前言

板帶鋼軋制過程中,板帶材厚度的測量是生產(chǎn)工藝過程中的重要環(huán)節(jié),它對指導(dǎo)操作控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量等起到重要的作用。隨著AGG系統(tǒng)在板帶軋機(jī)上的普遍應(yīng)用，板帶材的縱向厚度精度得到了顯著提高；而板帶材的橫向厚度問題卻日益突出，板帶軋制時(shí)，冷熱軋板來料（或成品厚度）、局部高點(diǎn)、凸度、楔形等幾何參數(shù)直接影響產(chǎn)品zui終質(zhì)量。目前現(xiàn)場離線測量這幾項(xiàng)指標(biāo)，主要依靠千分尺手工測量，效率低、誤差大、并且無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量，經(jīng)常導(dǎo)致關(guān)鍵特征點(diǎn)被遺漏。因此，開發(fā)一種能快速、準(zhǔn)確離線測量板厚凸度的儀器具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 板凸度測量的國內(nèi)外現(xiàn)狀

從20世紀(jì)60年代，國外一些研究機(jī)構(gòu)就已經(jīng)開始進(jìn)入板帶凸度儀的開發(fā)研究工作，美國DMC公司（現(xiàn)美國熱電瑞美測量公司）、德國IMS公司等都相繼開發(fā)出了各自的系列產(chǎn)品，已經(jīng)在板帶鋼生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。我國在板帶凸度測量方面的研究起步較晚，相對比較落后。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)板帶鋼軋機(jī)上配置的板凸度儀幾乎完全依賴進(jìn)口，現(xiàn)場離線測量主要依靠千分尺手工測量，經(jīng)常導(dǎo)致關(guān)鍵特征點(diǎn)被遺漏，不利于板帶材的尺寸參數(shù)精準(zhǔn)控制和檢測，進(jìn)而影響產(chǎn)品市場綜合競爭力。

本文提供一種便攜智能板厚凸度測量儀與首鋼技術(shù)研究院聯(lián)合開發(fā)的離線板厚凸度測量儀的基礎(chǔ)上，又經(jīng)過多年與武漢鋼鐵股份有限公司的聯(lián)合研究與實(shí)踐而開發(fā)成功的。它可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效離線檢測冷熱軋板來料（或成品厚度）、局部高點(diǎn)、凸度、楔形等幾何參數(shù)，并對測量結(jié)果進(jìn)行智能化處理，可直接顯示被測板厚板凸度曲線，可大量存儲(chǔ)已測板材凸度的測量數(shù)據(jù)，也可將已測的板材數(shù)據(jù)通過U盤傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，為生產(chǎn)現(xiàn)場改善板帶產(chǎn)品的尺寸精度及優(yōu)化控制工藝提供數(shù)據(jù)支持。

2 板厚凸度主要技術(shù)參數(shù)

測量范圍：測量長度0-2000mm（根據(jù)用戶要求≤10m）

厚度：0.5-10mm（根據(jù)用戶要求可設(shè)計(jì)0.5-50mm）

儀器分度值：0.001mm                                    

示值誤差：＜0.003mm

測量步距：1-100mm可根據(jù)需要設(shè)置

重量：6kg

3 儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

  圖1  測量儀器的主視圖                         圖2   測量儀器的左視剖面圖

3.2 嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

便攜式板厚凸度測量儀配置有嵌入式系統(tǒng)，使得該儀器具有“可人機(jī)對話”、“輸入被測板帶各種參數(shù)”、“自動(dòng)采集被測板帶厚度和長度數(shù)據(jù)”、“自動(dòng)處理數(shù)據(jù)并生成曲線”、“自動(dòng)存儲(chǔ)測量結(jié)果”和“傳輸和顯示各種數(shù)據(jù)及曲線”的功能。

由于外圍控制電路比較復(fù)雜，我們把其分為主控模塊和測量模塊，分別由SAMSUNG的EXYNOS4412芯片和AVR芯片控制。主控模塊主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能以提供直觀的操作界面、負(fù)責(zé)實(shí)測數(shù)據(jù)的管理和顯示、負(fù)責(zé)提供管理配置功能；測量模塊主要負(fù)責(zé)采集測長接口電路的脈沖信號和經(jīng)過16位AD芯片轉(zhuǎn)換的2路位移傳感器接口電路的數(shù)據(jù)，并把處理后的數(shù)據(jù)先緩存到外部SRAM存儲(chǔ)器中，zui終的實(shí)測數(shù)據(jù)發(fā)送給主控模塊；為了開發(fā)過程中調(diào)試方便，主控模塊和測量模塊都預(yù)留用于調(diào)試的外部串行接口。嵌入式系統(tǒng)硬件原理框圖如圖3所示：

                              圖3  嵌入式系統(tǒng)硬件原理框圖

3.3 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)層、通信層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)層是開發(fā)模塊相應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，包括LCD驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、AD芯片驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)等；通信層主要完成主控模塊和測量模塊之間的通信，它們必須滿足測量通信協(xié)議；應(yīng)用層主要完成儀器的工作流程及對應(yīng)的LCD顯示和傳感器數(shù)據(jù)采集處理，軟件總體流程圖如圖4所示：

                        圖4 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用層軟件總體流程圖

3.4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該儀器配套有BHT-便攜板厚凸度測量儀數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主要完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)管理功能；其中數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能又分為U盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入和備份數(shù)據(jù)導(dǎo)入，數(shù)據(jù)管理功能主要包括測量數(shù)據(jù)的查找、刪除，顯示測試曲線和打印測試曲線的功能。其數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能圖如圖5所示：

                         圖5  數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能圖

4 測量儀器的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證板凸度測量儀的正確性與精度，把用該儀器測量得到的數(shù)據(jù)與高精度測量儀器逐點(diǎn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果誤差＜0.003mm，完全達(dá)到板凸度測量系統(tǒng)要求的精度。為了考查該儀器的實(shí)用性，進(jìn)行現(xiàn)場測量使用，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測量板材凸度數(shù)據(jù)的目標(biāo)，且儀器攜帶方便易于操作，取得了較為滿意的效果。因此，我們認(rèn)為該儀器可作為離線板凸度曲線測量的工具使用。

                         圖6    現(xiàn)場測量板厚板凸度及結(jié)果顯示

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)外的鋼鐵形勢都處在zui冰冷的嚴(yán)冬期，行業(yè)虧損和去產(chǎn)能化使鋼鐵企業(yè)間的競爭更為白熱化，如何在激烈的競爭中生存并立于不敗之地，是企業(yè)必須考慮的重中之重的問題。企業(yè)要生存，則必須在低成本下生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品并被市場購買以實(shí)現(xiàn)利潤zui大化。

本文介紹的便攜智能板厚凸度測量儀經(jīng)驗(yàn)證，分辨率0.001mm，示值誤差＜0.003mm，可以滿足板帶鋼廠對板厚凸度數(shù)據(jù)曲線的測量。該儀器測量方式簡單，使用方便，環(huán)保安全，是一種極有推廣應(yīng)用價(jià)值的便攜式的高精度測量儀器；對板帶鋼生產(chǎn)企業(yè)的軋制操作控制、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都具有重要的指導(dǎo)意義。