一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法技术

本发明专利技术公开了一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法,一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法，考虑通过自动调整轧机双侧辊缝偏差值来消除轧件的侧弯缺陷，采用以下步骤实现：步骤A：侧弯的检测步骤B：基于侧弯检测的侧弯角及侧弯方向的计算步骤C：基于轧件侧弯角和侧弯方向的辊缝差值计算步骤D：辊缝差值的道次间预设定步骤E：辊缝差值的道次内自调整步骤F：辊缝差值预设定调整因子的自学习本发明专利技术能够及时发现中厚板多道次可逆轧制过程中轧件发生侧弯的现象，并采取合适的辊缝差调整策略，以消除轧件的侧弯缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法
本专利技术涉及金属压力加工
，尤其是一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法。
技术介绍
现有技术中，中厚板材及热连轧中间板坯生产过程中，由于不对称因素的影响，轧制过程中板材可能会产生侧弯现象，这是影响产品成材率的主要因素之一。目前国内压延厂在板材的纵向尺寸控制上还停留在手动控制的水平上，操作人员往往根据经验及目测得到的板材侧弯程度调整两侧辊缝差值来实现侧弯的调整，控制效果差，轧制过程中一些不对称因素会影响轧件的横向厚度分布，使轧件入口、出口的楔形率发生变化，导致侧弯的发生，主要有以下几个方面：沿轧件宽度方向的温度分布，轧件宽度方向上温度不同，材料的变形抗力必然不同，则沿轧件宽度方向上施加同样的轧制压力而延伸率不同，导致侧弯，轧机两侧的刚度差异。轧机牌坊制造和机械设计过程中，不可能保证轧机两侧刚度完全相同，而且轧机传动侧与联接轴相连会引起传动侧刚度变化，所以轧机两侧刚度的差异始终存在。如果刚度差异较大，会严重影响轧件宽度方向上的轧制压力分布，影响横向厚差，中心偏移量。轧件在咬入时，由于某些因素的影响，可能会偏离轧制中心线，引起轧机受力不平衡，使轧件的左右厚差产生波动，坯料楔形。如果初始坯料存在楔形，同样会引起横向轧制力分布不均，导致延伸率不同，轧机压下率差。轧机压下率差的影响主要表现在两侧压下螺丝开口度的变化上，从而是轧辊两侧的压向量不同，这种情况主要是存在于仅使用电动压下的轧机上，辊凸度的影响。如果有外扰使轧件向一侧跑偏，使用凸度大的轧辊进行轧制时，会使轧件横向厚度分布趋于恶劣，使侧弯趋势更加明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：经现场实际统计归纳，可以把侧弯的形状划分为C型、L型和S型三种，对于L型和S型的侧弯，轧件上相对较直一段的曲率也并非为0，只是其绝对值远小于弯段的绝对值。当轧件边部图像发送至计算机后，由计算机将轧件边部曲线的图像分割成若干段，并分别拟合出各段轧件边部曲线的函数，根据当前轧制道次的轧件边部函数对轧件的侧弯角和侧弯方向进行计算及判断，从而对下一道次的轧机双侧辊缝差值进行预先设定，并发送至PLC系统执行。在一个轧制道次内，根据实时检测的轧机出口处轧件边部曲线形状，对预设定的轧机双侧辊缝差值进行在线修正，也由计算机发送至PLC系统自动执行。同时，根据实测辊缝差值对双侧辊缝差值的预设定调整因子进行自学习，以保证辊缝差值的预设定值能够很好的将侧弯角控制在允许的偏差范围以内。本专利技术的更具体的技术方案还可以是：分六个步骤进行：步骤一：侧弯的检测安装2台工业CCD摄像机在轧机前后的过桥天梯上，如图2所示，其中1为过桥天梯，2为工业CCD摄像机，3为轧机，摄像机沿轧件长度方向上的检测区域长度为Lde，单位为米。安装摄像头时应注意保证Lde不大于10米。通过高速图像数据采集卡将图像数字化后送入计算机，作为轧件尺寸辨识的对象，计算机对数字图像进行处理，提取边缘信息，得到最终轧件的平面尺寸。摄像头的视野范围可以调整。当轧件穿过这个区域时根据安装的电脑软件，工业CCD摄像机以每秒若干张的可调节采样速率来收集图像并发送到图像采集及数据处理的计算机上。由计算机对轧件的形状图像进行几何畸变纠正、噪声过滤、边缘检测、轮廓定位、亚像素法边缘定位、平面尺寸测量和计算等步骤，经处理后能获得类似如图3所示的板带某道次的全长曲线，其中Y轴为轧制中心线，将轧件头部形状近似处理成平行于轧辊轴线的直线，并与X轴重合，坐标轴的单位为毫米。图三中1为轧辊、2为轧件，Lde为摄像机检测区域的长度。具体的图像检测及处理方法可参照何纯玉的博士论文《中厚板轧制过程高精度侧弯控制的研究与应用》中第六章中所描述的方法。步骤二：侧弯角和侧弯方向的计算方法(1)摄像机采样并处理图像周期的计算当轧件在第n轧制道次时，设n为奇数，则意味着轧件从机前向机后轧制，在此可定义图三中的X轴的正方向所指为操作侧，X轴的负方向所指为传动侧，Y轴正方向所指为机后，Y轴负方向所指为机前。此时对机后的工业CCD摄像机采集的图像进行处理，假设轧机的实际轧制速度为Vn，单位为毫米/秒。可通过安装在传动电机上的测速编码器测得。则带材的出口速度为vn，单位为毫米/秒：vn＝Vn·(1+Sn)Sn是轧制第n道次的前滑值，其算法如下：其中，R为轧辊半径，单位为毫米；Hn为轧制第n轧制道次的出口厚度，单位为毫米；Hn-1为轧制第n-1道次的出口厚度，也是轧制第n道次的入口厚度，单位为毫米；可选取工业CCD摄像机沿轧件长度方向上的检测区域长度Lde(当Lde≤5米时)为一个曲率计算周期，或(当5米＜Lde＜10米时)为一个曲率计算周期。以Lde≤5米的情况为例，工业CCD摄像机采集并处理图像的周期为S单位为秒为：这表明每一次采集图像中的轧件的长度都没有重叠部分，采集的相邻图像恰好是轧件沿长度方向上相邻的部分，只需将一个轧制道次内所有采集的图像合成在一个坐标系以内，即可得到轧件侧边全长的曲线。(2)基于图像采样及处理周期的轧件段数计算使控制轧机的PLC系统与采集及处理图像的计算机系统之间建立数据通讯，以保证当在一个道次内的轧制速度发生变化时，即vn发生变化时，采集并处理图像的周期K也随之变化。假设第n道次轧制的轧件出口长度为Ln，该道次轧件被分成的段数为i，则i的计算方法为：若i为小数，则将其值向上取整。(3)第n轧制道次的轧件分段曲线拟合对第n道次轧制的轧件的边部数值点进行曲线拟合，由于轧件被分成了i段，则实质上对轧件的全长边部曲线进行分段后分别拟合。假设每一段轧件上单侧边部曲线的点数为m，可取m的范围为10≤m≤20，则第n道次轧制时，摄像机第一次在机后采集到的轧件传动侧(以传动侧为例进行分析)边部图像曲线的数值点的集合为：摄像机第p次在轧机出口处采集到的边部数值点集合为其中p≤in。in为第n道次轧制时，轧件被分割的段数。由于轧件全长方向上宽度基本保持不变，可认定轧件操作侧边部曲线形状应与传动侧边部曲线形状相同。采用最小二乘法对第n道次轧制时，轧机出口侧摄像机第一次采集并处理的数值点进行拟合，以获得曲线的函数。由于Lde≤5米，依据轧制常识，在该范围内轧件的边部几乎不可能为三次曲线，也不可能为曲线开口向左或向右的抛物线，当Lde＞5米时有可能出现以上两种曲线。即使出现三次曲线或开口向左或向右的抛物线，由于其曲率非常小，也不应针对该曲线进行相应的控制，所以只需将其视为开口向上或向下的二次抛物线曲线进行拟合。设拟合函数的表达式为：令则有如下方程组：令当误差平方和Q达到最小时的和的取值为最优近似解。由函数的极值的必要条件可推导得出以下矩阵方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法，其特征在于,考虑通过自动调整轧机双侧辊缝偏差值来消除轧件的侧弯缺陷，采用以下步骤实现：步骤A：侧弯的检测；步骤B：基于侧弯检测的侧弯角及侧弯方向的计算；步骤C：基于轧件侧弯角和侧弯方向的辊缝差值计算；步骤D：辊缝差值的道次间预设定；步骤E：辊缝差值的道次内自调整；步骤F：辊缝差值预设定调整因子f的自学习。

【技术特征摘要】
1.一种克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法，其特征在于,通过自动调整轧机双侧辊缝差值来消除轧件的侧弯缺陷，采用以下步骤实现：步骤A：侧弯的检测；步骤B：基于侧弯检测的侧弯角及侧弯方向进行摄像机采样并处理图像周期的计算、基于图像采样及处理周期的轧件段数的计算、第n轧制道次的轧件的分段曲线拟合的计算、轧件边部曲线与轧制中心线夹角的计算；步骤C：基于轧件侧弯角和侧弯方向的辊缝差值计算；步骤D：辊缝差值的道次间预设定；步骤E：辊缝差值的道次内自调整；步骤F：辊缝差值预设定调整因子f的自学习。2.根据权利要求1所述的克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法，其特征在于,步骤B侧弯角及侧弯方向的计算方法如下：(1)摄像机采样并处理图像周期的计算当轧件在第n轧制道次时，设n为奇数，则意味着轧件从机前向机后轧制，在此定义X轴的正方向所指为操作侧，X轴的负方向所指为传动侧，Y轴正方向所指为机后，Y轴负方向所指为机前，此时对机后的工业CCD摄像机采集的图像进行处理，假设轧机的实际轧制速度为Vn，单位为毫米/秒，通过安装在传动电机上的测速编码器测得，则带材的出口速度为vn，单位为毫米/秒：vn＝Vn·(1+Sn)Sn是第n轧制道次的前滑值，其算法如下：其中，R为轧辊半径，单位为毫米；Hn为第n轧制道次的出口厚度，单位为毫米；Hn-1为第n-1轧制道次的出口厚度，也是第n轧制道次的入口厚度，单位为毫米；选取工业CCD摄像机沿轧件长度方向上的检测区域长度Lde，当Lde≤5米时为一个曲率计算周期，当5米＜Lde＜10米时，为一个曲率计算周期，当Lde≤5米时，工业CCD摄像机采集并处理图像的周期为S，单位为秒为：这表明每一次采集图像中的轧件的长度都没有重叠部分，采集的相邻图像恰好是轧件沿长度方向上相邻的部分，只需将一个轧制道次内所有采集的图像合成在一个坐标系以内，即得到轧件侧边全长的曲线；(2)基于图像采样及处理周期的轧件段数计算使控制轧机的PLC系统与采集及处理图像的计算机系统之间建立数据通讯，以保证当在一个道次内的轧制速度发生变化时，即vn发生变化时，采集并处理图像的周期K也随之变化，假设第n轧制道次的轧件出口长度为Ln，该道次轧件被分成的段数为i，则i的计算方法为：若i为小数，则将其值向上取整；(3)第n轧制道次的轧件的分段曲线拟合对第n轧制道次的轧件的边部数值点进行曲线拟合，由于轧件被分成了i段，则实质上对轧件的全长边部曲线进行分段后分别拟合，假设每一段轧件上单侧边部曲线的点数为m，取m的范围为10≤m≤20，则第n轧制道次时，摄像机第一次在机后采集到的轧件传动侧，边部图像曲线的数值点的集合为：摄像机第p次在轧机出口处采集到的边部数值点集合为其中p≤in；in为第n轧制道次时，轧件被分割的段数，由于轧件全长方向上宽度基本保持不变，认定轧件操作侧边部曲线形状应与传动侧边部曲线形状相同；采用最小二乘法对第n轧制道次时，轧机出口侧摄像机第一次采集并处理的数值点进行拟合，以获得曲线的函数；由于Lde≤5米，依据轧制常识，在该范围内轧件的边部几乎不可能为三次曲线，也不可能为曲线开口向左或向右的抛物线，当Lde＞5米时出现以上两种曲线，即使出现三次曲线，曲线的开口为向左或向右的抛物线，由于其曲率非常小，也不应针对该曲线进行相应的控制，所以只需将其视为开口向上或向下的二次抛物线曲线进行拟合，设拟合函数的表达式为：令则有如下方程组：令当误差平方和Q达到最小时的和的取值为最优近似解，由函数的极值的必要条件可推导得出以下矩阵方程：由于和已知，这是一个具有三个未知数三个方程的线性方程组，求解方程组中的未知数和即可得到其最优近似解，同理，可求得的最优近似解，至此，可得第n轧制道次后所有m段的二次曲线函数，轧件在第n轧制道次，第p次采样段的边部曲线函数定义域为(4)轧件边部曲线与轧制中心线夹角计算轧件上各段依次通过轧机并经过摄像机采样的过程，其中阴影部分代表了当前摄像机正在采样的区域，Y轴的正方向为轧制方向，摄像机采样过程包括：第一次采样，第二次采样，第三次采样，第四次采样，依此类推，直至对轧件的第i次采样结束，下面对第n轧制道次第一次采集图像边部二次曲线与轧制中心线间夹角进行计算，分六种情况进行考虑，下面对第n轧制道次第一次采样的轧件传动侧边部曲线与轧制中心线的平行线相交于各数值点处的夹角进行计算，对二次函数求导可得：将代入上式可得曲线在处切线的斜率为：则该切线与轧制中心线的夹角，即侧弯角为：同理可求出其他各数值点处的夹角则第n轧制道次第一次采样点的夹角平均值为：简称为第n轧制道次第一次采样时图像中轧件部分的侧弯角，则第n轧制道次的轧件的侧弯角集合为(5)轧件侧弯方向的判断方法经拟合后的二次曲线函数为对称轴为分为以下6种情况进行判断：a.若判断中所有数值点均小于且当时的抛物线开口向下，说明轧件的侧弯方向为操作侧，属于情形1；b.若判断中所有数值点均大于且当时的抛物线开口向下，说明轧件的侧弯方向为传动侧，属于情形2；c.若判断中所有数值点均小于且当时的抛物线开口向上，说明轧件的侧弯方向为操作侧，属于情形3；d.若判断中所有数值点均大于且当时的抛物线开口向上，说明轧件的侧弯方向为传动侧，属于情形4；e.当时，统一视为情形5；f.若判断中部分数值点小于部分数值点大于则说明轧件上该部分的侧弯程度过大，已无法通过调整辊缝差值进行控制，只能考虑切除该部分。3.根据权利要求2所述的克服板材粗轧过程中产生侧弯的方法，其特征在于,步骤C基于轧件侧弯角和侧弯方向的辊缝差值计算方法如下：假设Δs为轧机双侧辊缝差值，单位为毫米，其计算方法为：Δs＝sds-sos其中sds为传动侧辊缝，sos为操作侧辊缝，单位为毫米；假设检测到上一道次轧件出现侧弯现象时，当-2°＜α＜2°时，辊缝差值不做任何调整，为Δs＝Δsi+t＝Δsi+0＝Δsi；当2°≤α＜15°或-15°≤α＜-2°时，设定辊缝差值...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，刘栩，蒋婷，李江宇，文建平，
申请(专利权)人：广西柳州银海铝业股份有限公司，许磊，
类型：发明
国别省市：广西;45