項(xiàng)秀明，劉秀華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

在鋼鐵企業(yè)的冷軋產(chǎn)線，測速儀用來測量機(jī)架間帶鋼的速度，為各機(jī)架的秒流量控制提供準(zhǔn)確的速度信號(hào)，速度測量的精度將直接影響軋機(jī)秒流量控制的精度。因而，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、空間分辨率高、測量范圍大、非接觸測量和實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)的激光測速儀，普遍應(yīng)用于軋鋼工業(yè)中[1-4]。

美國BETA公司LS8000系列非接觸式激光測速儀，由于其高精度特點(diǎn)，應(yīng)用較廣，普遍應(yīng)用于各鋼鐵企業(yè)的冷軋產(chǎn)線。但受現(xiàn)場條件多方面影響，利用激光多普勒效應(yīng)原理的測速儀的故障出現(xiàn)頻率也較高，其中，某鋼鐵廠的其中一條冷軋產(chǎn)線使用的是LS8000系列激光測速儀，在剛投入使用時(shí)測量結(jié)果未達(dá)到最優(yōu)效果，嚴(yán)重影響帶鋼的軋制生產(chǎn)。

本文從實(shí)際問題出發(fā)，多角度分析問題產(chǎn)生的可能原因，設(shè)計(jì)了解決方案，通過實(shí)際試驗(yàn)，找到問題的解決辦法，為現(xiàn)場秒流量控制提供了可靠的速度保證。

1 存在的問題

自設(shè)備上線后，通過一周的測量結(jié)果跟蹤，發(fā)現(xiàn)此產(chǎn)線激光測速儀存在問題：①品質(zhì)因數(shù)QF值偶爾丟失。QF值是速度獲取的保證，直接影響速度值的獲取結(jié)果，LS8000系列測速儀的QF值最佳值是15，在7.5以上都是可以保證速度信號(hào)獲取結(jié)果的，但7.5以下將不能保證測量的準(zhǔn)確性，速度信號(hào)會(huì)丟失；②速度信號(hào)噪聲過大。速度信號(hào)噪聲過大，也就是信號(hào)的波動(dòng)性較大，嚴(yán)重影響秒流量控制精度[5-6]。

以240 m/min的速度為例，激光測速儀速度噪聲信號(hào)波動(dòng)在0.04 m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.133 5，而在此種噪聲信號(hào)下，嚴(yán)重影響秒流量控制，至少要控制在0.01以內(nèi)。在同一時(shí)刻，速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.133 5對(duì)比如圖1所示。其中，上層曲線為其出口方向最近的張力輥編碼器速度，下層曲線為其入口方向最近的張力輥編碼器速度，中間曲線為激光測速儀檢測的實(shí)際速度。從圖中可以看出測速儀速度測量信號(hào)具有較嚴(yán)重的波動(dòng)。

2 解決方案

鑒于上述問題的存在，分析產(chǎn)生的原因，將解決方案分為2步：①預(yù)設(shè)方案，全面分析問題產(chǎn)生的原因，分別解決，并提出針對(duì)此問題的測試調(diào)整方案；②實(shí)施方案，根據(jù)預(yù)設(shè)方案有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，穩(wěn)定測量結(jié)果。

2.1 預(yù)設(shè)方案

激光是速度測量的基礎(chǔ)，由激光測量頭發(fā)出的激光經(jīng)分光束被分為兩束相同的激光，在帶鋼表面發(fā)生干涉、反射，反射光線的一部分被接收單元前面的鏡頭收集并聚焦到檢測器。因而，速度測量結(jié)果的質(zhì)量取決于激光發(fā)生器、干涉點(diǎn)、激光回路、檢測器幾個(gè)方面。鑒于此，將預(yù)設(shè)方案分2個(gè)方面：首先，降低測量環(huán)境的影響；其次，排除測量裝置本身存在的不足。為此，提出以下幾點(diǎn)測試調(diào)整方案。

（1）調(diào)整參數(shù)設(shè)置以及激光測量頭安裝位置與角度，優(yōu)化測量結(jié)果。

（2）調(diào)整空氣吹掃壓力，減小平整液對(duì)測量光路的影響。在壓力條件允許范圍內(nèi)（吹掃壓力并不是越大越好，過大時(shí)，吹掃空氣會(huì)在快換窗處產(chǎn)生漩渦，反而會(huì)降低速度信號(hào)的精度；吹掃壓力也不是越小越好，過小時(shí)，不能完全排開快換窗處的平整液或乳化液，也會(huì)降低速度信號(hào)的獲取精度），逐步調(diào)整壓縮空氣的壓力，提高對(duì)激光光路環(huán)境的吹掃能力，提高抗平整液干擾能力。

（3）查找周圍電氣設(shè)備對(duì)通信線路的干擾。從測量頭到現(xiàn)場電控柜，清查通訊線路周圍電氣使用情況，排除電氣設(shè)備的干擾。

（4）激光測量頭更換。不能排除測量頭本身存在的不足，因?yàn)榇水a(chǎn)線激光測速儀和另一條產(chǎn)線激光測速儀型號(hào)完全一樣，而另一條卻沒有此問題發(fā)生，所以無法排除此測量頭本身是否存在缺陷，可以對(duì)其進(jìn)行更換測試。

（5）在以上方案均未得到良好的改善情況下，和機(jī)械人員進(jìn)行協(xié)調(diào)，在激光測速儀入口側(cè)增加一套空氣吹掃，將進(jìn)入激光測速儀激光點(diǎn)處軋制液吹開，保證反射激光強(qiáng)度，降低在激光光路處的軋制液干擾。

2.2 具體實(shí)施方案

2.2.1 原測量頭調(diào)整

（1）調(diào)整曲線平滑度值。在系統(tǒng)軟件中，可以對(duì)曲線平滑度（速度平均值的采樣點(diǎn)數(shù)）進(jìn)行設(shè)置，平滑度值設(shè)置越大，曲線將越平滑，噪聲信號(hào)就會(huì)越小。但是，有利就有弊，平滑度值不宜設(shè)置過大。過大時(shí)，在升降速過程中，速度信號(hào)將會(huì)失真，所以，綜合考慮，設(shè)置不超過72。

對(duì)曲線平滑度值進(jìn)行了進(jìn)一步修改，由原值24改為30，效果并不明顯；進(jìn)而將其值更改為48，在240 m/min速度下，測速儀速度信號(hào)波動(dòng)由原來的0.04 m/s降低為0.03 m/s；進(jìn)一步增加平滑度值到64，噪聲未得到進(jìn)一步的改善。所以，為保證平滑度對(duì)噪聲影響調(diào)節(jié)到最佳，又使得速度信號(hào)不失真的情況下，最后選擇了平滑度最佳值48。

（2）調(diào)整激光發(fā)射器和帶鋼的夾角。激光發(fā)射器和帶鋼的夾角是否正確，會(huì)直接影響到測量結(jié)果，這是激光測速儀安裝的一個(gè)必要條件。為保證良好的測量結(jié)果，激光發(fā)射器和帶鋼的夾角需為90°±1°。但是，在安裝過程中，這個(gè)角度是不能保證的，因此，懷疑夾角對(duì)速度測量帶來了影響。對(duì)夾角進(jìn)行測試，采取不同的調(diào)整方案，將激光發(fā)射器的4個(gè)角分別編號(hào)為1，2，3，4，編號(hào)如圖2所示，在不同墊片厚度（0.2～1）mm，測試調(diào)整組合次序如表1所示。

經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，夾角會(huì)影響測速儀的品質(zhì)因數(shù)，各種組合及不同規(guī)格厚度墊片的調(diào)整后，品質(zhì)因數(shù)QF值未得到明顯改善，反而更差。調(diào)整后其中一段品質(zhì)因數(shù)變化圖如圖3所示，因此排除激光發(fā)射器與帶鋼夾角對(duì)噪聲帶來的影響。

（3）調(diào)整激光測量頭到帶鋼表面的距離。和夾角一樣，激光發(fā)射器到帶鋼的距離，也會(huì)直接影響到測量結(jié)果。最佳距離要求發(fā)射器到帶鋼的距離為（1000±10）mm。經(jīng)多次調(diào)整，測量曲線觀察，最終只能將激光發(fā)射器到帶鋼表面距離定位為1026 mm處，此處測量結(jié)果效果相對(duì)較好，測量結(jié)果有所改善，但仍未到達(dá)速度測量的最佳使用效果。激光測量頭發(fā)射器調(diào)整方向如圖4所示。

圖2 激光發(fā)射器4角編號(hào)

表1 測試調(diào)整組合次序

圖3 夾角調(diào)整后品質(zhì)因數(shù)變化

（4）調(diào)整空氣吹掃壓力。根據(jù)預(yù)設(shè)方案的壓力調(diào)整模式，壓力值在原值的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。首先，在條件允許范圍內(nèi)，在原壓力值的基礎(chǔ)上，逐步增大吹掃壓力，發(fā)現(xiàn)對(duì)QF值并沒有得到改善；其次，在原壓力值的基礎(chǔ)上逐漸降低空氣吹掃壓力，效果也不明顯。壓力過低時(shí)，測速儀報(bào)錯(cuò)，停止檢測。因而，壓力值不是產(chǎn)生問題的根本原因，將其恢復(fù)原值。

圖4 激光測量頭發(fā)射器調(diào)整方向

（5）排查周圍電氣設(shè)備干擾。從測量頭到現(xiàn)場電氣柜，逐步清查走線情況，并未發(fā)現(xiàn)周圍有其他電纜經(jīng)過，只有測速儀本身的24 V電源線和通訊線，不存在外界電氣設(shè)備干擾情況。

在對(duì)原測量頭的努力調(diào)整下，速度信號(hào)的測量結(jié)果得到了一定的改善，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00 937，控制在0.01以下。但是，經(jīng)過長期觀察，仍存在QF值偶爾丟失的情況發(fā)生，結(jié)果仍不能令人滿意。

2.2.2 更換新測量頭

鑒于原測量頭在參數(shù)、安裝位置、測量環(huán)境干擾的調(diào)整與排查下，測量結(jié)果得到很大改善，但QF值仍存在丟失的情況，影響測量結(jié)果的極大的可能性就是測量頭本身存在的問題。為此，決定對(duì)原測量頭進(jìn)行了更換及新測量頭進(jìn)行調(diào)整。新測量頭的檢測結(jié)果如圖5所示。

從新測量頭檢測結(jié)果可以看出，目前，在設(shè)定值700 m/min的速度下，激光測速儀的速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.004，在其附近的板型輥編碼器速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006，其入口方向最近的張力輥速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009，其出口方向最近的張力輥速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.008；而且，QF值一直很穩(wěn)定在15，激光測速儀的速度測量結(jié)果優(yōu)于板型輥及張力輥的速度。測量優(yōu)化結(jié)果比較令人滿意。

3 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)原測量頭的調(diào)整、排查，一段時(shí)間的測量跟蹤，發(fā)現(xiàn)雖然速度信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差有了明顯改進(jìn)，也就是速度信號(hào)噪聲有了相當(dāng)程度的改進(jìn)，但是，尚存在嚴(yán)重的不足：QF值偶爾一段時(shí)間還會(huì)丟失。因而影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，不能保證秒流量的準(zhǔn)確控制。

圖5 新測量頭檢測結(jié)果

根據(jù)預(yù)設(shè)方案，在具體實(shí)施方案中對(duì)測量頭進(jìn)行了更換，經(jīng)過長期觀察，測速儀的速度信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差在原基礎(chǔ)上有了更大的改善，而且在產(chǎn)線運(yùn)行過程中QF值一直很穩(wěn)定保持在15，測量結(jié)果非常令人滿意。

以某鋼鐵廠一條冷軋產(chǎn)線使用的是LS8000系列激光測速儀存在的實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，解決了激光測速儀測量結(jié)果不穩(wěn)定的問題，對(duì)影響激光測速儀測量結(jié)果的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，處理方法及處理過程對(duì)其他激光測速儀故障排查具有一定的引導(dǎo)作用。