一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法

一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法
【專利摘要】本發明公開了一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法,一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，考慮通過自動調整軋機雙側輥縫偏差值來消除軋件的側彎缺陷，采用以下步驟實現：步驟A：側彎的檢測步驟B：基于側彎檢測的側彎角及側彎方向的計算步驟C：基于軋件側彎角和側彎方向的輥縫差值計算步驟D：輥縫差值的道次間預設定步驟E：輥縫差值的道次內自調整步驟F：輥縫差值預設定調整因子的自學習本發明能夠及時發現中厚板多道次可逆軋制過程中軋件發生側彎的現象，并采取合適的輥縫差調整策略，以消除軋件的側彎缺陷。
【專利說明】一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬壓力加工【技術領域】，尤其是一種克服板材粗軋過程中產生側彎的 方法。

【背景技術】
[0002] 現有技術中，中厚板材及熱連軋中間板坯生產過程中，由于不對稱因素的影響，乳 制過程中板材可能會產生側彎現象，這是影響產品成材率的主要因素之一。目前國內壓延 廠在板材的縱向尺寸控制上還停留在手動控制的水平上，操作人員往往根據經驗及目測得 到的板材側彎程度調整兩側輥縫差來實現側彎的調整，控制效果差，乳制過程中一些不對 稱因素會影響軋件的橫向厚度分布，使軋件入口、出口的楔形率發生變化，導致側彎的發 生，主要有以下幾個方面：沿軋件寬度方向的溫度分布，乳件寬度方向上溫度不同，材料的 變形抗力必然不同，則沿軋件寬度方向上施加同樣的軋制壓力而延伸率不同，導致側彎，乳 機兩側的剛度差異。軋機牌坊制造和機械設計過程中，不可能保證軋機兩側剛度完全相同， 而且軋機傳動側與聯接軸相連會引起傳動側剛度變化，所以軋機兩側剛度的差異始終存 在。如果剛度差異較大，會嚴重影響軋件寬度方向上的軋制壓力分布，影響橫向厚差，中心 偏移量。軋件在咬入時，由于某些因素的影響，可能會偏離軋制中心線，引起軋機受力不平 衡，使軋件的左右厚差產生波動，坯料楔形。如果初始坯料存在楔形，同樣會引起橫向軋制 力分布不均，導致延伸率不同，乳機壓下率差。軋機壓下率差的影響主要表現在兩側壓下螺 絲開口度的變化上，從而是軋輥兩側的壓向量不同，這種情況主要是存在于僅使用電動壓 下的軋機上，輥凸度的影響。如果有外擾使軋件向一側跑偏，使用凸度大的軋輥進行軋制 時，會使軋件橫向厚度分布趨于惡劣，使側彎趨勢更加明顯。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法。
[0004] 為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是：
[0005] 經現場實際統計歸納，可以把側彎的形狀劃分為C型、L型和S型三種，對于L型 和S型的側彎，乳件上相對較直一段的曲率也并非為0,只是其絕對值遠小于彎段的絕對 值。當軋件邊部圖像發送至計算機后，由計算機將軋件邊部曲線的圖像分割成若干段，并分 別擬合出各段軋件邊部曲線的函數，根據當前軋制道次的軋件邊部函數對軋件的側彎角和 側彎方向進行計算及判斷，從而對下一道次的軋機雙側輥縫差進行預先設定，并發送至PLC 系統執行。在一個軋制道次內，根據實時檢測的軋機出口處軋件邊部曲線形狀，對預設定的 軋機雙側輥縫差值進行在線修正，也由計算機發送至PLC系統自動執行。同時，根據實測輥 縫差值對雙側輥縫差值的預設定調整因子進行自學習，以保證輥縫差的預設定值能夠很好 的將側彎角控制在允許的偏差范圍以內。
[0006] 本發明的更具體的技術方案還可以是：分六個步驟進行：
[0007] 步驟一：側彎的檢測
[0008] 安裝2臺工業(XD攝像機在軋機前后的過橋天梯上，如圖2所示，其中1為過橋天 梯，2為工業CCD攝像機，3為軋機，攝像機沿軋件長度方向上的檢測區域長度為Lde，單位 為米。安裝攝像頭時應注意保證Lde不大于10米。通過高速圖像數據采集卡將圖像數字化 后送入計算機，作為軋件尺寸辨識的對象，計算機對數字圖像進行處理，提取邊緣信息，得 到最終軋件的平面尺寸。
[0009] 攝像頭的視野范圍可以調整。當軋件穿過這個區域時根據安裝的電腦軟件，工業 CCD攝像機以每秒若干張的可調節采樣速率來收集圖像并發送到圖像采集及數據處理的計 算機上。由計算機對軋件的形狀圖像進行幾何畸變糾正、噪聲過濾、邊緣檢測、輪廓定位、亞 像素法邊緣定位、平面尺寸測量和計算等步驟，經處理后能獲得類似如圖3所示的板帶某 道次的全長曲線，其中Y軸為軋制中心線，將軋件頭部形狀近似處理成平行于軋輥軸線的 直線，并與X軸重合，坐標軸的單位為毫米。圖三中1為軋輥、2為軋件，Lde為攝像機檢測區 域的長度。具體的圖像檢測及處理方法可參照何純玉的博士論文《中厚板軋制過程高精度 側彎控制的研究與應用》中第六章中所描述的方法。
[0010] 步驟二：基于側彎檢測的側彎角及側彎方向的計算
[0011] (1)攝像機采樣并處理圖像周期的計算
[0012] 當軋件在第n道次軋制時，設n為奇數，則意味著軋件從機前向機后軋制，在此可 定義圖三中的X軸的正方向所指為操作側，X軸的負方向所指為傳動側，Y軸正方向所指為 機后，Y軸負方向所指為機前。此時對機后的工業CCD攝像機采集的圖像進行處理，假設軋 機的實際軋制速度為Vn，單位為毫米/秒。可通過安裝在傳動電機上的測速編碼器測得。則 帶材的出口速度為vn，單位為毫米/秒：

【權利要求】
1. 一種克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，考慮通過自動調整軋機雙 側輥縫偏差值來消除軋件的側彎缺陷，采用以下步驟實現： 步驟A:側彎的檢測； 步驟B:基于側彎檢測的側彎角及側彎方向的計算； 步驟C:基于軋件側彎角和側彎方向的輥縫差值計算； 步驟D:輥縫差值的道次間預設定； 步驟E:輥縫差值的道次內自調整； 步驟F:輥縫差值預設定調整因子f的自學習。
2. 根據權利要求1所述的克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，步驟B 側彎角及側彎方向的計算方法如下： (1) 攝像機采樣并處理圖像周期的計算 當軋件在第η道次軋制時，設η為奇數，則意味著軋件從機前向機后軋制，在此可定義 圖三中的X軸的正方向所指為操作側，X軸的負方向所指為傳動側，Y軸正方向所指為機后， Y軸負方向所指為機前，此時對機后的工業CCD攝像機采集的圖像進行處理，假設軋機的實 際軋制速度為Vn，單位為毫米/秒，可通過安裝在傳動電機上的測速編碼器測得，則帶材的 出口速度為Vn，單位為毫米/秒： vn=Vn · (I+Sn) 3"是軋制第η道次的前滑值，其算法如下：
其中，R為軋輥半徑，單位為毫米；Ηη為軋制第η道次的出口厚度，單位為毫米；Hlri為 軋制第η-1道次的出口厚度，也是軋制第η道次的入口厚度，單位為毫米； 可選取工業CXD攝像機沿軋件長度方向上的檢測區域長度Lde (當LdeS5時）為一個 曲率計算周期，或$ (當5〈Lde< 10時）為一個曲率計算周期，以LdeS5的情況為例，工 業CCD攝像機采集并處理圖像的周期為以魚仿為耖）
為· 這表明每一次采集圖像中的軋件的長度都沒有重疊部分，采集的相鄰圖像恰好是軋 件沿長度方向上相鄰的部分，只需將一個軋制道次內所有采集的圖像合成在一個坐標系以 內，即可得到軋件側邊全長的曲線； (2) 基于圖像采樣及處理周期的軋件段數計算 使控制軋機的PLC系統與采集及處理圖像的計算機系統之間建立數據通訊，以保證當 在一個道次內的軋制速度發生變化時，即Vn發生變化時，采集并處理圖像的周期K也隨之 變化，假設第η道次軋制的軋件出口長度為Ln，該道次軋件被分成的段數為i，則i的計算 方法為： 若i為小數，則將其值向上取整；
(3)第η道次軋件的分段曲線擬合 對第η道次軋制的軋件的邊部數值點進行曲線擬合，由于軋件被分成了i段，則 實質上對軋件的全長邊部曲線進行分段后分別擬合，假設每一段軋件上單側邊部曲線 的點數為m,可取m的范圍為10 <m< 20,則第η道次乳制時，攝像機第一次在機后 采集到的軋件傳動側（以傳動側為例進行分析）邊部圖像曲線的數值點的集合為： ，攝像機第P次在軋機出口處采集到的邊部數值點 集合為'[(<1，兄(丨),(<2,<2),(<3，％)?(<,,,尤)}，其中？彡14 分割的段數，由于軋件全長方向上寬度基本保持不變，可認定軋件操作側邊部曲線形狀應 與傳動側邊部曲線形狀相同；采用最小二乘法對第η道次軋制時，乳機出口側攝像機第一 次采集并處理的數值點進行擬合，以獲得曲線的函數；由于LdeS5m，依據軋制常識，在該范 圍內軋件的邊部幾乎不可能為三次曲線，也不可能為曲線開口向左或向右的拋物線，當Lde > 5m時有可能出現以上兩種曲線，即使出現三次曲線或開口向左右的拋物線，由于其曲率 非常小，也不應針對該曲線進行相應的控制，所以只需將其視為開口向上或向下的二次拋 物線曲線進行擬合,設擬合函數P(X)的表達式為：
令、φ:)=ι'，則有如下方程組：

，當誤差平方和Q達到 最小時的4、^和C1b的取值為最優近似解，由函數的極值的必要條件可推導得出以下矩 陣方程：
由于'之和義已知，這是一個具有三個未知數三個方程的線性方程組，求解方 程組中的未知數<、M和4，即可得到其最優近似解，同理，可求得、 {a?:丨…{a?::}的最優近似解，至此，可得第η道次軋制后所有m段的二次曲線函 數，乳件在第η道次，第p次采樣段的邊部曲線函數定義域為(xKM); (4) 軋件邊部曲線與軋制中心線夾角計算 軋件上各段依次通過軋機并經過攝像機采樣的過程，其中陰影部分代表了當前攝像機 正在采樣的區域，Y軸的正方向為軋制方向，攝像機采樣過程包括：第一次采樣，第二次采 樣，第三次采樣，第四次采樣，依此類推，直至對軋件的第i次采樣結束，下面對第η道次第 一次采集圖像邊部二次曲線與軋制中心線間夾角進行計算，分六種情況進行考慮，下面對 第η道次第一次采樣的軋件傳動側邊部曲線與軋制中心線的平行線相交于各數值點處的 夾角進行計算， 對二次函數求導可得： φ\χ)= 2a.v + b 將x=4代入上式可得曲線在χ=4處切線的斜率為： φ\χ)Λ) = Iax1nl+b則該切線與軋制中心線的夾角（即側彎角）為：
同理可求出其他各數值點處的夾角…，則第η道次第一次采樣點的夾角 平均值^為：
^簡稱為第η道次第一次采樣時圖像中軋件部分的側彎角，則第η道次軋件的側彎角 集合為，a，…七I; (5) 軋件側彎方向的判斷方法 經擬合后的二次曲線函數為<x2 +bf；c+e丨=>>，對稱軸為x= -j「，分為以下6種情 況進行判斷： a.若判斷中所有數值點均小于-57,且>當<<0時的拋物線開口向下，說明軋件的側彎方向為操作側，屬于情形1; bp -- -- b.若判斷中所有數值點均大于-$，且<22。，< 2。，當a；：<0 時的拋物線開口向下，說明軋件的側彎方向為傳動側，屬于情形2; bp - - C.若判斷χΚΑ.,,χ:中所有數值點均小于-#，且< 22。，< 2。，當a；>0 時的拋物線開口向上，說明軋件的側彎方向為操作側，屬于情形3; bp - - 時的拋物線開口向上，說明軋件的側彎方向為傳動側，屬于情形4; e. 當-2° <i<2°時，統一視為情形5; f. 若判斷;ν^.ι?Κ..中部分數值點小于-，部分數值點大于-，則說明乳件 上該部分的側彎程度過大，已無法通過調整輥縫差進行控制，只能考慮切除該部分。
3. 根據權利要求2所述的克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，步驟C 基于軋件側彎角和側彎方向的輥縫差值計算方法如下： 假設As為軋機雙側輥縫差，單位為毫米，其計算方法為： ΔS=Sds_Sos 其中Sds為傳動側輥縫，S。3為操作側輥縫，單位為毫米； 假設檢測到上一道次軋件出現側彎現象時，當-2° <α<2°時，輥縫差不做任何調 整，為As=Ai+t=Ai+O=Asi;當2。彡α<15。或-15。彡α<-2。時，設定 輥縫差As = Ai+t = Ai+O. If ;當15°彡α<25°或-25°彡α<-15°時，設定輥 縫差As=Λ?^+Ο. 25f ;當25。彡α<35。或-35°彡α<-25°時，設定輥縫差As= AskOif;當35。彡α <45。或-45°彡α <-35°時，設定輥縫差As=Ai+O.Sf; 當45°<α或α <-45°時，應考慮切除偏斜部分，而不能采用本專利中提供的方法，其 中f為棍縫差值調整因子，其取值范圍為-2<f<2,初值為±1,側彎方向為傳動側時初 值取為-1，側彎方向為操作側時初值取為I;t為棍縫差調整量,單位為毫米，當首次檢測 到軋件側彎時，△Si為軋機操作人員在進行軋機輥縫調平后的原始輥縫差值，單位為毫米， 理想情況下Astl=O;當非首次檢測到軋件側彎時，ΛSi為上一道次軋制結束時的實際輥 縫偏差值；f值的大小由軋件的側彎角決定，側彎角越大，則f的絕對值越大，f值的符號由 軋件的側彎方向決定，側彎方向為操作側時，f為正值，側彎方向為傳動側，f為負值。
4. 根據權利要求3所述的克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，步驟D 輥縫差值的道次間預設定方法如下： 根據上一道次軋件側彎程度的檢測結果，所述情形1-6的組合搭配情況和側彎角的數 值，判斷該側彎屬于哪一型的側彎及側彎的程度，并對下一道次的雙側輥縫差進行設定，對 第η軋制道次中所有采樣到的in段軋件邊部曲線進行側彎方向判斷，按照采樣先后的順 序，則出現以下情形組合時判斷為C型側彎： (1)情形1-情形5 -情形3 (2) 情形2-情形5 -情形4 出現以下情形組合時判斷為L型側彎： (3) 情形5 -情形3 (4) 情形5 -情形4 (5) 情形1 -情形5 (6) 情形2-情形5 出現以下情形組合時判斷為S型側彎： (7) 情形1 -情形5 -情形4 (8) 情形2-情形5 -情形3 第η軋制結束后，如果判斷為C型側彎，則在第n+1軋制道次內的輥縫差值可設定為恒 定值，即Av1 =M+U，其中為第η道次第in段的實際輥縫差值，已知3和g，可 得到匕和C，則匕+1= ^(4+亡），即可得ΔSn+1; 第η軋制結束后，如果判斷為L型或S型側彎，則在第n+1軋制道次內的輥縫差值為變 化值，當判斷為L型側彎時，僅在側彎角不小于2°的段上進行輥縫差值調節，其他小于2° 的段仍然恢復至第η道次結束時的輥縫差值，當判斷為S型側彎時，將第n+1軋制道次軋件 的出口長度均分為兩段，前一段與后一段的輥縫差值調節方向正好相反，即tn+1的數值由正 數變為負數，或由負數變為正數，其大小由側彎角決定； 假設第n+1道次軋后軋件的長度為Ln+1，單位為毫米，該值可根據軋件軋制過程中體積 不變原則來確定，在第n+1道次軋制過程中，乳輥輥面轉過的長度為LHn+1)，單位為毫米：
其中Sn+1為第n+1道次的前滑值；Λhn+1為第n+1道次的壓下量，單位為毫米；R為軋輥 的半徑，單位為毫米； 當判斷為L型側彎時，假設第η道次出口軋件上靠近軋機部分的zn+1段側彎角都不小 于2°，剩余部分側彎角均小于2°，則當軋件自咬入起計時Pn+1秒后，雙側輥縫偏差值恢復 至第η道次結束時的輥縫差值；Pn+1單位為秒，其計算方法為：
假設第η道次出口軋件上遠咼乳機部分的zn+1段側芎角郡小小十2U，剩余部分側彎角 均小于2° ;則當軋件自咬入起計時Pn+1秒后，雙側輥縫偏差值由第η道次結束時的輥縫差 值調整至第η道次的預設定值，Ρη+1單位為秒，其計算方法為：
當判斷為S型側彎時，假設第n+1道次的軋件出口速度為νη+1，單位為毫米/秒；乳輥的 線速度為Vn+1，單位為毫米/秒，則當軋件自咬入起計時Ρη+1秒后，雙側輥縫偏差值的調節方 向改變，即tn+1的數值開始由正數變為負數,或由負數變為正數,Ρη+1單位為秒,其計算方法 為：
5. 根據權利要求4所述的克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，步驟E 輥縫差值的道次內自調整方法如下： 在一個道次內軋制時，根據軋機出口攝像機的實時反饋圖像，在道次間預設定的基礎 上，進行雙側輥縫差的自適應微調，預設定的輥縫差值在實際軋制過程中，有時會出現輥縫 傾斜量不夠無法消除側彎至允許范圍以內或傾斜過大導致軋件向另一個方向側彎的情況， 因此道次內的輥縫差值自適應微調就顯得尤其重要，假設第η道次輥縫差自適應的微調值 為軋制一個道次需調整^次，當檢測到軋件側彎方向為操作側時，Λtη 為正值，側彎方向為傳動側，△tn為負值，將該值疊加在預設定的輥縫差值上，假設疊加后 的實際棍縫偏差值為Δs'n,單位為毫米，八乂的計算方法如下： 當-2° <α<2°時，輥縫差不做任何調整，為At=O,無需對輥縫差進行干預；當 2°彡α<15。或-15°彡α<-2。時，輥縫差自適應值At= 0.005g毫米；當15。彡α < 25°或-25°彡α< -15°時，輥縫差自適應值At=(λOlg毫米；當25°彡α< 35° 或-35 ° <α< -25 °時，輥縫差自適應值Λt= 0· 015g毫米；當35。<α< 45。 或-45° <α<-35°時，輥縫差自適應值At=O. 02g毫米；當45° <α或α<-45° 時，應考慮切除偏斜部分，而不能采用本專利中提供的方法，其中，g為自適應調節步 長，-10<g<10,當檢測到軋件側彎方向為操作側時，g為正值；側彎方向為傳動側時，g 為負值。
6. 根據權利要求5所述的克服板材粗軋過程中產生側彎的方法，其特征在于，步驟F 輥縫差值預設定調整因子f的自學習方法如下： 考慮采用指數平滑法對第η道次的的輥縫差值預設定調整因子f進行自學習由經自適 應后的實際輥縫偏差值Λs' "進行反算，可得預設定調整因子￡的絕對值為：
其中/1為由實際輥縫偏差進行反算，側彎角在區間[2°，15° )或[-15°，-2° ) 內時的預設定調整因子；/1,為由實際輥縫偏差進行反算，側彎角在區間[15°，25° )或 [-25°，-15° )內的時的預設定調整因子；為由實際輥縫偏差進行反算，側彎角在區間 [25°，35° )或[-35°，-25° )內的時的預設定調整因子；/,I為由實際輥縫偏差進行反 算，側彎角在區間[35°，45° )或[-45°，-35° )內的時的預設定調整因子， 則第n+1道次的預設定調整因子fn+1的絕對值為：
其中，若前η道次的預設定調整因子均未自學習過，則fna、fnb、fn。、fnd的初值為±1， 仍然應根據軋件的側彎方向來判斷其為正或負；β為增益系數，〇 <β<I;f(n+1)a為側 彎角在區間[2°，15° )或[-15°，-2° )內時的預設定調整因子；/I為側彎角在區 間[15°，25° )或[-25°，-15° )內時的預設定調整因子；./：,為側彎角在區間[25°， 35° )或[-35°，-25° )內的時的預設定調整因子；/：：為側彎角在區間[35°，45° ) 或[-45°，-35° )內的時的預設定調整因子，當軋件上的某段邊部曲線的側彎角數值 落入區間[2°，15° )、[15。，25° )、[25。，35° )、[35。，45° )、[-15°，-2° )、 [-25°，-15° )、[-35°，-25° )、[-45°，-35° )時，則按照上兩式分別對4的數值進行 自學習并更新，若判斷側彎角不在以上各區間，則fn數值不進行自學習。
【文檔編號】B21B37/28GK104438354SQ201410481990
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】許磊, 劉栩, 蔣婷, 李江宇, 文建平 申請人:廣西柳州銀海鋁業股份有限公司, 許磊