中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（ 4）班 姓 名 ： 壽飛鋒 學(xué) 號(hào)： B09300421 指導(dǎo)教師： 胡旭曉 2013 年 5 月 15 日 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 浙 江 理 工 大 學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡引用 他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要 中厚板（ 厚度 為 mm 25.0-4.5 的鋼板 ）是我們?nèi)粘９I(yè)加工中經(jīng)常用到的一種基礎(chǔ)材料 ，它在工業(yè)生產(chǎn)中需求量非常大，起著中流砥柱的作用。所以我們對(duì)中厚板的質(zhì)量要求有了很高的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括對(duì)它進(jìn)行尺寸測量如：長度，寬度和平坦度等。長度是中厚板軋制產(chǎn)品的一項(xiàng)關(guān)鍵的質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)軋制生產(chǎn)線、產(chǎn)品的應(yīng)用都有很大的影響。近年來，隨著我國現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，我們對(duì)鋼材的需求量以及品質(zhì)感也提出了更高的要求。長度檢測系統(tǒng)為后續(xù)一系列鋼板檢測系統(tǒng)提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐，將會(huì)直接影響到后期產(chǎn)品的質(zhì)量。 由于冷軋中厚板在輥道上的輸送速度是輪廓檢測過程中的一個(gè)非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，因此對(duì)速度的測量精度直接關(guān)系到輪廓檢測的準(zhǔn)確程度。 本論文研究的是采用一種新型的非接觸式測速方法與傳統(tǒng)的測量方法有很大不同。 鋼板長度是通過多普勒激光測速儀得到速度，依據(jù)一段時(shí)間內(nèi)測量的速度來計(jì)算鋼板的長度。 求得各個(gè)緯度的長度，平均長度，最大長度和最小長度。由于條件所限，實(shí)驗(yàn)主要采用 Labview 軟件構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的檢測程序。隨著系統(tǒng)的運(yùn)行能立即得出所需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)以便用來分析。以下是論文的詳細(xì)內(nèi)容： 第 1章 本章主要是介紹中厚板及板形儀的定義。國內(nèi)外中厚板板形儀的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及中厚板長度檢測的研究意義和價(jià)值。根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀和研究的重要性，設(shè)計(jì)一套完整的長度檢 測系統(tǒng)。 第 2章 本章根據(jù)研究所需設(shè)計(jì)檢測儀系統(tǒng)的整體構(gòu)架，其中包括傳感器，多普勒測速儀的位置安裝定位。重點(diǎn)介紹長度檢測系統(tǒng)的工作原理。 第 3章 本章論述檢測系統(tǒng)的組成和相關(guān)參數(shù)，著重介紹多普勒激光測速儀工作原理。 第 4章 本章主要介紹運(yùn)用 Labview 構(gòu)建程序框圖和前面板。通過運(yùn)行虛擬程序得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 第 5章 使用 Matlab 軟件編寫程序用來處理測量所得數(shù)據(jù)。 第 6章 本章主要是總結(jié)研究過程中所遇到的問題和對(duì)構(gòu)建的程序框圖所產(chǎn)生的一些不足，提出解決之道和展望未來研究方向。 關(guān)鍵詞： 長度檢測 多普勒測速 程序框圖 總結(jié) 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) Abstract Steel plate is often used as a base material in our industrial process .We need a great quantity numbers. It plays a very important role. So we want have the quality of steel plate by a very high standard. Include its size measurement such as length, width and flatness, etc. The length is a key quality indicator, has a significant impact in production lines and product application. In recent years, with the continuous development of Chinas modernization, Demand for steel plate and a sense of quality we also put forward higher requirements. Length detection system give the follow-up series of steel plate detection system provides key data support will directly affect the latter part of the quality for the product. Cold-rolled plate in the conveying speed of the rollers is a very critical detection process data, the accuracy of speed measurement is directly affects the accuracy of the contour detection. This study is the use of a new type of non-contact speed is very different from the traditional measurement methods. It is measure speed by Doppler velocimetry and Multiplied by the measurement time that can have the measuring length. At the same time, determines all latitude length and an average length, maximum length and minimum length. Due to limited conditions, experiment using Labview software to build the entire system testing procedures. With the operation of the system can immediately draw the critical data needed to be used. Here are the details: Chapter 1, Introduced the steel plate and Shapemeter definition. Home and abroad the steel plate Shapemeter the research status and development trends, as well as the length of steel plate detection significance and value. According to the development status and the importance of research, design a complete set of the detection system. Chapter 2, According to the research required to design the overall architecture of the detector system, including the positioning of sensors, Doppler velocimetry location of installation. Focus on the working principle of the length of the detection system. Chapter 3, Make an introduction of system components and related parameters. 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 Focus on the working principle of the laser Doppler anemometer. Chapter 4, Use Labview builds the block diagram and front panel, runs the virtual program to get the appropriate data, analyze the data. Chapter 5, According to the measured data use Matlab software to write programs to analyze the data. Chapter 6, Summary and Outlook. Key words： Length Detection, Doppler velocimetry, The block diagram, Summing 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 I 目 錄 摘 要 Abstract 第 1 章 緒論 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) . 1 1.2.1 中厚板及板型儀的定義 . 1 1.2.2 國內(nèi)外研究背景及現(xiàn)狀 . 2 1.2.3 研究趨勢(shì) . 3 1.3 論文研究意義和主要內(nèi)容 . 4 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排 . 5 第 2 章 中厚板板型儀長度檢測系統(tǒng)整體框架的設(shè)計(jì) . 6 2.1 安裝 布局 工作環(huán)境及儀器選擇 . 6 2.2 冷軋中厚板輪廓檢測儀各個(gè)子系統(tǒng)的功能 . 9 2.3 結(jié)構(gòu)的受力分析 .12 2.4 儀器的安裝定位 .16 2.5 長度檢測原理和方案 .17 第 3 章 系統(tǒng)組成和多普勒激光測速儀 .20 3.1 長度檢測系統(tǒng)的組成 .20 3.2 多普勒激光測速儀及測量原理 .20 3.3 鋼板長度測量過程中需要探討的問題 .23 第 4 章 基于 Labview 的長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .25 4.1 Labview 程序圖主界面的設(shè)計(jì) .25 4.2 速度測量程序框圖和前面板的設(shè)計(jì) .26 4.3 長度測量程序框圖和前面板的設(shè)計(jì) .27 4.4 數(shù)值顯示與分析 .29 4.5 小結(jié) .30 第 5 章 MATLAB 編程 .31 5.1 程序編寫 .31 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) II 5.2 小結(jié) .33 第 6 章 總結(jié)與展望 .34 6.1 總結(jié) .34 6.2 展望 .34 參考文獻(xiàn) .36 致 謝 .38 附 錄 1.39 附錄 2.40 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 III 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) IV 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 1.1 前言 鋼鐵行業(yè)作為重工業(yè)和基礎(chǔ)原材料行業(yè)，其發(fā)展?fàn)顩r直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)固發(fā)展 1。目前，我國已經(jīng)成為全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國，然而我國鋼鐵行業(yè)與國外相比仍存在很大的差距，其主要原因是我國鋼鐵行業(yè)的總體技術(shù)裝備和生產(chǎn)集中化程 度不高，因此生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)品的品質(zhì)、質(zhì)量、附加值等都還遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國家，導(dǎo)致我國鋼鐵產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力 2-5。所以如何由鋼鐵大國發(fā)展成為鋼鐵強(qiáng)國，其關(guān)鍵在于提高我國鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)專業(yè)化的集中程度和自動(dòng)化檢測技術(shù)。 一般鋼板檢測指標(biāo)主要包括有頭尾輪廓、鋼板寬度、長度等參數(shù)，以往主要是依靠人工檢測（接觸性檢測），但依靠人工測量這些指標(biāo)不但難度大，危險(xiǎn)系數(shù)比較大，而且操作復(fù)雜，精度也不能達(dá)到保證 ，因而需要專門的 自動(dòng) 檢測設(shè)備。這對(duì)于解放勞動(dòng)力，保證測量精度等都具有重要意義。但是我國在這些方面的研究起步比較晚 ，這些檢測手段在我國還很不完善，基于板形儀在板材行業(yè)的必要性和市場的需求量較大，為了降低鋼鐵的生產(chǎn)成本和提高鋼鐵的品質(zhì)，這項(xiàng)研究十分重要而且必要。我們小組合作一起完成整個(gè)板形儀的設(shè)計(jì)，而我主要對(duì)鋼板的長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和深入研究。 1.2 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 中厚板及板型儀的定義 中厚板是指厚度 mm 25.0-4.5 的鋼板，厚度 mm 100.0-25.0 的稱為厚板，厚度超過 mm 100.0 的為特厚板，是目前工 業(yè)上重要的原材料之一。中厚板主要應(yīng)用于建筑工程、機(jī)械制造、容器制造、造船、橋梁建造等。還可以用來制造各種容器、爐殼、爐板、橋梁及汽車靜鋼鋼板、低合金鋼鋼板、造船鋼板、鍋爐鋼板、壓力容器鋼板、花紋鋼板、汽車大梁鋼板、拖拉機(jī)某些零件及焊接構(gòu)件等。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中厚板的需求量非常之大，范圍也十分廣 17。 中厚鋼板板型儀是一個(gè)能夠完成鋼鐵的長度、寬度、平坦度等多個(gè)指標(biāo)的在線連續(xù)檢測，并將相關(guān)信息傳輸給鋼板切割系統(tǒng)，從而為軋制鋼板的優(yōu)化剪切提供條件的綜合性檢測儀器。目前主要采用非接觸式板型儀。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 中厚板板形儀融合 了先進(jìn)的視覺檢測技術(shù)、激光檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，其檢測內(nèi)容包括帶鋼的頭尾形狀、帶鋼的寬度、帶鋼的速度、帶鋼的長度 10。該板形檢測裝置是一種智能化的板形檢測裝置，能自動(dòng)識(shí)別鋼板的頭尾信號(hào)自動(dòng)完成對(duì)整塊鋼板板形的檢測，自動(dòng)完成檢測數(shù)據(jù)的處理，并自動(dòng)將處理結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示給用戶和存入數(shù)據(jù)庫 13。通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將板形檢測結(jié)果傳遞給板形自動(dòng)控制設(shè)備來調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，從而軋制出符合當(dāng)前設(shè)定要求的帶鋼；同時(shí)將檢測結(jié)果傳遞給優(yōu)化剪切設(shè)備，完成對(duì)已軋制鋼板的優(yōu)化裁剪17。該智能化的檢測裝置顯著提 高了冷軋帶鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和成品率，使其能軋制出合格的帶鋼產(chǎn)品 22。由于其高智能化的特點(diǎn)減小了鋼鐵的浪費(fèi)和人力資源。它的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 1) 采用智能化的控制技術(shù)，其具有檢測速度快、效率高、精度高和測量結(jié)果可以長期保存等優(yōu)點(diǎn)。 2) 與接觸式板形檢測裝置相比，采用非接觸式的激光型傳感器能避免對(duì)鋼板的劃傷，同時(shí)也便于安裝和維護(hù)。 3) 能方便地與鋼板生產(chǎn)線上的其他系統(tǒng)進(jìn)行連接通信，從而實(shí)現(xiàn)鋼板軋制全自動(dòng)化控制，并能在線顯示檢測結(jié)果和離線顯示歷史數(shù)據(jù)。 4) 自動(dòng)檢測和調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，有效避免環(huán)境因素對(duì)檢測結(jié)果的干擾。 1.2.2 國內(nèi)外研究背景及現(xiàn)狀 帶鋼按其厚度有薄板、中厚板、厚板和特厚板之分。中厚板作為鋼材的主要鋼種之一其用途相當(dāng)廣泛，如在建筑工程、機(jī)械制造、容器制造、造船和橋梁建造等領(lǐng)域，其質(zhì)量直接關(guān)系著這些領(lǐng)域的重大的安全性和可靠性 18。中厚板平面輪廓一方面是評(píng)價(jià)中厚板軋機(jī)性能及其平面形狀控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)；另一方面對(duì)其檢查精度直接關(guān)系到中厚板成材損失。研究發(fā)現(xiàn)在中厚板的成材率損失中，切頭尾損失和切邊損失占總損耗的 23% 和 26% ,由此可見中厚板輪廓檢測儀可以提高中厚板輪廓檢測儀的檢測性能和檢測精度，這對(duì)減少切損，提高中厚板的成材率具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 19。 目前，在非接觸式板形儀使用的技術(shù)方面，歐洲仍處于非常領(lǐng)先的地位，如德國的 LAP、 Parsytec 公司、英國的 Jones-Shipman 公司、瑞典的 ASEA 公司。當(dāng)然在美國、日本和其它工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這項(xiàng)技術(shù)也得到普遍應(yīng)用。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢測、生產(chǎn)監(jiān)視及識(shí)別等的應(yīng)用，通常人眼無法連續(xù)、穩(wěn)定地完成這些帶有高度重復(fù)性和智能性的工作。采用照明技術(shù)、成像技術(shù)和 圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù)手段，而后利用計(jì)算機(jī)或者專用的圖像處理設(shè)備對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行處理處理，根據(jù)圖像的像素分布，亮度和顏色等信息來進(jìn)行檢測和識(shí)別，這就是機(jī)器視覺檢測技術(shù) 23。 隨著感光元件 CCD 和 CMOS 技術(shù)的不斷成熟，工業(yè)視覺在非接觸式檢測領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，其檢測優(yōu)勢(shì)也越來越明顯。中厚板輪廓檢測儀是工業(yè)視覺在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用比較成功的一個(gè)例子，其不僅能實(shí)現(xiàn)了鋼板輪廓的在線高速自動(dòng)化檢測，而且還可以根據(jù)軋制帶鋼的表面質(zhì)量和材質(zhì)自動(dòng)調(diào)整檢測系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，使檢測系統(tǒng)時(shí)刻保持最佳的檢測狀態(tài)。然而，就 目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)而言，幾乎所有中厚板生產(chǎn)線上的輪廓檢測儀都是國外的產(chǎn)品。國外在這方面除了技術(shù)上制約了中國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，而且還以高額的價(jià)格將這些設(shè)備出售給我國，這對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展也有重大的影響 22。 工業(yè)視覺在國內(nèi)是一個(gè)起步相對(duì)比較晚的領(lǐng)域，導(dǎo)致工業(yè)視覺檢測在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用就更落后于國外。工業(yè)視覺檢測作為新型的檢測技術(shù)，近幾年來，逐漸受到國內(nèi)許多知名高校、研究所乃至鋼鐵行業(yè)技術(shù)人員的重視和青睞。 1988 年中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所與上海五廠達(dá)成了共同研制 GCK-1 型在線輪廓儀檢測的協(xié)議 24。 2001 年清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系的錢建強(qiáng)、王東生等就熱軋中厚板寬度智能檢測儀進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，分析了利用熾熱鋼板自身發(fā)光進(jìn)行光學(xué)成像，高精度的線陣 CCD 作為測量傳感器熱軋中厚板輪廓儀 25，還有燕山大學(xué)、天津大學(xué)、大連理工大學(xué)在鋼鐵工業(yè)視覺檢測方面都進(jìn)行了深入的研究，并且在此過程中也取得了不錯(cuò)的成效，他們中研制的鋼板檢測設(shè)備很多都已經(jīng)投入到實(shí)際生產(chǎn)之中，對(duì)提高鋼板的品質(zhì)能起到積極的作用。 1.2.3 研究趨勢(shì) 現(xiàn)在的鋼鐵 產(chǎn)品制造水平與信息化和自動(dòng)化最基礎(chǔ)的技術(shù)之一檢測技術(shù)的水平密不可分，檢測技術(shù)發(fā)展源于生產(chǎn)過程質(zhì)量、能耗、環(huán)境和安全等的要求，在需求推動(dòng)下產(chǎn)生的測量技術(shù)給鋼鐵生產(chǎn)過程的控制和產(chǎn)品質(zhì)量提供了技術(shù)保障，同樣生產(chǎn)過程水平的提高也對(duì)檢測技術(shù)發(fā)展提出了更高要求。 檢測技術(shù)模型化檢測方法已經(jīng)從單參數(shù)檢測向多參數(shù)檢測發(fā)展，從參數(shù)檢測 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 向檢測后算法模型推定相關(guān)關(guān)鍵變量的復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)展。軋鋼過程微觀組織結(jié)構(gòu)和理化特性的在線檢測推定技術(shù)正在研究之中，并可能在近年成為可出售的技術(shù)。 由于中厚板在工業(yè)發(fā)展中的重要地位，以及它所帶來的重大 的商業(yè)價(jià)值和中厚板板形儀的研究還處于初級(jí)階段，尤其在中國，這方面現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，所以近年來，板形檢測的研究工作開展得十分活躍，各國科學(xué)家們正在不斷地研究和探索新的檢測原理和檢測方法，研制并開發(fā)高精度的檢測儀器。如今，基于機(jī)器視覺的檢測技術(shù)已經(jīng)成為了研究和應(yīng)用帶鋼表面缺陷檢測技術(shù)的的主體趨勢(shì)。 1.3 論文研究意義和主要內(nèi)容 目前，國內(nèi)大多數(shù)冷軋中厚板帶鋼生產(chǎn)廠家，對(duì)其輪廓、寬度、邊緣形貌等參數(shù)依然采用人工目視抽檢的方法來確定其生產(chǎn)質(zhì)量是否合格，這種檢測方法不僅容易受檢測人員主觀因素的影響 ，而且其檢測效率極低，準(zhǔn)確度也不高。隨著我國鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，靠人工目視的抽檢方法已無法滿足當(dāng)前高效生產(chǎn)的要求。盡管國內(nèi)一些大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，為了提高在冷軋中厚板在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的競爭力優(yōu)勢(shì)，采用國外的中厚板板型檢測儀，這雖然在一定程度上提高了冷軋中厚板的成材料和降低了生產(chǎn)成本，但是畢竟在冷軋中厚板輪廓檢測技術(shù)上依賴的是國外的技術(shù)，這不僅沒有提高我國冷軋中厚板軋制水平的國際競爭力，反而需要花高額的代價(jià)引進(jìn)檢測裝備。正對(duì)上述現(xiàn)狀，在提高國內(nèi)檢測技術(shù)水平的同時(shí)，打破 國外對(duì)我國冷軋中厚板輪廓檢測技術(shù)的制約，有著非 同一般的意義。本論文的研究目的及意義正是基于此。 對(duì)于我個(gè)人而言，該畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次“期末大考”，同時(shí)也是對(duì)即將步入社會(huì)的我的一次“入門考試”。有助于我掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法及原理，為日后工作打下基礎(chǔ)?？偟膩碚f，這是一次典型的理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐檢驗(yàn)理論的寶貴機(jī)會(huì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括： 1) 檢測裝置的選擇及方案分析：根據(jù)自己的課題選擇合適的裝置并提出方案。 2) 多普勒激光測速儀的介紹：多普勒測速儀的原理等。 3) 長度檢測方案的確定和具體論述原理及可行性分析：提出問題解決方 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 案， 并對(duì)此進(jìn)行可行性分析最終確定具體方案。 4) 與同組成員討論確定整機(jī)方案： 了解其他同學(xué)做的設(shè)計(jì)，在不影響自己圖像采集和數(shù)據(jù)收集的前提下和其他同學(xué)進(jìn)行整機(jī)的設(shè)計(jì)。 5) 完成方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)需要完成二維、三維圖紙：就前面的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中要進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，同時(shí)要參閱大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)擬定出最佳設(shè)計(jì)方案，同時(shí)又要和其他同學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不沖突。 6) 運(yùn)用 Labview 軟件進(jìn)行演示和分析：介紹 Labview 軟件，進(jìn)行長度檢測程序的編制和運(yùn)行，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析將。 7) 總結(jié)交流對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的分析總結(jié)得出存在的現(xiàn)象問題并試著 提出解決之道。 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排 綜上所述， 本文結(jié)合國內(nèi)外在冷軋中厚輪廓檢測的現(xiàn)狀和目前鋼鐵行業(yè)在此方面的需求 以及國內(nèi)外研究中厚板長度檢測的現(xiàn)狀和對(duì)冷軋鋼長度檢測系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的設(shè)計(jì)。 第一章主要是介紹中厚板及板形儀的定義。國內(nèi)外中厚板板形儀的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及中厚板長度檢測的研究意義和價(jià)值。根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀和研究的重要性，設(shè)計(jì)一套完整的長度檢測系統(tǒng)。 第二章 根據(jù)研究所需設(shè)計(jì)檢測儀系統(tǒng)的整體構(gòu)架，其中包括傳感器，多普勒測速儀的位置安裝定位。并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。重點(diǎn)介紹長度檢測系統(tǒng)的工作 原理。 第三章論述檢測系統(tǒng)的組成和相關(guān)參數(shù)，著重介紹多普勒激光測速儀工作原理。鋼板在長度測量過程中所遇到的需要探討的問題 第四章主要介紹運(yùn)用 Labview 構(gòu)建程序框圖和前面板。通過運(yùn)行虛擬程序得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 第五章主要是總結(jié)設(shè)計(jì)研究過程中所完成的一些工作并反思設(shè)計(jì)過程中遇到的問題和對(duì)構(gòu)建的程序框圖所產(chǎn)生的一些不足，提出解決之道和展望未來研究方向。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 中厚板板型儀長度檢測系統(tǒng)整體框架的設(shè)計(jì) 2.1 安裝布局 工作環(huán)境及儀器選擇 冷軋中厚板板型檢測儀是一套融合激光、工業(yè)視覺、 通信、機(jī)械、智能控制和計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的檢測設(shè)備。如圖所示是一張中厚板板型檢測儀的仿真圖。這是以往對(duì)中厚板板形儀系統(tǒng)常見的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。 圖 2-1-1 中厚板長度檢測系統(tǒng)整體仿真圖 由圖可知，整個(gè)檢測系統(tǒng)是固定在橫跨輥道的龍門橫梁支架上的，由于輥道的寬帶非常大，為了盡可能的減小龍門橫梁架振動(dòng)所引起的測量誤差，在設(shè)計(jì)龍門橫梁架的機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)需要充分考慮橫梁架的剛度和強(qiáng)度等方面的因素。其主體部分是橫梁架支撐著的傳感器柜，傳感器柜里包含了檢測需要的主要部件矩陣CMOS 相機(jī)和線激光源，將矩陣 CMOS 相機(jī)和線激光源放在傳感柜里主要是對(duì)感器柜要求嚴(yán)格的密封，并要求內(nèi)置有專門的風(fēng)冷、水冷循環(huán)系統(tǒng)。而在矩陣CMOS 相機(jī)和線激光源正下方有一個(gè)窗板，它的關(guān)閉和開啟是可控的，從而在必要時(shí)候控制線激光的射出。激光多普勒測速儀安裝在傳感器柜正前方的懸臂梁支 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 架上，其核心單元也是固定在一個(gè)嚴(yán)格密閉的鋁合金柜中，且內(nèi)部有專門的風(fēng)冷和水冷循環(huán)通道。目的是為了避免溫度、灰塵和水蒸氣等外界因素所引起不必要的檢測誤差。 然而激 光傳感器因圖 2-1-1 位置角度關(guān)系無法表示出來，故而采用 pro/E 三維軟件進(jìn)行仿真得到圖 2-1-2。 圖 2-1-2 中厚板長度檢測系統(tǒng)局部三維示意圖 其所處檢測環(huán)境為 溫度 50-0 ，無冷卻水，有灰塵，無水蒸氣，有噪聲，無噴灑水。 通過上述描述和對(duì)市面上已有的中厚板板形儀結(jié)構(gòu)框架分析，經(jīng)三維模擬得到以下結(jié)構(gòu)圖 2-1-3。與傳統(tǒng)中厚板板形儀檢測系統(tǒng)相比。在輥道部位有一軌道，上有若干個(gè)（依檢測鋼板型號(hào)不同而采用恰當(dāng)數(shù)量）激光傳感器，由圖中紅色部位表示，軌道一側(cè)有刻 度尺可調(diào)節(jié)激光傳感器的間距。其他功能結(jié)構(gòu)均和原來相似。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 圖 2-1-3 中厚板長度檢測系統(tǒng)整體框架三維圖 根據(jù)所選擇的研究課題，需要的儀器有激光傳感器和多普勒激光測速儀。激光測速儀可選型號(hào)及相關(guān)參數(shù)有： 表 2-1 激光測速儀型號(hào)選擇 公 司 名 稱 型 號(hào) 相 關(guān) 參 數(shù) 德國依威 SPEED smartsensor 240mm/40mm 北京冶自歐博 LSV 300 900mm/60mm 北京冶自歐博 LSV 6000 1500mm/200mm BETA LaserMIKE LS9000-315X 1500mm/200mm 從中我們選擇 BETA LaserMIKE 公司的型號(hào) LS9000-315X 的激光測速儀，它的安裝高度為 m 1.5 ，測量景深為 mm 200 ，測量精度 0.1% ，重復(fù)精度 0.02% ，且可以測量正反方向，及 0 速度，能自動(dòng)識(shí)別板帶的頭尾，能自動(dòng)對(duì)上一測量結(jié)果清零，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出包括 ；差動(dòng)脈沖輸出， RS232， RS422，以太 網(wǎng)，模擬量輸出，速度測量范圍為 12000- 米 /分鐘 到 12000 米 /分鐘；長度測量范圍為999999.999 米。 以上性能的參數(shù)非常的符合整個(gè)板形儀檢測系統(tǒng)要求，為帶鋼輪廓檢測的準(zhǔn)確性提供了可靠的保證。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 2.2 冷軋中厚板輪廓檢測儀各個(gè)子系統(tǒng)的功能 冷軋中厚板輪廓檢測系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)按其功能可分為五大子系統(tǒng)模塊。從功能上講，各子系統(tǒng)能獨(dú)立地執(zhí)行特定功能，這種依據(jù)所執(zhí)行功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分方式 不僅使輪廓檢測儀整個(gè)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)更加清晰，而且還給系統(tǒng)的維護(hù)和管理帶來了極大的便利。下面將介紹這五大子系統(tǒng)及它們的功能。 1) 人機(jī)交互式上位機(jī)子系統(tǒng) 人機(jī)交互式上位機(jī)子系統(tǒng)本質(zhì)上是輪廓檢測結(jié)果顯示和用戶操控的人機(jī)交互式應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序是基于Labview 開發(fā)環(huán)境開發(fā)的適用于 Windows 操作系統(tǒng)的人機(jī)交互輪廓顯示和操作界面，由于可以安裝在任何一臺(tái)含有 Windows 操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，所以具有很強(qiáng)的移植性和兼容性。作為上位機(jī)人機(jī)交互式輪廓顯示和操作軟件，它的使用對(duì)象是冷軋中厚板生產(chǎn)線上的管理人員，所以其應(yīng)具備操作簡單和功能完備等特點(diǎn)。針對(duì)所設(shè)計(jì)的基于圖像處理的中厚板板形檢測儀的實(shí)際情況，提出了人機(jī)交互式上位機(jī)子系統(tǒng)應(yīng)具備如圖2-4 所示的功能。 圖 2-2-1 人機(jī)交互式上位機(jī)子系統(tǒng)功能圖 上 位 機(jī) 系 統(tǒng) 鋼板數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 人機(jī)交互式輪廓顯 示和操作軟件 離線數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計(jì) 鋼板輪廓檢測結(jié)果顯示 被測鋼板參數(shù)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示 前 端 工 控 機(jī) TCP/IP 協(xié)議 以太網(wǎng) 用戶 1 用戶 2 TCP/IP 協(xié)議 TCP/IP 協(xié)議 以太網(wǎng) 以太網(wǎng) 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 2) 前端工控機(jī)子系統(tǒng) 前端工控機(jī)子系統(tǒng)是連接輪廓檢測儀中其他四大子系統(tǒng)的紐帶，其在整個(gè)輪廓檢測系統(tǒng)中發(fā)揮著極其重要的作用。與人機(jī)交互式上位機(jī)子系統(tǒng)類似，前端工控機(jī)子系統(tǒng)也是依附于計(jì)算機(jī)的子系統(tǒng)。由于前端工控機(jī)計(jì)算機(jī)所需處理的數(shù)據(jù)量很大，并且要求滿足實(shí)時(shí)性和多任務(wù)的 檢測要求。所以它的配置要求較高。其具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；在可靠性方面其具有很強(qiáng)的抗干擾能力，所以也非常適用于這種振動(dòng)、現(xiàn)場環(huán)境惡劣的工況。前端工控機(jī)子系統(tǒng)的核心單元是基于Labview 開發(fā)的一套數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件支持 Windows 操作系統(tǒng)，故在操作和維護(hù)方面給用戶帶來了極大的便利。前端工控機(jī)子系統(tǒng)所包含的主要功能如圖 2-2-2 所示 圖 2-2-2 前端工控子系統(tǒng)功能圖 3) 激光多普勒速度和長度測量子系統(tǒng) 激光多普勒速度和長度測量子系統(tǒng)的主要功能 是測量冷軋中厚板在輥道上的輸送速度和其長度信息。由于冷軋中厚板在輥道上的輸送速度是輪廓檢測過程中一個(gè)非常關(guān)鍵的數(shù)前 端 工 控 機(jī) 系統(tǒng)、日志維護(hù)方面的處理 前端工控機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)處理 鋼板速度、長度數(shù)據(jù)處理 輪廓數(shù)據(jù)處理 寬度數(shù)據(jù)處理 標(biāo)定參數(shù)設(shè)置 TCP /IP 協(xié)議 圖像采集處理計(jì)算機(jī) RS232通信 激光多普勒測速儀 CPCI 接口 系 統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控 上 位 機(jī) 計(jì) 算 機(jī) TCP/IP 協(xié)議 以太網(wǎng) 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 據(jù)，因此對(duì)速度的測量精度直接關(guān)系到輪廓檢測的準(zhǔn)確程度。為了提高對(duì)帶鋼速度的檢測精度，同時(shí)也是為了提高帶鋼輪廓檢測的準(zhǔn)確性，在該輪廓檢測儀中采用激光多普勒測速儀來測量帶鋼的速度。 4) 現(xiàn)場工況及運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng) 現(xiàn)場工況及運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)作用是確保冷軋中厚板輪廓檢測系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。通過傳感器對(duì)環(huán)境溫度、濕度、壓力、噪聲、振動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行采集輸送到前端工控機(jī)中進(jìn)行處理，經(jīng)處理 后產(chǎn)生的控制信號(hào)去控制相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如水冷循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)等等，以確保板形儀檢測系統(tǒng)處于最佳的檢測狀態(tài)。在現(xiàn)場工況及運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)中，溫度傳感器主要用于檢測傳感器柜、多普勒測速儀和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的溫度信號(hào)，這是由于相機(jī)、線激光器和多普勒測速儀等對(duì)溫度非常敏感，其性能受溫度的影響比較大的原因。現(xiàn)場工況及運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)是輪廓儀檢測系統(tǒng)錯(cuò)誤日志記錄和報(bào)警的信息源，系統(tǒng)錯(cuò)誤日志記錄和報(bào)警對(duì)系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)有著重要的指導(dǎo)意義。 5) 圖像采集子系統(tǒng) 圖像采集子系統(tǒng)作為中厚板板形儀檢測系統(tǒng)最 重要的一個(gè)子系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)采集入射在中厚板表面上線激光的圖像信息，然后對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，再將預(yù)處理后的結(jié)果傳輸?shù)较鄼C(jī)工控機(jī)中。如圖 2-2-3 所示 圖 2-2-3 圖像采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖 面陣 CMOS 相機(jī)內(nèi)裝圖像傳感器，能將接受到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電信號(hào)，相機(jī)內(nèi)部有專門的信號(hào)處理電路能將模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號(hào)。利用 Camera Link 接口將處理后數(shù)字圖像信息傳輸給基于 CPCI接口的圖像采集卡中，圖像采集卡內(nèi)置有圖像預(yù)處 理算法，算法的主要目的是為了消除圖像中的噪聲，突顯圖像中的有用信息，此外圖像預(yù)處理算法的作用還在于減小圖像的數(shù)據(jù)量，以提高相機(jī)的圖像采集速率。圖像采集卡再將預(yù)處理后圖像信息通過 CPCI 接口傳輸給相機(jī)工控機(jī)進(jìn)面陣 CMOS 相機(jī) CPCI 接口 相機(jī)工控機(jī) 相機(jī) Camera Link 接口 基于 CPCI 通信接口的圖像采集卡 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 行進(jìn)一步的處理。 圖像采集卡可以調(diào)節(jié)相機(jī)的縱向橫向分辨率拍攝重點(diǎn)區(qū)域，提高采樣幀數(shù)，還可以調(diào)節(jié)相機(jī)曝光時(shí)間和采樣周期來提高對(duì)比度，從而使拍攝的照片達(dá)到預(yù)期效果。 2.3 結(jié)構(gòu)的受力分析 由于輥道寬度大，導(dǎo)致上方中厚板板形儀檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)跨度也較大，故而還需考慮材料的受力分析是否 滿足要求。 在跨橋面主要有橫梁和鋼板組成，所以它主要承受的載荷均由橫梁承擔(dān)。因此我們只需要計(jì)算橫梁的彎曲正應(yīng)力是否滿足條件。此時(shí)滿足彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件的梁，一般都能滿足切應(yīng)力的強(qiáng)度條件。因?yàn)榭缍容^大，所以這里我們采用熱軋工字鋼作為橫梁。 1 2 0 06100684 . 5R1 .65斜 度 1 : 6 圖 2-3-1 橫梁和鋼板位置圖 假定跨橋面上載荷分布均勻，材料的許用應(yīng)力 140MPa ， MPa 100 。橫梁長度 9.3ml 。工字鋼型號(hào)為 8870610 GB ，用 3 根。上鋪鋼板尺寸規(guī)格為 mmmmmm 006.05.05006.02.13.9 。鋼板約重 08kg4 ，控制柜 100kg ， 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 人數(shù)限制 5 人，共重 400kg580 ，查表得該不等邊角鋼理論重量 11.261kg/m ，故而總計(jì)重量 kg31439 . 3261.11 。 所以可知載荷 m/44.033.9 10103 1 44 0 01 0 04 0 8q3 kN ）（ 。 查表得其 3-6z m 1049W 。 qA BL 圖 2-3-2 受力分析圖 如圖所示為受力分析圖，所以我們得到 mkNqlM 757.48 3.944.08 22m a x 因此有 MPamkNWMz1.971049 7 5 7.4 36m a x 。 綜上所述，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)經(jīng)受力分析滿足條件。 我們知道，彎曲正應(yīng)力是控制梁強(qiáng)度的主要因素。所以彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件 WM m a xm a x （ 2-3-1） 往往是設(shè)計(jì)梁的主要依據(jù)。從這個(gè)條件看，要提高梁的承載能力，應(yīng)從兩方面考慮：一方面是改善梁的受力情況，以降低maxM的值；另一方面則是采用合理的截面形狀，用以提高 W 的值，使材料得到充分利用。 首先，應(yīng)把梁的支座設(shè)置在合適的位置，以盡量減少梁內(nèi)的最大彎矩，相對(duì)地說，也就是提高了梁的強(qiáng)度。如圖 2-2-3a 所示均布載荷作用下的簡單梁為例，22m a x 1 25.08 qlqlM 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 2-3-3 受力分析圖 若將兩端支座各向里移動(dòng) 0.2L （如圖 2-3-3b），則最大彎矩減小為 22m a x 0 25.040 qlqlM 只及前者的51。也就是說按圖 2-2-3b 布置支座，承載能力即可提高 4 倍。這里我根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)將兩端支座各向里移動(dòng) 0.1L 。經(jīng)計(jì)算即便如此 也可以大幅提高承載能力。 其次我們可以選擇梁截面的合理形狀。彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件可改寫成 WM max （ 2-3-2） 顯而易見，梁可能承受的maxM與抗彎截面系數(shù) W 成正比， W 越大越有利?？勺鰴M梁的鋼材主要有角鋼（熱軋等邊角鋼、熱軋不等邊角鋼），熱軋槽鋼和工字鋼。經(jīng)比較選擇工字鋼較為合適。這里我用 Pro/E 進(jìn)行簡 單的三維結(jié)構(gòu)模擬。如圖 2-2-3 所示 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 圖 2-3-3 龍門式橫梁支架圖 上文我們提到 整個(gè)檢測系統(tǒng)是固定在橫跨輥道的龍門橫梁支架上的，由于輥道的寬帶非常大。因此輥道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和受力情況也需要分析計(jì)算。但若是深入的對(duì)輥道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析研究，這將偏離本論文研究的主要目的及意義。所以我將簡單的對(duì)輥道結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述且采用以往設(shè)計(jì)成熟的輥道結(jié)構(gòu)。 輥道主要有工作輥道，受料輥道，運(yùn)輸輥道，特殊用途輥道，收集輥道等類型。這里需要的類型是運(yùn)輸輥道。 輥道的傳動(dòng)方式分集體傳動(dòng)、單獨(dú)傳動(dòng)和不傳動(dòng)而空轉(zhuǎn)的三種。前兩種應(yīng)用較廣， 尤其是單獨(dú)傳動(dòng)方式發(fā)展較快。而不傳動(dòng)的空轉(zhuǎn)輥道應(yīng)用較少，如重力輥道，或在長軋件的運(yùn)輸輥道輥?zhàn)又虚g間隔放置空轉(zhuǎn)輥?zhàn)?，僅起支承作用。這里我們主要選用的是單獨(dú)傳動(dòng)輥道。 單獨(dú)傳動(dòng)輥道，這種傳動(dòng)方式具有以下特點(diǎn)： （ 1） 飛輪矩小，啟動(dòng)和制動(dòng)容易。 （ 2） 可單獨(dú)快速換輥，維修方便，而不影響生產(chǎn)。 （ 3） 輥?zhàn)痈叨纫子谡{(diào)整。 （ 4） 結(jié)構(gòu)簡單、重量小和易于加工。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 （ 5） 易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；輥?zhàn)?、支座、減速器、聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)均可標(biāo)準(zhǔn)化。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)專業(yè)化。 單獨(dú)傳動(dòng)輥道相比集體傳動(dòng)輥道更適于運(yùn)送較長的軋件，軋件的重量分配在許多棍子上，此時(shí)集體傳動(dòng)能充分利用電機(jī)功 率的優(yōu)越性已不存在了。單獨(dú)傳動(dòng)輥道的優(yōu)點(diǎn)完全勝過因其電力傳動(dòng)部分造價(jià)高的缺點(diǎn)，所以是有發(fā)展前途的方案，一般約占全車間輥道數(shù)量的 60% 以上，隨著生產(chǎn)的發(fā)展所占比重將逐漸增長。 該輥道主要有支座，外徑 80mm 壁厚 15mm 的熱軋無縫鋼管，軸，型號(hào)為70107C 的角接觸球軸承，型號(hào)為 5010 的平鍵， 4GY 型凸緣聯(lián)軸器，4-D137Y160M型減速電機(jī)以及若干螺母和螺栓等零部件組成。 單個(gè)輥?zhàn)釉敿?xì)裝配圖及零件圖見圖紙。 2.4 儀器的安裝定位 圖 2-4-1 儀器安裝位置分布圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 如圖 2-4-1 所示為所選多普勒測速儀和激光傳感器位置安裝分布圖。 多普勒激光測速儀安裝在傳感器柜右側(cè)前方的懸臂梁支架上如圖中的網(wǎng)格陰影部分表示。激光傳感器如圖所示安裝在底座。激光傳感器可根據(jù)鋼板尺寸型號(hào)不同進(jìn)行位置上的調(diào)節(jié)。相應(yīng)的尺寸如圖 所示。 如圖 2-4-2 所示為激光傳感器位置詳細(xì)圖 圖 2-4-2 激光傳感器詳細(xì)安裝位置圖 2.5 長度檢測原理和方案 軋制鋼板單一緯度長度測量是通過多普勒激光測速裝置得到的，依據(jù)一段時(shí)間內(nèi)測量的速度來計(jì)算鋼板長度信息。其計(jì)算公式如下： 鋼板的長度 itvL (2-5-1) 其中 it 為第 i 次測量速度的時(shí)間間隔 ， v 為平均速度。 具體測量原理如下： 表 2-5-1 鋼板參數(shù)表 厚度 垂直方向波動(dòng) 水平方向波動(dòng) 長度 寬度 傳送速度 溫度 5-50mm 小于 50mm 左右不超過 200mm 最大 5.2m 1.3-5m 3m/s 最大不超過 100 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 表 2-5-2 輥道傳送情況表 輥道寬度 對(duì)齊方式 水平方向誤差 板材間最小時(shí)間間隔 板材間最小距離 5000m 所有右對(duì)齊 左右最大不超過 200m 大于 10 秒 大于 2 米 因 此可知檢測時(shí)間 s7.135t 由表可知由于鋼板寬度跨度較大，在實(shí)際測量中選擇合適的寬度假設(shè)為 m 2 。 在指定位置安裝多臺(tái)激光傳感器，根據(jù)鋼板寬度 m 2 和傳感器尺寸大小調(diào)節(jié)傳感器間距，最后選擇安裝 16 臺(tái)。如圖 2-3 所示。激光傳感器的位置是可調(diào)節(jié)的 ,陰影部分是刻度尺 ,根據(jù)鋼板寬度選擇激光傳感器數(shù)量并調(diào)節(jié)激光傳感器的間距。網(wǎng)格部分表示的是要測的不規(guī)則中厚板。為便于 測量所以開始時(shí)“右對(duì)齊”。圖中一般輥道（輥?zhàn)樱┲g距離是 m 0.4 ，其中當(dāng)有激光傳感器時(shí)，為了安置傳感器，使距離為 0.65m 。由于所測中厚板一般長度較大（大于等于 m 5 ），因此中厚板能在輥道上平穩(wěn)傳動(dòng)（滿足中厚板下始終有 5 個(gè)及以上輥?zhàn)拥臈l件）不受影響。 圖 2-5-1 激光傳感器安裝位置局布圖 該長度檢測系統(tǒng)具體的檢測方案是：由于中厚板首尾不平整，當(dāng)其上方有通過中厚板時(shí)，只要其中任意一臺(tái)激光傳感器檢測到有中厚板時(shí)，觸發(fā)多普勒激光 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 19 測速儀工作對(duì)其進(jìn)行速度測量，同時(shí) 16 臺(tái)傳感器同時(shí)工作，傳感器工作情況為：檢測到中厚板時(shí)記為“ 1 ”，未檢測到時(shí)記為“ 0 ”。每一次數(shù)據(jù)將傳送 16 個(gè)，激光傳感器每 1/50 秒檢測并記錄一次并上傳。根據(jù)總計(jì)檢測時(shí)間 s 1.7 來算，總共需上傳 85 組數(shù)據(jù) ,即組成一張 8517 的數(shù)據(jù)表格。多普勒測速儀工作情況：任意一臺(tái)激光傳感器檢測到有中厚板時(shí)，觸發(fā)多普勒激光測速儀工作，同理在檢測時(shí)間s 1.7 ，測速儀每 1/50 秒檢測并記錄一次并上傳，也將上傳 85 組數(shù)據(jù)。 最后可以用 Matlab 軟件來 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像分析。但由于實(shí)驗(yàn)條件所限，我們主要使用 Labview 軟件對(duì)它的過程進(jìn)行虛擬運(yùn)行并用來驗(yàn)證。 對(duì)方案的可行性分析：該方案主要依靠的是一個(gè)多普勒測速原理?，F(xiàn)有的技術(shù)手段完全能夠保證方案的順利實(shí)施，并且目前冷軋鋼板工業(yè)上運(yùn)用該技術(shù)也比較成熟，不存在知識(shí)障礙。這對(duì)我考量的也是一個(gè)基礎(chǔ)性的專業(yè)知識(shí)及簡單深入的知識(shí)。相信在老師的指導(dǎo)幫助和自身不斷努力進(jìn)取下能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成該畢業(yè)設(shè)計(jì)。 由圖 2-5-2 所示可以 形象地表達(dá)具體長度檢測的原理及具體的方案。 圖 2-5-2 長度檢測系統(tǒng)流程圖 任 一 激 光 傳 感 器 檢 測 到 信 號(hào) 觸發(fā)其余傳感器同時(shí)工作 觸發(fā)多普勒測速儀工作檢測測量速度 每 1/50 秒記錄并上傳一組（ 16 個(gè)）數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī) 每 1/50 秒記錄并上傳數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)對(duì)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，運(yùn)用 Matlab 軟件對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 第 3 章 系統(tǒng)組成和多普勒激光測速儀 3.1 長度檢測系統(tǒng)的組成 本論文主要研究鋼板通過檢測裝置 (板型儀 )時(shí)測出其長度和輸送速度信息。由于鋼板在輥道上的輸送速度是輪廓檢測過程中一個(gè)非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。其測量精度甚至直接關(guān)系到輪廓檢測的準(zhǔn)確性。這里我們采用一種非接觸性激光測速裝置。 在帶鋼軋制生產(chǎn)線上，傳統(tǒng)的測速方法是采用速度編碼器測量輥筒的轉(zhuǎn)速，然后間接計(jì)算出帶鋼在輥道上的運(yùn)行速度，這是一種接觸式速度測量方法，其存在嚴(yán)重的摩擦現(xiàn)象，此外 ，由于輥筒與帶鋼并不一種絕對(duì)無相對(duì)滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，所以采用這種方法測量出來的速度存在很大的誤差。 激光多普勒測速儀是一種非接觸式激光測速裝置，由于其是非接觸式的測量方式，所以在檢測過程中不會(huì)對(duì)鋼板的表面產(chǎn)生劃傷，也不會(huì)因?yàn)闄C(jī)械摩擦或者碰撞損壞測速裝置，同時(shí)檢測精度也大大提高了。因此與速度編碼器測速相比，其有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。 該測長系統(tǒng)還需要激光傳感器用來識(shí)別是否有鋼板從輥道上經(jīng)過。激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn) 距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。 3.2 多普勒激光測速儀及測量原理 輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春陀^測者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 (藍(lán)移 (blue shift)。在運(yùn)動(dòng)的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低 (紅移 (red shift)。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光波紅 / 藍(lán)移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀測方向運(yùn)動(dòng)的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運(yùn)動(dòng)的速度。除非波源的速度非常接近光速，否 則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動(dòng)現(xiàn)象 (包括光波 ) 都存在多普勒效應(yīng) 11。 目前多普勒效應(yīng)的主要應(yīng)用有： 1) Baby Fun 多普勒胎音儀 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 21 它的主要特點(diǎn)有： 采用超聲多普勒技術(shù)，劑量低，無輻射，真健康； 家用型產(chǎn)品，探頭和主機(jī)為一體式微型設(shè)計(jì)，輕便、靈巧、美觀時(shí)尚，隨時(shí)隨地都可監(jiān)聽； 特選優(yōu)質(zhì)立體聲耳機(jī)，音質(zhì)清晰，音量大小可調(diào)； 高精度 LCD 液晶屏幕顯示胎心率值； 胎心音異常報(bào)警，安全、可靠； 采用兩節(jié) 7 號(hào)堿性電池供電，可連續(xù)工作 8 小時(shí)以上； 獨(dú)特的雙耳機(jī)插孔配置，使得準(zhǔn)爸 爸、準(zhǔn)媽媽可以共同聆聽胎心音； 具有音頻輸出功能，在監(jiān)聽胎心音的同時(shí)可接駁 MP3/MP4、電腦等錄音設(shè)備，把寶寶的胎心音刻錄成光盤作為寶寶成長的紀(jì)念； 胎心儀重量僅為約 56 克（包括電池），體型跟普通手機(jī)大小一樣，方便隨身攜帶。 2) 多普勒彩超 聲波的多普勒效應(yīng)也可以用于醫(yī)學(xué)的診斷，也就是我們平常說的彩超。彩超簡單的說就是高清晰度的黑白 B 超再加上彩色多普勒，首先說說超聲頻移診斷法，即 D 超，此法應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理，當(dāng)聲源與接收體（即探頭和反射體）之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻 移， D 超包括脈沖多普勒、連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。 彩色多普勒超聲一般是用自相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多普勒信號(hào)處理，把自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信號(hào)經(jīng)彩色編碼后實(shí)時(shí)地疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見，彩色多普勒超聲（即彩超）既具有二維超聲結(jié)構(gòu)圖像的優(yōu)點(diǎn)，又同時(shí)提供了血流動(dòng)力學(xué)的豐富信息，實(shí)際應(yīng)用受到了廣泛的重視和歡迎，在臨床上被譽(yù)為“非創(chuàng)傷性血管造影”。 3) 激光多普勒測速儀 激光多普勒測速儀測量通過激光探頭的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到速度。由于是激光測量，對(duì)于流場沒有干 擾，測速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒有關(guān)系，是目前世界上速度測量精度最高的儀器。這里我們將主要用到這 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 一應(yīng)用。 激光多普勒測速儀 (Laser Doppler Anemometry, LDA)是測量通過激光探頭的示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到速度。由于是激光測量，對(duì)于流場沒有干擾，測速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系，和該點(diǎn)的溫度，壓力沒有關(guān)系，是目前世界上速度測量精度最高的儀器。 激光多普勒測速儀是利用一種特殊形式的雙束激光干涉技術(shù)來測量物 體的運(yùn)動(dòng)速度，激光測速的原理大致是這樣：激光束射向流動(dòng)著的粒子，粒子發(fā)出的散射光的頻率改變了，通過光電裝置測出頻率的變化，就測得了粒子的速度，也就是流動(dòng)的速度。激光測速的最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)流動(dòng)沒有任何擾動(dòng)，測量的精度高。以下是對(duì)多普勒測量原理的具體描述，如圖 3-2 所示， 圖 3-2 激光多普勒測速儀測量原理 由圖可知，兩條激光束以一定的傾角射到被測物體的表面，由于這兩束激光具有同樣的波長，因此當(dāng)它們照在被測物體表面的同一處時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在干涉區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生明暗相間的條紋，然后利用光電傳感器測量出干涉 區(qū)域的明暗條紋的光強(qiáng)信號(hào)。當(dāng)被測物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，干涉區(qū)域的明暗條紋相對(duì)被測物體以相反的速度在運(yùn)動(dòng)，測量出的明暗條紋的光強(qiáng)信號(hào)也是周期性變化的，通過相關(guān)的處理可以計(jì)算出相鄰兩條亮條紋變化的時(shí)間 t。兩束激光干涉相鄰亮條紋之間的距離滿足以下關(guān)系 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 kd sin2 (3-2-1) 這樣可以通過以下公式計(jì)算出被測物體運(yùn)動(dòng)的速度 tdv (3-2-2) 計(jì)算出了物體的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度就可以通過積分的方式計(jì)算出物體的長度，計(jì)算公式如下： itvL (3-2-3) 關(guān)于多普勒測速儀的相關(guān)性能參數(shù)上文已經(jīng)有介紹，這里不再重復(fù)。 激光多普勒測速技術(shù)是伴隨著激光器的誕生而產(chǎn)生的一種新的測量技術(shù) , 它是利用激光的多普勒效應(yīng)來對(duì)流體或固體速度進(jìn)行測量的一種技術(shù) , 廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航天、機(jī)械、 能源、冶金、水利。鋼鐵、計(jì)量、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域。 3.3 鋼板長度測量過程中需要探討的問題 本論文研究背景是針對(duì)軋鋼生產(chǎn)線中為了精確測量鋼板輸送速度和長度而進(jìn)行的。在測量過程中，如果能精確測量鋼板輸送速度，就可以即時(shí)計(jì)算出鋼板的長度。因?yàn)闇y速裝置的精確性，這樣可以減少廢品率，節(jié)約原材料和能源，同時(shí)誤差也很小，為后續(xù)測量提供精度保證。當(dāng)然我們?cè)陂L度測量過程中不可避免地會(huì)遇到一些影響測量結(jié)果或者阻攔測量系統(tǒng)運(yùn)行的各類問題。以下是遇到的問題和對(duì)應(yīng)解決之道。 1) 鋼板在輥道上輸送是有抖動(dòng)的，因此存在左右方向和縱向上 的速度。而多普勒測速儀測得的速度實(shí)際上是一個(gè)合成后的速度。所以準(zhǔn)確地講我們用多普勒測速儀測得的是一條近似于直線的曲線上的速度而不是真正的直線。這里我們考慮輥道輥身的材料具有一定防震的特性（目前市面上已經(jīng)有橡膠輸送輥道和為玻璃生產(chǎn)提供的退火窯輥道等，這些都可以一定程度上起到防震防抖動(dòng)的作用），并且輸送速度是均勻平穩(wěn)恒定的。而且在輸送時(shí)均右對(duì)齊。所以我們認(rèn)為此類因素對(duì)測量結(jié)果的影響甚小，所以可以忽略。 2) 軋制鋼板本身并非是平直的，由于軋制工藝問題，鋼板可能有彎曲現(xiàn)象存在，如圖 3-3 所示 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 圖 3-3 軋制鋼板示意圖 由圖可知，鋼板是翹曲的，且鋼板的絕對(duì)長度就是圖示鋼板翹曲曲線的長度。正對(duì)這類問題，我們用數(shù)學(xué)積分的思想來解決。在每 1/50 秒的時(shí)間間隔內(nèi)測量速度并記錄一次。由前文可知，鋼板的長度控制在 5m 左右，輸送速度 3m/s 。因?yàn)闀r(shí)間間隔很小，在 1.7s 測量時(shí)間內(nèi)共可記錄 85 次。通過計(jì)算每一小段長度再依次累加 ，就可以得鋼板翹曲曲線長度即鋼板的絕對(duì)長度。 3) 由于多普勒測速儀安裝位置和激光傳感器安裝位置關(guān)系，對(duì)于長度的測量存在時(shí)間差，可能對(duì)整體長度測量結(jié)果存在影響。這里我們認(rèn)為首先保證輸送速度平穩(wěn)且恒定。這樣對(duì)多普勒測速儀測得的數(shù)據(jù)波動(dòng)較小。產(chǎn)生的誤差也在可接受范圍之內(nèi)。 4) 由于在測量過程中計(jì)算機(jī)程序也是在運(yùn)行的，這勢(shì)必需要一定的時(shí)間。但鋼板的測量是大量的。所以我們需要保證鋼板測量的持續(xù)性。對(duì)于這個(gè)問題我們可以從調(diào)整輸送過程中鋼板之間的距離。但需要注意的是在保證計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行順暢的同時(shí)，還應(yīng)該保證鋼板輸送效率也達(dá)到最佳狀態(tài)。 鋼板移 動(dòng)方向 鋼板翹曲曲線 鋼板的側(cè)面 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 第 4 章 基于 Labview 的長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Labview（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（ NI）公司研制開發(fā)的，類似于 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 Labview 與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 Labview 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 與 C 和 BASIC 一樣， Labview 也是通用的編程系統(tǒng)， 有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。 Labview 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。 Labview 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等便于程序的調(diào)試。 Labview 是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 Labview 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI 及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI 指虛擬儀器，是 Labview 的程序模塊。 4.1 Labview 程序圖主界面的設(shè)計(jì) Labview 是圖形化編程的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中非常普及的仿真軟件。如圖 4-1就是 Labview 的軟件界面。打開軟件后先新建文件，然后可以用工具建立一個(gè)文件，包含初始數(shù)據(jù)圖像和目標(biāo)數(shù)據(jù)的圖像。由于初始數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)之間處在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此中間需要橋梁 ：函數(shù)。 圖 4-1 Labview 軟件界面圖 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)空白 VI 文件，在前面板設(shè)計(jì)表格和波形圖。 4.2 速度測量程序框圖和前面板的設(shè)計(jì) 我們用多普勒測速儀來測得鋼板的輸送速度。由前文可知，鋼板的長度控制在 5m 左右，輸送速度 3m/s 。因?yàn)闀r(shí)間間隔很小，在 1.7s 測量時(shí)間內(nèi)共可記錄 85次。所以我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)程序用來得到一段時(shí)間內(nèi)輸送速度平均值和方差（反映速度波動(dòng)情況）。并通過觀察速度圖像可直觀了解情況。以下是我根據(jù)所需要掌握的數(shù)據(jù)情況設(shè)計(jì)的前面板。如圖 4-2-1 所示。 圖 4-2-1 速度分析前面板圖 如圖所示設(shè)計(jì)有“速度 時(shí)間間隔次數(shù)”圖像，速度 記錄表格和數(shù)據(jù)分析值：平均值與方差。 根據(jù)“通過模擬信號(hào)的建立，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣壓縮。通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理”步驟創(chuàng)建中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度分析程序框圖。如圖 4-2-2 所示。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 27 圖 4-2-2 速度分析程序框圖 4.3 長度測量程序框圖和前面板的設(shè)計(jì) 對(duì)中厚板的長度測量分析是本課題研究的核心內(nèi)容。這里我運(yùn)用 labview 軟件對(duì)長度測量進(jìn)行虛擬運(yùn)行。因需要將設(shè)計(jì)得到如圖 4-3-1 所示的前面板 圖 4-3-1 長度分析前面板圖 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 由上圖可知，我們需要測量得到速度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均速度和用來反映速度波動(dòng) 大小的方差；各緯度長度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均長度和用來反映長度大小均勻程度的方差。所以我將根據(jù)上述目的用 Labview 創(chuàng)建程序框圖： 圖 4-3-2 長度分析程序框圖 如圖 4-3-3 所示，程序的建立大致分為四個(gè)步驟。 圖 4-3-3 建立長度分析程序的流程圖 創(chuàng)建速度模擬信號(hào) 創(chuàng)建 16 個(gè)緯度的長度位置信號(hào) 數(shù)據(jù)壓縮、采樣統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)采樣統(tǒng)計(jì) 公式處理 數(shù)據(jù)輸出與分析 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 29 4.4 數(shù)值顯示與分析 通過前文描述的程序的建立，然后創(chuàng)建模擬信號(hào)。程序順利運(yùn)行并在前面板上顯示所測得的數(shù)據(jù)。同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析為后續(xù)輪廓測量提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)保證。 圖 4-4 速度長度數(shù)據(jù)顯示分析圖 如圖 4-4 所示，最終對(duì)長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要有相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)與圖像顯示。圖像主要有“速度 時(shí)間間隔次數(shù)”曲線圖像和“長度大小 位置”曲線圖像。其中“速度 時(shí)間間隔次數(shù)”曲線圖像主要表示出在測量時(shí)間內(nèi)的速度波動(dòng)。便于直觀比較。而“長度大小 位置”曲線圖像用來表示各位置（緯度）長度值信息。因曲線變化和直觀的看出最大值和最小值。 上述圖中還有數(shù)據(jù)以表格的形式顯示出來的。如“長度位置分析表”，“長度數(shù)值統(tǒng)計(jì)表”“長度數(shù)據(jù)分析表”和“速度分析與統(tǒng)計(jì)表”。 “長度位置分析表”主要是記錄 16 個(gè)位置（緯度）激光傳感器檢測到有中厚板記為“ 1 ”后對(duì) 85 個(gè)數(shù)值統(tǒng)計(jì)的結(jié)果；“長度數(shù)值統(tǒng)計(jì)表”主要是記錄 16 個(gè)位置（緯度）進(jìn)過測量和計(jì)算得出的中厚板長度；“長度數(shù)據(jù)分析表”是對(duì)于 16 個(gè)測量計(jì)算所得的長度數(shù)值的利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步計(jì)算與分析；“速度分析與統(tǒng)計(jì)表”是對(duì)多普勒測速 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 儀所測速度的統(tǒng)計(jì)和對(duì)這些速度值得進(jìn)一步分析。 如圖 4-4 所示，經(jīng)多普勒測速儀測得的速度平均值為 m/s 3.0060 。速度方差（速度波動(dòng)大小情況）為 0.0010 。這與我們預(yù)先確定的輸送速度 3m/s 且平穩(wěn)輸送相符合。誤差也很小。根據(jù)前文的公式： 鋼板的長度 itvL (4-4-1) 其中 it為第 i 次測量速度的時(shí)間間隔 ， v 為平均速度。公式中速度采取平均速度符合測量情況，公式適用。根據(jù)公式 4-4-1 計(jì)算所得鋼板長度最大值為 m 5.0501 ，最小值為 m 4.8096 ，平均長度為 m 4.9411 ，方差為 0.0044 。這與預(yù)先我們確定的鋼板長度控制在 m 5 左右相符合。誤差也很小 。 綜上所述，根據(jù)要求所編寫的中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序，其運(yùn)行后得出的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)前設(shè)定的值相接近。其中輸送速度的誤差為%2.0%1003 3006.3 ，中厚板長度的誤差為 %17 8.1%10 05 94 11.45 。誤差在允許范圍內(nèi)。所以程序編寫合理且符合要求。 4.5 小結(jié) 本章主要論述了運(yùn)用 Labview 軟件對(duì)長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序編寫。具體有對(duì)編寫的速度測量分析程序及其前面板的展示和對(duì)編寫的長度測量分析程序及其前面板的展示和對(duì)測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。程序編寫較為成功 ，符合預(yù)期目標(biāo)。 當(dāng)然也存在不足之處，不足之處在于最終結(jié)果顯示的前面板上并沒有表格可以直接顯示出最大長度和最小長度。需要根據(jù)“長度大小 位置”曲線圖像觀察和 “長度數(shù)值統(tǒng)計(jì)表”查找得出結(jié)果。這對(duì)于數(shù)據(jù)量較小還行得通。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，查找“最值長度”會(huì)有不小的工作量。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 31 第 5 章 MATLAB 編程 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一 個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple、 MathCAD 并稱為四大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、 連 接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、 信號(hào)檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 MATLAB也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C+， JAVA的支持。可以直接調(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下 載就可以用。 5.1 程序編寫 前一章我們主要運(yùn)用 Labview 軟件對(duì)長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序編寫。完成了對(duì)鋼板的長度測量。不足之處在于最終結(jié)果顯示的前面板上并沒有表格可以直接圖 5 Matlab 主界面圖 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 顯示出最大長度和最小長度。需要根據(jù)“長度大小 位置”曲線圖像觀察 和 “長度數(shù)值統(tǒng)計(jì)表”查找得出結(jié)果。這對(duì)于數(shù)據(jù)量較小還行得通。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，查找“最值長度”會(huì)有不小的工作量。所以就需要使用 Matlab 這一數(shù)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。 在 MATLAB 中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或計(jì)算 ,已知原始資料一般為磁盤文件 ,格式有*.txt， *.xls， *.wkl,*.dat， *.m等等。卻不包含 Labview 軟件一般用來寫入數(shù)據(jù)的*.lvm， *.tdms， *.tdm格式的文件。 所以需要用一個(gè) Write a Spreadsheet File.把vi程序把表格數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 Microsoft Excel 文件中。這只需要在長度分析程序框圖中加入上述程序如圖 5-1 所示 圖 5-1 Labview 程序 框圖變化圖 經(jīng)測量后將數(shù)據(jù)寫入 Excel 文件中，這樣就可以利用 Matlab 編程了。 編寫的程序?yàn)椋?A=xlswrite (d:MATLAB7workchangdu.xls,a1:p1)； %從磁盤中寫入文件 MAX=max(A)； %求最大值 MIN=min(A)； %求最小值 經(jīng)運(yùn)行可以得出數(shù)值。 添加程序后 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 33 5.2 小結(jié) 本章主要介紹了 Matlab 軟件的相關(guān)背景及內(nèi)容。并具體對(duì)如何處理上一章所遺留的不足之處給予完整的回答 最值問題的處理分析。這樣從整體性上完整的測量和分析了中厚板 板形儀對(duì)鋼板長度檢測的任務(wù)。 但還需考慮在實(shí)際環(huán)境中，需要不斷重復(fù)對(duì)測量所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。即保持程序隨 Excel文件新數(shù)據(jù)的寫入不斷更新工作。 Excel Link 是一個(gè)在 Windows 環(huán)境下實(shí)現(xiàn) Excel 與 Matlab 進(jìn)行鏈接的插件。通過連接 Excel 和 Matlab，用戶可以在 Excel 工作表空間和宏編程工具中使用Matlab 的數(shù)值計(jì)算，圖形處理等功能，不需要脫離 Excel環(huán)境。同時(shí)由 Excel Link來保證兩個(gè)工作環(huán)境中的數(shù)據(jù)交換和同步更新。這是目前常用的一個(gè)解決辦法。 中厚板板形儀在線檢測是一個(gè) 綜合性的工程。由于本人做的只是長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一模塊，所以在與同組同學(xué)交流中還需考慮“數(shù)據(jù)競爭”，程序合理性等問題。這對(duì)今后的研究工作提出了新問題、新要求。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 第 6 章 總結(jié)與展望 本章對(duì)全文的設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了概括性總結(jié)，并對(duì)后續(xù)研究工作的設(shè)想和計(jì)劃進(jìn)行了探討 。 6.1 總結(jié) 以上是我對(duì)中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的研究。提出了能實(shí)現(xiàn)冷軋中厚板長度非接觸式在線檢測的原理，并對(duì)該長度檢測原理進(jìn)行了深入的研究。利用所編寫的長度檢測程序，不僅實(shí)現(xiàn)了中厚板長度在線檢測和顯示，而 且還對(duì)冷軋中厚板長度檢測原理性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，證明了長度檢測原理的正確性和處理算法具有運(yùn)算速度快、可靠性高、準(zhǔn)確性高和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。 通過對(duì)中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的研究，主要完成了以下幾方面的工作。 1) 針對(duì)冷軋中厚板長度檢測儀的檢測目的，構(gòu)建了長度檢測儀系統(tǒng)的整體構(gòu)架，主要有長度檢測系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)布局，期間與同組成員交流討論來確定電氣結(jié)構(gòu)、通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使中厚板板形儀具備了圖像采集、控制、處理、通信和測量數(shù)值顯示的功能。 2) 提出了中厚板長度非接觸式檢測的原理與方法，并進(jìn)行深入研究。 3) 介紹了多普勒測速儀及其 工作原理，并針對(duì)中厚板長度測量過程中所遇到的問題進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃和提出解決方案。最后付諸實(shí)施。 4) 利用 Labview圖形化編程軟件編寫中厚板長度檢測的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)長度和速度檢測結(jié)果的顯示。并對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 6.2 展望 通過上述工作設(shè)計(jì)的中厚板長度檢測系統(tǒng)雖然能比較精確地達(dá)到檢測目的，但依舊存在許多問題。 1) 進(jìn)一步完善板型儀儀中各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互方式，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的競爭現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)通信。 2) 考慮到冷軋中厚板生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況，需要利用多臺(tái)激光傳感器來進(jìn)行“位置感應(yīng)”。在實(shí)際環(huán) 境中可能會(huì)受到信號(hào)干擾，這需要進(jìn)一步的分析和研究。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 35 3) 為了提高冷軋中厚板板型儀的長度檢測精度，也為了使檢測儀的安裝趨于簡單化，需要進(jìn)一步研究多普勒測速儀和激光傳感器安裝精度對(duì)檢測儀的影響?？紤]多普勒測速儀安裝位置和激光傳感器安裝位置關(guān)系，對(duì)于長度的測量存在時(shí)間差，可能對(duì)整體長度測量結(jié)果存在影響。 4) 在冷軋中厚板生產(chǎn)線上，考慮到鋼板在輥道上的振動(dòng)是比較嚴(yán)重的，因此需要進(jìn)一步研究如何減小和補(bǔ)償振動(dòng)引起的測量誤差。 5) 由于在長度測量過程中 ,激光傳感器每隔 50/1 秒測量并記錄一次。從 常理上講，這 85 組數(shù)據(jù)只有首尾會(huì)出現(xiàn)“ 0 ”情況。但若是一些不規(guī)則的軋制鋼板如圖 5-2 所示，就會(huì)在數(shù)據(jù)組中間也有出現(xiàn) “ 0 ”情況。這樣會(huì)影響到真正測量的準(zhǔn)確性。 圖 6-2 特殊不規(guī)則中厚板板型圖 以上都是我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)尚未解決或尚未考慮到的問題，由于自己深入研究時(shí)間所限或者受專業(yè)知識(shí)局限將留待后期深入繼續(xù)研究學(xué)習(xí)。 中厚板板形儀長度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 參考文獻(xiàn) 1.劉漢章我國鋼鐵行業(yè)研究 J合作經(jīng)濟(jì)與科技， 2011(14)： 19-20 2. 徐康寧，韓劍中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的集中度、布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 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