1、光电开关在热轧钢坯长度在线检测中的应用在马钢初轧厂钢坯轧制生产线上，在热轧钢坯长度在线检测中，成功应用了红外主动式光电开关。在此，光电开关主要起两个作用：(1)作为测量钢坯长度时的触发信号，控制计算机通过线阵 CCD 摄像机对钢坯尾部进行采样；(2)用来减小测量视场，提高测量精度。1 测量原理在热轧钢坯的生产线上，轧制后的钢坯在辊道上非匀速地向前传送。设钢坯的长度分布在 L1 和 L2 之间，其最大差值 L=L2L1 ，因而摄像机的测量范围必须大于或等于 L。利用图 1 所示的测量方法，在被测钢坯的头部触发光电开关 k 时，只要能够精确地测出钢坯尾部的长度(尾长)x，就可以得到热轧钢坯的长度。
2、在图 1 中，光电开关安装在辊道的两旁，钢坯在辊道上向前运动，当钢坯的头部挡住光电开关发送的信号时，就产生外部中断请求信号，计算机响应后，通过线阵 CCD摄像机对钢坯尾部进行数据采集，进而测量和计算出钢坯的尾部长度 x。则，钢坯的长度 L 可由下式求出：L=L1x（1）可见，测量精度主要由尾长 x 决定，因而精确测量尾长 x 是技术的关键。2 测量装置及测量方法根据上述原理，结合马钢初轧厂热轧现场的实际情况，我们采用图 2 所示的测量方法来测量 1000左右热轧钢坯的长度。在实际测量中，往往被测钢坯长度的变化范围很大，像马钢初轧厂的最大变化范围L=14m，因而要求摄像机成像透镜的视场很大。对于
3、大视场透镜的像差校正较为困难，而且也会影响线阵 CCD 摄像机的测量精度。为此，我们采用图 2 的测量结构，利用两组光电开关 k1 和 k2 来减小测量视场。设 k1 和 k2 之间的距离为 L0，那么钢坯的尾长x 一定在 0 到 LL0 之间。所以，线阵 CCD 摄像机只需在较小的视场 LL0 内测出钢坯的尾长 x，利用(1)式即可求得钢坯的长度。钢坯长度的测量过程是这样的：被测钢坯在辊道上向前运动时，当钢坯的头部挡住光电开关 k1 发射的信号时，计算机即通过线阵 CCD 摄像机对热轧钢坯进行采样，计算出其尾长 x。如果 xLL0 时，则被测钢坯的长度为 L=L1x。如果测得的尾长 x=LL
4、0 ，即线阵 CCD 摄像机的每个感光象素均被感光，热轧钢坯满视场，此时有可能钢坯的尾部还未进入测量视场之内，故本次测出尾长的数据无效，需通过第 2 个光电开关 k2 辅助测量。当钢坯继续向前运动又挡住光电开关 k2 时，计算机又通过线阵 CCD 摄像机对钢坯进行采样，再次计算出尾长 x。此时钢坯的尾部一定落在测量视场中，因而钢坯的长度应为 L=L1L0x。设光电开关未被钢坯挡住时，计算机对相应端口的读数为 1，则实现上述思想的流程如图 3 所示。图 3 中，k1 和 k2 分别代表光电开关 k1 和 k2 的输出值。由于在马钢初轧现场存在多种杂散光，所以，为了有效地避免其干扰，我们选用 k1
5、和 k2 均为主动常开式红外光电开关。当光电开关的发射信号被挡住时，其输出为 0，为了避免灰尘或其它杂物挡住光电开关的发射信号而引起误触发，我们在安置光电开关位置的竖直线上，安装两对相邻很近的光电开关，如图 4 所示。为了更有效地防止误触发光电开关，我们将 k1 和 k2 均按图 4 那样安装两对在竖直方向相邻很近的光电开关，并且规定：只有当两对光电开关均被截面为 130mm130mm的方坯挡住，即 k11=k12=0 时，才认为是有效触发信号。实现上述思想的硬件接口电路由延迟比较器、跟随器和一系列逻辑电路组成，以避免光电开关输出信号在比较电平附近，由于零点漂移和干扰的存在，输出电压将不断地由
6、一种状态转换成另一种状态，造成检测结果的不稳定。光电开关的两路输出信号 k11 和 k12 分别作为接口电路的输入信号，经接口电路处理后的输出作为计算机的中断请求信号。接口电路的输入、输出特性如表 1 所示。注：和是另一组光电开关与的输出值。可见，其输入、输出特性可以满足设计要求，即只有当光电开关 k11 和 k12 均被挡住时输出才为零。此时，才产生外部中断请求，计算机响应后，通过线阵 CCD 摄像机对数据进行采样和处理后，测出热轧钢坯的长度。3 系统特点与过去的测量方法相比，该系统具有如下特点：(1)测量准确，随机误差小。过去测量采用目测，即将钢坯同设在轨道上的标尺目测比较。测量精度主要取
7、决于操作者的熟练水平和判断能力。采用该测量系统后，实现测量的自动化，测量精度可达 0.2以上。(2)配尺合理，成材率高。过去配尺通过操作者目测，人工配尺，造成目测不准，配尺不合理等问题。采用该系统后，由于测量准确，计算机控制最优配尺，因而配尺合理，成材率可大大提高。(3)生产效率高，劳动强度低。过去操作者精力必须高度集中，才能完成测长和配尺这一工序。采用该系统后，操作者只需根据测量系统的提示做些简单的操作，因而生产节奏加快，劳动强度降低。4 系统存在的问题和解决的方法(1)现场安装困难。光电开关必须安装在剪口附近的轨道旁，这里环境最恶劣，必须采用坚硬的保护措施。(2)高温对信号、电源线路的破坏
8、。由于光电开关安装在高温的轨道旁，信号和电源传输的导线因高温老化快，甚至被烫坏，即使用钢管套也不能满足要求，必须采用特殊的保护措施。(3)远线传输中干扰信号造成信号失真。由于现场的各种电磁干扰，直接传送信号极易失真，必须对信号进行适当的调理后再用屏蔽导线将信号远传至工作室。5 运行情况目前，该系统已在马钢初轧现场投入使用，系统运行稳定可靠，光电开关的灵敏度高，故障率低。与其它相关装置配合使用，已实现了自动测长和实时配尺3。参考文献1 武汉大学电子线路教材编写组.电子线路(下册).北京：高等教育出版社，1995.2 蔡文贵，李永远，许振华.CCD 技术及应用.北京：电子工业出版社，1992.3 邵德奇.线阵 CCD 技术及其在几何尺寸测量中的应用.马钢科技，1998，(1)：3437.
