WG2000測寬儀在熱軋1250mm生產(chǎn)中的應(yīng)用

□郭長利

河北省遷安軋一鋼鐵集團有限公司使用的WG2000測寬儀是由大連亞泰華有限公司研制開發(fā)的國產(chǎn)測寬儀，采用了當(dāng)今最先進的立體視覺測量原理和高速數(shù)字信號處理技術(shù)，可以在各種復(fù)雜惡劣的現(xiàn)場條件下，實現(xiàn)鋼板寬度的高精度、高可靠性測量，可用于生產(chǎn)中的寬度自動控制。WG2000熱軋測寬儀采用紅外熱輻射方式，無需背光源就可以正常測量實現(xiàn)免維護運行。WG2000測寬儀主要用于軋制過程中，板材、帶材及板坯寬度的實時非接觸檢測，可提供寬度絕對值、寬度偏差值、中心位置等信息，實現(xiàn)軋制寬度的自動控制，有利于提高產(chǎn)品的寬度性能指標(biāo)。也可用于卷取側(cè)導(dǎo)板的控制和頭尾的優(yōu)化減切控制由于測量精度高、性能穩(wěn)定、性價比高及良好的業(yè)績，目前已在國內(nèi)20多條軋線上得到廣泛應(yīng)用，受到用戶的一致好評。

一、WG2000型測寬儀工作原理

(一)采用立體視覺原理。采用兩個CCD線陣攝像機利用立體視覺原理，從不同的角度同時拍攝鋼板的兩個邊緣，再利用紅外光電檢測技術(shù)對輥道上的鋼板進行在線測量，這樣可以得到足夠的信息判斷被測帶鋼的距離，修正和消除距離變化對測量的影響。以及消除鋼板翹起、傾斜、跑偏對測量的影響。

(二)采用先進的數(shù)字信號采集和處理技術(shù)(DSP)。采用了最先進的全數(shù)字信號采集和處理技術(shù)(DSP)，硬件和軟件專為測寬儀設(shè)計，其功能強、結(jié)構(gòu)簡潔、便于維護。解決了現(xiàn)場復(fù)雜信號的高速數(shù)據(jù)處理、寬測量范圍的高精度測量中的光學(xué)相差處理、無背光源的紅外熱輻射方式測寬等三個關(guān)鍵技術(shù)問題。

二、WG2000型測寬儀技術(shù)指標(biāo)

測量精度:±0.03%(動態(tài))，±0.02%(靜態(tài));測量范圍:100～3500mm;掃描頻率:50～1250次/秒;數(shù)據(jù)輸出頻率:100～200次/秒(5～10ms);帶鋼溫度:0～1300℃(紅外熱輻射型);允許最大跳起(或傾斜兩邊高差):450mm;允許跑偏范圍:在整個輥道范圍內(nèi)。

三、WG2000型測寬儀系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要組成:測頭、防護箱、安裝平臺、引風(fēng)通道、標(biāo)定器、測頭調(diào)試裝置、測頭接線柜、測寬儀主機、操作臺顯示終端、模擬量顯示輸出模塊。

(一)測頭、鏡頭防護箱及防震支架。測寬儀的關(guān)鍵部件:兩個5000多像素的CCD線陣攝像機，空間分辨率高，安裝在測頭箱內(nèi)。測頭是WG2000測寬儀的核心部件，測頭安裝在被測鋼板的正上方，測頭的下面開有兩個窗口，裝在測頭內(nèi)的兩個攝像機通過這個窗口對帶鋼進行測量;測頭內(nèi)裝有兩個5000多像素線陣CCD攝像機，并通過調(diào)節(jié)架安裝在一塊微晶玻璃板上;由于微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)非常小，使兩個攝象機之間的幾何尺寸非常穩(wěn)定;每個調(diào)節(jié)架上有5個調(diào)節(jié)頂絲，用來微調(diào)CCD攝像頭的位置和方向;兩個CCD攝象機通過電纜連接到視頻信號采集和處理機上。測頭箱內(nèi)裝有風(fēng)扇和水冷換熱器，使測頭內(nèi)保持恒溫。測頭箱下部為鏡頭防護裝置濾光片，減少光學(xué)鏡頭的污染。測頭放置在防震支架上，可以防止外部震動對測量的影響。

(二)數(shù)字信號處理系統(tǒng)。數(shù)字信號處理系統(tǒng)是測寬儀的核心，實現(xiàn)測寬數(shù)據(jù)的高速處理，安裝在測頭箱內(nèi)。此系統(tǒng)同時采集兩路CCD攝像機的輸出信號，分析光強分布數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)處理，計算被測鋼板的寬度信息;測量結(jié)果由帶有光電隔離的RS422通訊接口，經(jīng)兩根屏蔽雙絞線電纜送給測寬儀主機的工控機;此系統(tǒng)采用了最先進的數(shù)字信號采集和處理技術(shù)(DSP)，可以14位的精度同時采集兩路視頻信號，運算速度可達1.5億次，硬件和軟件專為測寬儀設(shè)計，其功能強、結(jié)構(gòu)簡潔、便于維護。

(三)測寬儀主機。主機安裝在儀表室或操作室，通過通訊電纜與測頭連接，完成以下功能:獲得和顯示測頭狀態(tài)信息、計算寬度偏差、顯示寬度偏差曲線、存儲和檢索測量結(jié)果，接收來自上位計算機提供的鋼卷號和寬度設(shè)定值。

(四)標(biāo)定器。標(biāo)定器用于對測寬儀進行標(biāo)定，標(biāo)定器上的標(biāo)準(zhǔn)板有多個通光窗口，內(nèi)部有可調(diào)模擬光源，可以模擬不同溫度和不同寬度的鋼板。標(biāo)定時將標(biāo)定器放置在輥道上，啟動自動標(biāo)定功能就可完成系統(tǒng)標(biāo)定，確定并保存系統(tǒng)參數(shù)。通過標(biāo)定，可自動確定測寬儀的系統(tǒng)參數(shù)，校正光學(xué)系統(tǒng)的非線性。

(五)輸出模塊。顯示輸出接口模塊直接連接在測頭的RS422通訊發(fā)送接口，可用于寬度偏差的記錄或用于控制其他設(shè)備。

四、WG2000測寬儀軟件系統(tǒng)功能

(一)顯示功能。鋼板寬度偏差曲線、跑偏(中心位置)曲線、兩邊緣位置曲線(形狀)、鋼板跳起高度、溫度分布曲線等。

(二)歷史數(shù)據(jù)記錄和查閱功能?？蓪摪宓木幪枴⒃O(shè)定寬度和寬度曲線等數(shù)據(jù)記錄存盤，并可隨時查閱歷史記錄，可連續(xù)保存數(shù)年。

(三)通訊功能。與其他計算機通訊，可選擇以太網(wǎng)、Profitbus、CAN、RS422等接口，接收鋼板設(shè)定信息，發(fā)送測寬儀測量結(jié)果和運行狀態(tài)。

(四)多種輸入出接口。標(biāo)準(zhǔn)4～20mA、0～±5V、0～±10V或開關(guān)量信號，供控制和記錄用。

(五)標(biāo)定功能。利用標(biāo)定器可對系統(tǒng)進行自動標(biāo)定以及校準(zhǔn)。

(六)具有強大的自診斷功能。出現(xiàn)故障時自動進行故障檢測，給出相應(yīng)的報警信息，提高了設(shè)備的維護性。

五、結(jié)語

工廠于2006年由大連理工大學(xué)研制的三臺WG2000熱軋測寬儀分別安裝在1250mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線的粗軋機后、精軋機F7出口和卷取機前，用于生產(chǎn)中帶鋼寬度檢測。此設(shè)備測量精度高，用于生產(chǎn)中寬度自動控制，而且利用熱軋紅外輻射實現(xiàn)不用背景光源檢測，大大減少了設(shè)備維護量，WG2000測寬儀在遷安軋一鋼鐵公司1250 mm熱軋廠得到了很好的應(yīng)用。從投入運行到現(xiàn)在9年的時間里，運行情況良好，各項指標(biāo)達到了設(shè)計要求，滿足了現(xiàn)場的工藝需要，取得了良好的經(jīng)濟效益。

［1］何社陽，黃曉東，何奎，張麗敏.基于CCD技術(shù)的鋼板測寬儀［J］.制造技術(shù)與機床，2007

［2］王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)［M］.天津:天津大學(xué)出版社，2000