CN111069279B - 一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轧钢领域，其公开了一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法，解决传统技术中钢轨端部商标位置控制精度低、波动大、合格率低的问题。该算法包括：初始假定轧件端头商标位置；通过假定条件下成品两端的第一个商标距各自端头的初始距离值、工作辊径参数和热膨胀系数计算出初始假定位置下端部实际商标位置；若计算出的实际商标位置与假设存在差距，则将差距分配给假设位置进行修正；通过对假设位置在一定限制范围内进行遍历，最后从所有的遍历结果中选出最大值，同时通过对某段辊径范围进行参数扫描，获得不同辊径工况下的商标最优设定位置。

Description

一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法

技术领域

本发明涉及轧钢领域，具体涉及一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法。

背景技术

高速铁路均采用100米钢轨焊接而成，特别是在焊轨厂，需将100米钢轨焊成500米钢轨再上道铺设连接。焊轨厂采用电弧焊接，焊接后需采用推刀对焊缝处的瘤子进行推除，如果突出的轧制商标出现在推瘤区域内，则会导致推刀损坏和设备故障。因此，在钢轨焊接前需对轧制商标进行打磨去除，如何保证钢轨在出厂前两端焊接区域内没有轧制商标是最为理想的状态，在钢轨标准中对此也有规定，要求钢轨两端600mm内没有轧制商标等突出物。

为了控制轧制商标在钢轨上的位置，各钢轨厂家均采用成品孔型进钢时控制轧辊上商标周向位置，再根据轧件头部商标实际位置人工调整轧辊上商标位置的方法。但由于受切头长度、取样长度、轧辊直径、坯料重量等因素的影响，无法保证每一支钢轨的商标均在目标范围内，同时如果要保证轧件两端的商标位置均符合要求，则必须对两端进行测量、监控、协调，实际上要实现的难度相当大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法，解决传统技术中钢轨端部商标位置控制精度低、波动大、合格率低的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法，包括：

初始假定轧件端头商标位置；

通过假定条件下成品两端的第一个商标距各自端头的初始距离值、工作辊径参数和热膨胀系数计算出初始假定位置下端部实际商标位置；

若计算出的实际商标位置与假设位置存在差距，则将差距分配给假设位置进行修正；

通过对假设位置在一定限制范围内进行遍历，最后从所有的遍历结果中选出最大端头距离值，同时通过对某段辊径范围进行参数扫描，获得不同辊径工况下的商标最优设定位置。

作为进一步优化，该算法流程具体包括：

a.录入条件参数并进行相关计算；

b.对端头商标位置进行初始赋值，进入遍历过程；

c.计算假设位置在实际边界条件下的偏差值，并计算实际端头商标位置；

d.判断实际端头商标位置是否在限制范围内，若是，则保存此实际端头商标位置，然后进入步骤e，否则判定本次假设位置不合格，进入步骤e；

e.更新假设位置；

f.循环执行步骤c-e，直至超出遍历区间，从遍历结果中找出最大端头距离值，计算实际的商标调整位置Le′；

g.更新定位控制程序中，沿轧制方向的第一个打印商标到端首的距离设定值，即Lhe+Ls*A+Le′*A。

作为进一步优化，步骤a中，所述条件参数包括：

设当前批次UF轧制延伸比为u，待调整轧件UF轧后长度为L，冷床轧件尾部切头长度为Lhw，冷床热锯间距为Dr，工作辊径为D，百米定尺切头长度Ls，热膨胀数为A，成品两端第一个商标距各自端头的初始距离分别为Le、Lw；

所述相关计算包括：UF轧后调整钢长度：L1＝A*u*L；相邻商标间距：Dm＝3.14*D；冷床钢轨头部切头长度：Lhe＝L1-Lhw-Dr。

作为进一步优化，步骤b中，在进行赋值时，值的大小在600mm至Dm范围内。

作为进一步优化，步骤c具体包括：

计算的钢轨两端部商标间距Dk＝(100-2*Le)*A；

计算该间距Dk对应的轧辊旋转圈数Nnum＝Dk/Dm；

计算轧辊旋转余数圈Mnum＝mod(Nnum,fix(Nnum))，式中fix是下取整函数，mod是取余函数；

计算端部商标假设初始位置在实际边界条件下的偏差值为Lerr＝Mnum*Dm；

将百米成品两端第一个商标距各自端头的设定位置更新为Le+Lerr/2，此更新值即为在该假设条件下的实际商标位置。

本发明的有益效果是：

本发明中的自适应算法通过假定轧件端头商标位置，并在假定条件下计算求得实际商标位置，通过计算偏差对假定端头商标位置进行修正，通过在遍历区间内不断遍历假定商标位置，从而提取最大端头距离作为优化的初始位置，并通过对某段辊径范围进行参数扫描，获得不同辊径工况下的商标最优设定位置；经过实践验证，上述自适应算法的控制精度高、波动小、合格率高。

附图说明

图1为轧辊商标打印位置关系图；

图2为钢轨热打印商标精确定位的自适应算法流程图；

图3为尺度标注示意图；

图4为辊径为1102m时，UF轧后钢轨端部商标位置与寻优次数关系图；

图5为UF辊径与轧后钢轨端部商标最大位置关系图。

具体实施方式

商标热打印基本工作过程为：由于钢轨热打印商标位于成品轧机下轧辊辊面上，当轧件通过UF轧机轧制时，轧件腰部与下辊接触部分，在轧辊旋转一圈内，商标就会印在腰部下表面，依次周而复始。当整根钢通过UF轧机后，钢轨表面就被印上周期性商标，成品百米轨商标一般被控制在29个左右，所以只要控制好第一个热打印商标在钢轨上的所在位置，就可以按照设定值来调整成品端部商标位置。

如图1所示，O1O2为上下轧辊中心线，L1为UF轧制前钢轨端部至中线的距离，L3为UF轧制前钢轨上第一个热打印商标所在位置，θ为商标中心线与轧辊中心线的夹角，设轧辊半径为R，延伸比为a，热收缩系数为b，所以如果商标能精确定位，则必须满足：

(L1+L3)*a*b＝θ*R

该式为传统商标控制的核心，这种控制方式能精确的保证成品商标在钢轨一端的位置，但另一端无法精确保证，要保证两头商标位置均合格，则需按经验设定L1的值。

因此，本发明提出了一种的自适应定位算法，该算法模型合理性是建立在UF轧后轧件长度必须大于热锯间距，冷态成品长度必须为100米。核心思想在于：初始假定轧件端头商标位置，通过假定条件下成品两端的第一个商标距各自端头的初始距离值、工作辊径和热膨胀系数等参数，算出这种假设位置下端部实际商标位置。若与假设存在差距，则将差距分配给假设位置进行修正。此时得到的端部商标位置未必是最远位置，因为该值随初始假设位置的不同而不同，所以可以对假设位置在一定限制范围内进行遍历，最后从所有的遍历结果中选出最大值即可。同时可以对某段辊径范围进行参数扫描，得到不同辊径工况下的商标最优设定位置。

具体单次遍历算法实现如下：

假设条件：设当前批次UF轧制延伸比为u，待调整轧件UF轧后长度为L，冷床轧件尾部切头长度为Lhw(固定值)，冷床热锯间距为Dr，工作辊径为D，百米定尺切头长度Ls，热膨胀数为A，成品两端第一个商标距各自端头的初始距离分别为Le、Lw。尺寸标记如图3所示。

由以上条件可计算：UF轧后调整钢长度：L1＝A*u*L；相邻商标间距：Dm＝3.14*D；冷床钢轨头部切头长度：Lhe＝L1-Lhw-Dr。

算法执行过程如下：

(1)令Le＝Lw，并赋以初始值，值大小在600mm至Dm范围内；

(2)计算的钢轨两端部商标间距Dk＝(100-2*Le)*A；

(3)计算该间距对应的轧辊旋转圈数Nnum＝Dk/Dm；

(4)轧辊旋转余数圈Mnum＝mod(Nnum,fix(Nnum))，式中fix是下取整函数，mod是取余函数，因此按算法思想可知端部商标假设初始位置在实际边界条件下的偏差值为Lerr＝Mnum*Dm；

(5)将百米成品两端第一个商标距各自端头的设定位置更新为Le+Lerr/2，至此更新后的值即为在该组假设条件下的实际商标位置，若超出上下限(下限600mm,上限为Dm)，说明此次初始位置假设不合理，或当前工况下不能达到端部商标要求；

(6)更新定位控制程序中，沿轧制方向的第一个打印商标到端首的距离设定值，即Lhe+Ls*A+Le′*A。

由单次算法实现可知，在所有测量参数无误的情况下，最终端部商标位置是否在合格，取决于辊径与端部商标初始位置的影响，而由辊径误差分析可知，若轧制前商标能摆到标定位，则其位置可以被控制在合理范围内，因此为了找到最优的端部商标初始设定位置，有必要进行多次假设寻优，选取结果数组里最大值作为端部商标输入值。

实施例：

(1)算法模拟分析：

为了验证算法的合理性，对不同固定辊径下端部商标位置寻优遍历过程进行了程序模拟，该算法流程如图2所示，具体包括：

a.录入条件参数并进行相关计算；

b.对端头商标位置进行初始赋值，进入遍历过程；

c.计算假设位置在实际边界条件下的偏差值，并计算实际端头商标位置；

d.判断实际端头商标位置是否在限制范围内，若是，则保存此实际端头商标位置，然后进入步骤e，否则判定本次假设位置不合格，进入步骤e；

e.更新假设位置；

f.循环执行步骤c-e，直至超出遍历区间，从遍历结果中找出最大端头距离，计算实际的商标调整位置。

图4给出了在辊径为1102mm时，端部商标的寻求情况，在初次假设遍历时，就找到了最大端部商标位置2.371m，同时在遍历到第34次时，找到了最小的端部商标位置2.342m。

图5给出了辊径在1050至1102mm之间变化时，UF轧后端部商标距端部最大位置关系，可见最大位置与辊径呈现多段线性的关系，而且各段均是辊径的减函数，而当辊径为1084mm时端部商标位置达到最大值。

(2)现场应用效果:

为了验证商标定位算法改进后的实用效果，在轨梁厂万能二线对同一批次坯料重量在6.429至6.435吨中相邻轧制的十支钢(各5支)做了对比实验，结果如表1，表1中端头1指沿轧制方向钢轨端首，端头2指端尾。

表1：商标定位算法改进前后的商标位置对比表，(工作辊径1114mm，打印商标初设位置1000mm)：

由表1可知，算法改进前只有钢轨一端能较准确定位在1000mm左右，但另一端头商标位置明显不满足大于600mm的要求，而改进后钢轨两端头商标位置均能满足大于600mm的要求，虽然钢轨两端商标距各自端头位置并不完全相等，有所浮动，但误差较小，整体而言改进后的端部商标位置合格率达100％，而传统算法只有其一半比例。

Claims (2)

1.一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法，其特征在于，

该自适应算法流程具体包括：

a.录入条件参数并进行相关计算；所述条件参数包括：设当前批次UF轧制延伸比为u，待调整轧件UF轧后长度为L，冷床轧件尾部切头长度为Lhw，冷床热锯间距为Dr，工作辊径为D，百米定尺切头长度Ls，热膨胀数为A，成品两端第一个商标距各自端头的初始距离分别为Le、Lw；所述相关计算包括：UF轧后调整钢长度：L1＝A*u*L；相邻商标间距：Dm＝3.14*D；冷床钢轨头部切头长度：Lhe＝L1-Lhw–Dr；

b.对端头商标位置进行初始赋值，进入遍历过程；

c.计算假设位置在实际边界条件下的偏差值，并计算实际端头商标位置，具体包括：

计算的钢轨两端部商标间距Dk＝(100-2*Le)*A；

计算该间距Dk对应的轧辊旋转圈数Nnum＝Dk/Dm；

计算轧辊旋转余数圈Mnum＝mod(Nnum,fix(Nnum))，式中fix是下取整函数，mod是取余函数；

计算端部商标假设初始位置在实际边界条件下的偏差值为Lerr＝Mnum*Dm；

将百米成品两端第一个商标距各自端头的设定位置更新为Le+Lerr/2，此更新值即为在该假设条件下的实际商标位置；d.判断实际端头商标位置是否在限制范围内，若是，则保存此实际端头商标位置，然后进入步骤e，否则判定本次假设位置不合格，进入步骤e；

e.更新假设位置；

f.循环执行步骤c-e，通过对假设位置在一定限制范围内进行遍历，直至超出遍历区间，从遍历结果中找出最大端头距离值，计算实际的商标调整位置Le′；

g.更新定位控制程序中，沿轧制方向的第一个打印商标到端首的距离设定值，即Lhe+Ls*A+Le′*A。

2.如权利要求1所述的一种钢轨热打印商标精确定位的自适应算法，其特征在于，

步骤b中，在进行赋值时，值的大小在600mm至Dm范围内。

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