高线盘卷下线卷型测量系统及测量方法与流程

1.本发明属于冶金行业棒线材轧制自动化技术领域，尤其涉及高线盘卷下线卷型测量系统及测量方法。


背景技术：

2.高速线材(以下简称高线)盘卷生产过程的最后一个步骤为打包入库。入库前，对盘卷卷型进行质量检测是盘卷质量管理的最后一道关口。
3.目前高线库房大规模上线无人行车系统，由无人行车从卸卷台将下线盘卷吊装入库。无人行车系统采用电磁吸盘吊起下线盘卷，吊运至分配好的库位后释放盘卷。这种由电磁吸盘拾取并吊运盘卷的作业方式，对下线盘卷表面平整度要求非常严格。如果下线盘卷表面平整度不够，则会导致盘卷与电磁吸盘的吸附面积过小。一旦盘卷与电磁吸盘之间出现大面积的空隙，在吊运过程中，极容易出现吸附不稳，继而发生掉钢、跌钢等不良现象，造成设备损害等安全生产事故，由此产生的经济损失和社会影响等是生产企业难以承受的。
4.因此，需要在吊运之前，能够预先获知下线盘卷长度、直径等卷型信息，一方面有利于确定下线盘卷表面平整度，另一方面，也有利于电磁吸盘准确拾取盘卷，并合理分配库位。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供高线盘卷下线卷型测量系统及测量方法，在盘卷运输过程中对盘卷长度和半径进行测量，并对卷型质量进行评估，判断盘卷平整度是否合格，有利于后续电磁吸盘准确拾取盘卷，合理分配库位，防止吊运过程中发生掉钢事故，保障安全生产。
6.第一方面，本发明提供一种高线下线盘卷卷型测量系统，包括：
7.plc单元；
8.运卷小车位置测量单元，其设置在运卷通道的首端；
9.盘卷有无检测单元，其设置在运卷通道的尾端；
10.盘卷扫描单元，其设置在所述盘卷有无检测单元之后；
11.所述盘卷有无检测单元与所述plc单元信号连接；
12.所述运卷小车位置测量单元与所述plc单元网络连接；
13.所述盘卷扫描单元与所述plc单元网络连接；
14.在运卷小车托起被测盘卷沿通道经过所述盘卷有无检测单元、所述盘卷扫描单元的过程中，所述plc单元确定所述被测盘卷的长度数据及半径数据，并生成所述被测盘卷的卷型质量数据。
15.进一步地，所述运卷小车位置测量单元包括激光测距传感器；
16.所述盘卷有无检测单元包括激光对射传感器；
17.所述盘卷扫描单元包括激光线扫描传感器。
18.第二方面，本发明提供一种高线下线盘卷卷型测量方法，利用如第一方面说明的盘卷卷型测量系统实现，所述测量方法包括：
19.在运卷小车托起被测盘卷沿运卷通道移动时，设置在运卷通道的首端的运卷小车位置测量单元检测运卷小车的实时位置；
20.在运卷小车托起被测盘卷进入盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无检测单元生成第一触发信号并发送至plc单元；
21.所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第一位置数据；
22.在运卷小车托起被测盘卷离开盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无检测单元生成第二触发信号并发送至所述plc单元；
23.所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第二位置数据；
24.所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据。
25.进一步地，还包括：所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，控制盘卷扫描单元开始扫描其扫描区域，其中，所述盘卷扫描单元扫描其扫描区域时，生成被测盘卷的扫描数据；
26.所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，控制盘卷扫描单元停止始扫描其扫描区域；
27.所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据；
28.所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据。
29.进一步地，所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述被测盘卷的扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据，包括：
30.从所述被测盘卷的扫描数据中提取出m组弧线数据，其中，每组所述弧线数据用于指示所述被测盘卷的单位长度盘卷的扫描数据对应的各特征点的几何数据，m为正整数；
31.在每组弧线数据中选取预设数量的特征点，生成由所述预设数量的特征点确定的所述被测盘卷的线估计半径；
32.将所述m组弧线数据对应的m个线估计半径构成的集合作为所述被测盘卷的半径数据。
33.进一步地，所述特征点的几何数据包括：
34.所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的距离b；
35.所述单位长度盘卷的外轮廓的最高点与所述盘卷扫描单元之间的距离a；
36.在与所述盘卷扫描单元所在的、且垂直于所述被测盘卷的中心轴线的竖直平面上，所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的连线与竖直向下方向所夹的角度α；
37.相应地，采用下述公式，生成由所述特征点的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r：
[0038][0039]
将所述预设数量的特征点分别确定的所述被测盘卷的点估计半径的指定平均数作为所述线估计半径。
[0040]
进一步地，所述卷型质量数据包括合格、不合格；
[0041]
所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据，包括：
[0042]
确定所述m个线估计半径的代数平均值；
[0043]
将每个所述线估计半径与所述代数平均值之差作为对应的半径偏差，并确定所述m个线估计半径对应的半径偏差的最大值、最小值及绝对值代数平均值；
[0044]
将所述最大值与所述最小值之差作为半径偏差范围；
[0045]
在所述半径偏差范围小于第一预设数值，且所述绝对值代数平均值小于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为合格，其中，所述第一预设数值大于所述第二预设数值；
[0046]
在所述半径偏差范围大于第一预设数值，或所述绝对值代数平均值大于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为不合格。
[0047]
进一步地，所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据，包括：
[0048]
所述plc单元将所述第二位置数据与所述第一位置数据之差，确定为所述被测盘卷的长度数据。
[0049]
进一步地，所述第一触发信号包括上升沿信号，所述第二触发信号包括下降沿信号；或
[0050]
所述第一触发信号包括下降沿信号，所述第二触发信号包括上升沿信号。
[0051]
进一步地，还包括：
[0052]
所述plc单元将所述被测盘卷的半径数据、长度数据、卷型质量数据发送至与其通信连接的行车系统。
[0053]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
[0054]
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0055]
图1为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量系统的组成示意图；
[0056]
图2为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量系统的俯视图；
[0057]
图3为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量系统的一个侧视示意图；
[0058]
图4本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量系统的一个横截面上的剖面图；
[0059]
图5为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量系统的盘卷扫描单元扫描得到的外轮廓点云的示意图；
[0060]
图6a为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量方法中单位长度盘卷的半径算法
的原理示意图；
[0061]
图6b为本技术实施例的高线盘卷下线卷型测量方法中特征点的多点定位圆心算法及半径算法的原理示意图；
[0062]
附图标记：
[0063]
1.激光测距传感器；2.运卷小车；3.盘卷；4.激光对射传感器；5.激光扫描传感器；6.门式框架；7.卸卷台；10.运卷小车位置测量单元；20.网络交换机；30.plc单元；40.盘卷有无检测单元；50.盘卷扫描单元；60.行车系统。
具体实施方式
[0064]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
为了准确地对本技术中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本技术，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义。
[0066]
盘卷通常指成盘的小直径圆钢。盘卷的物理参数包括：盘卷内径、盘卷外径(也即下述的盘卷在外轮廓或外表面的直径)、盘卷长度、盘卷重量等。
[0067]
盘卷的平整度不佳时，盘卷的表面可能凹凸不平，如沿长度方向上，盘卷的直径偏差较大；沿周向方向上，盘卷的直径偏差较大。
[0068]
profinet是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。各组件间使用profinet连接后，实现各组件间的通讯配置。profinet协议支持除星形、总线形和环形拓扑结构。
[0069]
以下具体说明本技术实施例的技术方案。
[0070]
如图1所示，本技术实施例的高线下线盘卷卷型测量系统，包括：plc单元30；运卷小车位置测量单元10，其设置在运卷通道的首端；盘卷有无检测单元40，其设置在运卷通道的尾端；盘卷扫描单元50，沿运卷通道朝向卸卷台的方向，其设置在所述盘卷有无检测单元40之后；所述盘卷有无检测单元40与所述plc单元30信号连接；所述运卷小车位置测量单元10与所述plc单元30网络连接；所述盘卷扫描单元50与所述plc单元30网络连接；在运卷小车托起被测盘卷沿通道经过所述盘卷有无检测单元40、所述盘卷扫描单元50的过程中，所述plc单元确定所述被测盘卷的长度数据及半径数据，并生成所述被测盘卷的卷型质量数据。
[0071]
通常plc单元布置于电气室内，控制高线生产线中盘卷下线及吊装入库整个过程，如，控制运卷小车沿通道往复移动、控制运卷小车在卸卷台的卸卷位停下，将下线盘卷放下后反向返回到取卷口，不再赘述。
[0072]
如图1所示，行车系统60、plc单元30、盘卷扫描单元50、运卷小车位置测量单元10分别连接在交换机20上，利用profinet协议进行通讯连接。盘卷有无检测单元40通过线缆，如硬线，与plc单元30设置的数字量输入接口di连接。
[0073]
在一些实施例中，基于tcp/ip协议，所述plc单元每隔预设的采样时间(如50ms，可设定，如设定为盘卷扫描单元50的扫描频率的整数倍)实时获取盘卷扫描单元50扫描得到
的扫描数据。
[0074]
在一些实施例中，基于tcp/ip协议，所述plc单元每隔预设的采样时间(如50ms，可设定，如设定为运卷小车位置测量单元10检测距离时的检测频率的整数倍)实时获取运卷小车位置测量单元10检测的运卷小车的实时位。
[0075]
在一些实施例中，基于tcp/ip协议，所述plc单元每隔预设的采样时间(如50ms，可设定，如设定为行车系统60更新盘卷信息时的更新频率的整数倍)将生成的所述被测盘卷的长度数据、半径数据及卷型质量数据发送至行车系统60。
[0076]
如此，plc单元实现整个卷型测量系统的数据采集、数据分析及网络通讯等。
[0077]
如图1、图2(俯视视角)、图3及图4所示，运卷小车2为无人小车，由plc单元30控制其取卷、行走及卸卷。运卷小车2设置有可以沿竖直方向(如z方向)升降的托盘，自图2中位于右侧的取料口(图中未示出)取出高速下线盘卷3，并将盘卷3以卧式(盘卷3的中心轴线位于水平面而非竖直面)放置在托盘上后，运卷小车沿运卷通道(其延伸方向记为x方向，在水平面内，与x方向垂直的方向记为y)托运盘卷到图2中左侧示出的卸卷台7，运卷过程中，盘卷的中心轴线与运卷通道的中心轴线重合。以及，卸卷台设置的卸卷通道与运卷通道相连接，与运卷通道的中心轴线重合。以及，在运卷小车为轮轨式时，通道通常设置有用于支撑运卷小车的轨道。
[0078]
通常，取料口位于卸卷通道的一端，其设置位置固定不变。卸卷台通常设置有预设数量的卸卷位，如3个或更多，如此卸卷台可以放置多个盘卷。自左至右，如图2所示，运卷小车依次将前后托运的多个盘卷卸放在各卸卷位。因此，将盘卷卸放在不同的卸卷位时，运卷小车沿运卷通道及卸卷通道移动的距离是变化的。
[0079]
如图1及图3所示，运卷小车位置测量单元10设置的激光测距传感器1设置在运卷通道的一端，也即，与卸卷台7相对的一端；运卷小车位置测量单元10设置的激光反射板(图3中未示出)设置在运卷小车2的端面，与所述激光测距传感器1相对地设置。所述激光测距传感器1发射的激光照射到所述激光反射板，并反射回所述激光测距传感器1。如此，所述激光测距传感器1可以确定其与所述激光反射板之间的距离，并利用该距离指示所述运卷小车2沿所述运卷通道的位置。
[0080]
在一些实施例中，激光测距传感器用于检测运卷小车的位置，安装在运卷小车通道的端头，激光反射板安装在运卷小车的端面。先将激光测距传感器设置在运卷通道的端头处，其发射的激光光束的方向与通道的中心轴线或延伸方向平行。随后，将激光反射板设置在运卷小车。设置激光反射板的中心位于小车的纵向中心线上，并调整激光反射板在运卷小车上的安装高度，以使得激光测距传感器发射的激光光束与激光反射板的中心位于同一水平面或同一高度，直到激光传感器的光束与反射板中心位置成一条直线。随后，控制运卷小车从最小位置行走至最大位置，观察激光束在反射板上的位置，对运卷小车位置激光传感器进行微调，确保在运卷小车行走的过程中激光束光点一直在反射板的中心附近位置，如此可实现运卷小车位置测量准确无误。设置完成后，运卷小车沿通道往复移动时，激光测距传感器的激光束可以始终发射到反射板的中心位置，如此，有利于提高距离测量的准确性和精度。优选地，激光测距传感器的检测精度为
±
1mm。
[0081]
如图1及图2所示，盘卷有无检测单元40设置的激光对射传感器4包括发射器和接收器，形成检测区域。如图3中示出了接收器，图4中示出了发射器。如图2所示，盘卷有无检
测单元40设置在运卷通道的尾端，或卸卷通道的首端，也即，与卸卷台相邻的一端。
[0082]
如图4所示，在运卷小车2托运盘卷开始经过所述盘卷有无检测单元40时，进入前述检测区域，所述发射器发射的激光被所述盘卷遮挡，所述接收器无法接收发射器发出的激光。在运卷小车2托运盘卷不再经过所述盘卷有无检测单元40时，则离开前述检测区域，所述发射器发射的激光未被所述盘卷遮挡，所述接收器接收发射器发出的激光。如此，所述激光对射传感器4可以在激光未被遮挡时，生成低电平信号，而在激光被遮挡时，生成高电平信号，则在遮挡切换至未遮挡时，会形成下降沿触发信号；在未遮挡切换至遮挡时，会形成上降沿触发信号。如此，在运卷小车托起盘卷运输过程中，通过信号的上升沿和下降沿，检测盘卷在检测区域内从无到有和从有到无的过程。
[0083]
进一步地，可以对激光对射传感器4生成的电平信号在时域进行过滤，以防止因激光未被所述盘卷充分遮挡而发生激光从盘卷缝隙穿过而导致错误的测量信息(也即，盘卷仍在检测区域时，但生成盘卷已经离开检测区域的电平信号)，或di闪断而导致错误的测量信息(也即，盘卷仍在检测区域时，但生成盘卷已经离开检测区域的电平信号)，同时也可以避免人为或其他意外因素导致的错误测量。优选地，激光对射传感器的误差不大于5mm。
[0084]
以上，对电平信号在时域进行过滤，可以包括：引入预先设定的盘卷通过时间来检查生成的电平信号的合理性，如，在检测到di闪断但该电平信号的持续时间小于预先设定的盘卷通过时间时，可以认为是生成了错误的电平信号或噪音。
[0085]
如图3及图4所示，激光对射传感器4包括的发射器和接收器的设置高度要高于运卷小车托盘的上升位5cm以上，以实现发射的激光被托盘上放置的盘卷充分遮挡。
[0086]
以上以激光未被遮挡时，生成低电平信号为例说明盘卷有无检测单元40的工作原理及工作过程。在一些实施例中，也可以是激光未被遮挡时，生成高电平信号，进而相似地实现盘卷有无检测单元40的工作原理及工作过程，不再赘述。
[0087]
如图1、图2、图3及图4所示，盘卷扫描单元50设置有激光扫描传感器5。如图3及图4所示，盘卷有无检测单元40与盘卷扫描单元50设置在同一个竖直平面内，沿运卷通道的延伸方向，盘卷有无检测单元40与盘卷扫描单元50的位置相同。
[0088]
如图2、图3及图4所示，在运卷小车2托运盘卷经过所述激光扫描传感器5的扫描区域(参考图5所示，该扫描区域落在所述盘卷的上表面且覆盖单位长度盘卷)时，激光扫描传感器按照预设的扫描频率逐一地扫描各单位长度盘卷，得到对应的扫描数据，如图5示意性地示出的各单位长度盘卷的外轮廓点云以及拼接后的盘卷的外轮廓点云。优选地，所述激光扫描传感器5为2d激光扫描仪。
[0089]
如图2及图4所示，门式框架6横跨卸卷台7两侧，激光扫描传感器5设置于门式框架6的上横梁的中心位置处，其中心与运卷小车及通道的中心线保持一致，其扫描区域可以覆盖盘卷全部的外圆周，如此，可以完整地对判卷上表面的外轮廓进行扫描。在运卷小车2托起盘卷3通过其正下方时，激光扫描传感器5获取盘卷的上表面轮廓点云。
[0090]
本技术实施例的高线下线盘卷卷型测量方法，利用前述的盘卷卷型测量系统实现，包括以下步骤：
[0091]
1)在运卷小车托起被测盘卷沿运卷通道移动时，设置在运卷通道的首端的运卷小车位置测量单元检测运卷小车的实时位置；
[0092]
2)在运卷小车托起被测盘卷进入盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无
检测单元生成第一触发信号并发送至plc单元；
[0093]
3)所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第一位置数据；
[0094]
4)在运卷小车托起被测盘卷离开盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无检测单元生成第二触发信号并发送至所述plc单元；
[0095]
5)所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第二位置数据；
[0096]
6)所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据。
[0097]
以上长度数据，为图3中示出的l，该长度方向与盘卷的中心轴线方向平行。
[0098]
在一些实施例中，所述第一触发信号包括上升沿信号，所述第二触发信号包括下降沿信号；或所述第一触发信号包括下降沿信号，所述第二触发信号包括上升沿信号。
[0099]
在一些实施例中，还包括：
[0100]
7)所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，控制盘卷扫描单元开始扫描其扫描区域，其中，所述盘卷扫描单元扫描其扫描区域时，生成被测盘卷的扫描数据；
[0101]
8)所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，控制盘卷扫描单元停止始扫描其扫描区域；
[0102]
9)所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据；所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据。
[0103]
以上，在所述plc单元接收到所述第一触发信号之后，及接收到所述第二触发信号之间的时间跨度中，所述盘卷扫描单元周期地扫描其扫描区域，获得被测盘卷的扫描数据。
[0104]
如此，该plc单元根据获取的激光对射传感器生成的触发信号，控制激光扫描传感器开始扫描或停止扫描，在盘卷位于其扫描区域内时，扫描盘卷上表面；在盘卷离开其扫描区域时，停止扫描。通过精确控制开始扫描及停止扫描，避免了扫描区域内不存在盘卷时仍保持扫描而导致的功耗及无效数据量。通过精确控制开始扫描及停止扫描，也有利于全面完整地获取整个盘卷长度上的上表面轮廓对应的点云。
[0105]
以上半径数据，为图3中示出的r，各径向方向与盘卷的中心轴线方向垂直。
[0106]
具体地，所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述被测盘卷的扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据，包括：
[0107]
从所述被测盘卷的扫描数据中提取出m组弧线数据，其中，每组所述弧线数据用于指示所述被测盘卷的单位长度盘卷的扫描数据对应的各特征点的几何数据；
[0108]
在每组弧线数据中选取预设数量的特征点，生成由所述预设数量的特征点确定的所述被测盘卷的线估计半径；
[0109]
将所述m组弧线数据对应的m个线估计半径构成的集合作为所述被测盘卷的半径数据。
[0110]
以上弧线数据的组数m，通常根据激光扫描传感器按照预设的扫描频率累积扫描得到的扫描数据的组数来确定。也可以根据盘卷长度、运卷小车的移动速度大致地估计。
[0111]
参考前述说明，在盘卷长度波动较大时，各被测盘卷对应的弧线数据的组数m可能
会发生变化，并不是固定值。如此，可以全面完整地获取整个盘卷长度上的上表面轮廓对应的点云，进而更全面完整地确定前述的各线估计半径，进而有利于准确地根据半径数据评估外轮廓的平整度，进而确定卷型质量是否合格。
[0112]
如图2、图3及图5所示，沿竖直平面内，激光扫描传感器5扫描各单位长度盘卷的外轮廓各特征点，并生成一组扫描数据。随着运卷小车沿通道移动(如x方向)，逐一获取与整个盘卷外轮廓上各特征点对应的各组扫描数据，如，卷头点云、卷尾点云及各单位长度盘卷对应的点云。应该理解为，每组扫描数据中包括的特征点的总数量，与激光扫描传感器5的分辨率有关，如128线、256线等。
[0113]
如图6a、图6b所示，所述特征点的几何数据包括：所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的距离b；所述单位长度盘卷的外轮廓的最高点与所述盘卷扫描单元之间的距离a；在与所述盘卷扫描单元所在的、且垂直于所述被测盘卷的中心轴线的竖直平面上，所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的连线与竖直向下方向所夹的角度α；
[0114]
相应地，采用下述公式，生成由所述特征点的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r：
[0115][0116]
将所述预设数量的特征点分别确定的所述被测盘卷的点估计半径的指定平均数作为所述线估计半径。
[0117]
如图6a所示，在一些实施例中，可以利用该组弧线数据，分别生成由特征点p1的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r1；生成由特征点p2的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r2；生成由特征点p3的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r3。如此，分别利用每组弧线数据中的多个特征点的几何数据来确定多个点估计半径，可以在周向方向上，更全面、完整地采集盘卷半径的样本，使得确定出的该单位长度盘卷对应的线估计半径与真实的盘卷更接近，测量误差更小。
[0118]
如此，该plc单元根据获取的激光扫描传感器生成的扫描数据(如，外轮廓点云)，确定多组弧线数据，进而确定下线盘卷的各单位长度盘卷分别对应的多个点估计半径及单个线估计半径。
[0119]
以上，将所述预设数量的特征点分别确定的所述被测盘卷的点估计半径的指定平均数作为所述线估计半径时，所述指定平均数可以是将多个点估计半径从小到大排序后确定的中位数(median)，用于指示圆周方向上各特征点对应的位置处半径的平均水平；还可以是将多个点估计半径之和处于点估计半径个数后得到的算术平均数(arithmetic mean)，用于指示圆周方向上各特征点对应的位置处半径的集中趋势。优选地，取算术平均数作为签署的指定平均数。
[0120]
以下说明前述公式的推理过程。如图6a和图6b所示，前述公式中，α为激光扫描传感器5射向外轮廓上各特征点的激光束与竖直向下方向的夹角，单位为
°
，a为激光扫描传感器5与盘卷外轮廓上顶点之间的距离，单位为mm；b为激光扫描传感器5与外轮廓特征点之间的距离，单位为mm。这三者均根据盘卷扫描单元生成的扫描数据可以确定得到，为已知量，而点估计半径r为未知量。
[0121]
设中间变量c，则根据三角函数及三角函数运算公式可得：
[0122]
m＝sinα*b；
[0123]
d＝cosα*b-a；
[0124]
c＝r-d；以上为多点定位圆心算法；
[0125]
根据勾股定理可得：
[0126]
c2+m2＝r2；
[0127]
将上述关于未知量r的一元方程式子转换后，求得r为：
[0128]
以上为半径算法。
[0129]
以上，该多点定位圆心算法及半径算法原理准确，计算简单，有利于提高点估计半径的计算效率和准确度。
[0130]
在一些实施例中，所述卷型质量数据包括合格、不合格；
[0131]
所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据，包括：
[0132]
确定所述m个线估计半径的代数平均值；
[0133]
将每个所述线估计半径与所述代数平均值之差作为对应的半径偏差，并确定所述m个线估计半径对应的半径偏差的最大值、最小值及绝对值代数平均值；
[0134]
将所述最大值与所述最小值之差作为半径偏差范围；
[0135]
在所述半径偏差范围小于第一预设数值，且所述绝对值代数平均值小于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为合格，其中，所述第一预设数值大于所述第二预设数值；
[0136]
在所述半径偏差范围大于第一预设数值，或所述绝对值代数平均值大于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为不合格。
[0137]
如此，该plc单元根据获取的被测盘卷沿长度方向上的各线半径分布数据，确定半径的分散成都，进而评估盘卷表面平整度，并确定卷型质量数据。
[0138]
在一些实施例中，从每组弧线数据中选择4个特征点的几何数据，分别求出对应的点估计半径r；再计算得到的4个点估计半径的代数平均值r
均
，作为该组弧线数据对应的单位长度盘卷的线估计半径。将全部的单位长度盘卷的线估计半径组成集合，可以得到整个盘卷的所有组弧线数据对应的线估计半径rn＝{ri}的合集，1≤i≤m，也即前述的所述被测盘卷的半径数据。
[0139]
在一些实施例中，针对被测盘卷的半径数据，计算以下的半径统计量，以评估盘卷表面平整度，也即，盘卷表面质量分析算法。
[0140]
平均偏差：
[0141]
最大偏差范围：
[0142]
在一些实施例中，在盘卷直径为1200mm时，前述的第一预设数值为15mm；前述的第二预设数值为35mm。相应地，在平均偏差小于15mm时，记卷型质量数k＝true表示质量良好；
当超出此范围时，表示卷型质量差k＝false。
[0143]
以上，该盘卷表面质量分析算法原理准确，计算简单，有利于提高盘卷表面质量评估的效率和合理性。
[0144]
在一些实施例中，可以按照在盘卷上的位置关系，将各单位长度盘卷对应的线估计半径或各自的偏差可视化地展示，借助沿长度方向上的半径分布情况直观地展示盘卷的平整度或卷型质量。
[0145]
在一些实施例中，所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据，包括：
[0146]
所述plc单元将所述第二位置数据与所述第一位置数据之差，确定为所述被测盘卷的长度数据。
[0147]
在一些实施例中，根据下式计算得出盘卷长度：l
卷
＝s
尾-s
头
，其中s
尾
为运卷小车托起盘卷运输过程中检测到盘卷从有到无的时刻，运卷小车在通道上的实际位置，单位为mm；s
头
为运卷小车托起盘卷运输过程中，检测到盘卷从无到有的时刻，运卷小车在通道上的实际位置，单位为mm。
[0148]
如此，该plc单元根据接收到的激光对射传感器生成的上升沿及下降沿及获取的激光测距传感器检测到的与运卷小车之间的距离，确定运卷小车的实际位置，并根据前后两个位置数据，来确定下线盘卷的长度，准确率高，可靠性好。
[0149]
参考前述说明，运卷小车托起盘卷运输至卸卷台后，托盘下降，放下盘卷。进一步地，还可以根据通过运卷小车上托盘的上升信号及下降信号，以及位置检测单元检测到的位置数据，确定运卷小车将盘卷放在卸卷台上的实际位置，也即具体的卸卷位。
[0150]
参考图1所示，在一些实施例中，还包括：
[0151]
10)所述plc单元将所述被测盘卷的半径数据、长度数据、卷型质量数据发送至与其通信连接的行车系统。
[0152]
如此，plc单元30将盘卷半径、长度、卷型质量发送至行车系统后，有利于行车系统60根据所述被测盘卷的半径数据、长度数据、卷型质量数据，合理控制电磁吸盘准确拾取盘卷，合理分配库位，防止吊运过程中发生掉钢事故，保障安全生产。
[0153]
如此，该高线下线盘卷卷型测量系统及方法，可以协助行车准确吊取物料，提高物料数据准确性，避免吊运过程出现掉钢事故发生。
[0154]
在一些实施例中，前述plc单元设置有盘卷长度计算单元，用于实现前述的处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据的步骤，不再赘述。
[0155]
在一些实施例中，前述plc单元设置有盘卷半径及轮廓点云分析单元，以实现前述的处理从所述盘卷扫描单元获取的所述扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据；所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据的步骤，不再赘述。
[0156]
在一些实施例中，前述plc单元设置有di模块，设置至少一个数字量输入接口di，以与前述的激光对射传感器电连接。
[0157]
参考图1至图6a、图6b所示，该实施例的高线下线盘卷卷型测量系统部署在某高线产线上，利用前述的卷型测量方法，测量该产线下线的盘卷卷型并协调行车系统实现入库。如，运卷小车在通道上的移动速度为680mm/s，盘卷长度最小值为1600mm，盘卷长度最大值为2300mm。根据以上数据可以得出，盘卷通过激光扫描传感器的时间在2352ms-3380ms之
间。在激光扫描传感器的扫描频率为25hz时，扫描盘卷的单次时长约为40ms(1秒25组数据)，则单位长度盘卷大约为27.2mm；按照最短通过时间2352ms计算，则扫描次数为58.8次，可以得到58或59组扫描数据；按照最长通过时间3380ms计算，则扫描次数为84.5次，可以得到84或85组扫描数据。其中，每组扫描数据对应一个单位长度盘卷的外轮廓点云。
[0158]
plc单元分析扫描得到的58组扫描数据至85组数据，并计算盘卷的半径数据；根据半径的平均公差检验盘卷的卷型质量，如果出现检测不合格情况，将及时通知中控室操作人员处理。
[0159]
综上，本技术实施例的高线盘卷卷型测量方法，采用激光测距技术、激光扫描技术、多点定位圆心及半径算法、盘卷表面质量分析算法等功能，补全了盘卷生产数据，包括盘卷的长度、直径等信息，完善了盘卷质量检测手段，能够及时发现盘卷卷型异常。同时该系统对盘卷入库的吊运过程也有着积极的指导意义，目前盘卷入库大规模使用无人行车进行吊运，缺少人工吊钢确认，如果盘卷卷型质量差，表面凹凸不平时进行吸钢吊取，极易引起掉钢事故，应用本系统，则有利于改善后续的入库工艺。
[0160]
在本发明的描述中，需要理解的是，前述的配合、对中或适配，分别具有本领域技术人员所公知的配合精度、尺寸公差、形状误差、轮廓误差、和/或形位误差等，不再赘述。前述的块、板、杆、架、片，分别具有本领域技术人员所公知的横向尺寸与纵向尺寸的比例、尺寸公差、形状误差、轮廓误差、和/或形位误差、配合精度等，不再赘述。
[0161]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0162]
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0163]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接(如，焊接、粘接、螺纹、螺钉、销钉、铆钉等)，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0164]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0165]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合
和组合。
[0166]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0167]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
[0168]
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高线下线盘卷卷型测量系统，其特征在于，包括：plc单元；运卷小车位置测量单元，其设置在运卷通道的首端；盘卷有无检测单元，其设置在运卷通道的尾端；盘卷扫描单元，其设置在所述盘卷有无检测单元之后；所述盘卷有无检测单元与所述plc单元信号连接；所述运卷小车位置测量单元与所述plc单元网络连接；所述盘卷扫描单元与所述plc单元网络连接；在运卷小车托起被测盘卷沿通道经过所述盘卷有无检测单元、所述盘卷扫描单元的过程中，所述plc单元确定所述被测盘卷的长度数据及半径数据，并生成所述被测盘卷的卷型质量数据。2.根据权利要求1所述的卷型测量系统，其特征在于，所述运卷小车位置测量单元包括激光测距传感器；所述盘卷有无检测单元包括激光对射传感器；所述盘卷扫描单元包括激光线扫描传感器。3.一种高线下线盘卷卷型测量方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的盘卷卷型测量系统实现，所述测量方法包括：在运卷小车托起被测盘卷沿运卷通道移动时，设置在运卷通道的首端的运卷小车位置测量单元检测运卷小车的实时位置；在运卷小车托起被测盘卷进入盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无检测单元生成第一触发信号并发送至plc单元；所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第一位置数据；在运卷小车托起被测盘卷离开盘卷有无检测单元的检测区域时，所述盘卷有无检测单元生成第二触发信号并发送至所述plc单元；所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，从所述运卷小车位置测量单元获取第二位置数据；所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据。4.根据权利要求3所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，还包括：所述plc单元根据接收到所述第一触发信号，控制盘卷扫描单元开始扫描其扫描区域，其中，所述盘卷扫描单元扫描其扫描区域时，生成被测盘卷的扫描数据；所述plc单元根据接收到所述第二触发信号，控制盘卷扫描单元停止始扫描其扫描区域；所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述扫描数据，确定所述被测盘卷的半径数据；所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据。5.根据权利要求4所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，所述plc单元处理从所述盘卷扫描单元获取的所述被测盘卷的扫描数据，确定所述被
测盘卷的半径数据，包括：从所述被测盘卷的扫描数据中提取出m组弧线数据，其中，每组所述弧线数据用于指示所述被测盘卷的单位长度盘卷的扫描数据对应的各特征点的几何数据，m为正整数；在每组弧线数据中选取预设数量的特征点，生成由所述预设数量的特征点确定的所述被测盘卷的线估计半径；将所述m组弧线数据对应的m个线估计半径构成的集合作为所述被测盘卷的半径数据。6.根据权利要求5所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，所述特征点的几何数据包括：所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的距离b；所述单位长度盘卷的外轮廓的最高点与所述盘卷扫描单元之间的距离a；在与所述盘卷扫描单元所在的、且垂直于所述被测盘卷的中心轴线的竖直平面上，所述单位长度盘卷上与所述特征点对应的位置与所述盘卷扫描单元之间的连线与竖直向下方向所夹的角度α；相应地，采用下述公式，生成由所述特征点的几何数据确定的所述被测盘卷的点估计半径r：将所述预设数量的特征点分别确定的所述被测盘卷的点估计半径的指定平均数作为所述线估计半径。7.根据权利要求6所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，所述卷型质量数据包括合格、不合格；所述plc单元根据所述被测盘卷的半径数据，确定所述被测盘卷的卷型质量数据，包括：确定所述m个线估计半径的代数平均值；将每个所述线估计半径与所述代数平均值之差作为对应的半径偏差，并确定所述m个线估计半径对应的半径偏差的最大值、最小值及绝对值代数平均值；将所述最大值与所述最小值之差作为半径偏差范围；在所述半径偏差范围小于第一预设数值，且所述绝对值代数平均值小于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为合格，其中，所述第一预设数值大于所述第二预设数值；在所述半径偏差范围大于第一预设数值，或所述绝对值代数平均值大于第二预设数值时，确定所述被测盘卷的卷型质量为不合格。8.根据权利要求3所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，所述plc单元处理所述第一位置数据、所述第二位置数据，确定所述被测盘卷的长度数据，包括：所述plc单元将所述第二位置数据与所述第一位置数据之差，确定为所述被测盘卷的长度数据。9.根据权利要求3所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，所述第一触发信号包括上升沿信号，所述第二触发信号包括下降沿信号；或
所述第一触发信号包括下降沿信号，所述第二触发信号包括上升沿信号。10.根据权利要求3所述的盘卷卷型测量方法，其特征在于，还包括：所述plc单元将所述被测盘卷的半径数据、长度数据、卷型质量数据发送至与其通信连接的行车系统。

技术总结
本发明公开高线盘卷下线卷型测量系统及测量方法。该系统包括：PLC单元；运卷小车位置测量单元，其设置在运卷通道的首端；盘卷有无检测单元，其设置在运卷通道的尾端；盘卷扫描单元，其设置在所述盘卷有无检测单元之后；所述盘卷有无检测单元与所述PLC单元信号连接；所述运卷小车位置测量单元与所述PLC单元网络连接；所述盘卷扫描单元与所述PLC单元网络连接；在运卷小车托起被测盘卷沿通道经过所述盘卷有无检测单元、所述盘卷扫描单元的过程中，所述PLC单元确定所述被测盘卷的长度数据及半径数据，并生成所述被测盘卷的卷型质量数据。如此，在盘卷运输过程中对盘卷长度和半径进行测量，并对卷型质量进行评估，有利于安全生产。有利于安全生产。有利于安全生产。


技术研发人员：梁杰 王成林 张德钦 黄柳荣 方杰 谢柳军
受保护的技术使用者：广西钢铁集团有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/20