Устройство для измерения зазора между валками прокатного стана Советский патент 1983 года по МПК B21B38/10 

Изобретение относится к устройствам для автоматизации прокатного производства, а именно к контрольным и регулирующим устройствам про катных станов, и может быть исполь вано в черной металлургии, в частности в системах автоматического регулирования прокатных станов. Известно устройство для измерен зазора между валкими прокатного ст на, основанное на интерференционно методе, содержащее оптический гене ратор (лазер), четыре.оптические призмы, два зеркала-рефлектора, две линзы и два детектора, причем, первая оптическая призма установлена на пути прямого лазерного луч втораяоптическая призма - на пути первого составляющего луча, отраженного от первого зеркала-рефлектора, которое закрепляется на торце верхнего валка стана, и проходя го через первую линзу, первый фото детектор установлен на пути луча, проходящего через вторую призму, третья оптическая Призма установле на на пути второго составляющего луча, отраженного от второго зеркала-рефлектора, которое закрепляется на торце нижнего валка стан и проходящего через вторую линзу, второй фотодетектор установлен на пути луча, проходящего через четвертую призму 1. К недостаткам указанного устрой сфва относятся зависимость показаний от условий среды (наличия пара, дыма, окалины и т.д.), что сни жает достоверенность измерения зазора между валками, а также сложность конструктивного сопряжения неподвижных зеркал-рефлекторов с вращающимися валками стана. Известйо устройство для измерения перемещений, также основанное на интерференционном методе, содержащее СВЧ-генератор, двойной волноводный тройник, антенйу,.замыкающий контур, аттенюатор, фазовращатель, детектор и усилитель, причем выАод СВЧ-генератора связан с входом двойного тройника, первый выход двойного волноводного тройни ка связан с входом фазовращателя, второй, выход - с входом детектора, третий выход - с входом антенны, выход фазовращателя связан с входом атенюатрра, выход которого свя зан с входом усилителя, выход кото рого является выходом устройства. Устройство работает следующим образом. Антенна направляется на объект, перемещение которого необходимо измерить. Благодаря малой длине волны (порядка 10 мм) луч прибора может концентрироваться на площади около 1 см . При этом в пространствё между поверхностью отражающего объекта и центром двойного волноводного тройника возникает стоячая волна, причем картина распределения волн перемещаетсявместе с отражающей поверхностью объекта. Напряжение на выходе детектора (кристаллического диода) связано с мгновенным значением интенсивности стоячей волны в месте расположе ния диода. При неподвижном отражающем объекте сигнал, приходящий на детектор, может быть приведен к нулю посредством балансировки моста. Коэффициент отражения на стороне замыкающего контура можно уравнять по величине с коэффициентом отраже-j ния на, стороне объекта путем регулировки аттенюатора и фазовращателя. Для регистрации мйлых перемещений объекта мост слегка разбалансируется; таким образом малые перемещения объекта в одном направлении увеличивают, а в противоположном уменьшают разбаланс моста. Если величина перемещений не превышает четверти длины волны СВЧ-генератора, то можно добиться, чтобы выходное напряжение усилителя было пропорционально мгновенному значению смещения объекта 2. Недостатком известного устройства является неоднозначность показаний при больших изменениях рас- . стояния между антенной и объектом. Так, при больших колебаниях (с амплитудой колебаний более половины длины волны) устройство ведет себя как доплеровский измеритель скорое-; ти. Мгновенное значение частоты детектируемого сигнала прямо связано в этом случае со скоростью объекта: устройство подсчитывает число полуволн. Если в процессе прокатки изменение межвалкового зазора составляет от нескольких миллиметров в первых клцтях чистовой группы до десятых долей миллиметра в последних клетях, то при перестройке на другой сортамент, начальной установке валков, перевалке изменение межвал- . кового зазора достигает нескольких десятков миллиметров. Так как для достижения требуемой точности (0,005-0,01 мм) длина волны СВЧ-ге«« нератора устройства должна быть порядка 10 мм, рабочий диапазон устройства, в котором сохраняется достоверность показаний, ограничен четвертью длины волны (2,5 мм). Таким образом, показания известного устройства при использовании его для измерения величины зазора между валками прокатного стана недостоверны, , Кроме того, для измерения величины зазора между валками антенна известного устройства должна быть связана ,с шейкой одного рабочего валка и направлена на шейку другого рабочего валка, что конструктивно сложно.

Цель изобретения - повышение достоверности показаний.

Поставленная цель достигается тем, что в Устройство для измерения зазора между валками прокатного стана, содержащее СВЧ-генератор, двойной волноводный тройник, антенну, замыкающий контур, аттенюатор, фазовращатель, детектор и усилитель, причем выход СВЧ-гвнератора соединен с входом двойного волноводного тройника, первый выход двойного волноводного тройника соединен с входом фазовращателя, второй выход - с входом детектора, выход фазовращателя соединен с входом аттенюатора, выход которого связан с входом замыкающего контура, а выход детектора соединен с входом усилителя, дополнительно введены уголковый отражатель, второй фазовращатель,, цифровой датчик положения нажимных устройств, аналогоцифровой, преобразователь, сумматор, причем третий выход двойного волноводного тройника соединен с входом . второго фазовращателя, выход котоого соединен с входом антенны, выход цифрового датчика положения наимных устройств соединен с перв.ым входом сумматора, выход усилителя связан с входом аналого-цифрового реобразователя, выход которого doe-, инен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, для упрощения конструкции уголко вый отражатель конструктивно выполнен в виде четырех отражателей, расположенных под углом 90 один к другому.

В устройство введены также вторая антенна, второй уголковый отражатель и оперативное запоминаюее устройство, причем вход второй антенны связан с выходом аттентюатора, вход оперативного запоминающего устройства, связан с выходом датчика положения, а выход - с первым входом сумматора.

На фиг.1 изображена схема устройства для измерения зазора между валками прокатного стана, основанная на измерении величины деформации станины клети; на фиг.2 - то же , основанная на измерении расстояния между центрами шеек, верхнего и нижнего рабочих валков.

Устройство для из.мерения зазора между валками прокатного стана (фиг.1) содержит СВЧ-генератор 1, двойной волноводный тройник 2, антенну 3, первый и второй фазовращатели 4 и 5, аттенюатор б, замыкающий контур 7, детектор 8 усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 10, цифровой датчик 11 положения нажимных устройств, сумматор 12, уголковый отражатель 13. Антенна 3 закрепляется в верхней части станины 14 прокатной клети, содержащей верхний и нижний рабочие валки 15 и 16, опорные валки 17 и

0 18. Уголковый отражатель 13 закрепляется на шейке нижнего опорного валка по ее центральнЬ й оси. Датчик 11 положения кинематически связан

|С Нс1жимным винтом 19.

5

Выход СЕЧ-генератора 1 подключен к входу двойного ВОЛНО90ДНОГО тройника 2. Первый выход двойного волноводного тройника 2 подключен к входу первого фазовращателя 4, второй выход - к входу детектора 8,.

0 третий выход - к входу второго фазовращателя 5, выход которогоподключен- к входу антенны 3. Выход первого фазовращателя 4 подключен к входу аттенюатора 6, выход которого,

5 подключен к входу замыкающего контура 7. Выход детектора 8 подключен к входу усилителя 9,выход которого подключен к входу аналого-цифро;вого преобразователя 10.Первый вход

0

tсумматора 12 подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя .; 10,.второй вход - к выходу датчика 11 положения нажимных устройств.

I Выход сумматора является выходом

5 устройства.

Устройство работает следукяцим образом.

Антенна 3, установленная в верхней части станины 14 прокатной клети, направляется на /уголковый от0ражатель 13, который закрепляется на шейке нижнего рабочего ваЛка 16. В пространстве между антенной 3 к уголковым отражателем 13 возникает стоячая волна. С помощью фазовра5щателей 4 и 5 и аттенюатора 6уст- j ройство тарируется.Для этого рабочие валки 15 и 16 сводятся до соприкоснЬ вения (в забой) с помощью нажимного винта 19. При дальнейшем сближении

0 рабочих валков станина 14 к,пети будет деформироваться, причем величина деформации равна величин е перемещения нажиМного винта.Пере- . мещение нажимного винта фиксирует5ся с помощью датчика 11 положения, с вьрюда аналого-цифрового преобразоТвателя 10 на вход сумматора 12 поступает величина, пропорциональная деформации станины клети. С

0 помо1№ю фазовращателей 4 и 5 аттенватора 6 устройство настраивается таким образом чтобы показания на выходе сумматора 12 при сведении валков в забой и дальней5шем перемещении нажимных винтов

вниз не менялись и были равны нулю при установке в нуль датчика 11 положения.

В дальнейшем при работе устройства, когда металл 6 клети отсутствует, показания на выходе сумматора 12 будут равны показанию датчика 11 положения, т. е. соответствовать межвалковому V зазору .незагруженной клети. При выходе металла в клеть последняя будет деформироваться. При этом изменится расстояние между антенной 3 и уголковым отражателем 13 и на величину деформации клети, и, соответственно, изменятся картина распределения стоячих волн, напряжения на выходе детектора 8, усилителя 9 и сигнал на выходе аналого-цифрового преобразователя 10. Сигнал н.а выходе сумматора 12 будет равен сумме сигналовс выхода аналого-цифрового преобразователя 10 и датчика положения, т. е, сумме величины межвалкового зазора незагруженной клети и величины деформации клети, что равно межвалковому зазору невагруже ной клети. При изменении в процессе прокатки положения нажимных винтов или величины деформации клети соответствующим образом изменится сигнал с выхода сумматора 12.

Так как величина деформации клети в процесре прокатки обычно не превышает 2-3 мм,это не приводит к неоднозначности Показаний на выходе детектора 8 и,соответственно, на выходе устройства,

С целью упрощения конструктивной связи уголкового отражателя 13

с шейкой рабочего валка 16 уголковый отражатель выполнен в виде четырех отражателей,, расположенных под углом 90 один к другому. При этом снимается задача неподвижной фиксации отражателя при вращении валка. При вращении отражателей антенной принимаются колебания,.поочередно отражаемые от каждого из них.

Устройдтво для измерения зазора между валками прокатного стана, изображенное на фиг.2, содержит СВЧ-генератор 1, двойной волноводный тройник 2, две антенны 3 и 20, два фазовращателя 4. и 5 , аттенюатор 6, детектор 8, усилитель 9, аналогоцифровой преобразователь 10, датчик 11 положения нажимных устройств, сумматор 12, оперативное запоминаю-; щее устройство 21,два уголковых отрджателя 13 и 22. Антенны 3 и 20 зак-Г репляются в верхней части станины 14 прокатной клети, содержащей .верхний и нижний рабочие валки 15 и 16,опорные валки 17 и i8.Уголковые отражатели 13 и 22 закрепляются гоответственно на шейках рабочих

валков 16. и 15 по их центральной оси. Датчик 11 положения кинематически связан с нажимным винтом 19.

Выход СВЧ-генератора 1 подключен к входу двойного волноводного тройника 2. Первый выход двойного волноводного тройника И подключен к входу первого фазовращате.лл 4, второй выход - к входу детектора 8 третий выход - к входу второго фазовращателя 5, выход которого подключен к входу первой антенны 3. Выход первого фазовращателя 4 п эдключен к входу аттенюатора 6, выход которого подключен к входу второй антенны 20. Выход детектора 8 подключен к входу усилителя 9, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 10, выход которого подключен к первому входу сумматора 12. Выход датчика 11 положения связан с входом оперативного запоминающего устройства 21, выход которого связан с вторым входом сумматора 12. Выход сумматора является выходом устройства. , Устройство работает следующим образом.

Антенны 3 и 20, установленные в верхней части станины 14 прокатно клети. Направляются соответственно на уголовые отражатели 13 и 22, которые закреплены на шейках верхнего и нижнего рабочих валков 15 и 16. ..В пространстве между антенной 3 и уголковым отражателем 22, антенной 20 и уголковым отражателем 13 возникают стоячие волны. С помощью фазовращателей 4, 5 и аттенюатора 6 устройство тарируется . Для этого перед началом прокатки с помощью нажимного винта 19 устанавливается рабочий зазор ненагруженных валков.

Сигнал с выхода датчика 11 положения перезаписывается в оперативное запоминающее устройство 21. . Перемещая затем в ту или иную сторону нажимные винты, с помощью аттенюатора 6 и фазовращателей 4 и 5 добиваются, чтобы показания с выход сумматора 12 увеличивались или уменьшались на соответствукицую величину, затем вновь устанавливается величина рабочего зазора. Таким образом, при отсутствии металла в клети показания на выходе сумматора 12 будут равны показанию датчика 11 положения, т.е. зазору незагруженной клети. При выходе металла в прокатную клеть последняя будет деформироваться и,соответственно, будет изменяться расстояние между валками. Причем расстояние между антенной 3 и уголковым отражателем 22 (шейкой верхнего рабочего валка) будут уменьшаться, а расстояние между антенной 20 и уголковым отражателем 13(шейкой нижнего рабочего валка) будет увеличиваться. Соответствующим i образом изменится картина распределения стоячих волн, и напряже-ние на выходе детектора 8 будет изменяться пропорционально измене нию межвалкового 3ai3opa. Сигнал на выходе сумматора 12 .будет равен сумме сигналов с выхода аналого-рифрового преобразователя 10 и оперативного запомина щего устройства 21j т.е. сумме ве личины изменения межвалкового заз в процессе прокатки и величины межвалкового зазора незагруженной клети. При этом учитываются все факторы изменения межвалковог6 зазора, такие как эксцентрисит и всплытие опорных валков, теплов расширение и т.д. При перестройке прокатной клет на другой сортамент вновь осущест ляется перезапоминание показаний датчика .11 положения и тарировка устройства. Предлагаемое устройство позволяет повысить достоверенновть измерения зазора между валками прокатного стана и, соответственно, повысить точность регулирования толвшны полосы, позволяет осуществить прокатку металла в минусовом поле допуска и на этой основе из того же исходного веса заготовок получить больше готовой продукции при отгрузке, готового проката по теоритической массе. . , Расчет ожидаемой экономической эффективности произведен из условия дополнительного уменьш.ения продольной разнотолщинностн на 0,05 мм на 95 % длины прокатываемой полосы при работе устройства в системе автоматического регулирования толщины по- . лосы применительно к стану 1700 го-рячей прокатки и составляет 300 тыс.руб. в год.

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАЗОРА МЕЖДУ ВАЛКАМИ ПРОКАТНОГО СТАНА, содержащее СВЧ-генератор, двойной волноводный тройник, антенну, замыкающий контур, аттенюатор, ..фазовращатель, детект