專利名稱：連鑄坯鼓肚變形激光測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變形量激光測量裝置，特別涉及連鑄坯鼓肚變形激光測 量系統。
技術背景-連鑄坯生產過程中，二冷區的坯殼受鋼水靜壓力作用，在連鑄機的特定條件 下坯殼在夾持輥之間產生鼓肚變形。連鑄坯表面處于持續的運動及變化的狀態， 一方面坯殼沿拉坯方向移動，同時在垂直于拉坯方向產生小幅的鼓肚變形波動， 此變形波動隨拉速變化而變動，鼓肚量主要受拉速和輥距排列影響。鼓肚變形是 限制拉速也即生產效率提高的重要因素。隨著拉速升高，鼓肚變形量將增大，而 且不穩定，相應地在坯殼上產生的應力和應變也增大，當凝固前沿的固一液界面 的應變大于臨界值時，就會形成裂紋存留在連鑄坯中導致廢品。近年來，隨著計 算機技術的發展，連鑄坯變形的數值模擬研究進展迅速，也有對坯殼鼓肚量計算 結果的報道，但都是基于理論假設和靜態分析。鑒于高溫條件下坯殼變形機理的 復雜性，缺乏實際檢測結果對計算的驗證就不足以說明問題。由于連鑄生產環境高溫、高濕度的特點，很難對坯殼表面變形進行直接測量， 相關報道極為罕見。為了準確掌握鼓肚變形與拉速及輥距等的關系，有必要采用 非接觸式測量方式，實現動態連續地精確測量運動中的高溫連鑄坯表面的變形量 和變形速度。激光測量技術是一種理想的選擇。激光具有高相干性、高方向性、高單色 性和高亮度，因此激光測量方法有廣泛的應用。有基于三角幾何原理的激光測距 儀，有基于光行進時間測量原理的激光測距儀；還有基于光的干涉原理進行精確 測量的激光干涉儀。各種測量方法的應用環境和測量精度各不相同，有很大差別。雖然激光測量技術已經在不同領域有大量的應用，但尚未見在連鑄坯殼鼓肚 變形測量中應用。測量的難點是被測物體表面溫度高，表面粗糙，有水及水蒸 氣干擾，有一定的變形范圍。實用新型內容本實用新型的目的是提供一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，主要解決連鑄 坯表面粗躁、溫度高，難以對坯殼表面變形進行直接測量的技術問題。本實用新型的技術方案為 一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，包括激光測 距裝置、激光發射光路和數據處理計算機，激光測距裝置連接激光發射光路，激 光測距裝置通過數據線連數據處理計算機。所述的激光發射光路包括激光發生器、 發射透鏡、接收透鏡、光電傳感器，發射透鏡位于激光發生器下方，光電傳感器 位于激光發生器一側，接收透鏡位于光電傳感器下方；激光通過發射透鏡形成發射光路，在目標表面反射光區形成反射光路，反射光路通過接收透鏡聚焦到光電 傳感器。在目標表面下方設有標定基準面。標定基準面為一塊光亮的表面堅固的金屬板，在每個測量位置開始進行測量 時，首先對測量基準進行標定。將激光測距裝置安放固定好之后，使用一塊光亮 的表面堅固的金屬板搭在測量部位的兩個支撐夾輥上來模擬鑄坯表面并對準測距 裝置，然后測量金屬板的距離并保存在計算機中，此距離即作為測量的基準用于 連鑄坯實際測量時進行數據分析。實際測量時，連鑄坯表面將圍繞基準面在一定 范圍內變化，但表面是凸出還是凹進則有完全不同的物理意義。采用本實用新型進行非接觸式連續測量連鑄坯生產過程中的鼓肚變形量并 得出變形速度。激光測距裝置由數據處理計算機控制，數據處理計算機向測距裝 置發送控制信號，并同時收集測量數據和現場生產數據，計算生成坯殼變形量。 在測量完成以后，數據處理計算機通過計算得出相應時刻的變形速度，實現了動 態連續地精確測量運動中的高溫連鑄坯表面的變形量和變形速度，并可與拉速、 冷卻水流量等生產信息對照。本實用新型的有益效果采用本實用新型進行非接觸式連續測量連鑄坯生產 過程中的鼓肚變形量，可以獲得直接數據，^ 以纟±^產中不,中的#1^$制憑 經艦理纖湖局面，不僅有利于確定不IW+fi^S高繊、保證敲娥^ft^,而 SJ W股計、離^^J理泡航也^M鼓。
圖1為本實用新型系統結構示意圖；圖中11為激光測距裝置，12為扇形段框架，13為連鑄機支撐輥，14為 連鑄坯表面，15為測量距離，16為數據處理計算機，17為生產信息系統，18為激光發射光路。圖2為測量光路的示意圖； .圖中21為激光發生器，22為發射透鏡，23為發射光路，24為目標表面， 25為反射光區，26為反射光路，27為接收透鏡，28為光電傳感器，29為發射光 軸，210為接收透鏡軸線，211為標定基準面。
具體實施方式
如圖1所示， 一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，包括激光測距 裝置ll、激光發射光路18和數據處理計算機16，激光測距裝置ll連接激光發射 光路18，激光測距裝置11型號是LRFS-0040-1/2,為北京東方吉華公司生產，激 光測距裝置11通過數據線連數據處理計算機16。如圖2所示，所述的激光發射光 路包括激光發生器21、發射透鏡22、接收透鏡27、光電傳感器28，發射透鏡22 位于激光發生器21下方，光電傳感器28位于激光發生器21 —側，接收透鏡27 位于光電傳感器28下方；激光通過發射透鏡22形成發射光路23，在目標表面14 反射光區形成反射光路26，反射光路26通過接收透鏡27聚焦到光電傳感器28。 在目標表面14下方設有標定基準面211。當需要進行測量時，參照圖l,在生產開始之前，將激光測距裝置ll安放固 定在連鑄機扇形段框架12上。測量系統使用三腳架支撐，三腳架腳架設在扇形段 框架12上并固定，發射光路18對準兩個連鑄機支撐輥13的中間位置。激光測距 裝置11距離連鑄坯表面14的測量距離15約為2米左右。激光測距裝置11可以 視需要安放在任意兩個支撐輥之間，可對任意兩輥間的坯殼鼓肚變形進行測量。參照圖2、 1，本實用新型有配套的基準標定裝置，其本質是使用一塊帶有手 把的表面光亮平整，形狀堅固的輕金屬板(標定板)，用于在每次測量之前先標定 基準面211，調校系統的初始距離及光點位置，并用于計算機數據處理。定位板可 以由人手持搭靠固定在兩個連鑄支撐輥13之間。在測量系統安放完成后，實際測 量開始前，先使用標定板模擬連鑄坯表面14進行測量基準標定，并將測量值保存 在計算機中。圖2為實際測量可選擇的測量光路的一種基本方式。激光發生器21產生高頻 脈沖激光，經發射透鏡22后成為平行光束發射光路23。該平行光束發射光路23 到達連目標表面24后經漫反射形成反射光區25。接收透鏡軸線210與發射光軸29相交于標定基準面211，接收透鏡軸線210的角度可由螺旋機構微調。光電傳 感器28位于接收透鏡27的焦點上。目標表面為漫反射，同時目標表面回圍繞基準面在一定的范圍內變化，接收 透鏡27只能接收部分反射光路26。由于是短距離測量，而且目標表面變化范圍有 限，只要保證合適的激光發射功率、接收透鏡直徑和光電傳感器直徑，就可以保 證光電傳感器28接收到足夠強度的信號并減少光噪。激光測距裝置11同時與控制及數據處理計算機16連接，實時記錄測量數據。 計算機16將接收到的距離值與基準標定值比較，生成位移量，即鼓肚變形量。由 于目標表面粗糙，需對實際測量結果進行平滑處理，以突出反映坯殼表面整體變 形量，并得出變形量一時間曲線。因為測量光束為高頻光(兆赫級)，因此每兩個 相鄰測量值的時間間隔極小，每個時間間隔里發生的變形量可視為瞬時變形，近 似得出瞬時變形速度，并生成變形速度一時間曲線。同時計算機16還與生產自動化系統連接，實時獲得生產信息系統17，便于將 鼓肚變形情況與生產條件進行對比分析。
權利要求1、一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，其特征是包括激光測距裝置、激光發射光路和數據處理計算機，激光測距裝置連接激光發射光路，激光測距裝置通過數據線連數據處理計算機。
2、 根據權利要求1所述的一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，其特征是-所述的激光發射光路包括激光發生器、發射透鏡、接收透鏡、光電傳感器，發射 透鏡位于激光發生器下方，光電傳感器位于激光發生器一側，接收透鏡位于光電 傳感器下方；激光通過發射透鏡形成發射光路，在目標表面反射光區形成反射光 路，反射光路通過接收透鏡聚焦到光電傳感器，在目標表面下方設有標定基準面。
3、 根據權利要求2所述的一種連鑄坯鼓肚變形激光測量系統，其特征是 標定基準面為一塊光亮的表面堅固的金屬板.
專利摘要本實用新型涉及一種變形量激光測量裝置，特別涉及連鑄坯鼓肚變形激光測量系統。主要解決連鑄坯表面粗躁、溫度高，難以對坯殼表面變形進行直接測量的技術問題。本實用新型的激光測量系統，包括激光測距裝置、激光發射光路和數據處理計算機，激光測距裝置連接激光發射光路，激光測距裝置通過數據線連數據處理計算機。所述的激光發射光路包括激光發生器、發射透鏡、接收透鏡、光電傳感器，發射透鏡位于激光發生器下方，光電傳感器位于激光發生器一側，接收透鏡位于光電傳感器下方；激光通過發射透鏡形成發射光路，在目標表面反射光區形成反射光路，反射光路通過接收透鏡聚焦到光電傳感器。在目標表面下方設有標定基準面。本實用新型主要用于測量連鑄坯鼓肚變形量。
文檔編號G01B11/16GK201104222SQ200720144249
公開日2008年8月20日 申請日期2007年10月25日 優先權日2007年10月25日
發明者宋景欣 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司