中；
18.s2：检测数据：伸缩杆停止伸长锁定后，检测单元保持开启状态，此时第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、第四激光测距传感器同时进行检测，得到相关的数据；
19.s4：计算内径值：测量结束后，伸缩杆退出钢卷内圈，再通过检测算法，即可算得钢卷内径值。
20.作为本发明更进一步的改进，步骤s2中第一激光测距传感器j1和第三激光测距传感器j3位于一条直线l4，第二激光测距传感器j2、和第四激光测距传感器j4位于另一条直线l2，两条直线l4和l2相互垂直相交，交点记为坐标原点(0，0)，此时第一激光测距传感器j1，第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4每隔90
°
依次分布在同一平面上，分别测量得到第一检测点a(x1，y1)，第二检测点b(x2，y2)、第三检测点c(x3，y3)和第四检测点d(x4，y4)。
21.作为本发明更进一步的改进，步骤s3中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4到原点的距离数据分别为r1、r2、r3和r4，第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4所测得的距离数据分别为和则检测点a(x1，y1)、b(x2，y2)、c(x3，y3)和d(x4，y4)的坐标与距离数据和之间的关系为：
22.y1＝0；
23.x2＝0；
24.y3＝0；
25.x4＝0；
26.将a、b、c、d四个检测点两两相连，得到6条直线l1、l2、l3、l4、l5、l6，根据两点式直线方程，分别求得这6条直线方程，以l1直线为例，l1的直线方程式为：
[0027][0028]
其中6条直线l1、l2、l3、l4、l5、l6的中点坐标分别为，，上述6条直线的中心线分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，根据斜率式直线方程，分别求得这6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6的方程式，以s1直线为例，如下：
[0029][0030]
上述6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6两两联立，计算各自交点，得到15组圆心坐标，并求其平均值，得到圆心r的坐标，分别计算圆心r到四个检测点a、b、c、d的距离，以圆心r到第一检测点a为例，两点距离公式如下：
[0031][0032]
所述热轧钢卷内径值r为圆心r到四个检测点a、b、c、d距离的平均值，利用下方公式可得出钢卷内径值r：
[0033]
r＝(ιraι ιrbι ιrcι ιrdι)/4
[0034]1‑
4。
[0035]
3.有益效果
[0036]
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0037]
(1)本发明的一种钢卷内径高精度检测装置，整体检测装置实现自动化检测，能够无接触、高精度地检测钢卷内径，而且稳定性高，能够长期稳定、可靠的运行，有效节省人力，提高检测效率。
[0038]
(2)本发明的一种钢卷内径高精度检测装置，采用的激光测距传感器等设备，可以在较为恶劣的现场环境中，长期连续在线测试，稳定运行，故障率低；且激光测距传感器的测量精度可达到微米级，完全可满足钢卷内径测量精度的要求，检测精度高。
[0039]
(3)本发明的一种钢卷内径高精度检测方法，检测算法通过多次修正，对钢卷内圈的理想圆进行了进一步修正，数据更加精准，提高了测量结果的准确性。
附图说明
[0040]
图1是本发明的一种钢卷内径高精度检测装置与方法的结构示意图；
[0041]
图2是图1中的右视结构示意图；
[0042]
图3本发明中钢卷内径高精度检测基本原理示意图；
[0043]
图4本发明的工作流程示意图。
[0044]
示意图中的标号说明：
[0045]
100、基座；200、机身；210、伸缩杆；300、支架；400、钢卷。
具体实施方式
[0046]
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
[0047]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0048]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0049]
实施例1
[0050]
结合图1和图4所示，本实施例的一种钢卷内径的检测装置，包括自动伸缩单元和检测单元，所述自动伸缩单元包括机身200，机身200的一端水平延伸设置有伸缩杆210，伸缩杆210的纵截面为正方形，其中伸缩杆210为多节可自动伸缩的杆件，且伸缩杆210的高度尺寸小于钢卷400内圈直径尺寸，方便伸缩杆210伸入钢卷400内圈内进行测量。其中伸缩杆上设置有检测单元，机身200内设有伺服电机，机身200固定不动，电机驱动伸缩杆沿靠近或者远离机身200的方向进行收缩或者伸长，从而实现检测单元水平距离的调节，在检测时实现将检测单元自动伸入钢卷400内圈内进行内径的测量，完成检测后又能快速地将检测单元退出钢卷400外，避免人工测量发生烫伤事件，同时还能有效提高检测的速度和准确度。
[0051]
本实施例中检测单元包括依次设置在伸缩杆210四个侧面上的第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4，激光测距传感器是热轧钢卷400内径的检测设备，检测精度达到微米级，完全符合内径检测的精度要求。此外，热轧钢卷400卷取温度一般在600℃左右，激光测距传感器可以实现无接触式测量，既提高测量操作的安全性，又降低测量误差。其中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4每隔90
°
依次分布在伸缩杆210的同一纵平面内，具体地，如图2所示，本实施例中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4环绕一周能够同时检测4组距离数据，不需要额外耗费动力去转动一周进行获得，且数据获得的时间大大缩短了，能够有效提高检测效率。
[0052]
本实施例中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4与伸缩杆210相接触的位置均设置有固定块，伸缩杆210的四个侧面上相对应的位置均设置有安装槽，固定块配合卡入安装槽内，从而实现将激光测距传感器固定在伸缩杆210上，4个激光测距传感器均固定在伸缩杆210上，能够有效保证4个
激光测距传感器的同步性，进一步提高了检测结果的准确性。
[0053]
如图1所示，本实施例中还包括支撑单元，支撑单元包括呈l型结构的基座100，且机身200远离检测单元的一侧固定在基座100的竖直段上，其中基座100下部带有滚轮，方便快速移动，将基座100移至热轧钢卷400待测点附近，并将其固定在地面上。基座100的水平段上焊接有支架300，支架300用于对机身200靠近检测单元的一侧进行支撑，提高了整体装置的稳定性。
[0054]
本实施例中自动伸缩单元和检测单元均与计算机相连，具体地，本实施例中自动伸缩单元内的伺服电机以及激光测距传感器均与计算机保持连接，计算机内设置程序可自动控制各个检测元件和电机的开启及关闭动作，整体检测装置实现自动化检测，能够无接触、高精度地检测钢卷400内径，而且稳定性高，能够长期稳定、可靠的运行，有效节省人力，提高检测效率。
[0055]
本实施例的一种钢卷内径高精度检测装置的检测方法，包括以下操作步骤：
[0056]
s1：伸入定位：在热轧钢卷700的待测点较近处，将检测装置安装固定完毕，自动伸缩单元和检测单元均与计算机保持连接，通过计算机输入指令，启动自动伸缩单元，使伸缩杆210、自动伸长并伸入至钢卷400内圈中，直至伸缩杆210不再伸长，即完成对伸缩杆210的锁紧固定。
[0057]
s2：检测数据：伸缩杆210锁定后，检测单元保持开启状态(即第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4保持开启状态)，此时第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2、第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4同时进行检测，得到相关的数据。
[0058]
具体地，本实施例中第一激光测距传感器j1和第三激光测距传感器j3位于一条直线l4，第二激光测距传感器j2、和第四激光测距传感器j4位于另一条直线l2，两条直线l4和l2相互垂直相交，交点记为坐标原点(0，0)，此时第一激光测距传感器j1，第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4每隔90
°
依次分布在同一平面上，分别测量得到第一检测点a(x1，y1)，第二检测点b(x2，y2)、第三检测点c(x3，y3)和第四检测点d(x4，y4)。将检测所得a、b、c、d四个检测点的坐标数据，传回计算机，根据设计的检测算法，计算可得热轧钢卷400内径值r。
[0059]
s3：计算内径值：测量结束后，伸缩杆210退出钢卷400内圈，再通过检测算法，即可算得钢卷400内径值。
[0060]
如图2所示，本实施例中步骤s3中第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4到原点的距离数据分别为r1、r2、r3和r4，第一激光测距传感器j1、第二激光测距传感器j2，第三激光测距传感器j3和第四激光测距传感器j4所测得的距离数据分别为和则检测点a(x1，y1)、b(x2，y2)、c(x3，y3)和d(x4，y4)的坐标与距离数据和之间的关系为：
[0061]
y1＝0；
[0062]
x2＝0；
[0063]
y3＝0；
[0064]
x4＝0；
[0065]
将a、b、c、d四个检测点两两相连，得到6条直线l1、l2、l3、l4、l5、l6，根据两点式直线方程，分别求得这6条直线方程，以l1直线为例，l1的直线方程式为：
[0066][0067]
其中6条直线l1、l2、l3、l4、l5、l6的中点坐标分别为l6的中点坐标分别为上述6条直线的中心线分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，根据斜率式直线方程，分别求得这6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6的方程式，以s1直线为例，如下：
[0068][0069]
上述6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6两两联立，如果热轧钢卷400内径是一个理想的完美圆，则6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6两两联立均交于一点，此唯一交点即为圆心。实际现场，热轧钢卷400是通过卷取机实现打卷，内径本质上并非真正的完美圆。进一步地，为减小误差，使所测得的内径值更贴合现场实际。上述6条直线s1、s2、s3、s4、s5、s6两两联立后，计算各自交点，得到15组圆心坐标，并求其平均值，得到圆心r的坐标(x
r
，y
r
)。
[0070]
进一步地，为减小误差，分别计算圆心r到四个检测点a、b、c、d的距离，以圆心r到第一检测点a为例，两点距离公式如下：
[0071][0072]
所述热轧钢卷400内径值r为圆心r到四个检测点a、b、c、d距离的平均值，利用下方公式可得出钢卷400内径值r：
[0073]
r＝(ιraι ιrbι ιrcι ιrdι)/4
[0074]1‑
4。
[0075]
在计算机中，设计好该检测算法，输入四个检测点a、b、c、d对应的检测距离数据，即可计算得出热轧钢卷400的内径值r。上述检测算法通过多次修正，提高了测量结果的准确性。
[0076]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。