Способ контроля величины зазора между валками прокатного стана

 

Изобретение относится к контролю и регулированию технологических процессов при прокате. Может использоваться в системах автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, в системах автоматического управления нажимным устройством (САУНУ) в прокатных станах различных типов. Цель - упрощение способа и повышение точности измерения величины зазора. Луч света переотражают между отражателями в меридиональной плоскости отражателей и определяют величину зазора по однокоординатному смещению переотраженного в меридиональной плоскости луча , с помощью отражателей, выполненных в виде поверхностей вращения. За оси координат взяты оси симметрии поверхностей и закреплены так, что ось каждого из них совпадает с осью соответствующего валка 6 ил. 1 п.п.ф. ел С

СГ)ЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) G 01 В 11/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4850784/28 (22) 18,06.90 (46) 23.12.92. Бюл. N 47 (71) Владимирский политехнический институт (72) А.А. Кулиш (56) Авторское свидетельство СССР

N1068701,,кл,,G 01 В 11/14, 1984.

Веденов В.М, и др. "Фотоэлектрический способ контроля положения осей рабочих валков прокатного стана", Сб. "Оптическая и злектрооптическая обработка информации". М,; Наука. 1975. с,27 — 33. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ЗА30РА МЕЖДУ ВАЛКАМИ ПРОКАТНОГО

СТАНА (57) Изобретение..относится к контролю и регулированию технологических процессов

Изобретение относится к контролю и регулированию технологических процессов при прокате. Может использоваться всистемах автоматического регулирования толщи-, ны прокатываемой полосы, в системах автоматического управления нажимным устройством (САУНУ) в прокатных станах различных типов, Изобретение может быть отнесено и к измерительной технике, Оно может быть использовано в машиностроении для измерения величины зазора между деталями работающих машин, в частности, вращающихся.

Известен бесконтактный способ контроля зазора между деталями работающих машин в запыленных средах (1), в котором направляют излучение в зазор, фиксируют

Б0,, 1783294 А1

npvi прокате. Может использоваться в системах автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, в системах автоматического управления нажимным устройством (САУНУ) в прокатных станах различных типов. Цель — упрощение способа и повышение точности измерения величины зазора. Луч света переотражают между отражателями в меридиональной плоскости отражателей и определяют величину зазора

Ilo однокоординатному смещению переотраженного в меридиональной плоскости луча, с помощью отражателей, выполненных в виде поверхностей вращения. 3a ocin координат взяты оси симметрии поверхностей и закреплены так. что ось каждого из них совпадает с осью соответствующего валка, 6 ил. 1 п.п.ф.

4 прошедшее через зазор излучение, получают (. ф сигнал, по которому судят о величине зазора, (1 а для обеспечения возможности контроля подают в зону измерения непрерывно двумя встречными потоками воздух с температурой

5 — 40 С со скоростью 15 — 18 м/с.

Однако, указанный способ является. сложным, громоздким, имеет узкую область применения и не позволяет проводить из- в мерения с высокой точностью. Причинами этого является влияние состояния зазора на процесс измерения: рельеф поверхности валков, состояние поверхности валков, запыленность и засветка зоны измерения, В случае заполнения зазора прокатываемой полосой определить величину зазора. укаэанным способом невозможно. Так как измерение осуществляется по изменению интенсивности

1783294 прошедшего излучения, это не позволяет определить, смещение какого валка вызывает изменение величины зазора, что важно при регулировании величины зазора, Область применения способа ограничена величиной зазора в 2 мм.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является фотоэлектрический способ контроля положения осей рабочих валков прокатного стана (2), заключающийся в том, что закрепляют по отражателю (два) в торцовой части рабочих валков; направляют параллельные световые потоки (два потока) на торцы валков, по вращающимся отраженным световым пучкам формируют на двухкоординатной светочувствительной поверхности изображение каждого отражателя, вращающееся при вращении валков, вырабатывают два переменных фотоэлектрических сигнала с несущей частотой модулирующего напряжения, соответствующих каждому иэображению отражателя, у которых частота огибающих равна частоте вращения валков, а амплитуда содержит информацию о величине смещения соответствующего валка, отфильтровывают два электрических сигнала с частотой равной частоте вращения валков, по двум отфильтрованным электрическим сигналам вырабатывают два электрических сигнала пропорциональных, соответственно, смещению каждого валка, суммируют их по величине суммарного электрического сигнала определяют величину зазора между валками.

Недостатками фотоэлектрического способа контроля положения осей рабочих валков прокатного стана (прототип способа) являются: 1) громоздкость, 2) сложность, 3) низкая точность определения величины зазора, Громоздкость обусловлена большим числом операций в способе. Большинство операций выполняются дважды: для каждого из валков в отдельности.

Сложность способа обусловлена. в первую очередь тем, что для определения величины зазора необходимо выполнить согласованно

"оптические" операции (например, формирование изображения отражателей на определенным образом сориентированной в пространстве светочувствительной поверхности) и операции по обработке фотоэлектрического сигнала, Низкая точность определения величины зазора обусловлена, в первую очередь, большим числом операций (большинство двойных), каждая из которых вносит "свою" погрешность в измеряемую величину. Вовторых, как это следует иэ описания, необходимо, чтобы частоты вращения первого и второго валков были равны. Малые рассогласования, вызванные, например, различием в диаметрах валков, деформацией прокатываемой полосы и т,д., приводят к дополнительным ошибкам измерения величины зазора

Цель изобретения — упрощение способа и повышение точности контроля величины зазора.

Указанная цель достигается тем, что закрепляют отражатели на торцевой части каждого валка, направляют световые излучения на один из отражателей, регистриру10 ют параметры отраженного излучения, по измерениям которого судят о величине эазора, при этом выполняют отражатели в виде поверхностей вращения, за оси координат которых взяты оси симметрии поверхностей и закрепляют так, что ось каждого из них совпадает с осью соответствующего валка, излучение направляют в меридиональной плоскости отражателя, а в качестве измеряемого параметра выбирают однокоординатное смещение отраженного излучения.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением предлагаемый способ

25 имеет следующие отличительные признаки: — выполняют отражатели в виде поверхностей вращения, за оси координат кото30 рых взяты оси симметрии поверхностей; — закрепляют так. что ось каждого иэ них совпадает с осью соответствующего валка: — излучение направляют в меридиональной плоскости отражателя; — в качестве измеряемого параметра выбирают однокоординатное смещение отраженного излучения.

Фиг.1 иллюстрирует характер переотражения луча света в предлагаемом способе; на фиг.2 и фиг,3 показано смещение луча при увеличении зазора между осями валков прокатного стана; на фиг.4 изображена схефиг.5 — схема расчета смещения луча и ве-, личины зазора при смещении оси второго валка; на фиг.6 показано фотоэлектрическое устройство контроля величины зазора между валками прокатного стана, реализующее способ.

В предлагаемом способе осуществляется контроль величины зазора между рабочими валками прокатного стана с помощью луча света, Валки могут располагаться как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. Контроль может проводиться как при вращающихся валках, так и при неподвижных, На фиг.1 показано закрепление от50

45 ма расчета смещения луча и величины зазора при смещении оси первого валка: на

1783294

6 ражателей на шейках первого и второго рабочих валков. Отражатели 1 и 2, в данном конкретном примере. выбраны в форме прямых конусов. Оси симметрии отражателей совпадают с осями симметрии (или осями 5 вращения) первого и второго валков, соответственно. Отражатели могут быть изготовлены либо отдельно и закрепляться в торцовой части валков, либо могут быть изготовлены непосредственно на валках, при 10 этом отражающая способность поверхности может быть получена, например, полиро- ванием. На составленную отражательную систему направляют луч света 3. Луч света 3 направляется в меридиональной плоскости(и 15 остается в ней) отражательной системы. Как видно из фиг.1, меридиональная плоскость совпадает с плоскостью, образованной осями вращения первого и второго валков, Эта плоскость располагается так, что выделяет на 20 отражателях участки поверхности АВ и СД, Именно, от этих участков поверхности отражателей и происходит переотражение луча 3, Геометрическая форма участков определяется формой отражателей. Для представ- 25 ленных на фиг.1 отражателей, участки АВ и

СД являются отрезками прямой. Поэтому для описания поведения луча 3 при смещении осей валков вдоль оси Z (ось Z перпендикулярна осям вращения валков и лежит в 30 меридиональной плоскости) достаточно рассмотреть плоскую (планиметрическую) задачу. которая иллюстрируется фиг,2 и фиг.3, На фиг,2 и фиг.3 ось V является измерительной и направлена против оси Z. На 35 фиг,2 показано положение луча 3 на оси V, когда оси валков не смещены. Из сравнения фиг.2 и фиг,3 видно, что луч света 3 испытывает смещение AV при смещении осей первого и второго валков вдоль направления 2 40 на AZ> и hZz, соответственно.

Известно, что в меридиональном сечении коническая поверхность "работает" как двугранное зеркало. Поэтому фигура

АВОСД на фиг.2 и фигура А В О СД на 45 фиг.3 соответствуют меридианальному сечению двугранных зеркал (угловых или двойных зеркал). ребра которых перпендикулярны к меридиональным плоскостям в точках О и О, соответственно, Из сопо- 50

1 ставления фиг,2 и фиг.3 видно, что при смещении осей валков "вершина двугранного зеркала" в меридиональном сечении т, 0 (фиг.2) сдвигается и занимает положение т,О (фиг.3). Это и приводит к смеще- 55 ! нию луча 3 на величину Л\/1(фиг.3).

Луч света 3 направляется на отражатели так, чтобы после переотражений выйти обратно из области "двугранного зеркала", На фиг.4 и фиг.5 представлены схемы расчетов смещения ЛЧ переотраженного луча и величины зазоры S между осями валков при нечетном числе отражений (три отражения).

Схема зеркальных систем фиг.4 и фиг.5 равносильна по своему действию трем плоским зеркалам с общей линией пересечения, Рассмотрим фиг,4, Луч света и ри отсутствии смещения валков переотражается от участков AB и СД, Точка О, соответствует положению ребра двугранного зеркала и является пересечением продолжения участков АВ и СД, Угол при вершине первого прямого конуса д1, угол при вершине второго прямого конуса д, Оси вращения валков расположены горизонтально, Поэтому угол ВОС, как видно из фиг,4, равен д1/2+д /2, Луч света падает на поверхность первого отражателя в меридиональной плоскости под углом d, испытывает три отражения и падает на измерительную ось V.

Поведение луча эквивалентно его отражению от одного плоского зеркала 33, которое на фиг.4 представлено отрезком 03.

Угол ЗОВ равен 6>/2+дг/2. В точке G на эквивалентном зеркале происходит "отражение" продолжения луча света, При смещении первого валка на величину AZi отражатель занимае положение А В, а его

"ребро" перемещается в точку 0, при этом эквивалентное зеркало перемещается параллельно самому себе и занимает положение ЭЗ . Угол 3 О О равен д1+дг — (1). Луч света смещается, как видно и фиг,4, также параллельно самому себе на измерительной оси на величину ЛЧ, а его "отражение" от зеркала ЭЗ происходит в точке Е.

Угол падения на эквивалентное зеркало а связан с углом падения d соотношением: д = а — (д1+дг)/2 — (2), которое вытекает из того факта, что эквивалентное зеркало повернуто по отношению к первому отражателю на угол (д1+д )/2.

Ниже представлены выкладки, позволяющие по схеме фиг.4 установить связь между hZ>, ЬЧт и параметрами схемы.

Отрезок ЕД перпендикулярен к 30 и 3 О .

На фиг.4 OM параллельно АА, поэтому

0M = Ы вЂ” (3), В треугольнике О MO угол

МОО равен (д1+д2)/2 . а угол О МО равен

90 — 0>/2. В треугольнике О MO по теореме синусов имеем:

0 О/з(п (90 — 0>/2) = ОМ/sin ((д1+д )/2)

Отсюда и из (3) следует.

00 = (Л21 cos (д1/2))/(э!п ((дг+дг) /2)) (4) 1783294

Так как на измерительной оси V регистрируется смещение луча Ж/ = ЛЧ) +AVE, поэтому необходимо чтобы $ — So было пропорционально.ЛЧ. Это возможно тогда, 5 как это видно из (17). когда выполняется условие:

ED—

1 2

0 cos — sin(8> +д2) = cos — sin (18) д1 д2 д1 +д2

2 2

15 д)= 90о — до/2 (19) Второе время эквивалентное зеркало должно располагаться так, чтобы его поступательное смещение приводило к смещению

20 луча вдоль оси V, Это возможно, если

sic (2 а-(д1+дг))ФО, что хорошо согласуется с формулой (17). Отсюда получим условие; а 4 (д1+д2)/2 - (20), Таким образом. в предложенном спосо25 бе, при использовании отражателей в виде прямых конусов, величина зазора между осями валков прокатного стана может быть найдена по величине смещения переотраженного луча из формулы:

30 дч! = (9) — д +д 2 +дг — а) при условиях; д1= 90 — +/2; аp(6) ) /2, 8 частном случае, когда отражатели

35 одинаковы, т,е. д1=д2=д<, получим:

00 = -Ж2 (13), 40

ED = -hZ2 —.

sin (14) сов дв/2 в!о д, +дв 2 в!п 2а- д1 +дв . 45 в 1+ сова — в+ в)о . 1+ -a

Величина зазора S (расстояние между осями валков) определяется выражением;

55о+ Ж1 Ж2 (16)1 где S — первоначальная величина зазора.

Из выражений (9), (15) и (16) следует; вЬ(дв + дв)/2) cos(u (дв + )б2фпф + дв - a)

S *So+

+ " 55

Отрезок OP проведен перпендикулярно линии О 3, поэтому OP - ЕД вЂ” (5). Так как треугольник О РО прямоугольный, то из (1), I (4) и (5) следует:

По построению GF параллельна оси Ч, поэтому GF.= ЛЧ вЂ” (8). В треугольнике GEF угол

GEF равен 2а, угол EGF — (180 — а — äi/2), и угол GFE — (gi +д2 — а). Поэтому, из те3. сремы синусов для треугольника EGF, из (2), (7) и (8), следует:

Рассмотрим фиг,5, Схема этого рисуйка позволяет установить связь между смещением переотраженного луча на измерительной оси ЛЧг, смещением оси второго валка

hZz и параметрами схемы аналогично фиг.4.

При смещении второго валка отражатель

СД занимает положение СД. эквивалент1 I ное зеркало ЭЗ вЂ” положение ЭЗ, что и приI водит к смещению луча на измерительной оси на ЛЧ2. На фиг.5 отрезок OM параллелен ocin

Z, отрезки OP и ЕД перпендикулярны линиям 03 и О 3, отрезок GF параллелен оси V.

Поэтому OM = — Ы2 (10), OP = ЕД вЂ” (11).

GF = ЛЧ2 — (12), Аналогия между фиг.5 и фиг.4 проявляется в том, что для фиг.5 справедливы соотношения (1), (2). (5) и при расчете также последовательно рассматриваются треугольники: О МО, О РО, CD Е, CEF. Поэтому из фиг.5 получим:

" мвлвцств) "" — — во -в, " }

coç() Решая уравнение (18), получим связь между углами д1 и д2 .

cos(a — д,) s}n(P, — а)

5= о+ ЛЧ. (22) при условиях: до= 60; а =д

Число переотражений и угол а, соответствующий этому числу переотражений, могут быть найдены либо из расчетов по законам геометрической оптики, либо из литературных источников.

При нечетном числе отражений больших трех эквивалентном отражательной системы является одиночное зеркало, Число отражений сказывается только на первоначальном положении этого зеркала. Поэтому связь между S и Ж/аналогична полученной выше и может быть получена по аналогичным схемам расчета.

При нечетном числе переотражений

Связь между hV>, ЛЧ2 и hZ> Ы2 имеет, соответственно, разные знаки (формулы (9) и (15)). Так как в выражение для величины зазора(16) смещения осей валков также вхо1783294

5

15

35

50 дят с разными знаками, то это позволяет при нечетном числе переотражений определить величину зазора, как при смещении только одного из валков, так и при одновременном смещении первого и второго валков.

При четном числе переотражений отражательная система эквивалентна по действию угловому зеркалу (двойному), Поэтому связи между hV>,ÍÜ ИЫ1, Ы2, соответственно, имеют одинаковые знаки. Четное число переотражений может быть использовано для определения величины зазора при смещении одного из валков.

Предлагаемый способ проиллюстрирован для отражателей, имеющих вид тел (поверхностей) вращения — прямых конусов, оси которых совпадают с осями вращения соответствующих валков. На фиг.4 и фиг.5 прямолинейные отражательные участки AB и СД являются производящими линиями этих конусов. Положение этих участков в меридиональной плоскости остается неизменным при вращении валков и только поступательные смещения валков вызывают поступательные перемещения производящих линий. Это поступательное движение и вызывает смещение переотраженного луча, что позволяет определить величину зазора между валками, Аналогичный эффект будет получен, если отражатели выбрать в форме других тел (поверхностей) вращения: шара, эллипсоида вращения и т.д. При этом и производящие линии и отражательные участки, соответствующие участкам АВ и СД на фиг.4 и фиг.5, не являются прямыми (например, для шара это части дуги окружности). Но и в этом случае, при вращении валков положение отражательных участков остается неизменным и только поступательное смещение валков вызовет поступательное перемещение отражательных участков. Это приведет к смещению переотраженного луча и дает возможность определить величину зазора между валками, Конусные отражатели обладают тем преимуществом, что позволяют наиболее просто определить величину зазора при одновременном смещении первого и второго валков, Поэтому они используются в устройстве, реализующем предложенный способ, схема которого представлена на фиг,6.

Фотоэлектрическое устройство контроля величины зазора между валками прокатного стана, изображенное на фиг.6; содержит отражатели 1 и 2. закрепленные в торцовой части первого и второго валков, соответственно. источник света 3, испускающий луч света в меридионэльной плоскости отражательной системы, фотоприемник

4, на который падает переотраженный луч, усилитель 5, индикатор 6.

Устройство работает следующим образом, Направляют луч света от источника 3 в меридиональной плоскости на один из отражателей (на фиг.6 отражатель 1), Луч света переотражается между отражателем 1 и отражателем 2, выходит из области отражательной системы и падает на фотоприемник

4. Напряжение на выходе фотоприемника 4 пропорционально смещению луча света и может быть малым, так как может быть малым смещение валков в процессе проката, Поэтому напряжение с выхода фотоприемника 4 усиливается усилителем 5, Так как величина смещения переотраженного луча света однозначно связана с изменением величины зазора между валками прокатного стана, то по величине сигнала с усилителя 5 можно определить величину зазора. Усиленное напряжение подается на индикатор

6 для визуального контроля за величиной зазора между валками прокатного стана и на систему автоматического управления нажимным устройством (САУНУ), если таковая применяется.

Одной из тенденций в повышении точности проката в металлургии является применение систем автоматического регулирования межвалкового расстояния. Предложенный способ и устройство могут быть использованы в качестве центральных элементов таких систем. Существенное упрощение {уменьшение числа операций и элементов, по меньшей мере в два раза) позволяет, во-первых, повысить точность измерения межвалкового расстояния, So-егоpblx, расширить возможности В практическом применении способа, и, втретьих, в конечном итоге, сделать его более надежным и дешевым.

Формула изобретения

Способ контроля величины зазора между валками прокатно;о стана заключающийся в том, что закрепляют отражатели на торцовой части каждого валка, направляют световое излучение на один из отражателей, регистрируют параметры отраженного излучения, по изменениям которого судят о величинезазора, отл ич э ю щи и ся тем, что, с целью упрощения и повышения точно- сти контроля, выполняют отражатели в виде поверхностей вращения, за оси координат которых взяты оси симметрии поверхностей, и закрепляют так, что ось каждого иэ них совпадает с осью соответствующего вала, излучение направляют в меридиональной плоскости отражателя. э в качестве измеренного параметра выбирают однокоординэтное смещение отраженного излучения.

1783294

1783294

Э3

1783294 к САУНУ Риг.о

Составитель А.Кулиш

Техред M,Moðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор

Производств нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5