一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统

摘要

本发明公开了一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，采用平面形状检测装置检测到的轧制大板边缘轮廓坐标数据为基础，通过L2过程自动化计算机根据L3生产控制计算机发送的轧制大板组板设计的原始计划数据、L2自身设定数据，运用数学“最小二乘法”计算出各母板的斜率、中心线倾角，并计算出最佳分段剪切位置，并由L1按此执行剪切作业。其优点在于：优化了母板在轧制大板内的位置排布，母板分段位置设定更合理，分段剪切精度更高，使得镰刀弯轧制大板在剪切线直接测量剪切出所有计划要求的成品板变为了可能，对提高厚板成材率以及作业效率具有积极意义。

权利要求

1.一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，其特征在于，包括：平面形状检测装置，设于剪切机之前，对待剪切的轧制大板进行平面二维形状扫描，以获取该轧制大板的边缘轮廓位置坐标，并发送至过程自动化计算机；

生产控制计算机，将轧制大板组板设计的原始计划数据发送至过程自动化计算机；

过程自动化计算机，根据接收的位置坐标拟合出轧制大板的平面轮廓形状，以获取轧制大板中各母板的基准参考直线的斜率k及中心线倾角θ，并结合接收的原始计划数据及自身设定数据，计算出最佳分段剪切长度值，并发送至基础自动化计算机；

基础自动化计算机，控制剪切机按最佳分段剪切长度值执行剪切，其中，所述的原始计划数据包括轧制大板内计划母板的数量m，各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值；各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值；各母板的头部试样长度值sti；各母板的尾部试样长度值sbi；所述的自身设定数据包括后工序定尺剪为确保成品板头部直角度的附加剪切长度f；定尺剪压板长度y；设定的斜率变化步长ɑ；修正系数λ；双边剪最小切边量DSSmin；

所述的最佳分段剪切长度值的计算公式如下：

ti＝tmi+ri+bmi，i＝1，2，3……m

tmi＝sti+f

bmi＝sbi+y

ri＝计划母板长度值×Cosθ+计划母板宽度值×Sinθ式中，

tmi为各母板头部的功能长度值；

bmi为各母板尾部的功能长度值；

计划母板长度值为各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值之和；

计划母板宽度值各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值之和。

2.如权利要求1所述的镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，其特征在于：所述的f取值为20～50mm；y取值为100mm；ɑ取值为0.05～0.1；λ取值为1～1.2；当轧制大板厚度≤20mm时，DSSmin＝20mm；当轧制大板厚度≥20mm时，DSSmin＝板厚。

3.如权利要求1所述的镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，其特征在于：所述的平面形状检测装置采用平行激光线在轧制大板的长度方向上等间隔扫描，以获取轧制大板dr、op侧的边缘轮廓位置坐标，同时在轧制大板的宽度方向上等间隔扫描，以获取轧制大板左、右头尾边缘轮廓坐标。

说明书

一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及厚板自动化剪切设备，更具体地是指一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统。

背景技术

[0002] 对于厚板而言，通常一块轧制大板中包含许多块不同尺寸规格的成品钢板。轧制大板需经剪切线切头、分段、切尾、切边、剖分、定尺等作业，最终切出满足合同尺寸要求的所有成品板。

[0003] 但是钢板在轧制过程中如果调整不当，如轧件两侧压下量不均；轧件两侧的温度不均；轧辊两侧轴承的磨损不均且没能及时调整等诸多原因的存在，往往造成轧后钢板经常有镰刀弯现象，这给后序剪切线的正常剪切作业造成了很大困难。特别是当轧制大板镰刀弯较严重时，如果按照常规方法直接按计划位置剪切，如图1上图中所示的“J计划”位置，则很有可能造成部分成品钢板切不出。因此对于镰刀弯钢板，怎样科学合理地剪切变得尤为关键和重要，只有通过合理增加粗切分段位置，如增加图1下图中所示的“J增加”位置，为后续双边剪、定尺剪创造良好的剪切条件，这样才能使得在轧制大板上直接在线切出所有成品板变为可能。

[0004] 目前切头剪针对轧制大板带有较大镰刀弯的情况基本都采用如下模式控制操作：操作人员人工目测钢板的镰刀弯情况并根据需要手动增加粗切，而粗切分段长度的决定则完全依赖操作人员的生产经验，即在分段后母板内成品板合计长度的基础上再加适当余量进行大致地分段。这种操作模式存在明显的缺点：人工所加余量由于镰刀弯程度大小不同等原因没有明确具体的标准可依，完全依赖现场实际操作经验，主观性强。剪切时余量加得过小，容易导致分段后前面剪下的母板长度不足；余量加得过大，则往往造成前面分段母板长度多余浪费，而剩余母板长度不足。

[0005] 在刊物《莱钢科技》2014年发表的论文《钢板未切边下线原因分析及控制措施》中所公开的是针对切头剪区域有时存在对轧制大板镰刀弯判定不准未分段而造成双边剪无法正常切边的问题。如该论文所述通过测量钢板距冷床下线辊道挡板距离，同时结合热成像仪钢板平直度、测宽仪、二级报表钢板中心偏移量，寻找钢板并制定粗切分段标准。根据测量跟踪结果，对轧制大板镰刀弯大于90mm的钢板进行粗切分段，减少钢板双边剪未切边下线量。该方法的缺点在于：(1)仅仅考虑钢板镰刀弯对双边剪剪切的影响存在较大的局限性，双边剪能否正常切边的关联因素较多，并不是单单由镰刀弯引起的，如轧制大板内成品板的二维尺寸包括成品尺寸公差和排布等；(2)该技术没有解决怎样自动、精确设定镰刀弯钢板分段长度问题，通过人工设定普遍存在精度差，效率低等问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，能够在镰刀弯厚板上直接在线剪切出所有成品板，以提高厚板成才率及生产作业效率。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

[0008] 一种镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，包括：

[0009] 平面形状检测装置，设于剪切机之前，对待剪切的轧制大板进行平面二维形状扫描，以获取该轧制大板的边缘轮廓位置坐标，并发送至过程自动化计算机；

[0010] 生产控制计算机，将轧制大板组板设计的原始计划数据发送至过程自动化计算机；

[0011] 过程自动化计算机，根据接收的位置坐标拟合出轧制大板的平面轮廓形状，以获取轧制大板中各母板的基准参考直线的斜率k及中心线倾角θ，并结合接收的原始计划数据及自身设定数据，计算出最佳分段剪切长度值，并发送至基础自动化计算机；

[0012] 基础自动化计算机，控制剪切机按最佳分段剪切长度值执行剪切。

[0013] 所述的原始计划数据包括轧制大板内计划母板的数量m，各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值；各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值；各母板的头部试样长度值sti；各母板的尾部试样长度值sbi；所述的自身设定数据包括后工序定尺剪为确保成品板头部直角度的附加剪切长度f；定尺剪压板长度y；设定的斜率变化步长ɑ；修正系数λ；双边剪最小切边量DSSmin。

[0014] 所述的最佳分段剪切长度值的计算公式如下：

[0015] ti＝tmi+ri+bmi，i＝1，2，3……m

[0016] tmi＝sti+f

[0017] bmi＝sbi+y

[0018] ri＝计划母板长度值×Cosθ+计划母板宽度值×Sinθ

[0019] 式中，

[0020] tmi为各母板头部的功能长度值；

[0021] bmi为各母板尾部的功能长度值；

[0022] 计划母板长度值为各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值之和；

[0023] 计划母板宽度值各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值之和。

[0024] 所述的f取值为20～50mm；y取值为100mm；ɑ取值为0.05～0.1；λ取值为1～1.2；当轧制大板厚度≤20mm时，DSSmin＝20mm；当轧制大板厚度≥20mm时，DSSmin＝板厚。

[0025] 所述的平面形状检测装置采用平行激光线在轧制大板的长度方向上等间隔扫描，以获取轧制大板dr、op侧的边缘轮廓位置坐标，同时在轧制大板的宽度方向上等间隔扫描，以获取轧制大板左、右头尾边缘轮廓坐标。

[0026] 在本发明的上述技术方案中，本发明的镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统，采用平面形状检测装置检测到的轧制大板边缘轮廓坐标数据为基础，通过L2过程自动化计算机根据L3生产控制计算机发送的轧制大板组板设计的原始计划数据、L2自身设定数据，运用数学“最小二乘法”计算出各母板的斜率、中心线倾角，并计算出最佳分段剪切位置，并由L1按此执行剪切作业。其优点在于：优化了母板在轧制大板内的位置排布，母板分段位置设定更合理，分段剪切精度更高，使得镰刀弯轧制大板在剪切线直接测量剪切出所有计划要求的成品板变为了可能，对提高厚板成材率以及作业效率具有积极意义。

附图说明

[0027] 图1是厚板镰刀弯钢板切头剪增加粗切示意图；

[0028] 图2是本发明的厚板镰刀弯钢板最佳剪切控制系统的原理图；

[0029] 图3是本发明的平面形状检测装置扫描轧制大板边缘轮廓识别示意图；

[0030] 图4是本发明轧制大板中母板起始点位置示意图；

[0031] 图5是本发明母板近似长度提取范围及最小二乘法直线示意图；

[0032] 图6是本发明母板两侧参考直线及母板实际板形长度示意图；

[0033] 图7是本发明母板最佳剪切位置示意图；

[0034] 图8是本发明的母板实际剪切长度确定流程图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

[0036] 请参阅图2所示，本发明的镰刀弯厚板最佳分段剪切控制系统主要包括平面形状检测装置2、生产控制计算机L3、过程自动化计算机L2、基础自动化计算机L1。

[0037] 其中，平面形状检测装置2(Plate Shape Gauge，简称PSG，生产厂家如德国LAP镭尔谱等)设于剪切机3之前，对检查修磨台架1抽出的待剪切的轧制大板1进行平面二维形状扫描，以获取该轧制大板1的边缘轮廓位置坐标，并发送至过程自动化计算机；

[0038] 生产控制计算机，将轧制大板1组板设计的原始计划数据发送至过程自动化计算机；

[0039] 过程自动化计算机，根据接收的位置坐标进行形状(曲线)拟合，得到轧制大板1的平面轮廓形状图像，以获取相应的板形实测数据，并结合接收的原始计划数据及自身设定数据，计算出最佳分段剪切长度值，并发送至基础自动化计算机；

[0040] 基础自动化计算机，自动控制剪切机3按上述最佳分段剪切长度值执行剪切。

[0041] 如图3所示，轧制大板的边缘轮廓位置坐标是通过平面形状检测装置的平行激光线在轧制大板的长度方向上等间隔扫描(与Y轴平行的等间隔扫描线如直线AB等)，以获取轧制大板上、下两侧即dr侧、op侧边缘轮廓坐标，如(xi，ydri)、(xi，yopi)等；同时在宽度方向上等间隔扫描(与X轴平行的等间隔扫描线如直线CD等)，以获取轧制大板左、右头尾轮廓坐标如(xbi，yi)、(xti，yi)等。另外，平面形状检测装置在长、宽方向扫描频度可决定最终平面形状的拟合精度。

[0042] 上述的板形实测数据包括轧制大板中各母板的基准参考直线的斜率k及中心线倾角θ，θ由k确定。

[0043] 原始计划数据包括轧制大板内计划母板的数量m，各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值；各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值；各母板的头部试样长度值sti；各母板的尾部试样长度值sbi。

[0044] 自身设定数据包括后工序定尺剪为确保成品板头部直角度的附加剪切长度f；定尺剪压板长度y；设定的斜率变化步长ɑ；修正系数λ；双边剪最小切边量DSSmin。

[0045] 所述的最佳分段剪切长度值的计算公式如下：

[0046] ti＝tmi+ri+bmi，i＝1，2，3……m

[0047] tmi＝sti+f

[0048] bmi＝sbi+y

[0049] ri＝计划母板长度值×Cosθ+计划母板宽度值×Sinθ

[0050] 式中，

[0051] tmi为各母板头部的功能长度值；

[0052] bmi为各母板尾部的功能长度值；

[0053] 计划母板长度值为各母板内所有成品板的长度值及其对应的长度公差值之和；

[0054] 计划母板宽度值各母板内所有成品板的宽度值及其对应的宽度公差值之和。

[0055] 所述的f取值为20～50mm；y取值为100mm；ɑ取值为0.05～0.1；λ取值为1～1.2；当轧制大板厚度≤20mm时，DSSmin＝20mm；当轧制大板厚度≥20mm时，DSSmin＝板厚。

[0056] 请参阅图8所示，下面以分段剪切第一块母板为例，进行详细说明：

[0057] 根据L2拟合的轧制大板1的平面轮廓形状图像，先确定第一块母板的起始点位置，如图4所示，即确定轧制大板板形最头端到第一块母板起始点Pt1之间的距离mt，mt＝a+tm1。

[0058] 其中：a为轧制大板切头长度；

[0059] tm1为第一块母板头部的功能长度值，tm1＝st1+f。st1代表第一块母板的头部试样长度值；f代表定尺剪头部附加剪切长度值。

[0060] 然后运用“最小二乘法”直线来最佳化确定各母板中心线的倾角θ，以求达到分段位置最佳化的目的，最佳化排布母板即确定母板中心线倾角θ的前提是要先确定“最小二乘法”直线，而该直线的求解必须先确定母板分段范围内轧制大板边部轮廓坐标点的具体范围，即对应板形坐标点的个数n和及其坐标值)。

[0061] 先估算母板的近似分段剪切长度，如图5所示，第一块母板近似分段剪切长度l近似1从母板起始点Pt1开始计算，l近似1＝母板最小长度(即母板内成品板长度及其公差之和)×长度修正系数λ。近似分段剪切长度l近似1确定以后，就可以方便地从平面形状检测装置测得的轧制大板边缘轮廓形状结果数据实绩中提取钢板边部dr侧或op侧的离散板形轮廓点的个数n和对应点的坐标(xi,yi)。

[0062] 利用确定的点的个数n和相应的点坐标(xi,yi)，根据上述求解公式通过计算机可以十分方便地求得直线的斜率k和其在Y轴上的截距c，从而确定最小二乘法直线即基准参考直线：y＝kx+c。

[0063] 如图6所示，在母板近似长度l近似1范围内设定操作侧参考直线和传动侧参考直线y＝kx+cf和y＝kx+cm，该两条直线和上述的基准参考直线平行且两条直线分别在母板近似长度l近似1范围内与操作侧和传动侧的板形轮廓曲线相内切。

[0064] A、检查母板宽度是否满足要求，计算直线y＝kx+cf和y＝kx+cm之间的间距，并与该母板的宽度(包括对应成品板的宽度公差)进行算术比较。其中很重要的是：宽度检查时必须考虑预留后工序双边剪正常切边作业时设备所要求的最小切边余量。即直线y＝kx+cf和y＝kx+cm之间的间距≥成品板宽度+对应宽度公差+双边剪最小切边余量。

[0065] B、检查母板长度是否满足要求，即母板头尾是否全部位于轧制大板的板形轮廓内。

[0066] 如果上述A、B全部满足条件，则说明可以通过当前斜率k直接排布第一块母板。如图7所示，计算轧制大板内第一块母板的实际板形长度r1。r1＝计划母板长度×Cosθ+计划母板宽度×Sinθ，其中计划母板的长度和宽度由该母板中的成品板长宽和对应的公差决定；θ角大小由二乘法直线的斜率k决定。

[0067] 如图8所示，计算得到母板实际板形长度r1后，通过计算公式可计算出第一块母板实际最佳分段长度值t1＝tm1+r1+bm1，bm1＝sb1+y，及剪切位置。

[0068] 若A、B中只要有一个条件不满足，则说明不能以当前最小二乘法直线斜率k拍布出母板。此时改变斜率k为ki，ki＝nɑ(其中：n∈N，ɑ为L2设定的斜率变化步长，ki∈[0,2k])，并以此重新计算和校核，当在该斜率范围内能找到合适的ki，则以ki为斜率确定的θ角来排布母板并按如上述方式计算母板的实际分段剪切长度值和相应位置；当找不到合适的ki，则以仍以最初最小二乘法获得的参考直接斜率k来排布母板计算母板的实际分段长度，只是这种情况下该母板中的成品板会有存在改规脱合同可能。

[0069] 综上所述，采用本发明针对镰刀弯钢板的最佳化剪切控制，使得在镰刀弯钢板上测量、剪切出计划所要求的全部成品板成为了可能，对于提高厚板成材率和生产效率具有重要意义。

[0070] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。