本發(fā)明屬于工業(yè)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)晶器保護(hù)渣厚度自動(dòng)測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

在連鑄生產(chǎn)中，結(jié)晶器內(nèi)鋼水表面必須覆蓋一層適當(dāng)厚度的保護(hù)渣，起隔離、潤(rùn)滑、調(diào)節(jié)成份等作用。工藝要求保護(hù)渣層厚度一般在10～15㎜比較合適，過(guò)厚或過(guò)薄都會(huì)影響鑄坯質(zhì)量，甚至使鑄坯表面產(chǎn)生凹陷、裂紋或夾渣等缺陷。目前，在生產(chǎn)中測(cè)定保護(hù)渣厚度的方法有單絲法和雙絲法。單絲法就是將一根鐵絲插入結(jié)晶器鋼水中，保持平穩(wěn)，幾秒后取出，觀察鐵絲表面的顏色變化和粘渣情況來(lái)確定厚度。雙絲法就是把一根銅絲和一根鋼絲綁在一起插入結(jié)晶器鋼水中，保持平穩(wěn)，幾秒后取出，液渣溫度高于銅絲熔點(diǎn)，但低于鋼絲熔點(diǎn)，測(cè)量出銅絲和鋼絲熔化后的長(zhǎng)度差，即為液渣層的厚度。這兩種方法都需要人工操作，測(cè)量的誤差較大，屬高溫高危工況。（[日]中森，連鑄保護(hù)渣膜厚度和保護(hù)渣熔池厚度的測(cè)量系統(tǒng)[J],武鋼技術(shù)，1990（2）：38-43.）本發(fā)明針對(duì)上述不足，在專利ZL201110362343.9，ZL201110032085.8，ZL201120031609.7，CN201510561924.3的基礎(chǔ)上增設(shè)相關(guān)檢測(cè)功能，設(shè)計(jì)了一種連鑄結(jié)晶器渣厚自動(dòng)測(cè)量裝置，可達(dá)到較高的渣厚測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有人工測(cè)量技術(shù)的缺陷，提供一種自動(dòng)化、測(cè)量精度較高的結(jié)晶器保護(hù)渣測(cè)量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、快速、精準(zhǔn)測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：加渣機(jī)、測(cè)量機(jī)構(gòu)。測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝在加渣機(jī)的加渣管上。

測(cè)量機(jī)構(gòu)包括：第一滾珠絲桿導(dǎo)軌、第一步進(jìn)電機(jī)、第一聯(lián)軸器、第一激光測(cè)距傳感器、第一移動(dòng)平臺(tái)、第一限位開(kāi)關(guān)、第二限位開(kāi)關(guān)、第一加渣管套筒、第二滾珠絲桿導(dǎo)軌、第二步進(jìn)電機(jī)、第二聯(lián)軸器、第二激光測(cè)距傳感器、第二移動(dòng)平臺(tái)、第三限位開(kāi)關(guān)、第四限位開(kāi)關(guān)、第二加渣管套筒。

所述的結(jié)晶器保護(hù)渣厚度自動(dòng)測(cè)量方法及裝置，其特征在于：第一加渣管、第二加渣管在擺動(dòng)布料的工況下，第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)不工作，加渣機(jī)有矩形化補(bǔ)償機(jī)構(gòu)將加渣管出料口中心原本的弧線軌跡校正為直線軌跡（專利CN201510561924.3），矩形化補(bǔ)償機(jī)構(gòu)使第一激光測(cè)距傳感器、第二激光測(cè)距傳感器沿結(jié)晶器寬度方向呈直線軌跡運(yùn)動(dòng)；第一加渣管、第二加渣管在停止擺動(dòng)布料的工況下，第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始工作，第一激光測(cè)距傳感器所在的第一移動(dòng)平臺(tái)可以在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌上沿第一加渣管軸線方向運(yùn)動(dòng)，第二激光測(cè)距傳感器所在的第二移動(dòng)平臺(tái)可以在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌上沿第二加渣管軸線方向運(yùn)動(dòng)。

所述的結(jié)晶器保護(hù)渣厚度自動(dòng)測(cè)量方法及裝置，其特征在于：第一加渣管套筒通過(guò)螺栓安裝在第一加渣管伸出部分的前端，第一滾珠絲桿導(dǎo)軌安裝在第一加渣管套筒上，第一移動(dòng)平臺(tái)安裝在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌上，第一移動(dòng)平臺(tái)可以隨著絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，第一激光測(cè)距傳感器固定安裝在第一移動(dòng)平臺(tái)上，第一限位開(kāi)關(guān)和第二限位開(kāi)關(guān)安裝在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌的兩端，第一步進(jìn)電機(jī)通過(guò)第一聯(lián)軸器和第一滾珠絲桿導(dǎo)軌的絲桿連接；第二加渣管套筒通過(guò)螺栓安裝在第二加渣管伸出部分的前端，第二滾珠絲桿導(dǎo)軌安裝在第二加渣管套筒上，第二移動(dòng)平臺(tái)安裝在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌上，第二移動(dòng)平臺(tái)可以隨著絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)，第二激光測(cè)距傳感器固定安裝在第二移動(dòng)平臺(tái)上，第三限位開(kāi)關(guān)和第四限位開(kāi)關(guān)安裝在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌的兩端，第二步進(jìn)電機(jī)通過(guò)第二聯(lián)軸器和第二滾珠絲桿導(dǎo)軌的絲桿連接。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下積極效果：

1、第一加渣管、第二加渣管在擺動(dòng)布料的過(guò)程中，安裝在其上的第一激光測(cè)距傳感器、第二激光測(cè)距傳感器跟隨一起擺動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器寬度方向?qū)ΡＷo(hù)渣厚度進(jìn)行掃描；同時(shí)，第一激光測(cè)距傳感器所在的第一移動(dòng)平臺(tái)可以在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌上沿第一加渣管軸線方向運(yùn)動(dòng)，第二激光測(cè)距傳感器所在的第二移動(dòng)平臺(tái)可以在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌上沿第二加渣管軸線方向運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器厚度方向?qū)ΡＷo(hù)渣厚度進(jìn)行掃描；通過(guò)程序協(xié)調(diào)控制寬度和厚度方向的運(yùn)動(dòng)節(jié)湊，就能利用第一激光測(cè)距傳感器和第二激光測(cè)距傳感器對(duì)整個(gè)加渣區(qū)域的保護(hù)渣厚度進(jìn)行掃描測(cè)量。

2、第一激光測(cè)距傳感器固定在第一移動(dòng)平臺(tái)上，第二激光測(cè)距傳感器固定在第二移動(dòng)平臺(tái)上，隨兩個(gè)平臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同位置的測(cè)量，而且激光測(cè)距傳感器的精度較高所以測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)比人工測(cè)量更加的精確。

3、加渣管套筒的設(shè)計(jì)可以與加渣管配合緊密，不會(huì)妨礙加渣管出料口出料，同時(shí)加渣管套筒采用螺栓緊固，便于加渣管套筒的安裝和拆卸。

因此本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、測(cè)量精度高、測(cè)量路線可規(guī)劃的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的俯視圖。

圖2為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)示意圖。

圖3為本發(fā)明的控制程序的流程圖。

圖4為第一加渣管上的測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為第二加渣管上的測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為加渣管套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)保護(hù)范圍限制。

一種結(jié)晶器保護(hù)渣厚度自動(dòng)測(cè)量方法及裝置，其特征是該裝置包括：加渣機(jī)和測(cè)量機(jī)構(gòu)。加渣機(jī)如圖1所示，測(cè)量機(jī)構(gòu)安裝在加渣機(jī)的兩根加渣管上，采用型號(hào)為CD-30A的激光測(cè)距傳感器，42式步進(jìn)電機(jī)及電機(jī)控制器，NI多功能數(shù)據(jù)采集卡、穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，測(cè)量機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)如圖2所示，測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示。

測(cè)量機(jī)構(gòu)包括：第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）、第一步進(jìn)電機(jī)（2）、第一聯(lián)軸器（3）、第一激光測(cè)距傳感器（6）、第一移動(dòng)平臺(tái)（9）、第一限位開(kāi)關(guān)（4）、第二限位開(kāi)關(guān)（7）、第一加渣管套筒（5）、第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）、第二步進(jìn)電機(jī)（17）、第二聯(lián)軸器（16）、第二激光測(cè)距傳感器（14）、第二移動(dòng)平臺(tái)（13）、第三限位開(kāi)關(guān)（15）、第四限位開(kāi)關(guān)（12）、第二加渣管套筒（10）；第一加渣管套筒（5）安裝在第一加渣管(1)的伸出部分的前端，第一移動(dòng)平臺(tái)（9）安裝在第一加渣管套筒（5）上，第一激光測(cè)距傳感器（6）安裝在第一移動(dòng)平臺(tái)（9）上，第一限位開(kāi)關(guān)（4）和第二限位開(kāi)關(guān)（7）安裝在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）的兩端；第二加渣管套筒（10）安裝在第二加渣管(18)的伸出部分的前端，第二移動(dòng)平臺(tái)（13）安裝在第二加渣管套筒（10）上，第二激光測(cè)距傳感器（14）安裝在第二移動(dòng)平臺(tái)（13）上，第三限位開(kāi)關(guān)（15）和第四限位開(kāi)關(guān)（12）安裝在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）的兩端。

如圖2所示，矩形化補(bǔ)償技術(shù)的原理：取傾斜出料口的中間點(diǎn)作為分析對(duì)象，以第一加渣管（1）為例，第一加渣管（1）擺動(dòng)的圓周速度為w，該點(diǎn)的瞬時(shí)速度為v_切，特殊設(shè)計(jì)的矩形化補(bǔ)償裝置在x軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)速度為v_前，傾斜出料口的中間點(diǎn)的合速度為v_合，只需保持v合的速度方向與結(jié)晶器的寬度方向一致，則可保證布料區(qū)域?yàn)榫匦?，第一加渣管?）的切向速度為v_切=wR,輸料管（1）的補(bǔ)償速度為v_前=v_切sina=wRsina（束智偉，連鑄結(jié)晶器加渣機(jī)布料區(qū)域矩形化補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J],工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2015，22（5）：421-424.）。

所述控制程序的主流程為：

S-1、初始化變量，把激光測(cè)距傳感器在最內(nèi)側(cè)時(shí)激光測(cè)量點(diǎn)的位置定為坐標(biāo)原點(diǎn)，平行于結(jié)晶器寬度方向定為x軸，平行于結(jié)晶器厚度方向定為y軸，初始坐標(biāo)為（x,y,z）=(0,0,0),z為激光測(cè)距傳感器的測(cè)量值，實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)c=0,采樣間隔△t=0.1s,運(yùn)行時(shí)間t=0,電機(jī)方向值i=0。

S-2、判斷第一加渣管（1）和第二加渣管（18）是否擺轉(zhuǎn)，即判斷角速度w是否等于0,若是則進(jìn)行S-8，若不是則執(zhí)行下一步。

S-3、第一步進(jìn)電機(jī)（2）和第二步進(jìn)電機(jī)（17）不工作。

S-4、第一激光測(cè)距傳感器（6）和第二激光測(cè)距傳感器（14）開(kāi)機(jī)，在結(jié)晶器寬度方向?qū)ΡＷo(hù)渣厚度進(jìn)行掃描。

S-5、x=vt,（其中v為加渣管出料口中心在x軸方向上得到的補(bǔ)償速度，v=v_合），y=0,z為激光測(cè)距傳感器得到的測(cè)量值。

S-6、每隔△t=0.1s進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并實(shí)時(shí)保存。

S-7、判斷實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)c是否達(dá)到目標(biāo)采樣點(diǎn)數(shù)h,若是則執(zhí)行S-14，若不是則返回S-6。

S-8、第一步進(jìn)電機(jī)（2）和第二步進(jìn)電機(jī)（17）工作。

S-9、第一激光測(cè)距傳感器（6）和第二激光測(cè)距傳感器（14）開(kāi)機(jī)，在結(jié)晶器厚度方向?qū)ΡＷo(hù)渣厚度進(jìn)行掃描。

S-10、x=0,y=rnt(n為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，r為絲桿導(dǎo)程，t為程序運(yùn)行時(shí)間），z為激光測(cè)距傳感器得到的測(cè)量值。

S-11、每隔△t=0.1s進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并實(shí)時(shí)保存。

S-12、判斷第一移動(dòng)平臺(tái)（9）和第二移動(dòng)平臺(tái)（13）是否觸碰接通限位開(kāi)關(guān)使i值由0跳變?yōu)?，若是則第一步進(jìn)電機(jī)（2）和第二步進(jìn)電機(jī)（17）反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，采樣點(diǎn)坐標(biāo)x=0,y=[t-s/(rn)]v,（s為絲桿滑臺(tái)的有效行程），z為激光測(cè)距傳感器的實(shí)時(shí)測(cè)量值，程序返回S-11，若不是則進(jìn)行下一步。

S-13、判斷實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)c是否達(dá)到目標(biāo)采樣點(diǎn)數(shù)h，若是則進(jìn)行下一步，若不是則返回S-11。

S-14、輸出結(jié)果。

所述的結(jié)晶器保護(hù)渣厚度測(cè)量方法及裝置，其特征在于：第一加渣管套筒（5）通過(guò)螺栓固定在第一加渣管（1）伸出部分的前端，第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）安裝在第一加渣管套筒（5）上，第一移動(dòng)平臺(tái)（9）安裝在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）上，第一激光測(cè)距傳感器（6）安裝在第一移動(dòng)平臺(tái)（9）上，第一限位開(kāi)關(guān)（4）和第二限位開(kāi)關(guān)（7）安裝在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）的兩端，第一步進(jìn)電機(jī)（2）和第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）的絲桿通過(guò)第一聯(lián)軸器（3）連接；第二加渣管套筒（10）通過(guò)螺栓固定在第二加渣管（18）伸出部分的前端，第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）安裝在第二加渣管套筒（10）上，第二移動(dòng)平臺(tái)（13）安裝在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）上，第二激光測(cè)距傳感器（14）安裝在第二移動(dòng)平臺(tái)（13）上，第三限位開(kāi)關(guān)（15）和第四限位開(kāi)關(guān)（12）安裝在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）的兩端，第二步進(jìn)電機(jī)（17）和第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）的絲桿通過(guò)第二聯(lián)軸器（16）連接；第一加渣管（1）和第二加渣管（18）在擺動(dòng)的過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)其上面的第一激光測(cè)距傳感器（6）和第二激光測(cè)距傳感器（14）一起運(yùn)動(dòng)，第一激光測(cè)距傳感器（6）所在的第一移動(dòng)平臺(tái)（9）可以在第一滾珠絲桿導(dǎo)軌（8）上實(shí)現(xiàn)沿第一加渣管（1）方向的運(yùn)動(dòng)，第二激光測(cè)距傳感器（12）所在的第二移動(dòng)平臺(tái)（13）可以在第二滾珠絲桿導(dǎo)軌（11）上實(shí)現(xiàn)沿第二加渣管(18)方向的移動(dòng)，這就使第一激光測(cè)距傳感器（4）和第二激光測(cè)距傳感器（12）的工作范圍覆蓋了整個(gè)加渣區(qū)域。