邱壯 李曉峰
（遼寧紫竹集團恒盛鑄業(yè)有限公司鞍山114000）
【摘要】介紹了 Board Cut 2008連鑄機非接觸式自動定尺系統(tǒng)在煉鋼連鑄機上的應(yīng)用，分析了該定尺系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，提出了校正方案。
【關(guān)鍵詞】定尺系統(tǒng)；誤差分析；數(shù)學(xué)期望；均方差
1問題的提出
為了適應(yīng)市場需求，恒盛鑄業(yè)有限公司新建一條板坯、一條矩坯連鑄生產(chǎn)線，于2017年10月投產(chǎn)。其中，板、矩坯定尺切割采用的是北京中遠通公司開發(fā)的Board Cut 2008連鑄機非接觸式自動定尺系統(tǒng)，該系統(tǒng)剪切精度高，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠.數(shù)據(jù)庫管理功能強大。其人機界面如圖1所示。
該連鑄生產(chǎn)線投產(chǎn)后，對切割后的成品坯子（板坯和矩坯）進行了抽樣測量，發(fā)現(xiàn)坯子的定尺長度有如下問題：
（1） 誤差離散性較大。
（2） 有負公差（按工藝要求，成品坯子的長度只允許正公差）。
（3） 誤差時常整體偏移。
該自動定尺系統(tǒng)的測量精度是多少？怎樣確定坯子定尺切割的預(yù)留長度？如何將成品坯子的誤差 控制在允許的范圍內(nèi)？這些都是要研究的課題。
2 Board Cut 2008連鑄機非接觸式自動定尺系統(tǒng)的測量原理及測量精度
2.1測量原理
系統(tǒng)采用光學(xué)成像方式，根據(jù)紅外光照CCD感光元件其像素排列的感光數(shù)量,計算鋼坯長度， 如圖2所示。
2.2測量精度（分辨率）
以板坯為例，由圖2可得：
式中：l—成像長度；
L——鋼坯長度；
Lm—光學(xué)鏡頭焦距（目距）；
Lw——鋼坯到光學(xué)透鏡的距離（物距）。
CCD像素間距是0.02 mm,即?l =0.02 mm,由 （1）式可得：
取:L=6000 mm（大多數(shù)成品坯子的定尺長度在6000 mm左右）,Lw=17 200 mm （實測光學(xué)鏡頭到板坯輻道的距離）,Lm=70mm（鏡頭焦距），所以?L= 17200/70 x 0.02=4.92 mm,即測量精度（分辨率）為4.92 mm。
2.3切割系統(tǒng)組成
2.3.1 切劃裝置
切割裝置由火焰槍移動裝置、切割小車、走行裝置及壓緊跟蹤裝置等組成。其中壓緊裝置由氣缸驅(qū)動。圖3為切割裝置示意圖。切割裝置預(yù)備切割時，必須停在零位。
2.3.2測量裟置
測量裝置由一架光學(xué)鏡頭、一臺計算機和操作臺組成。光學(xué)鏡頭將鋼坯成像在CCD感光器件上,計算機采集CCD數(shù)據(jù)并處理,計算鋼坯長度并提供人機界面。操作臺有觸摸屏，可輸入切割參數(shù)。
2.3.3 切割糸統(tǒng)工作過程
該系統(tǒng)實時監(jiān)測待切鋼坯長度，當(dāng)鋼坯長度接近切割定尺長度時，發(fā)出切割預(yù)壓緊指令，壓緊氣缸動作，使夾緊裝置與鋼坯接觸，但僅僅是接觸，沒有壓緊力，切割小車仍處于停滯狀態(tài)，相當(dāng)于切割預(yù)備狀態(tài)，當(dāng)鋼坯長度到達切割定尺要求時發(fā)出指令，使壓緊氣缸再動作，壓緊裝置壓住鋼坯，帶動小車與鋼坯同步運行，再啟動切割槍，開始切割。圖4為切割工作程序。
3誤差分析
3.1樣本分析
以板坯為例，共測量了冷坯2421個，取得了2421個數(shù)據(jù)，見表1。
按照不同誤差加以分組，并記錄在這誤差范圍內(nèi)板坯的數(shù)量，結(jié)果如表2。
根據(jù)表2做出直方圖，見圖5。
由圖5可以看出，測量誤差服從正態(tài)分布，它們與a=0（數(shù)學(xué)期望）,δ=62（均方差）的正態(tài)分布符合得相當(dāng)好。按工藝規(guī)定，坯子的定尺長度只能是正公差，若要符合這一要求，則定尺長度要讓出一定長度。讓出長度計算：對于符合正態(tài)分布的隨機變量，它的值落在區(qū)間［u-3δ, u+3δ］幾乎是肯定的，這就是所謂“3δ規(guī)則”。其中：-3δ區(qū)間就是要讓出的長度。-3δ=-3 x 62=-188mm?？紤]到測量誤差，大體上要讓出200 mm,這樣，誤差在0~ 200mm之間,鋼坯損失率約3.4%，損失太大。
3.2查找原因
從切割工作原理、工作過程入手,對測量切割系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和設(shè)備進行分析,并在生產(chǎn)中對相關(guān)設(shè)備的物理量和介質(zhì)進行測量，發(fā)現(xiàn)切割小車壓緊同步裝置的動力氣源壓力時常波動，導(dǎo)致壓緊過程時間變化，影響了切割定尺長度。既壓力低時，壓緊裝置動作慢，壓緊時間較長,坯子定尺偏長；壓力高時，壓緊裝置動作快，壓緊時間較短，坯子定尺偏短。
經(jīng)檢査，同一管路還有其他幾處用戶，也在不定時用氣，所以造成氣源壓力波動。為保證氣源壓力穩(wěn)定,在氣源入口加裝一個儲氣罐，用以穩(wěn)定氣源壓力。實踐證明非常有效，解決了氣源壓力不穩(wěn)定這一問題（見圖6）。
問題解決后,對切割后的板坯長度重新取樣，共2810個,做岀直方圖。
它們與a=0（數(shù)學(xué)期望）,δ=9.5（均方差）的正態(tài)分布符合的相當(dāng)好。如圖7所示。
δ=9.5（該測量系統(tǒng)給出的誤差指標(biāo)是δ≤10mm）,就是說誤差已經(jīng)符合系統(tǒng)要求。
3δ=28.5,即在定尺中加上28.5 mm,即可保證切割均為正公差的概率為99.7%,經(jīng)與質(zhì)量管理部門研究，考慮到留有一定余量，最后確定在定尺中加40mm。即切割長度（熱定尺）=冷定尺x 1.03 + 40,其中1.03為熱脹冷縮系數(shù)。
4結(jié)束語
該連鑄生產(chǎn)線投產(chǎn)已經(jīng)一年有余，質(zhì)檢部門對板坯定尺長度定期取樣測量，基本上沒有超差現(xiàn)象，也從來未岀現(xiàn)過故障，系統(tǒng)運行確實穩(wěn)定，由于定尺誤差小，坯子成材率也較高，完全滿足了工藝要求。