线材重量在线测量(2007)

线材质量在线测量

钱广春5040309696

牛晓达5040309679

张近东5030309737

郑添 5040309714

朱萌 5040309719

一、准备知识：

1. 高速线材：

高速线材指高速轧机生产的线材。主要品种有碳素钢、焊条钢，低合金钢、弹簧钢等，用于建筑、预应力钢丝、钢丝绳、焊条等。不同材料的线材性能也不一样。

2. 在线测量：

在线测量就是指在加工生产线中进行测量。

根据测量位置和方式的不同，在线测量有两种具体应用：一是在加工生产线的不同工位布置不同测量设备和检测站，主要是对相关工序的工件的加工精度进行检测。 二是在机床内部加工过程中的主动测量，即在机床的内部，工件加工过程中，通过主动测量设备，直接测量工件的加工精度。

二、设计背景及要求：

线材生产厂家都采用手工机械秤称重的方法，原材料消耗较大，自动化程度低，有些厂家用计米测长方法来间接代替称重，减轻了工人的劳动强度提高了生产效率。由于加工线材直径的波动，最高的测量精度只能达到3%，使原材料损耗更加严重，不仅给生产厂家造成了很大的经济损失，同时也不能满足用户的要求。设计一种线材（圆形截面）在线自动称重系统，测量精度：<1％。

三、设计原理：

因为在线无法直接测得线材的重量，所以我们还是采用与计米测长法相似的间接测量来得到线材的重量。这里采用公式

222

11444L d m V S l d v t d v f f t ρρρπρπρπ==∆=∆==∑∑∑∑

m 是质量；ρρ是线材密度，可以认为没有误差；d 是线材直径；v νv 是线材传

送速度；t ∆是测径仪扫描周期；f 为测径仪的扫描频率；L 为两个光电传感器间的距离；

0t 为光电信号的时间差，由计算机根据信号运算得到，这里认为没有误差。

光电传感器想关测速系统按一定的采样频率得到每时刻的线材传送速度，将速度数

据传送给计算机。测径仪按频率f 测得线材的直径，然后将数据传送给计算机，这时计算机从速度数据中得到此时刻的速度，按公式21

4m d v f

ρπ∆=

计算后累加得到线材总质量m 。

具体原理：

左右箱体内带有高速旋转的HeNe 激光发射器和激光接收器, 激光发射器发出的激光束通过 一组透镜处理变成平行光, 工件只要挡住光束, 在接收器上就有信号产生, 通过光电传感器将此信号传到专用计算机处理器上, 可读出所测量的直径值, 圆度跳动等参数。

四、设计方案：

1）直径测量：

这里我们采用北京瑞德高科技有限公司的双向激光测径仪。

双向激光测径仪系列产品：

型号量程精度分辨力

LDM-10XY 0.0500~10mm ±1μm0.0001mm

LDM-30XY 0. 05000~30mm ±2μm0.0001mm

LDM-50XY 0. 1000~50mm ±3μm0.0001mm

LDM-10XY、LDM-30XY，LDM-50XY双向测径仪包括传感器和显示控制单元，两部分是分体结构。采用激光扫描方式，精度高，在线直径测量仪器。可广泛用于线缆、漆包线、光纤、微拉丝、各种管材和棒材等行业。

产品简介：

LDM50XY激光测径仪采用激光90度双向扫描，准

确测量线材、管材、电缆

外径和不园度，实现非接触测量

分辨率：0.001mm

精度：0.02％×测量值±0.001mm（25mm）

精度：0.02％×测量值±0.002mm（50mm）

长寿命半导体激光器

激光器输出功率＜2mW

工作方式：连续

外形尺寸：403mm×80mm×403mm

测量位置中心高：900mm-1100mm

产品优点：高精度，在线非接触连续测量，全自动反馈控制。

技术指标：

1、扫描速度：1800次/秒

2、数据处理器和数据保存

采用高性能DSP 处理器，可以进行高速和高精度运算；采用大容量FLASH 存储器，方便数据记录。

3、 通讯接口

RS232和RS485通讯接口，可以联到计算机在线检测，也可以将存储的测量记录传输到计算机。

4、 连续测量、数据保持、数据存储

连续测量可以观察移动被测物，数据保持便于记录，数据存储可以按机位、线位、时间进行数据存储。

5、 数据参数设置

数据参数可以设置被测物的名义值、公差；超差报警提示；被测机位、线位、工艺标准设置等

2） 速度测量：

因为线材传送速度只能从侧面测得，所以我们这里用相关测速法检测线速度。其原理如下图所示。

被测物体以速度v 行进，在靠近行进物体处安装两个相距L 相同的传感器（如光电传感器、超声波传感器等）。传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表面粗糙度、表面缺陷等），当随机过程是平稳随机过程时，()y t 的波形和()x t 是相似的，只是时间上推迟了0(/)t L v =，即

0000

0()()

11()lim

()()lim ()()()T T

xy T T x y t x t t R x t y t dt x t t x t dt T T R t ττττ→∞→∞=-=-=--=-⎰⎰

其物理含义是()x t 延迟0t 后成0()x t t -，其波形将和()y t 几乎重叠，因此互相关值

相关测速原理图

有最大值。

光电传感器感应到表面粗糙度将采集到的信号通过模数转换由数据采集卡采集传送给计算机，由相关测速软件平台也以得到线材的传送速度，此系统还提供一个反馈信息用以控制传送速度。AD 采样频率可由平台软件控制。与双向激光测径仪的扫描频率一致,即为1800Hz 。

五、误差分析：

由相对误差传递公式得到：

2222()()()4()r r r r E m E L E f E d =++，()r E x 表示x 的相对误差

()r E m 要求最大为0.01，扫描频率因为可以由软件控制微调，故认为最大绝对误差为1Hz ，()r E f 为

1

1800

。对直径大于1mm 小于50mm 的线材采用LDM-50XY ，则33()11000r m E d mm μ<=

，所以得到：

2

23

2

13()0.0147.981018001000r E L -⎛⎫<--⨯=⨯ ⎪⎝⎭

设两个光电传感器的距离差L 可以精确到1mm ，则3

1125.37.9810

mm

L mm ->

=⨯，考虑到阿贝误差的影响，可以取L ＝200mm 。这样就可以使m 的相对误差小于1％。

六、在线测量发展前景：

随着现场检验精度和效率要求的不断提高， 对测量设备的高移动性提出了越来越高的要求。传统的手工测量工具虽然有较好的移动性，但测量精度低， 所以今天对测量设备的高移动性的要求实际上是对高精度自动化测量设备的高移动性的要求。

由于高精度的自动化测量设备要在现场环境下使用，而不是在恒温恒湿隔振的精密实验室环境下使用，这就要求如此精密的测量仪器同时要具备现场加工设备所必须具备的高强度， 高刚性， 高抗振性，高防护等级等。 在某些情况下，这两方面目前可能还很难统一在一起，而这正是未来发展的方向。