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[摘 要]文章介绍射线测量、激光三角测量、摄影测量及激光多普勒测速等钢板尺寸测量技术的原理、测量设备的组成及具体应用，为企业中厚板测量设备选型，提高钢板尺寸控制及剪切精度提供借鉴。
[关键词]钢板尺寸;测量技术;原理;应用
[中图分类号]TP274 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Discussion on Application of Online Automatic Measurement Technology of Steel Plate Size
Wen Fang-jin
[Abstract]This paper introduces the principle， composition and application of the measurement equipment of the steel plate size measurement technology such as ray measurement， laser triangulation， photogrammetry and laser Doppler velocity measurement， which can provide reference for the selection of measuring equipment in the medium and thick plate enterprises， so as to improve the size control and shear accuracy of steel plate。
[Keywords]steel plate size; measure technique; theory; application
近年來，随着用户对钢板尺寸精度的要求越来越高，钢铁企业在新建、改造中厚板生产线时，越来越多地采用了钢板尺寸在线测量设备，代替或辅助人工进行钢板尺寸检验，指导或控制钢板剪切，辅助轧机操作工对钢板尺寸及板形进行控制，提高成材率、命中率和金属回收率等指标。从实际使用情况看，有些取得了比较好的效果，有些则存在不少问题。因此，对相关测量技术和具体应用进行分析比较，有助于企业结合实际、选择合适的测量技术和设备。
1 钢板尺寸测量技术的原理
钢板尺寸包括钢板的厚度、宽度、长度及外形轮廓，根据需要可选择测量其中的一种或几种尺寸，可测量热态钢板或冷态钢板。测量点可在生产线上多处设置，以获得完整准确的钢板尺寸信息，满足前后工序点不同的操作、控制、检验要求。测量方法总体上分为接触式和非接触式，接触式主要有测量辊+编码器一种，非接触式包括射线测量、激光三角测量、摄影测量、激光多普勒测速等几种。不同的测量技术，其原理也千差万别，相应设备的适用环境、使用效果也有差别。
1.1 测量辊测量法原理
测量辊测量法属于接触式测量方法，常用来测量钢板长度。设备主要由测量辊、编码器、压紧装置、控制系统等构成。测量过程：钢板头部经过测量辊，到达某一固定位置参考点（如剪机的剪刃位置、金属检测器的检测位置）停止，测量辊以一定的压紧力压在钢板上，此时紧联在测量辊一端的编码器清零，钢板开始移动、编码器开始计数。由于测量辊紧压钢板，测量辊的线速度与钢板线速度相等，编码器计数值就反映了钢板长度，经过换算、加上固定参考距离，就得到了钢板的长度。
1.2 射线测量法原理
在中厚板精轧机后，γ射线或X射线测厚仪被广泛采用。射线穿透物质时的衰减规律是射线测厚仪的理论基础。如图1所示，探测器（电离盒）将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电流变化Im，当γ射线投射到被测物后，一部分射线为被测物吸收，一部分射线穿过被测物，穿过被测物后的射线强度，在物质成分一定的情况下，和被测物的厚度和密度有关，若被测物的密度已知时，则可根据检测到的射线强度计算出被测物质的厚度。由于钢板温度高，装于轧机后的射线测厚仪还要进行温度补偿，才能得到钢板的冷态厚度。
1.3 激光三角测量法原理
以测量钢板厚度为例，上下两束激光分别照射在钢板上下表面，形成上下两个测量光斑，光斑漫反射的能量经接收光学系统成像在CCD器件上。在测量区域的钢板，其上下表面的位置不同，测量光斑在CCD器件上的像点位置就不同。通过几何换算，可根据像点的位移量求出上下光斑与零平面的间距，经计算机运算后，即可得出被测物的厚度。
同理，如果激光分别照射在钢板宽度方向的两侧面、或长度方向头尾端面，则可测量钢板宽度或长度。
1.4 摄影测量法原理
应用激光投影技术结合CCD摄影测量技术完成钢板宽度的测量。在测量区域横跨辊道安装桁架，在一组桁架横跨安装激光器组合，在另一桁架横跨安装测宽CCD摄像机组合，激光束投射在钢板宽度方向上，CCD摄像机获取钢板宽度方向激光束和钢板的实时影像，影像通过视频电缆传输至计算机内的图像数据采集卡完成图像数据的A/D转换。计算机将钢板宽度数据自动进行几何尺寸的测量、规划，计算出钢板的宽度。
同理，摄影测量法可测量钢板长度。应用二维面阵CCD技术可测量钢板的外形轮廓，同时获得长、宽数据。
1.5 激光多普勒测速原理
两束同源激光在测量区域相交后，干涉产生一个条纹立体空间，取板带经过时形成明暗交错的条纹带，条纹间隔为d，该值由激光波长λ及两束激光间的半角k决定，公式：d=λ/（2×sink）。
被测量钢带经过该区域的条纹带时，板带表面的微小结构颗粒将产生明暗交错的漫反射光信号，该信号被仪表的光子探测器转化为频率的电信号，该频率与板带速度相关。 频率f=v/d=v/[λ/（2×sink）]，所以，v=f×λ/（2×sink）。
由此，由频率f可以决定板带速度v，同时板带长度l=∫vdt，经过测量区域的被测量物体的长度可以同时输出。
2 钢板尺寸测量技术的应用
2.1 测量辊+编码器测量法的应用
测量辊+编码器的测量方法应用于钢板长度测量，设备可安装在分段剪处，对需要分段的毛边板进行长度测量，保证分段长度与所含倍尺板长度之和相吻合。设备还常安装在定尺剪处，用于对钢板进行定尺剪切，保证成品钢板的长度精度。
该方法原理及设备都比较简单，投资少，容易实施，但精度不高。由于是接触式间接测量，测量辊与钢板之间打滑、测量辊磨损、测量辊热膨胀、编码器与测量辊的连接间隙等因素，都会导致长度测量误差。因此，减少测量误差的措施在于：测量辊与钢板之间的压力要调整适当，钢板输送要平稳、尽量避免来回倒送，每个生产班次都对测长设备进行标定，班中定时抽检钢板长度。
近年来，各种先进的非接触式测量技术在中厚板行业应用日益广泛，测量辊+编码器的测量方法逐渐被取代。
2.2 射线测量法的应用
根据射线测量原理制造的设备主要有γ射线测厚仪、X射线测厚仪。γ射线穿透力强，最大测量厚度可达100 mm，特殊定制可达150 mm。X射线穿透力稍差，测量厚度在50 mm以下。因此，γ射线测厚仪常用于中厚板精轧机后热态钢板的厚度测量，测量结果除用于显示、存储，还可用于轧机模型的厚度反馈控制，提高钢板的厚度控制精度。测厚仪如果是多点配置，则可测量钢板凸度，实现轧机弯辊力（如果配置有弯辊装置）的自动控制。
γ射线测厚仪能适应轧机区高温、高湿、雾气、振动等恶劣环境，能在线自动标定，工作稳定，测量精度高，其他测量方式一时还无法替代。使用时，要确保设备冷却系统运行正常;钢板上的水也要吹扫干净，否则会造成测量失真;定期用随机配套的外置标准块校核厚度，确保测量精度。
2.3 激光三角测量法的应用
基于激光三角测量法原理的尺寸测量设备有激光测厚仪、激光测宽仪、激光测长仪等。
激光测厚仪常配置在矫直机后，可及时测量钢板厚度，测量曲线和数据在轧机操作台显示，有利于对压下量和钢板厚度的控制。激光测厚仪还常配置在精整线定尺剪之后，用于对成品钢板的厚度检验。
激光测宽仪可安装在精轧机前，测量轧件宽度，辅助操作人员控制钢板展宽，做到既不偏窄也不偏宽，提高命中率和成材率。测宽仪也可安装在定尺剪之后，用作成品宽度检验。测宽仪也可作为超声波在线自动探伤的配套设备。
激光测长仪一般安装在定尺剪之后，可辅助钢板定长剪切或直接参与剪切控制。通常以定尺剪剪刃为一固定位置参考点，通过测量钢板头部位置，换算成钢板长度。激光测长仪也有安装在矫直机后的，用于测量毛板长度，这时要有钢板尾部检测设备（作为测长仪设备的一部分）的配合，才能测出钢板长度，测量结果可同时供轧机操作和分段剪操作作参考。
激光测量设备上的一些关键部件受振动影响，可能会有一些松动、抖动，对测量精度造成影响，其中宽度精度是1 mm级、长度精度是4 mm级，受影响较小，但厚度精度是0.05 mm级，受影响非常大。另外，激光测量法测量厚度时，要注意将钢板上的氧化铁皮吹扫干净。
2.4 摄影测量法的应用
摄影测量法可用于钢板宽度及长度的测量。测量设备安装在定尺剪之后、标印机之前，可用于成品尺寸检验，也可参与定长剪切控制。设备由架设在辊道两边及横跨辊道的桁架、多台激光发射器、多台CCD摄像机、控制系统等组成。设备安装时，现有设备基本不用改动，但桁架占用空间大，影响设备检修和行车作业。设备测量精度高、维护简单，但设备使用要避免太阳直射光的干扰，避免高温钢板对激光发射器和摄像机的烘烤，尽量不在桁架区域吊鋼板。
摄影测量设备可用在轧机区测量热钢板的外形轮廓。该类设备使用二维面阵CCD摄像机，可以得到钢板的平面二维影像。将CCD摄像机安放在测量场的正上方房梁平台上，对在测量场内的钢板进行摄影，将光学图像转换为电子图像。电子图像经高速图像/图形采集卡转换为数字图像输入计算机。计算机将钢板的数字图像自动进行二维几何尺寸的测量、规划，计算出钢板的长度和宽度，将数据显示给操作人员，方便控制板形和钢板尺寸。
2.5 激光多普勒测速原理的应用
目前利用激光多普勒测速原理的测量设备较多，主要是国外公司的产品，其中测速仪可以利用速度与时间的积分同时输出长度或距离数据，因此可用来测量钢板长度。多普勒测速仪设备小，安装位置可灵活选择，可测量冷、热钢板长度，测量精度0.05%。考虑到钢板输送会出现前进、停止、后退等情况，测速仪应选用具有双向测速功能的产品型号。实际应用时，测量精度受钢板上氧化铁皮影响，需用空气吹扫，钢板正、反向移动、停止、钢板横向移动都会影响测量精度。
3 结论
钢板尺寸包括厚度、宽度、长度、外形轮廓等，通过理论分析和实践应用总结，钢板尺寸测量技术的选择应注意以下几点。
（1）射线测量技术适用于测量钢板厚度，其优点是环境适应能力强，能测量高温钢板厚度，测量精度高。由于存在辐射危害，射线测量设备一般只用于轧机区恶劣的工况条件。
（2）激光三角测量技术可测量钢板的厚度、宽度、长度，一般适用于冷态钢板尺寸测量，精度稳定。
（3）摄影测量法可测量钢板的宽度、长度，特别是适宜测量钢板的轮廓。
（4）激光多普勒测速仪可测量冷、热钢板长度，精度稳定性稍差，一般用于钢板长度的粗略测量。
参考文献
[1] 杨陶利.射线测厚仪的原理及在中厚板生产线中的应用[J].钢铁研究，2010，38（3）：33-35.
[2] 牛继龙.基于光学影像的钢板在线自动测量系统[J].南钢科技与管理，2007（2）：38-41.
[关键词]钢板尺寸;测量技术;原理;应用
[中图分类号]TP274 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–0–02
Discussion on Application of Online Automatic Measurement Technology of Steel Plate Size
Wen Fang-jin
[Abstract]This paper introduces the principle， composition and application of the measurement equipment of the steel plate size measurement technology such as ray measurement， laser triangulation， photogrammetry and laser Doppler velocity measurement， which can provide reference for the selection of measuring equipment in the medium and thick plate enterprises， so as to improve the size control and shear accuracy of steel plate。
[Keywords]steel plate size; measure technique; theory; application
近年來，随着用户对钢板尺寸精度的要求越来越高，钢铁企业在新建、改造中厚板生产线时，越来越多地采用了钢板尺寸在线测量设备，代替或辅助人工进行钢板尺寸检验，指导或控制钢板剪切，辅助轧机操作工对钢板尺寸及板形进行控制，提高成材率、命中率和金属回收率等指标。从实际使用情况看，有些取得了比较好的效果，有些则存在不少问题。因此，对相关测量技术和具体应用进行分析比较，有助于企业结合实际、选择合适的测量技术和设备。
1 钢板尺寸测量技术的原理
钢板尺寸包括钢板的厚度、宽度、长度及外形轮廓，根据需要可选择测量其中的一种或几种尺寸，可测量热态钢板或冷态钢板。测量点可在生产线上多处设置，以获得完整准确的钢板尺寸信息，满足前后工序点不同的操作、控制、检验要求。测量方法总体上分为接触式和非接触式，接触式主要有测量辊+编码器一种，非接触式包括射线测量、激光三角测量、摄影测量、激光多普勒测速等几种。不同的测量技术，其原理也千差万别，相应设备的适用环境、使用效果也有差别。
1.1 测量辊测量法原理
测量辊测量法属于接触式测量方法，常用来测量钢板长度。设备主要由测量辊、编码器、压紧装置、控制系统等构成。测量过程：钢板头部经过测量辊，到达某一固定位置参考点（如剪机的剪刃位置、金属检测器的检测位置）停止，测量辊以一定的压紧力压在钢板上，此时紧联在测量辊一端的编码器清零，钢板开始移动、编码器开始计数。由于测量辊紧压钢板，测量辊的线速度与钢板线速度相等，编码器计数值就反映了钢板长度，经过换算、加上固定参考距离，就得到了钢板的长度。
1.2 射线测量法原理
在中厚板精轧机后，γ射线或X射线测厚仪被广泛采用。射线穿透物质时的衰减规律是射线测厚仪的理论基础。如图1所示，探测器（电离盒）将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电流变化Im，当γ射线投射到被测物后，一部分射线为被测物吸收，一部分射线穿过被测物，穿过被测物后的射线强度，在物质成分一定的情况下，和被测物的厚度和密度有关，若被测物的密度已知时，则可根据检测到的射线强度计算出被测物质的厚度。由于钢板温度高，装于轧机后的射线测厚仪还要进行温度补偿，才能得到钢板的冷态厚度。
1.3 激光三角测量法原理
以测量钢板厚度为例，上下两束激光分别照射在钢板上下表面，形成上下两个测量光斑，光斑漫反射的能量经接收光学系统成像在CCD器件上。在测量区域的钢板，其上下表面的位置不同，测量光斑在CCD器件上的像点位置就不同。通过几何换算，可根据像点的位移量求出上下光斑与零平面的间距，经计算机运算后，即可得出被测物的厚度。
同理，如果激光分别照射在钢板宽度方向的两侧面、或长度方向头尾端面，则可测量钢板宽度或长度。
1.4 摄影测量法原理
应用激光投影技术结合CCD摄影测量技术完成钢板宽度的测量。在测量区域横跨辊道安装桁架，在一组桁架横跨安装激光器组合，在另一桁架横跨安装测宽CCD摄像机组合，激光束投射在钢板宽度方向上，CCD摄像机获取钢板宽度方向激光束和钢板的实时影像，影像通过视频电缆传输至计算机内的图像数据采集卡完成图像数据的A/D转换。计算机将钢板宽度数据自动进行几何尺寸的测量、规划，计算出钢板的宽度。
同理，摄影测量法可测量钢板长度。应用二维面阵CCD技术可测量钢板的外形轮廓，同时获得长、宽数据。
1.5 激光多普勒测速原理
两束同源激光在测量区域相交后，干涉产生一个条纹立体空间，取板带经过时形成明暗交错的条纹带，条纹间隔为d，该值由激光波长λ及两束激光间的半角k决定，公式：d=λ/（2×sink）。
被测量钢带经过该区域的条纹带时，板带表面的微小结构颗粒将产生明暗交错的漫反射光信号，该信号被仪表的光子探测器转化为频率的电信号，该频率与板带速度相关。 频率f=v/d=v/[λ/（2×sink）]，所以，v=f×λ/（2×sink）。
由此，由频率f可以决定板带速度v，同时板带长度l=∫vdt，经过测量区域的被测量物体的长度可以同时输出。
2 钢板尺寸测量技术的应用
2.1 测量辊+编码器测量法的应用
测量辊+编码器的测量方法应用于钢板长度测量，设备可安装在分段剪处，对需要分段的毛边板进行长度测量，保证分段长度与所含倍尺板长度之和相吻合。设备还常安装在定尺剪处，用于对钢板进行定尺剪切，保证成品钢板的长度精度。
该方法原理及设备都比较简单，投资少，容易实施，但精度不高。由于是接触式间接测量，测量辊与钢板之间打滑、测量辊磨损、测量辊热膨胀、编码器与测量辊的连接间隙等因素，都会导致长度测量误差。因此，减少测量误差的措施在于：测量辊与钢板之间的压力要调整适当，钢板输送要平稳、尽量避免来回倒送，每个生产班次都对测长设备进行标定，班中定时抽检钢板长度。
近年来，各种先进的非接触式测量技术在中厚板行业应用日益广泛，测量辊+编码器的测量方法逐渐被取代。
2.2 射线测量法的应用
根据射线测量原理制造的设备主要有γ射线测厚仪、X射线测厚仪。γ射线穿透力强，最大测量厚度可达100 mm，特殊定制可达150 mm。X射线穿透力稍差，测量厚度在50 mm以下。因此，γ射线测厚仪常用于中厚板精轧机后热态钢板的厚度测量，测量结果除用于显示、存储，还可用于轧机模型的厚度反馈控制，提高钢板的厚度控制精度。测厚仪如果是多点配置，则可测量钢板凸度，实现轧机弯辊力（如果配置有弯辊装置）的自动控制。
γ射线测厚仪能适应轧机区高温、高湿、雾气、振动等恶劣环境，能在线自动标定，工作稳定，测量精度高，其他测量方式一时还无法替代。使用时，要确保设备冷却系统运行正常;钢板上的水也要吹扫干净，否则会造成测量失真;定期用随机配套的外置标准块校核厚度，确保测量精度。
2.3 激光三角测量法的应用
基于激光三角测量法原理的尺寸测量设备有激光测厚仪、激光测宽仪、激光测长仪等。
激光测厚仪常配置在矫直机后，可及时测量钢板厚度，测量曲线和数据在轧机操作台显示，有利于对压下量和钢板厚度的控制。激光测厚仪还常配置在精整线定尺剪之后，用于对成品钢板的厚度检验。
激光测宽仪可安装在精轧机前，测量轧件宽度，辅助操作人员控制钢板展宽，做到既不偏窄也不偏宽，提高命中率和成材率。测宽仪也可安装在定尺剪之后，用作成品宽度检验。测宽仪也可作为超声波在线自动探伤的配套设备。
激光测长仪一般安装在定尺剪之后，可辅助钢板定长剪切或直接参与剪切控制。通常以定尺剪剪刃为一固定位置参考点，通过测量钢板头部位置，换算成钢板长度。激光测长仪也有安装在矫直机后的，用于测量毛板长度，这时要有钢板尾部检测设备（作为测长仪设备的一部分）的配合，才能测出钢板长度，测量结果可同时供轧机操作和分段剪操作作参考。
激光测量设备上的一些关键部件受振动影响，可能会有一些松动、抖动，对测量精度造成影响，其中宽度精度是1 mm级、长度精度是4 mm级，受影响较小，但厚度精度是0.05 mm级，受影响非常大。另外，激光测量法测量厚度时，要注意将钢板上的氧化铁皮吹扫干净。
2.4 摄影测量法的应用
摄影测量法可用于钢板宽度及长度的测量。测量设备安装在定尺剪之后、标印机之前，可用于成品尺寸检验，也可参与定长剪切控制。设备由架设在辊道两边及横跨辊道的桁架、多台激光发射器、多台CCD摄像机、控制系统等组成。设备安装时，现有设备基本不用改动，但桁架占用空间大，影响设备检修和行车作业。设备测量精度高、维护简单，但设备使用要避免太阳直射光的干扰，避免高温钢板对激光发射器和摄像机的烘烤，尽量不在桁架区域吊鋼板。
摄影测量设备可用在轧机区测量热钢板的外形轮廓。该类设备使用二维面阵CCD摄像机，可以得到钢板的平面二维影像。将CCD摄像机安放在测量场的正上方房梁平台上，对在测量场内的钢板进行摄影，将光学图像转换为电子图像。电子图像经高速图像/图形采集卡转换为数字图像输入计算机。计算机将钢板的数字图像自动进行二维几何尺寸的测量、规划，计算出钢板的长度和宽度，将数据显示给操作人员，方便控制板形和钢板尺寸。
2.5 激光多普勒测速原理的应用
目前利用激光多普勒测速原理的测量设备较多，主要是国外公司的产品，其中测速仪可以利用速度与时间的积分同时输出长度或距离数据，因此可用来测量钢板长度。多普勒测速仪设备小，安装位置可灵活选择，可测量冷、热钢板长度，测量精度0.05%。考虑到钢板输送会出现前进、停止、后退等情况，测速仪应选用具有双向测速功能的产品型号。实际应用时，测量精度受钢板上氧化铁皮影响，需用空气吹扫，钢板正、反向移动、停止、钢板横向移动都会影响测量精度。
3 结论
钢板尺寸包括厚度、宽度、长度、外形轮廓等，通过理论分析和实践应用总结，钢板尺寸测量技术的选择应注意以下几点。
（1）射线测量技术适用于测量钢板厚度，其优点是环境适应能力强，能测量高温钢板厚度，测量精度高。由于存在辐射危害，射线测量设备一般只用于轧机区恶劣的工况条件。
（2）激光三角测量技术可测量钢板的厚度、宽度、长度，一般适用于冷态钢板尺寸测量，精度稳定。
（3）摄影测量法可测量钢板的宽度、长度，特别是适宜测量钢板的轮廓。
（4）激光多普勒测速仪可测量冷、热钢板长度，精度稳定性稍差，一般用于钢板长度的粗略测量。
参考文献
[1] 杨陶利.射线测厚仪的原理及在中厚板生产线中的应用[J].钢铁研究，2010，38（3）：33-35.
[2] 牛继龙.基于光学影像的钢板在线自动测量系统[J].南钢科技与管理，2007（2）：38-41.