СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ГОРЯЧЕГО ПРОКАТА Российский патент 2009 года по МПК G01B11/04 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а более конкретно к способам измерения длины движущегося горячего проката.

Известен способ измерения движущегося проката, включающий определение положения конца проката относительно, например, линии реза или одновременное определение положения переднего и заднего конца с помощью необходимого количества фотоприемников, установленных вдоль измеряемого участка на определенных интервалах, выходной сигнал которых имеет два значения (темно - светло, ноль - единица). Обрабатывая эти выходные сигналы, можно определить искомую длину (Авторское свидетельство СССР №1097895, МКИ G01B 11/00 от 15.06.84, Авторское свидетельство СССР №1415039, МКИ G01B 7/04 от 07.08.88, Авторское свидетельство СССР №1479818, МКИ G01B 7/04 от 15.05.89, Авторское свидетельство №1663422, МКИ G01В 21/00 от 15.07.91, Авторское свидетельство СССР №1188525, МКИ G01B 11/00 от 30.10.85).

Такой способ измерения длины движущегося проката реализуется в устройствах, которые обладают высокой помехоустойчивостью, позволяют организовать самодиагностику работы измерителя, обеспечивают хорошие показатели точности, однако имеют сложную, громоздкую и дорогую конструкцию.

Известен способ измерения движущегося проката, при котором измеряемую длину разделяют на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников и оппозитно размещенных им излучателей, устанавливаемых по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с измерительного контактного ролика, при этом путь, пройденный прокатом, и количество импульсов на выходе датчика за время прохождения этого пути связаны между собой (И.А.Аронов, М.А.Сонькин «Приборы для измерения длины проката и труб в СССР и за рубежом» НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Металлургическое оборудование, 1-68-13, М., 1968 г., стр.17, 40; «Приборы для автоматического измерения труб и трубных изделий» ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии, Обзорная информация, серия 15, выпуск №2, Москва, 1974 г., стр.24; Челюсткин А.Б. «Автоматизация процессов прокатного производства», Москва, Металлургия, 1971 г., стр.121-122, рис.44-45).

Такой способ измерения движущегося проката реализуется в конструктивно более простых устройствах, поскольку фотоприемники устанавливаются достаточно редко по длине измеряемого проката, то есть их количество по сравнению с предыдущим аналогом существенно уменьшается, уменьшается также и количество сопутствующей им аппаратуры. Однако измерение внутри базовых участков посредством датчиков импульсов с контактного ролика приводит к значительным погрешностям измерения и снижению надежности процесса измерения, особенно в случае работы с горячим прокатом, так как в этом случае контактный ролик работает в тяжелом тепловом режиме (циклические нагрев и охлаждение), с изменением температуры изменяются его размеры, что частично и обуславливает погрешность измерения. Дополнительно погрешность измерения увеличивается вследствие проскальзывания контактного ролика на прокате. Кроме того, в случае, если сортамент проката изменяется, реализация способа конструктивно значительно усложняется, так как необходима специальная конструкция прижима ролика, позволяющая оперативно переходить с одного сортамента на другой, а для того чтобы ролик не разбивался движущимися заготовками, его прижим-отжим должен быть синхронизирован с движением измеряемых заготовок.

Известен способ измерения длины проката, принятый в качестве прототипа, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников, оптические оси которых проходят по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, при этом учитывают погрешность, обусловленную проскальзыванием заготовки, и организуют диагностику работы измерителя («Способ измерения длины проката», патент RU №2275589, G01В 7/04, G01В 11/04).

Однако в известном способе в случае его использования для измерения длины горячего проката и применения фотодатчиков, реагирующих непосредственно на излучение этого проката, не обеспечивается необходимая точность измерения по нижеследующим причинам.

Расстояние от проката (вдоль оптической оси фотоприемника), на котором должно быть установлено фотореле, определяется, исходя из номенклатуры измеряемых заготовок (ширина, высота), а также величины возможного смещения заготовок поперек рольганга; обязательно учитывается диапазон температуры заготовки и «точность» обнаружения положения заготовки в поле зрения фотореле. Следует заметить, что поле зрения фотоприемника - это не узкий луч, а конус, т.е. фотоприемник «видит» не точку на объекте, а довольно широкое пятно (обычно круг). Связано это с тем, что с точки много энергии не соберешь и для того чтобы увидеть точку (т.е. определять наличие объекта точно: в очень малом пространстве), фотоприемник должен обладать очень высокой чувствительностью, т.е. реагировать на очень невысокий уровень сигнала. Но в этом случае он начинает так активно реагировать на помехи, что помехоустойчивость такого фотореле становится недопустимо низкой. Собирать энергию с очень большой площадки тоже недопустимо, т.к. в этом случае фотоприемник долго «не заметит» появления в таком широком поле зрения невысокой заготовки, имеющей минимально допустимую температуру. (Температура и энергия связаны законом Вина, где величина температуры имеет четвертую степень, т.е., например, при уменьшении температуры в два раза энергия уменьшится примерно в 16 раз.) Фотоприемник, имеющий широкое поле зрения, имеет невысокую точность обнаружения положения объекта. Связано это с тем, что обычно порог срабатывания фотореле устанавливают при вполне определенном электрическом сигнале с первичного преобразователя (обычно это фотодиод, фототок которого пропорционален энергии того оптического сигнала, который пришел на входное окошечко этого фотодиода). Эта энергия пропорциональна температуре площадки, коэффициенту излучения (степень черноты) излучателя и величине той площадки, с которой она собирается оптической системой фотоприемника (обычно это несложный объектив). В реальных производственных условиях на величину пришедшей энергии очень сильно влияет и прозрачность (коэффициент пропускания) среды между излучателем и входом объектива. Пары воды, масел, пыль поглощают и рассеивают оптическую энергию и существенно уменьшают ту ее часть, которая попадает на входное окошечко фотодиода. Поставить фотоприемник рядом с объектом (в данном случае рядом с заготовкой) очень сложно или вообще невозможно. На рольганг - не поставить: будет снесен заготовкой; поставить над рольгангом: возникают сложные проблемы с защитой от нагрева корпуса фотоприемника и подключенных кабелей излучением заготовки и конвекционными потоками горячего воздуха. Такая установка значительно усложняет эксплуатацию и обслуживание фотоприемников. Кроме того, при такой установке фотоприемник часто начинает «видеть» верхнюю поверхность роликов рольганга и ловить оптических «зайчиков», отражаемых этой гладкой поверхностью, что приводит к ложным срабатываниям фотореле и недопустимым сбоям в работе измерителя. Обычно фотоприемники относят за борт рольганга и устанавливают так, чтобы не «видеть» роликов, видеть только заготовку (самую маленькую); величина площадки, которую должен «видеть» фотоприемник, определяется требуемой точностью обнаружения положения объекта, минимальной температурой поверхности объекта и степенью (коэффициентом) пропускания среды, имеющейся между объектом и фотоприемником.

Таким образом, на практике расстояние от объекта до фотоприемника определяется с учетом многих факторов и является компромиссом между точностью и помехоустойчивостью.

Но даже при правильной установке фотореле не удается исключить влияние оптической помехи, обусловленной следующим обстоятельством. Горячий прокат (бывают температуры до 1200°С) светит очень интенсивно, причем торцы, особенно если их где-то подрезали, светят особенно сильно, т.к. не успели покрыться окалиной. Такое свечение освещает окружающие предметы и создает вблизи торца на борту рольганга заметное световое пятно. Если не принять специальных мер, то фотоприемник реагирует на это пятно, как на излучение от проката (по спектру и по интенсивности это близкие величины), и «намеривает» величину длины больше, чем реально имеется. Ошибка может быть порядка 8-15 см по каждому торцу, что в большинстве случаев неприемлимо. Для того чтобы избавиться от влияния этой помехи, принимают следующие меры. Первый вариант. В том месте, куда «смотрит» фотореле, убирают (вырезают отверстие или делают щель) часть борта, а за бортом в этом месте не располагают никаких предметов, хорошо отражающих свет (т.е. искусственно создают черное тело). Такие мероприятия ослабляют борт и требуют работы с ним, а он стальной, весит несколько тонн и имеет толщину порядка 100 мм. Поэтому, например, если измеритель длины встраивается в уже существующую линию, то приходится ее останавливать (и не на одну смену) и организовывать трудоемкие конструктивно-механические доработки (что всегда вызывает отрицательную реакцию у производственников). Второй вариант доработки. Используют излучатель и фотоприемник, реагирующий на сигнал излучателя. Положение проката определяют по перекрытию луча излучателя. Применить «обычные» излучатель и приемник не получается, т.к. излучатель, как правило, излучает свет в том же спектре (красный), что и прокат, и фотоприемник не различает эти два «света» и не обнаруживает наличие проката, когда он перекрывает луч излучателя. Применяются приемники с электрической модуляцией луча (импульсный режим работы и излучателя, и фотоприемника). Такие устройства наиболее дорогие и наименее быстродействующие. Кроме того, борт все равно приходится дорабатывать (делать небольшие отверстия для лазерного луча излучателя). Механическая доработка в данном случае получается более простой, чем в первом варианте, но сам измеритель получается относительно дорогим и громоздким (добавляется линейка излучателей, к которым надо подвести кабели, защитить излучатели и их кабели от случайных повреждений, недопустимого нагрева, следить за тем, чтобы не загрязнялся оптический выход).

Кроме этого в известном способе не решена задача определения количества и величины базовых участков, что также приводит либо к снижению точности, если количество участков недостаточно, либо к снижению надежности, если количество участков избыточно.

Задача, решаемая изобретением: повышение точности измерения длины горячего проката путем исключения засветки фотоприемников оптической помехой, образованной отраженным светом в районе торцов проката.

Эта задача решается следующим образом.

В известном способе измерения длины движущегося проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников, оптические оси которых проходят по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, при этом учитывают погрешность измерения, обусловленную проскальзыванием заготовки, и организуют процедуру проверки работоспособности измерителя, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ базовые участки располагают симметрично относительно середины длины заготовки, а срединный участок дополнительно разбивают на две части, общая граница которых размещена на расстоянии

ΔС=(0,5Lmin-Lсч) от середины по ходу движения заготовки, где

Lmin - минимально измеряемая длина,

Lcч - величина длины, насчитываемая датчиком импульсов, при которой погрешность этой величины не превышает абсолютной требуемой погрешности измерения, ΔС=0, если (0,5Lmin-Lсч)≤0,

оптическую ось серединного фотоприемника устанавливают перпендикулярно боковой поверхности заготовки, а оптические оси крайних фотоприемников - под постоянным непрямым углом к этой поверхности, величину угла определяют при максимальном расстоянии до заготовки с учетом соотношений:

tgα_ц =Lп_{к max}/Lш_{к min} ,

tgα_к =Lп_{д max}/Lш_{д min}

где α - величина угла, α_ц - для центральных фотоприемников, α_к - для крайних фотоприемников;

Lп_max - максимальный размер светового пятна на борту рольганга в районе торцов и направлении длины заготовки, Lп _{к max} - для самой короткой заготовки; Lп_{д max} - для самой длинной заготовки;

Lш _min - минимальная ширина заготовки, при которой имеется вышеназванный максимальный размер; Lш_{к min} - для самой короткой заготовки; Lш _{д min} - для самой длинной заготовки;

расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников определяют с учетом соотношения:

Lц=Lmin-2Lк _max tgα_ц

где Lц - расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников,

Lmin - минимально измеряемая длина,

Lк _max - величина максимального удаления самой короткой заготовки,

α_ц - величина вышеопределенного угла;

расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников определяют с учетом соотношения:

Lкр=Lmax-2Lд_maxtgα_к

где Lкр - расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников,

Lmax - максимально измеряемая длина,

Lд _max - величина максимального удаления самой длинной заготовки,

α_к - величина вышеопределенного угла,

а также организуют дополнительный канал определения положения переднего торца заготовки, при этом оптическую ось дополнительного фотоприемника располагают посредине последнего по ходу движения заготовки базового участка.

На фиг.1 показано расположение оптических осей фотоприемников, показаны максимально и минимально измеряемые длины, показаны крайние положения заготовок: максимальное и минимальное удаление от фотоприемников вдоль их оптической оси.

На фиг.2 показано положение светового пятна, образованного на борту рольганга излучением горячей заготовки в районе ее торца.

Способ измерения длины горячего проката включает в себя разбивку измеряемой длины на ряд базовых участков и определение положения конца проката с помощью фотоприемников, оптические оси которых проходят по границам базовых участков, при этом измерение внутри базовых участков осуществляется посредством датчика импульсов с привода перемещения проката с учетом погрешности измерения, обусловленной проскальзыванием заготовки; организована также постоянная диагностика работы измерителя.

Базовые участки располагают симметрично относительно середины длины заготовки, а срединный участок дополнительно разбивают на две части, общая граница которых размещена на расстоянии ΔС=(0,5Lmin-Lсч) от середины по ходу движения заготовки, где

Lmin - минимально измеряемая длина,

Lcч - величина длины, насчитываемая датчиком импульсов, при которой погрешность этой величины не превышает абсолютной требуемой погрешности измерения, ΔС=0, если (0,5Lmin-Lсч)≤0,

оптическую ось серединного фотоприемника устанавливают перпендикулярно боковой поверхности заготовки, а оптические оси крайних фотоприемников - под постоянным непрямым углом к этой поверхности, величину угла определяют при максимальном расстоянии до заготовки с учетом соотношений:

tgα_ц =Lп_{к max}/L ш_{к min} ,

tgα_к =Lп_{д max}/L ш_{д min}

где α - величина угла, α_ц - для центральных фотоприемников, α_к - для крайних фотоприемников;

Lп _max - максимальный размер светового пятна на борту рольганга в районе торцов и направлении длины заготовки, Lп_{к max} - для самой короткой заготовки; Lп_{д max} - для самой длинной заготовки;

Lш_min - минимальная ширина заготовки, при которой имеется вышеназванный максимальный размер; Lш_{к min} - для самой короткой заготовки; Lш_{д min} - для самой длинной заготовки;

расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников определяют с учетом соотношения:

Lц=Lmin-2Lк _maxtgα_ц

где Lц - расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников,

Lmin - минимально измеряемая длина,

Lк_max - величина максимального удаления самой короткой заготовки,

α_ц - величина вышеопределенного угла;

расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников определяют с учетом соотношения:

Lкp=Lmax-2Lд _maxtgα_к

где Lкp - расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников,

Lmax - максимально измеряемая длина,

Lд_max - величина максимального удаления самой длинной заготовки,

α_к - величина вышеопределенного угла.

Кроме того, организуют дополнительный канал определения положения переднего торца заготовки, при этом оптическую ось дополнительного фотоприемника располагают посредине последнего по ходу движения заготовки базового участка.

Способ реализуется следующим образом.

Исходя из номенклатуры измеряемых заготовок определяется минимальная и максимальная измеряемая длина. Эти величины обозначены соответственно Lmin и Lmax на фиг.1 Определяется также величина возможного смещения заготовок поперек рольганга. Эти положения на фиг.1 обозначены 1к (максимальное удаление самой короткой заготовки от фотоприемников), 1д (максимальное удаление самой длинной заготовки от фотоприемников); 2к - минимальное удаление самой короткой заготовки от фотоприемников, 2д - минимальное удаление самой длинной заготовки от фотоприемников. Исходя из этих удалений, высоты заготовки, ее температуры и «точности» обнаружения положения заготовки в поле зрения фотореле определяется расстояние (вдоль оптической оси фотоприемника), на котором должно быть установлено фотореле.

Оптическую ось фотореле располагают под таким углом к прокату, под которым оно не «видит» светового пятна на борту рольганга в районе торца. Этот угол определяется следующим образом. Для фотодатчиков, обозначенных Фц1, Фц2, на Фиг.1 берется самая короткая заготовка, имеющая самую высокую температуру и самую большую площадь торца. Заготовка располагается вплотную к борту рольганга. Измеряется ширина светового пятна (в этом месте на борту рольганга можно заранее нанести меловые метки, большой точности не требуется, достаточно ±1 см). Измеря ширину пятна (Lпк) и зная ширину заготовки (Lшк), можно определить искомый угол: tgα_ц=Lп_{к max}/Lш_{к min}, где α_ц - искомый угол, Lп_{к max} - максимальная ширина пятна (она будет у заготовки, имеющей максимальную температуру, максимальную площадь торца и максимально приближенную к борту), Lш_{к min} - минимальная ширина заготовки, при которой образуется максимальный размер

Lп_{к max}; т.е. для заготовок, имеющих одинаковую площадь торца, следует взять заготовку, имеющую меньшую ширину. Если температуры и площади торцов самой короткой заготовки отличаются, то в этом случае, возможно, придется определить угол, проведя замеры для 2-х или 3-х заготовок и выбрав максимальный угол. По поводу размера пятна можно дополнить следующее. Поскольку это пятно образовано отраженным светом, а первичным источником является светящийся торец и ближняя к борту поверхность, то интенсивность свечения этого пятна убывает по мере удаления от этих источников. Однако зависимость здесь нелинейная (что-то среднее между кубической и квадратичной). Поэтому глаз (и фотореле) границу этого пятна (хотя и несколько размытую) определить может. Реально видно интенсивное пятно размером, например, 12 см, и видна граница размером примерно 2-3 см.

Угол α_к для оптических осей фотоприемников, обозначенных на фиг.1 как Фкр1 и Фкр2, находится точно так же, как и для Фц1, Фц2, но используется самая длинная заготовка.

Определяя величины углов и расстояние, на котором должны быть установлены фотоприемники, можно (из несложных геометрических соотношений) определить расстояния (Lц и Lкp) между фотодатчиками. Для центральных фотоприемников Фц1, Фц2 получается: Lц=Lmin-2Lк _max tgα_ц,

где Lц - расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников,

Lmin - минимально измеряемая длина,

Lк_max - величина максимального удаления самой короткой заготовки,

α_ц - величина вышеопределенного угла.

Для крайних фотоприемников получается:

Lкp=Lmax-2Lд_maxtgα_к,

где Lкp - расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников,

Lmax - максимально измеряемая длина,

Lд_max - величина максимального удаления самой длинной заготовки,

α_к - величина вышеопределенного угла.

При измерении длины с помощью фотоприемников, оптические оси которых расположены под углом к боковой поверхности (так, как в предлагаемом способе), возникает ошибка измерения, обусловленная тем, что положение проката поперек рольганга нестабильно. Т.е. заготовка в момент измерения может занимать или максимально удаленное положение (1к, 1д), или максимально приближенное (2к, 2д), или любое промежуточное (не показано). Действительно, если, например, короткая заготовка занимает положение 1к, то фотореле Фц1, Фц2 «видят» длину Lmin, если эта же самая заготовка занимает положение 2к, то эти же самые фотореле «видят» длину на 2ΔL меньшую. Величина ΔL в реальных условиях всегда превышает допустимую погрешность измерения. Поэтому, если не принять никаких мер для нейтрализации этой ошибки, то погрешность измерения может быть недопустимо большой. В предлагаемом способе эта ошибка учитывается и компенсируется. Для того чтобы показать это, рассмотрим, как происходит измерение длины предлагаемым способом (см. фиг.1). Допустим, короткая заготовка (но неизвестно короткая или длинная) движется в направлении, показанном жирной стрелкой внизу фиг.1 (т.е. сверху вниз на чертеже). Положение заготовки поперек рольганга также неизвестно, но для определенности рассмотрим два положения: 1к и 2к. Первым заготовку «увидит» фотореле Фкр1. При положении 1к оно «увидит» и пятно на рольганге, и передний торец, и боковую поверхность (не полностью, а части). При положении 2к оно «увидит» передний торец и боковую поверхность (не полностью, а части). (Пятна на борту при таком положении заготовки не будет, т.к. она будет удалена от борта.) Положение заготовки будет определено очень приблизительно («где-то в районе поля зрения фотореле Фкр1»), но измерение в этот момент не производится, но по сигналу с этого фотореле могут начаться подготовительные действия к измерению (уменьшение скорости рольганга, начало проверки датчика импульсов, можно проверить остальные фотореле: на выходе каждого должен быть сигнал «темно»). Следующим сработает фотореле Фц1. Оно также «увидит» и пятно на рольганге, и передний торец, и боковую поверхность (положение 1к), или передний торец и боковую поверхность (положение 2к). Положение заготовки также будет определено очень приблизительно («где-то в районе поля зрения фотореле Фц1»), но измерение в этот момент также не производится, но по сигналу с этого фотореле уже можно грубо проверить датчик импульсов. Он должен очень примерно (±25 см) насчитать величину базового участка между оптическими осями фотореле Фкр1 и Фц1. Если этого нет, то имеется какая-то значительная неисправность (сильно сбито фотореле или вышел из строя датчик импульсов). Об этой ситуации сообщается обслуживающему персоналу. Если все нормально, то никаких сообщений не выдается. Затем срабатывает фотореле Фс (оно установлено в середине диапазона измерения). Это фотореле уже никаких помех не «видит», а четко определяет положение переднего торца заготовки. Помеха от пятна исключена одним из двух известных и вышеописанных способов: созданием черного тела или применением специального излучателя и приемника. На фиг.1 показан вариант с черным телом (щель в борту или просто пустое пространство между бортами, если борт составной). По сигналу с фотореле Фс начинает считать длину счетчик импульсов. При срабатывании фотореле Фц2 (а оно тоже не «видит» ни пятна, ни торец, а определяет положение именно переднего края) определяем какую величину насчитал датчик импульсов. Для короткой заготовки эта величина лежит в диапазоне от Lmin/2 до Lmin/2-ΔL. Если эти пределы нарушены, то выдаем оператору сообщение о сбое измерения. Насчитанная величина очень точно определяет положение заготовки поперек рольганга, например, если насчитали величину Lmin/2-ΔL/2, то заготовка занимает положение посередине между двумя показанными крайними. Точность получается потому, что счетчик считает с точностью до долей мм. (Но в данной ситуации такая точность излишняя, и приходится эту насчитанную величину округлять до величины, соизмеримой с требуемой погрешностью.) По насчитанной счетчиком величине определяем длину базового участка между фотореле Фц1, Фц2. Для этого насчитанную величину умножаем на два. По срабатывании фотореле Фц2 снова начинаем считать длину счетчиком импульсов. Когда сработает (выключится) фотореле Фц1, то определяем положение заднего края проката. (В это время Фц1 никаких помех не «видит», а определяет положение именно заднего края.) Величину длины, насчитанную датчиком импульсов за это время, складываем с только что определенной величиной базового участка. Полученная сумма равна величине длины заготовки. (Для короткой заготовки, максимально приближенной к фотореле, величина длины, насчитанная датчиком импульсов за время между включением Фц2 и выключением Фц1, показана на фиг.1 как Lнасч.) Операции с величинами, насчитанными счетчиком импульсов, выполняются быстродействующим современным контроллером и занимают время порядка 1 мксек. За это время прокат, движущийся со скоростью, например, 3 м/сек, пройдет путь 0,003 мм, что на четыре десятичных порядка меньше допустимой погрешности. Поэтому погрешностями, обусловленными тем, что имеются не мгновенные срабатывания фотореле и не мгновенные переключения электронных схем, можно пренебречь без всяких оговорок.

Для длинной заготовки измерения будут проводиться точно так же, как и для короткой, только величина базового участка будет определяться положением заготовки между оптическими осями Фкр1 и Фкр2. А добавка к этой базовой величине будет насчитываться счетчиком импульсов за время, начиная со срабатывания (включения) Фкр2 и выключения Фкр1. Фотореле Фц1, Фс, Фц2 также будут срабатывать, и информация, полученная при срабатывании с этих фотореле, будет использоваться и при измерении длинной заготовки. Например, для конкретного измерения базовый участок между Фц1, Фц2 всегда лежит внутри базового участка Фкр1, Фкр2, поскольку заготовка не может во время движения перепрыгнуть поперек рольганга. Если при измерении на участке Фс-Фц2 определили, что прокат идет посередине между крайними положениями, то и на участке Фц2-Фкр2 он также должен идти посередине. Нарушение такой зависимости сигнализирует о сбое измерения.

Если разница между максимальной измеряемой (Lmax) и минимальной измеряемой (Lmin) длинами оказалась большой и имеется вероятность того, что погрешность величины, насчитанной счетчиком на больших участках, окажется недопустимой, то предлагается разбить участок Фц2 - Фкр2 на два равных участка. Для этого необходимо установить дополнительный фотодатчик Фд, оптическая ось которого лежит посередине между оптическими осями Фц2 и Фкр2. В этом случае заготовки средней длины, но ближе к короткой, будут измеряться на участке Фц1-Фд; заготовки средней длины, но ближе к длинным, будут измеряться на участке Фкр1-Фд. Логика измерения длины этих средних заготовок будет точно такая же, как описано выше. (Пример. Диапазон измерения 1,4-2,7 м. Величина участка Фц2-Фкр2 будет: (2,7-1,4)/2=0,65 м. Дополнительного фотореле не требуется, т.к. проблемы начинаются где-то с длин примерно 0,75-0,8 м.)

В связи с вышеизложенным необходимо дать следующее пояснение. Если минимально измеряемая длина оказалась достаточно большой (допустим 2,2 м), то базовые участки, измеряемые Фц1-Фс и Фс-Фц2, могут иметь величину (2,2/2)=1,1 м, что превышает указанный предел (0,75-0,8)м. В этом случае оптическую ось Фс необходимо располагать не посредине между осями Фц1 и Фц2, а следует ее сместить параллельно самой себе в сторону Фц2. Смещение должно быть таким, чтобы величина участка Фс-Фц2 не превышала требуемого предела. Такое смещение учтено в формуле изобретения и обозначено как ΔС. Измерения при этом будут производиться точно так же, как описано выше. Только для определения величины базового участка между Фц1 и Фц2 придется проделать следующие дополнительные математические операции. Величину, насчитанную датчиком импульсов, умножаем на постоянный коэффициент и полученное произведение складываем с насчитанной величиной. Эта сумма и будет величиной базового участка. Постоянный коэффициент определяется пропорцией, в которой будет поделен смещенной осью Фс участок Фц1-Фц2. Например, 2,2 м поделили на 0,8 м (Фс-Фц2) и 1,4 м (Фц1-Фс). Коэффициент будет: 1,4/0,8=1,75. Пример. На участке Фс-Фц2 датчик импульсов насчитал величину 74,5 см. Находим величину участка

Фц1-Фс: (74,5×1,75)=130,4 см.

Величина базового участка: 74,5+130,4=205 см.

Следует также заметить, что реально придется, скорее всего, смещать не реле Фс (оно «привязано» к положению щели на борту рольганга), а передвинуть (вверх на фиг.1) всю линейку фотореле.

Расстояние (вдоль оптической оси) от фотореле до заготовки для всех фотореле будут больше, чем у фотореле Фс. Это приведет к тому, что точность определения положения объекта в их поле зрения у них будет хуже, чем Фс, поскольку увеличился размер площадки, с которой снимается оптический сигнал. Такое увеличение погрешности прямо пропорционально величине расстояния до объекта. Т.е. если реле Фс имеет вышеназванную погрешность, например, ±1 см, то при увеличении расстояния до объекта (за счет углов α_ц и α_к), например, на 30%, погрешность вырастет до ±1,3 см. Но если надо измерять с точностью ±2,5 см, то такое возрастание вполне допустимо.

Предлагаемый способ особенно эффективен при реконструкции имеющихся линий и встройки в них измерителей длины. Не требуется механической доработки борта. Только одному фотореле требуется обеспечить черное тело, а в случае, если борт составной и между частями борта имеется щель, то вообще можно обойтись без всякой доработки. Сами фотоприемники располагаются компактно (не по всей измеряемой длине), линейка фотоприемников получается более короткой, следовательно, меньше затраты на кабельные линии, на защиту от случайных повреждений и перегрева, меньше потребуется клеммных коробок. Количество самих фотореле также оптимизировано. В большинстве случаев можно обойтись всего пятью фотореле, редко может потребоваться шесть. Измеритель обеспечивает необходимую точность, обладает высокой надежностью за счет простоты и постоянной диагностики своего состояния.

Учет возможного проскальзывания при необходимости будет организован так же, как и в прототипе, но диагностические процедуры будут организованы несколько по-иному; примеры диагностики приведены в описании реализации предлагаемого способа.

Поскольку современные АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами) (а измеритель длины проката - часть такой системы) строятся на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и с применением персональных компьютеров (ПК), то прием, обработка, хранение информации, выработка управляющих воздействий производятся не специализированными вычислительными и логическими устройствами, а универсальными ПЛК и ПК.

Заявлен способ измерения длины горячего проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников, оптические оси которых проходят по границам базовых участков. Измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, при этом учитывают погрешность измерения, обусловленную проскальзыванием заготовки, и организуют процедуру диагностики работы измерителя. Базовые участки располагают симметрично относительно середины длины заготовки, а срединный участок дополнительно разбивают на две части, общая граница которых размещена на расстоянии ΔС=(0,5Lmin-Lсч) от середины по ходу движения заготовки, где Lmin - минимально измеряемая длина, Lсч - величина длины, насчитываемая датчиком импульсов, при которой погрешность этой величины не превышает абсолютной требуемой погрешности измерения, ΔС=0, если (0,5Lmin-Lсч)≤0. Оптическую ось серединного фотоприемника устанавливают перпендикулярно боковой поверхности заготовки, а оптические оси крайних фотоприемников - под постоянным непрямым углом к этой поверхности, величину угла определяют при максимальном расстоянии до заготовки с учетом соотношений:

tgα_ц=Lп_{к max}/Lш_{к min},

tgα_к=Lп_{д max}/Lш_{д min};

расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников определяют с учетом соотношения: L_ц=Lmin-2Lк_maxtgα_ц;

расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников определяют с учетом соотношения: Lкр=Lmax-2Lд_maxtgα_к. Технический результат - повышение точности измерения длины горячего проката путем исключения засветки фотоприемников оптической помехой, образованной отраженным светом в районе торцов проката. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения длины горячего проката, при котором измеряемую длину разбивают на ряд базовых участков и определяют положение конца проката с помощью фотоприемников, оптические оси которых проходят по границам базовых участков, а измерение внутри базовых участков производят посредством датчика импульсов с привода перемещения проката, при этом учитывают погрешность измерения, обусловленную проскальзыванием заготовки и организуют процедуру диагностики работы измерителя, отличающийся тем, что базовые участки располагают симметрично относительно середины длины заготовки, а срединный участок дополнительно разбивают на две части, общая граница которых размещена на расстоянии ΔC=(0,5Lmin-Lсч) от середины по ходу движения заготовки,
где Lmin - минимально измеряемая длина,
Lсч - величина длины, насчитываемая датчиком импульсов, при которой погрешность этой величины не превышает абсолютной требуемой погрешности измерения, ΔС=0, если (0,5Lmin-Lсч)≤0,
оптическую ось серединного фотоприемника устанавливают перпендикулярно боковой поверхности заготовки, а оптические оси крайних фотоприемников - под постоянным непрямым углом к этой поверхности, величину угла определяют при максимальном расстоянии до заготовки с учетом соотношений:
tgα_ц=Lп_{к max}/Lш_{к min},
tgα_к=Lп_{д max}/Lш_{д min},
где α - величина угла, α_ц - для центральных фотоприемников, α_к - для крайних фотоприемников;
Lп_max - максимальный размер светового пятна на борту рольганга в районе торцов и направлении длины заготовки, Lп_{к max} - для самой короткой заготовки; Lп_{д max} - для самой длинной заготовки;
Lш _min - минимальная ширина заготовки, при которой имеется вышеназванный максимальный размер; Lш_{к min} - для самой короткой заготовки; Lш_{д min} - для самой длинной заготовки;
расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников определяют с учетом соотношения:
Lц=Lmin-2Lк_mах tgα_ц,
где Lц - расстояние между оптическими осями для центральных фотоприемников;
Lmin - минимально измеряемая длина;
Lк_max - величина максимального удаления самой короткой заготовки;
α_ц - величина вышеопределенного угла;
расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников определяют с учетом соотношения:
Lкp=Lmax-2Lд_maxtgα_к,
где Lкр - расстояние между оптическими осями для крайних фотоприемников;
Lmax - максимально измеряемая длина;
Lд_mах - величина максимального удаления самой длинной заготовки;
α_к - величина вышеопределенного угла.

2. Способ измерения длины горячего проката по п.1, отличающийся тем, что организуют дополнительный канал определения положения переднего торца заготовки, при этом оптическую ось дополнительного фотоприемника располагают посредине последнего по ходу движения заготовки базового участка.