CN208239238U - 一种光电式轧辊磨损度在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，属于热轧检测技术领域。该装置包括光电检测模块、信号处理模块和人机交互模块；光电检测模块包括光源、光纤、传感器探头和光电探测器；光源发出的光经光纤传送到传感器探头，轧辊辊面变化引起传感器探头接收到的光信号发生变化，传感器探头将光信号发送给光电探测器，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块。信号处理模块包括滤波电路、放大电路和数据采集卡，电信号经处理后传输到人机交互模块的上位机发送报警信号到轧机控制***，并将实时测量结果传递到移动终端。本实用新型提高生产率和产品质量、降低生产成本和废品率，并且有助于轧制计划的制定。

Description

一种光电式轧辊磨损度在线检测装置

技术领域

本实用新型属于热轧检测技术领域，尤其涉及一种光电式轧辊磨损度在线检测装置。

背景技术

中国是世界钢铁制造中心；在我国，轧机和轧辊的数量巨大；轧辊作为轧机的主要加工和消耗部件之一，是整个轧机比较容易损坏的部分。

热轧中轧辊的磨损程度对轧制过程和轧制结果有着重要的影响；轧辊的磨损会直接改变原始辊型，进而造成辊缝的变化，对板带钢的厚度设定、控制精度以及板形均造成不利影响，最终导致产品质量的降低；而且轧辊的磨损程度也会影响轧制计划的制定，决定了轧钢生产整个工艺过程的连续性和稳定性；此外，如果不对轧辊的磨损度加以重视，还会造成企业生产成本的增加。因此，实时了解轧辊的磨损度是保证板带钢生产质量的关键。

目前，解决轧辊磨损对产品质量的影响还停留在定期更换和修磨轧辊，但是由于换辊的周期固定，在轧制周期内不能及时掌握轧辊磨损度的实时变化，使板带钢的质量很难保证。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，能够在轧制过程中及时获取轧辊磨损度数据。

所述的光电式轧辊磨损度在线检测装置，包括：光电检测模块、信号处理模块和人机交互模块；其中，光电检测模块和信号处理模块共同构成了测量模块。

光电检测模块包括光源、光纤、传感器探头和光电探测器；其中，传感器探头包括检测传感器探头和参考传感器探头；

所述的检测传感器探头和参考传感器探头均设计为光收发一体型，包括封装在一起的单模光纤和大芯径光纤；其中单模光纤位于中心作为发射端，周围环绕若干大芯径光纤作为接收端；

若干检测传感器探头均沿轧辊的轴向方向排列在一条直线上，且正对与轧件接触的被测轧辊表面上方；参考传感器探头共两个，与检测传感器探头位于一条直线上，且安装在不与轧件接触的被测轧辊表面上方两端；

光源发出的光经光纤同时传送到检测传感器探头和参考传感器探头，检测传感器探头感知获取轧辊辊面的变化，轧辊辊面变化引起检测传感器探头接收到的光信号发生变化，检测传感器探头将接收到的发生变化的光信号经光纤发送给光电探测器，光电探测器负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块。参考传感器探头将接收到的反射光信号经光纤发送给光电探测器，光电探测器负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块。

信号处理模块由信号处理电路构成，所述的信号处理电路包括滤波电路、放大电路和数据采集卡，经过滤波电路和放大电路后的电信号，被数据采集卡采集并传输到人机交互模块。

人机交互模块包括上位机和移动终端；上位机对数据采集卡上传的数据进行进一步的处理，得到当前时刻轧辊的磨损度以及磨损度随时间的变化曲线，并针对轧辊磨损度超过设定的磨损极限量的情况向轧机控制***发送报警信号；并将结果传递到移动终端进行查看和控制。

本实用新型的优点在于：

1)、一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，可以实现在热轧环境下，对板带钢轧机工作辊的磨损度进行在线测量，减少更换工作辊次数，提高生产率和产品质量、降低生产成本和废品率，并且有助于轧制计划的制定。

2)、一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，采用分布式的测量方式，结合轧辊磨损度的经验曲线，确定传感器探头的安装位置，固定安装传感器探头，可以避免扫描式的测量方式带来的运动机构误差。

附图说明

图1是本实用新型一种光电式轧辊磨损度在线检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种光电式轧辊磨损度在线检测装置的传感器探头局部放大图。

图中，1-光电检测模块；2-信号处理模块；3-人机交互模块；4-待测轧辊；

101-光源；102-光纤；103-传感器探头；104-光电探测器；201-信号处理电路；301-上位机；302-移动终端；1031-外部封装；1032-单模光纤；1033-大芯径光纤；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方法进行详细说明。

所述的光电式轧辊磨损度在线检测装置，如图1所示，包括：光电检测模块1、信号处理模块2和人机交互模块3；其中，光电检测模块1和信号处理模块2共同构成了测量模块。

光电检测模块1包括光源101、光纤102、传感器探头103和光电探测器104；其中，传感器探头103包括检测传感器探头和参考传感器探头；

所述的传感器探头和参考传感器探头均设计为光收发一体型，包括封装在一起的单模光纤1032和大芯径光纤1033；其中单模光纤1032位于中心作为发射端，周围环绕若干大芯径光纤1033作为接收端；光经由单模光纤1032出射；接收端由一圈围绕单模光纤1032的大芯径光纤1033构成；所有的光纤前端共用一块透镜，透镜的焦点在单模光纤1032的纤芯。

若干检测传感器探头均沿轧辊的轴向方向排列在一条直线上，且正对与轧件接触的被测轧辊表面上方；

各传感器探头103的径向安装位置指的是传感器探头103与轧辊表面的初始距离，也就是传感器探头103的工作距离。根据入射光纤102的光功率和光电探测器104的接收光功率由朗伯-比尔定律计算得到，并在此基础上，根据实验结果进行修正；

同时在待测轧辊4两端上方不与轧件接触的位置分别各安装一个参考传感器探头，参考传感器探头共两个，与检测传感器探头位于一条直线上，将其测得的数据作为参考值。根据参考点测量得到的数据，对测量点的数据进行处理，将测量过程中振动、回转运动误差、台架的热变形等带来的影响滤除。在每个传感器探头103附近各放置一个温度传感器，采集检测时的环境温度，作为光路的温度补偿参考。

光源101发出的光经光纤102同时传送到检测传感器探头和参考传感器探头，检测传感器探头感知获取轧辊辊面的变化，轧辊辊面变化引起检测传感器探头接收到的光信号发生变化，检测传感器探头将接收到的发生变化的光信号经光纤102发送给光电探测器104，光电探测器104负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块2。参考传感器探头将接收到的反射光信号经光纤102发送给光电探测器104，光电探测器104负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块2。

信号处理模块2由信号处理电路201构成，所述的信号处理电路201包括滤波电路、放大电路和数据采集卡，经过滤波电路和放大电路后的电信号，被数据采集卡采集并传输到人机交互模块3。

人机交互模块3包括上位机301和移动终端302；上位机301对数据采集卡上传的数据进行进一步的处理，通过比较分析检测传感器探头和参考传感器探头的接收数据，得到当前时刻轧辊的磨损度以及磨损度随时间的变化曲线，并针对轧辊磨损度超过设定的磨损极限量的情况向轧机控制***发送报警信号；同时将结果传递到移动终端302进行查看和控制。

上位机301和移动终端302均能控制在线检测装置的启停，实时显示当前时刻轧辊的磨损度以及磨损度随时间的变化曲线，并提供历史数据查看功能。当轧辊接近或超过磨损的极限量时，上位机301自动发出报警信号给轧机控制***。移动终端302只需安装基于Android技术的APP程序，就可以实现远程的查看和控制，实现无人值守。

工作原理如下：

针对被测轧辊，根据轧辊磨损度的经验曲线，确定检测传感器探头和参考传感器探头的个数、轴向安装位置和径向安装位置后，安装各个检测传感器探头和参考传感器探头；光源发出的光经光纤传送到各检测传感器探头和参考传感器探头，各检测传感器探头和参考传感器探头感知被测轧辊的磨损造成的光信号的变化，并发送给光电探测器转换成电信号，传输给信号处理模块进行滤波、放大等处理后，由数据采集卡采集后送入上位机进行后续处理。

上位机进行进一步的处理，通过比较分析检测传感器探头和参考传感器探头的接收数据，实现控制检测***的启停，实时显示当前时刻轧辊的磨损度以及磨损度随时间的变化曲线，并提供历史数据查看功能；当轧辊接近或超过磨损的极限量时，上位机自动发出报警信号给轧机控制***；移动终端实现远程的查看和控制，实现无人值守。

Claims (5)

1.一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，其特征在于，包括：光电检测模块、信号处理模块和人机交互模块；其中，光电检测模块和信号处理模块共同构成了测量模块；

光电检测模块包括光源、光纤、传感器探头和光电探测器；其中，传感器探头包括检测传感器探头和参考传感器探头；

所述的检测传感器探头和参考传感器探头均设计为光收发一体型，包括封装在一起的单模光纤和大芯径光纤；其中单模光纤位于中心作为发射端，周围环绕若干大芯径光纤作为接收端；

若干检测传感器探头均沿轧辊的轴向方向排列在一条直线上，且正对与轧件接触的被测轧辊表面上方；参考传感器探头共两个，与检测传感器探头位于一条直线上，且安装在不与轧件接触的被测轧辊表面上方两端；

光源发出的光经光纤传同时送到检测传感器探头和参考传感器探头，检测传感器探头感知获取轧辊辊面的变化，轧辊辊面变化引起检测传感器探头接收到的光信号发生变化，检测传感器探头将接收到的发生变化的光信号经光纤发送给光电探测器，光电探测器负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块；参考传感器探头将接收到的反射光信号经光纤发送给光电探测器，光电探测器负责信号转换，将接收到的光信号转换成电信号，并传输给信号处理模块；

信号处理模块由信号处理电路构成，所述的信号处理电路包括滤波电路、放大电路和数据采集卡，经过滤波电路和放大电路后的电信号，被数据采集卡采集并传输到人机交互模块；

人机交互模块包括上位机和移动终端；上位机对数据采集卡上传的数据进行进一步的处理，得到当前时刻轧辊的磨损度以及磨损度随时间的变化曲线，并针对轧辊磨损度超过设定的磨损极限量的情况向轧机控制***发出报警信号；并将结果传递到移动终端进行查看和控制。

2.如权利要求1所述的一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，其特征在于，所述的单模光纤前端加有透镜，所有的光纤前端共用透镜，透镜的焦点在单模光纤的纤芯。

3.如权利要求1所述的一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，其特征在于，所述的传感器探头平行于轧辊表面且沿轧辊轴向的安装位置，安装数量，间距以及排列方式均根据轧辊的磨损度经验曲线确定；各传感器探头与待测轧辊表面的径向距离根据入射光纤的光功率和光电探测器的接收光功率由朗伯-比尔定律得到，并根据实验结果进行修正。

4.如权利要求1所述的一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，其特征在于，所述的每个传感器探头附近各放置一个温度传感器。

5.如权利要求1所述的一种光电式轧辊磨损度在线检测装置，其特征在于，所述的上位机和移动终端均能控制在线检测装置的启停。