一种接触式可测温板形检测装置的制作方法

本发明涉及轧钢机械设备的自动化测量领域，尤其一种接触式可测温板形检测装置，该检测装置适用于高等级带钢、铝带、铜带等冷轧带材产品在线板形和瞬态温度的同步检测。

背景技术：

板形是冷轧带钢的关键技术指标，而温度是影响板形检测精度的重要因素。在轧制过程中，带钢发生塑性变形和摩擦产生热量，其温度随带钢材质、压下量、轧制速度以及加工硬化等参数的变化而变化，导致带钢产生不同程度的板形误差，这种温度变化引起的板形误差规律不一，难以检测和控制，但又不可忽略。另外，带钢传热给板形检测辊时，不可避免会引起板形检测辊不同程度的热膨胀，导致其内部检测元件的预应力发生改变，也会产生一定的板形检测误差。

为了对板形的温度误差进行检测和补偿，生产中通常采用红外测温仪或热成像仪进行温度的非接触式检测。但是这种非接触式检测对于表面光亮的带钢，测量误差很大，当带钢温度较高时甚至无法反映实际的温度变化，且现场经常会有乳化液和烟雾，进一步加大带钢的温度检测难度。而接触式测温仪尽管检测精度高，能够反映带钢的实际温度变化，但是无法对高速运动的带钢实施有效的温度检测，可能会划伤带钢，而且也不易安装调试，通常只能进行停机定点检测或离线静态测温，不能实时获取任意时刻任意位置的带钢温度，不可避免地导致实测温度与在线温度不一致。因此，如果没有合适的带钢温度和板形同步检测装置，很难准确获得在线带钢的瞬态温度分布，同时也会导致在线板形和瞬态温度的不同步检测，这势必会影响带钢的温度补偿精度和板形检测效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种接触式可测温板形检测装置，该检测装置通过能在线检测带钢板形，同时又能实时测量瞬态温度变化的接触式可测温板形检测辊，实时检测带钢传递给检测辊的瞬态温度变化，便于针对检测辊的热膨胀问题及带钢的温度波动问题，实施有效的在线检测和工艺补偿，降低温度变化引起的板形误差，从而提高冷轧带钢的板形检测精度。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种接触式可测温板形检测装置，包括可测温板形检测辊1、热成像仪2和板形测控系统3；所述可测温板形检测辊1能同时提供在线板形信号和瞬态温度信号；所述热成像仪2用于检测和提供冷轧带钢的温度场图像；所述板形测控系统3用于接收板形信号和温度信号，并进行信号处理和同步计算，对在线带钢的实时板形信号同步实施瞬时温度误差补偿，以提高带钢的板形检测精度；

所述可测温板形检测辊1是由主辊体5、轴头6和敏感组件7组成，在主辊体5端面上设有两个径向对称的深孔，两个深孔内以过盈配合的方式依次内置有一定数量的敏感组件7，两个深孔内的敏感组件7轴向对称布置；

所述敏感组件7是由弹性骨架9、压力传感器8和温度传感器10组成，压力传感器8和温度传感器10的线缆分别穿过弹性骨架9的内孔，经检测辊1一端轴头6的中心孔内引出，同步传输板形信号和温度信号至板形测控系统3，板形测控系统3根据获得的板形信号和温度信号实施板形的温度误差补偿和控制计算，最后传输给轧机机电液系统4实施冷轧带钢板形的精细反馈控制。

所述弹性骨架9为精细加工一体成型的呈圆筒状体，外表面由四个弧面组成，其径向截面为径向左右对称结构，设在径向内外的两圆弧面分别与主辊体5端面上的深孔表面以过盈配合方式接触；骨架内设一异形孔和一大半圆柱孔，大半圆柱孔的轴心与所述弹性骨架径向截面的中心重合，其与外侧弧面对应的部分设向中心延伸的凸台，凸台上有一凹槽；其与内侧弧面对应的部分在两孔之间形成的架筋在超过骨架中心处汇合形成一平台，平台上对应凸台凹槽处也有一凹槽；压力传感器8嵌装在凸台凹槽和平台凹槽之间；嵌装压力传感器8的弹性骨架9体内侧两凹槽的上下表面的光洁度≤ra0.4，平行度≤0.01；在凸台顶部的凹槽内嵌装有温度传感器10。

所述主辊体5端面上的深孔是从主棍体5一端到另一端的通孔。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种接触式可测温板形检测装置，与现有技术相比具有这样的有益效果：

本发明能在线实时检测带钢的板形状态，又能够同步测量瞬态温度变化，传递给可测温板形检测辊的瞬态温度变化，便于针对板形检测辊的瞬态热膨胀问题及不同材质、规格或工艺条件下冷轧带钢的温度波动问题，实施有效的在线检测和高精度的板形误差温度补偿，降低温度变化引起的板形误差，从而提高冷轧带钢的板形检测精度。

本发明中的敏感组件中采用的弹性骨架为一体加工的特殊结构，其内部设计为异形孔和大半圆柱孔，利用大半圆柱孔不仅可以在不降低其弹性的基础上增加其刚性，避免弹性骨架体频繁高温高应力条件下的弹性蠕变行为，而且可以加大弹性骨架体的内部空间，降低换热系数，弱化导热效果和热应力波动，适用于恶劣工况下长期负载工作。其次，在弹性骨架体内的凸台顶部凹槽内嵌装温度传感器，能够同步检测当前弹性骨架体热应力条件下的瞬态温度波动，利用其实时检测到的瞬态温度，可以准确计算当前的热应力分布，进而对弹性骨架体的即时压力参数进行高精度的温度误差补偿或热应力补偿，从而获得更接近实际状态的在线带钢板形参数。冷轧过程中，带钢温度频繁波动引起显著的在线板形误差，这是当前板形测控重点解决的疑难问题之一，本发明能够有效解决这一问题。

附图说明

图1冷轧带钢在线板形和瞬时温度检测流程图；

图2可测温的板形检测辊体结构图；

图3敏感元件型式a布置图；

图4敏感元件型式b布置图；

图5温度传感器截面示意图。

图中各部件编号：1-可测温板形检测辊，2-热成像仪，3-板形测控系统，4-轧机机电液系统，5-主辊体，6-轴头，7-敏感组件，8-压力传感器，9-弹性骨架，10-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明的一种接触式可测温板形检测装置，图1为本发明一个实施例——冷轧带钢在线板形和瞬时温度检测流程图。所述的检测装置包括可测温板形检测辊1、热成像仪2和板形测控系统3；所述可测温板形检测辊1能同时提供在线板形信号和瞬态温度信号；所述热成像仪2用于检测和提供冷轧带钢的温度场图像；所述板形测控系统3用于接收板形信号和温度信号，并进行信号处理和同步计算，对在线带钢的实时板形信号同步实施瞬时温度误差补偿，以提高带钢的板形检测精度；

如图2所示的可测温的板形检测辊体结构图，所述可测温板形检测辊1是由主辊体5、轴头6和敏感组件7组成，在主辊体5端面上钻两个径向对称的深孔，深孔是从主棍体5一端通到另一端的通孔，并将一定数量的敏感组件7以过盈配合的方式依次内置于主辊体5的两个深孔内，同时要求上下深孔内的敏感组件7严格对称布置，并将两端彻底封堵，防水汽进入。安装完毕后将轴头6固定于主辊体5两端，形成密封的可测温板形检测辊1。装配后的检测辊辊面长度1100mm，19路检测通道，单通道宽度52mm，有效检测长度988mm，内孔直径φ32mm。

所述敏感组件7是由弹性骨架9、压力传感器8和温度传感器10组成，压力传感器8和温度传感器10的线缆分别穿过弹性骨架9的内孔，经检测辊1一端轴头6的中心孔内引出，同步传输板形信号和温度信号至板形测控系统3，板形测控系统3根据获得的板形信号和温度信号实施板形的温度误差补偿和控制计算，最后利用轧机机电液系统4实施冷轧带钢板形的精细反馈控制。

如图3所示，所述弹性骨架9为精细加工一体成型的呈圆筒状体，外表面由四个弧面组成，其径向截面为径向左右对称结构，设在径向内外的两圆弧面分别与主辊体5端面上的深孔表面以过盈配合方式接触，骨架内设一异形孔和一大半圆柱孔，大半圆柱孔的圆心就是所述弹性骨架径向截面的中心，其与外侧弧面对应的部分设向中心延伸凸台，凸台上有一凹槽；其与内侧弧面对应的部分在两孔之间形成的架筋在超过骨架中心处汇合形成一平台，平台上对应凸台凹槽处也有一凹槽；压力传感器8嵌装在凸台凹槽和平台凹槽之间；然后用高温胶填补压力传感器8的周边缝隙，进行胶固。用于检测径向压力的变化，进而获得在线带钢的板形变化；异形孔和大半圆柱孔是为了增加弹性体的弹性，另外防止压力传感器8温度过高，减小弹性体的金属，弱化内孔的导热特性；凸台和平台中间内嵌的压力传感器8，同时传递径向压力给压力传感器8，压力传感器8获得压力信号后传输电信号给板形测控系统3，嵌装压力传感器8的弹性骨架9体内侧两凹槽的上下表面要求足够的光洁度(≤ra0.4)和平行度(≤0.01)；同时在凸台顶部的凹槽内嵌装有温度传感器10，用于同步检测瞬时温度的变化过程，实现板形、温度的同步检测。

为了提高温度传感器10的导热效果，温度传感器10以不同的外观型式装嵌在弹性骨架的顶部沟槽内，如图3和图4所示，在弹性骨架9顶部凸台上，所述凹槽形状为蛇形凹槽或者为矩形凹槽；并将所述温度传感器10加工为与弹性骨架9顶部凹槽结构形状相一致，温度场传感器10固定完毕后，形成一体的敏感组件7，并对其顶部进行精磨，以保证将温度传感器10与弹性骨架9弧度完全重合，其截面型式如图5所示，以保证温度传感器10与弹性骨架9顶部沟槽底面和主辊体5的深孔内表面紧密接触。

所述一种接触式可测温板形检测装置的工作过程如下：

首先将可测温板形检测辊1安装与轧机出口位置，在生产过程中，带钢以一定的角度覆盖辊体表面。此时，检测辊1内部的压力传感器8检测到带钢施加给检测辊1的径向压力，同时温度传感器10检测到带钢传热给检测辊1的瞬时温度变化。压力传感器8和温度传感器10同步将压力信号和温度信号传输至板形测控系统4，形成板形信号，并对其进行必要的工艺误差补偿和控制量计算，获得真实的有效板形信号。

精细加工一体式的弹性骨架9，在其内部安装压力传感器(压磁式或压电式)8，并在其顶部固定温度传感器(热电偶或热电阻)10，组成敏感组件7。然后利用专用工装，将敏感组件7以过盈配合的方式依次内置于可测温板形检测辊1主辊体5的通孔内，且上下敏感组件7一一对称分布，每一对形成一个检测单元。敏感组件7内部的耐高温线缆通过弹性骨架9内孔，从可测温板形检测辊1的一端轴头引出，接入外部的信号处理器，实时将板形、温度信号传输至板形测控系统4，实施板形温度误差的同步补偿。