專利名稱：一種連鑄結晶器振動的激光檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及冶金工業自動化檢測領域，更具體的說，是涉及面向鋼水連鑄生產設備的一種測量結晶器振動的激光檢測方法及裝置。
背景技術：
結晶器是連鑄機的關鍵設備，用于鋼鐵連鑄生產中的鑄坯成型。鋼鐵連鑄生產中， 結晶器的振動可以使鑄坯得以強制脫模，有利于鑄坯的潤滑，消除粘結，從而改善鑄坯的表面質量。但結晶器振動參數選擇的恰當與否關系到連鑄坯能否正常生產和連鑄坯表面質量的好壞。為了獲得實際振動參數，目前常用的是傳統的接觸式人工碼表檢測方法。接觸式人工碼表檢測方法雖然能夠實現對結晶器一定程度的狀態檢測，但是由于采用接觸式檢測，所采用的接觸探頭易于磨損，使用壽命短，且在高溫、潮濕的工作現場影響工人操作，效率較低，勞力成本較高，此外設備硬件集成度低，使用極為不方便，存在較大誤差，對實際煉鋼生產的指導意義不大。因此開發一種非接觸式、高效率、成本低、集成度高、使用壽命長、 操作方便可靠的便攜式連鑄結晶器振動檢測設備顯得非常必要。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中得不足，提供一種非接觸式的連鑄結晶器振動的激光檢測方法及裝置。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的。提供一種連鑄結晶器振動的激光檢測方法，包括以下步驟(1)在結晶器平臺上設置水平/豎直基準模塊，激光位移傳感器發送的激光經過水平/豎直基準塊的水平或豎直表面反射到激光位移傳感器的接收表面上，得到隨結晶器振動而變化的光斑位置信號；(2)激光位移傳感器將其接收到的光斑位置信號傳遞給下位機信號處理器，由下位機信號處理器轉換成位移距離信號；下位機信號處理器同時將光信號轉換成電信號，并進行濾波、調理及信號預處理，然后將得到穩定的信號傳送至上位機系統控制器；(3)上位機系統控制器對接收到的信號進行分析計算處理，獲得速度和加速度數據以用于分析結晶器振動的偏振情況，并將分析結果實時顯示于顯示屏上。進一步地，本發明提供了一種用于實現前述方法的裝置，包括激光位移傳感器；還包括與激光位移傳感器對應設置的位于結晶器平臺上的水平/豎直基準模塊，激光位移傳感器通過信號線依次連接下位機信號處理器和上位機系統控制器。作為改進，所述激光位移傳感器底部設有萬向支座和與之配合使用的氣泡水平儀，保證了激光位移傳感器測量的準確性和快速性。作為改進，所述下位機信號處理器和上位機系統控制器之間設有串口 -USB轉換器，并通過信號線實現連接。作為改進，所述上位機系統控制器連接至觸摸顯示屏。
本發明與現有技術相比，有益效果是(1)避免接觸式測量方法中裝拆復雜且易受環境影響的現象，非接觸式測量裝拆簡單方便，測量精度容易保證。本發明的檢測精度高，位移檢測精度優于士0.01mm，振頻檢測精度優于士 Icpm (0. 02Hz)。(2)激光位移傳感器可以自由快速選擇不同的測量基準表面，每個測量基準表面可以同時檢測出該方向結晶器的位移、速度、加速度、振幅、頻率和振動波形偏斜率。(3)通過串口 -USB轉換，且USB2.0接口直接供電，增強了數據傳輸的可移植性。(4)具有良好的人機接口，通過調整和設置參數實現不同用戶的不同需求，易于操作人員掌握操作。


圖1為系統結構示意圖；圖2為系統實現方案圖；圖3為振動信號波形圖；圖4為硬件系統模塊構成圖；圖5為上位機系統控制軟件流程圖。附圖標記激光頭1，結晶器平臺2，水平/豎直基準模塊3，接收表面4，激光位移傳感器5，下位機信號處理器6，串口 -USB轉換器7，上位機控制器8。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。本發明中的連鑄結晶器振動的激光檢測裝置，包括激光位移傳感器5，以及與激光位移傳感器5對應設置的位于結晶器平臺2上的水平/豎直基準模塊3 ；激光位移傳感器5 通過信號線依次連接下位機信號處理器6、串口 -USB轉換器7和上位機系統控制器8。激光位移傳感器5底部設有萬向支座和與之配合使用的氣泡水平儀，上位機系統控制器8連接至觸摸顯示屏。結晶器平臺2上可以設置多個水平/豎直基準模塊3，激光位移傳感器5可自由快速選擇不同的測量基準表面，每個測量基準表面可以同時檢測出該方向結晶器的位移、速度、加速度、振幅、頻率和振動波形偏斜率。串口 -USB轉換器7將下位機信號處理器6得來的串口通信信號轉換成USB通信信號，方便直接用于與上位機系統控制器8的交互連接。測量時，具體過程包括(1)在結晶器平臺2上設置水平/豎直基準模塊3，激光位移傳感器5發送的激光經過水平/豎直基準塊3的水平或豎直表面反射到激光位移傳感器5的接收表面4上，得到隨結晶器振動而變化的光斑位置信號；(2)激光位移傳感器5將其接收到的光斑位置信號傳遞給下位機信號處理器6，由下位機信號處理器6轉換成位移距離信號；下位機信號處理器6同時將光信號轉換成電信號，并進行濾波、調理及信號預處理，然后將得到穩定的信號傳送至上位機系統控制器8;(3)上位機系統控制器8對接收到的信號進行分析計算處理，獲得速度和加速度數據以用于分析結晶器振動的偏振情況，并將分析結果實時顯示于顯示屏上。所述的上位機系統控制器8主要負責系統的初始化、接受上傳信息并進行分析計算處理以及實時顯示測得的振動信號。上位機系統控制器8中內置信號分析處理模塊，由其完成步驟C3)所述的信號處理主要為對振動位移信號進行A/D轉換，對轉換后的信號進行微分算法、經驗模態算法、快速傅立葉變換以及低通高通濾波處理，從而實現分析結晶器的速度信號、加速度信號，同時分析結晶器振動的偏振情況。本發明的具體實施例結晶器現場檢測時，首先將水平/豎直基準模塊3安裝在結晶器平臺2上，并將其調節至合適的位置，將激光位移傳感器5的激光頭1對準水平/豎直基準塊3的水平或豎直表面，通過萬向支座的調節使激光位移傳感器5的激光頭1與水平/豎直基準塊水平或豎直表面的距離處于量程測量范圍內。激光位移傳感器5輸出的模擬信號經過下位機信號處理器7的信號濾波處理后，再通過調理電路進行調理輸出合適的采集電壓信號。此電壓信號經A/D轉換控制器得到數字信號，再通過下位機信號處理器7進行信號預處理，預處理后的信號協同其他控制信息經串口傳輸到串口 -USB轉換器7。得到的數據按照既定的通行協議，傳輸給上位機系統控制器8，如圖5所示。并將傳輸的有用信息存儲在共享內存緩沖區中，上位機系統控制器8中內置的信號分析處理模塊讀取緩沖區的數據，此數據為結晶器振動波形的位移數據，對該位移數據進行微分處理，再濾除干擾信號得到結晶器振動波形的速度信號，對該速度數據進行微分處理，再濾除干擾信號得到結晶器振動波形的加速度信號。其間對干擾信號的剔除還采取了經驗模態分解的方法，有效的剔除了干擾信號。 再將得到的結晶器振動的位移、速度、加速度信息與其他相關信息一起提供給圖形顯示模塊顯示于觸摸顯示屏，滿足客戶的要求。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種連鑄結晶器振動的激光檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在結晶器平臺上設置水平/豎直基準模塊，激光位移傳感器發送的激光經過水平/ 豎直基準塊的水平或豎直表面反射到激光位移傳感器的接收表面上，得到隨結晶器振動而變化的光斑位置信號；(2)激光位移傳感器將其接收到的光斑位置信號傳遞給下位機信號處理器，由下位機信號處理器轉換成位移距離信號；下位機信號處理器同時將光信號轉換成電信號，并進行濾波、調理及信號預處理，然后將得到穩定的信號傳送至上位機系統控制器；(3)上位機系統控制器對接收到的信號進行分析計算處理，獲得速度和加速度數據以用于分析結晶器振動的偏振情況，并將分析結果實時顯示于顯示屏上。
2.一種用于實現權利要求1所述方法的裝置，包括激光位移傳感器，其特征在于，還包括與激光位移傳感器對應設置的位于結晶器平臺上的水平/豎直基準模塊，激光位移傳感器通過信號線依次連接下位機信號處理器和上位機系統控制器。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述激光位移傳感器底部設有萬向支座和與之配合使用的氣泡水平儀。
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述下位機信號處理器和上位機系統控制器之間設有串口 -USB轉換器，并通過信號線實現連接。
5.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述上位機系統控制器連接至觸摸顯示屏。
全文摘要
本發明涉及冶金工業自動化檢測，旨在提供一種連鑄結晶器振動的激光檢測方法及裝置。該方法是在結晶器平臺上設置水平/豎直基準模塊，激光位移傳感器發送的激光經過其表面反射到接收表面上，得到隨結晶器振動而變化的光斑位置信號；然后傳遞給下位機信號處理器，由其完成信號轉換、濾波、調理及預處理；然后傳送至上位機系統控制器，進行分析計算處理獲得速度和加速度數據以用于分析結晶器振動的偏振情況。本發明避免接觸式測量方法中裝拆復雜且易受環境影響的現象，裝拆簡單方便，測量精度容易保證。可以自由快速選擇不同的測量基準表面；通過串口-USB轉換，增強了數據傳輸的可移植性。具有良好的人機接口，易于操作人員掌握操作。
文檔編號B22D11/14GK102527968SQ20121005453
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月4日 優先權日2012年3月4日
發明者夏軍, 李培玉, 鄭俊 申請人:杭州譜誠泰迪實業有限公司