本发明属于连铸坯切割技术领域，涉及一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统及定尺计算方法。
背景技术：
连铸机是炼钢领域的核心工艺装备，将高温钢水以一定速度连续地浇铸成一定断面规格的连铸坯。按生产要求，切割机按定尺长度切断连铸坯。
为满足客户需求，提高最终产品成材率，提高金属收得率，以提升企业效益，连铸坯定尺切割的准确率就非常重要。
目前国内外大部分切割机定尺切割，采用机械接触测长辊式和非接触式摄像定尺装置两种测量方式。
机械接触测长辊式，是在切割前辊道区域，设置一测长辊。该测长辊通过杠杆原理，气缸顶住测长辊与连铸坯侧面或下表面进行接触。通过摩擦力与浇铸中的连铸坯同步转动，测长辊带有编码器，通过编码器及测长辊的直径和转动的圈数，计算出连铸坯移动的长度，进而根据设定的定尺长度与计算出的测长辊测量的长度进行比对，相等时，发出切割指令，对连铸坯进行定尺切割。该方式因测长辊与连铸坯表面之间通过摩擦实现同步，而连铸坯表面有氧化铁皮等杂物，会造成测长辊打滑。而且测长辊的安装位置固定，对宽度变化大的连铸坯，使用效果不好。测长辊与连铸坯直接接触，靠摩擦作用被动运转，易磨损，精度差。测长辊与温度约900℃的连铸坯表面直接接触，环境温度高，测长辊与配套的电气元器件易损坏，维护量大。目前该方式已经很少使用。
非接触式摄像定尺，是近年来应用最多的定尺切割控制方式。通过高位安装的摄像机，实时获取切割后辊道上的连铸坯画面，并根据高温连铸坯与常温的环境之间的温差，经图像分析技术处理，获得连铸坯的前端部位置信息，与给定的定尺长度进行比对，相等时，发出切割指令，对连铸坯进行定尺切割。但是，该方式对连铸坯的温度要求较高，连铸坯温度较低时，图像难以分析，无法实现准确切割。该方式易受到车间起重机运行影响，当起重机运行通过摄像机区域时，高位安装的摄像机受振动而抖动，造成图像不稳定，测量不准。该方式对连铸坯的环境要较高，特别是蒸汽、雾气、环境强光等，影响摄像机的图像获取与解析。该方式在北方的冬春季节效果差。
另外，现有技术在非原点切割时，通常仅考虑连铸坯的位置，忽略了切割机非原位切割时产生的定尺误差，使得切割精度差、成材率低。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，通过设置两台激光测距仪分别在线跟踪并提取连铸坯前端面和切割机位置的实时数据，利用中央处理单元实时计算连铸坯前端面与切割机的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯的实际长度，提高了连铸坯的定尺精度。
一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，包括第一激光测距仪和第二激光测距仪；所述第一激光测距仪用于在线跟踪连铸坯前端面的实时位置并提取连铸坯前端面位置的实时数据；所述第二激光测距仪用于在线跟踪切割机的实时位置并提取切割机位置的实时数据；还包括与所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪相连的中央处理单元，所述中央处理单元用于实时计算连铸坯前端面与切割机的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯的实际长度，当实际长度等于连铸机系统预设的定尺长度时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元，切割控制单元控制切割机的切割枪对连铸坯进行定尺切割。
可选地，所述第一激光测距仪位于连铸坯的出坯侧前方，所述第一激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角为α。
可选地，所述第二激光测距仪位于连铸坯的出坯侧前方或侧后方，所述第二激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角为β。
可选地，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪以支架方式安装于切割后辊道侧边的地坪上。
可选地，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均设有防护罩。
可选地，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的测量频率≥50hz。
可选地，所述第一激光测距仪、第二激光测距仪为高温型激光测距仪。
本发明还提供了一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，在连铸坯的出坯侧设置第一激光测距仪和第二激光测距仪，通过第一激光测距仪在线跟踪连铸坯前端面的实时位置并提取连铸坯前端面位置的实时数据；通过第二激光测距仪在线跟踪切割机的实时位置并提取切割机位置的实时数据；通过中央处理单元实时计算连铸坯前端面与切割机的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯的实际长度ls，将实际长度ls与连铸机系统预设的定尺长度l实时比较，当ls＝l时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元，切割控制单元控制切割机的切割枪对连铸坯进行定尺切割。
可选地，中央处理单元实时处理第一激光测距仪、第二激光测距仪实时测量数据，将测量数据转化为连铸坯的实际长度ls，当实际长度ls等于连铸机系统预设的定尺长度l时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元。
可选地，通过计算连铸坯前端面与切割机的切割枪在连铸坯轴线上的投影距离确定连铸坯的实际长度ls。
可选地，根据切割机的切割枪与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离lg、连铸坯前端面与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离确定连铸坯的实际长度lf，确定连铸坯的实际长度ls＝lg lf。
可选地，沿连铸坯出坯方向，连铸坯前端面与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离lf＝l5×cosβ-l0-l4×cosα，其中，l4为第一激光测距仪与连铸坯前端面之间的距离，l5为第二激光测距仪与切割机的测量面之间的距离，l0为第一激光测距仪与第二激光测距仪在连铸坯轴线上的投影距离，α为第一激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角，β为第二激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角。
可选地，连铸坯的实际长度ls＝lg l5×cosβ-l0-l4×cosα，其中，lg为切割机的切割枪与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离，l4为第一激光测距仪与连铸坯前端面之间的距离，l5为第二激光测距仪与切割机的测量面之间的距离，l0为第一激光测距仪与第二激光测距仪在连铸坯轴线上的投影距离，α为第一激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角，β为第二激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过设置用于在线跟踪切割机的实时位置并提取切割机位置的实时数据的第二激光测距仪，消除了因切割机停位不准(不在原点位置)造成的连铸坯定尺精度偏差，进而消除了因切割机停位偏差而引起的切割精度偏差，提高了连铸坯定尺切割的精度。
2.本发明通过设置用于防护激光测距仪的防护罩，使得本发明能够适应高温、水汽和多尘环境的测量，拓宽了本发明的适用范围。
3.相比于现有技术的非接触式的摄像定尺，本发明通过采用激光测距不仅速度快、易标定、定尺精度高、成材率高，而且能抗环境光干扰，环境适应性强、故障率低、少维护、稳定可靠。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为连铸坯非原点定尺测量原理图；
图2为用于连铸坯激光定尺测量和非原点切割的系统示意图。
附图标记：切割机1、连铸坯2、第一激光测距仪3、第二激光测距仪4、中央处理单元5、切割控制单元6。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
请参阅图1～图2，一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，在连铸坯2的出坯侧设置第一激光测距仪3和第二激光测距仪4，通过第一激光测距仪3在线跟踪连铸坯2的前端面的实时位置并提取连铸坯2的前端面位置的实时数据；通过第二激光测距仪4在线跟踪切割机1的实时位置并提取切割机1的位置的实时数据；通过中央处理单元5实时计算连铸坯2的前端面与切割机1的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯2的实际长度ls，将实际长度ls与连铸机系统预设的定尺长度l实时比较，当ls＝l时，中央处理单元5发出切割指令至切割控制单元6，切割控制单元6控制切割机1的切割枪对连铸坯2进行定尺切割。
进一步，沿连铸坯2出坯方向，连铸坯2的实际长度ls＝lg l5×cosβ-l0-l4×cosα，其中，lg为切割机1的切割枪与切割机1的测量面在连铸坯2轴线上的投影距离，l4为第一激光测距仪3与连铸坯2的前端面之间的距离，l5为第二激光测距仪4与切割机1的测量面之间的距离，l0为第一激光测距仪3与第二激光测距仪4在连铸坯轴线上的投影距离，α为第一激光测距仪3与连铸坯2出坯方向之间的夹角，β为第二激光测距仪4与连铸坯2出坯方向之间的夹角。
本发明的定尺计算方法的原理为：通过两台高精度的激光测距仪分别对连铸坯2的前端面、切割机1进行精确测量(误差在1mm以内)，获得连铸坯2的前端面、切割机1的实时精确位置。根据2台激光测距仪的位置关系，以及测量得到的连铸坯2的前端面、切割机1的实时精确位置，进行一定的数学和几何计算，可得到连铸坯2的前端面与切割枪之间的精确长度。
本发明的数据处理方法为：中央处理单元5根据本发明的定尺计算方法，对分别由第一激光测距仪3、第二激光测距仪4测量的连铸坯2的前端面、切割机1的实时位置信号进行计算和分析，将测量数据转化为连铸坯2的实际长度，在实际长度等于连铸机系统预设的定尺长度时，发出切割指令给切割控制单元6；切割控制单元6控制切割机1的切割枪开始切割符合定尺要求的铸坯。
本发明还提供了一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，沿连铸坯2的出坯方向，设有第一激光测距仪3和第二激光测距仪4；第一激光测距仪3用于在线跟踪连铸坯2前端面的实时位置并提取连铸坯2前端面位置的实时数据；第二激光测距仪4用于在线跟踪切割机1的实时位置并提取切割机1位置的实时数据；还包括与第一激光测距仪3和第二激光测距仪4相连的中央处理单元5，中央处理单元5用于实时计算连铸坯2前端面与切割机1的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯2的实际长度ls，当实际长度ls等于连铸机系统预设的定尺长度l时，中央处理单元5发出切割指令到切割控制单元6切割控制单元6控制切割机1的切割枪对连铸坯2进行定尺切割。
为了减少连铸坯2对激光测距仪的热辐射，便于激光测距仪的安装和维护，本发明的第一激光测距仪3位于连铸坯2切割后辊道的出坯侧前方，第二激光测距仪4位于连铸坯2切割后辊道的出坯侧前方或出坯侧后方。
为了减少起重机等其它设备的运行对激光测距仪的干扰，激光测距仪以支架方式安装于切割后辊道侧边的地坪上，使得激光测距仪的测量数据更为稳定可靠；切割后辊道位于切割机的连铸坯出坯方向侧，用于支撑和输送连铸坯。
为了提高激光测距仪的响应速度，进一步提高连铸坯定尺切割的精度，本发明采用了高速激光测距仪，激光测距仪的测量频率≥50hz。
本发明的系统工作原理：采用两台高速激光测距仪分别在线跟踪、提取铸坯前端面和切割机1位置的实时数据，中央处理单元5根据本发明提供的算法对数据进行处理，实时计算铸坯前端面和切割机1的切割枪之间的相对位置，并转化为铸坯的实际长度。在实际长度等于连铸机系统预设的定尺长度时，发出切割指令传给切割控制单元6，切割控制单元6控制切割机1的切割枪开始对连铸坯2进行定尺切割。
本发明的激光测距仪采用高温激光测距仪，能够适应高温、水汽、多尘环境，且抗环境光干扰，能精确检测高温连铸坯2和低温连铸坯2，测量精度±1mm。
本发明的激光测距仪，设有防高温、热辐射、灰尘的措施，如用于激光测距仪防护的防护罩，该防护罩可以隔离高温、热辐射和灰尘；可通过向防护罩内通压缩空气或冷却水进行冷却，通压缩空气防尘等。
本发明的中央处理单元5，接受激光测距仪的测量数据，根据本发明的定尺计算方法和数据处理方法，对数据进行计算，分析，处理，将测量数据转化为连铸坯2的实际长度，在实际长度等于连铸机系统预设的定尺长度时，发出切割指令给切割控制单元6。
本发明的切割控制单元6，根据中央处理单元5发来的切割指令，控制切割机1对连铸坯2进行定尺切割。
本发明实现了连铸坯的精确精准定尺切割，通过采用两台高速激光测距仪分别在线跟踪、提取测量连铸坯2前端面和切割机1位置的实时数据，利用中央处理单元5将激光测距仪检测到的数据转化为连铸坯2的实际长度，消除了因切割机1停位偏差而引起的切割精度偏差，提高了连铸坯2定尺切割的精度。
实施例
如图1所示的连铸坯非原点定尺测量原理图，连铸机系统预设连铸坯2的切割定尺长度为l；第一激光测距仪3与第二激光测距仪4安装于连铸坯切割后辊道侧面；第一激光测距仪3测量其与连铸坯2的前端面的距离l4，第二激光测距仪4测量其与切割机1的测量面之间的的距离l5；切割机1的实际位置与原点位置有偏差，偏差长度为ld。
为了便于描述，本实施例中，切割机1的测量面、连铸坯2的前端面，第一激光测距仪3、第二激光测距仪4均在同一平面上。现场实际安装和测量可能是三维尺寸，但原理相同。
本实施例中第一激光测距仪3与连铸坯2出坯方向之间的夹角为α，第二激光测距仪4与连铸坯2出坯方向之间的夹角为β；第一激光测距仪3与第二激光测距仪4的安装位置，在连铸坯轴线上的投影距离为l0；切割机1的切割枪与切割机1的测量面在连铸坯2轴线上的投影距离为lg。
第二激光测距仪4与切割机1的测量面在连铸坯轴线上的投影距离l1＝l0 l2＝l5×cosβ；
第一激光测距仪3与连铸坯2的前端面在连铸坯轴线上的投影距离l3＝l4×cosα；
连铸坯2的前端面与切割机1的测量面之间的实际距离lf：
lf＝l2-l3＝l1-l0-l3＝l5×cosβ-l0-l4×cosα；
连铸坯2的实际长度ls：
ls＝lg lf＝lg l5×cosβ-l0-l4×cosα；
当连铸坯2的实际长度ls与连铸机系统预设的定尺长度l相等，即ls＝l时，中央处理单元5发出切割指令至切割控制单元6，切割控制单元6控制切割机1的切割枪开始切割连铸坯2。
如图2所示的连铸坯激光定尺测量和非原点切割的系统示意图，系统工作原理为：第一激光测距仪3测量其与连铸坯2的前端面的距离l4，第二激光测距仪4测量其与切割机1的测量面的实际位置l5，两台激光测距仪所实时测量数据通过专用电缆传送到中央处理单元5，中央处理单元5对数据进行计算和分析，当计算的连铸坯2实际长度ls与连铸机系统预设连铸坯2的切割定尺长度l相等，即ls＝l时，中央处理单元5发出切割指令给切割控制单元6。切割控制单元6控制切割机1的切割枪开始对连铸坯2进行定尺切割。
本发明中激光测距仪采用高温激光测距仪，能适应高温、水汽、多尘环境和抗环境光干扰，测量频率为50hz以上，能精准检测连铸坯2，测量精度±1mm，测量精度不受连铸坯2前端面温度影响。
本发明通过高精度激光测距仪对连铸坯2的前端面、切割机1进行精确测量(误差在1mm以内)，获得连铸坯2前端面、切割机1的实时精确位置；根据2台激光测距仪的位置关系，以及测量得到的连铸坯2前端面、切割机1的实时精确位置，进行一定的数学和几何计算，得到连铸坯2前端面与切割枪之间的精确长度；消除了因切割机1停位不准(不在原点位置)造成的定尺偏差，实现了连铸坯2的定尺精准测量，确保连铸坯2定尺精准切割。本发明中的方法能显著提高定尺准确率，提高成材率，提高金属收得率。本发明具有切割定尺精度高，自动控制运行，稳定可靠，易标定，少维护等特点，检测精度不受连铸坯2前端面温度影响，消除了因切割机1的停位偏差而引起的切割精度偏差，并能适应各种高温、水汽、多尘、强光环境，抗干扰能力强。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案、系统而非限制，如激光检测器安装位置前后、左右、上下变动等，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：包括第一激光测距仪和第二激光测距仪；所述第一激光测距仪用于在线跟踪连铸坯前端面的实时位置并提取连铸坯前端面位置的实时数据；所述第二激光测距仪用于在线跟踪切割机的实时位置并提取切割机位置的实时数据；还包括与所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪相连的中央处理单元，所述中央处理单元用于实时计算连铸坯前端面与切割机的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯的实际长度，当实际长度等于连铸机系统预设的定尺长度时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元，切割控制单元控制切割机的切割枪对连铸坯进行定尺切割。
2.根据权利要求1所述的一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：所述第一激光测距仪位于连铸坯的出坯侧前方，所述第一激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角为α。
3.根据权利要求1所述的一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：所述第二激光测距仪位于连铸坯的出坯侧前方或侧后方，所述第二激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角为β。
4.根据权利要求1所述的一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪以支架方式安装于切割后辊道侧边的地坪上。
5.根据权利要求1所述的一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪均设有防护罩。
6.根据权利要求1所述的一种连铸坯非原点定尺测量和切割系统，其特征在于：所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪的测量频率≥50hz。
7.一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，其特征在于：在连铸坯的出坯侧设置第一激光测距仪和第二激光测距仪，通过第一激光测距仪在线跟踪连铸坯前端面的实时位置并提取连铸坯前端面位置的实时数据；通过第二激光测距仪在线跟踪切割机的实时位置并提取切割机位置的实时数据；通过中央处理单元实时计算连铸坯前端面与切割机的切割枪之间的相对位置并将其转化为连铸坯的实际长度ls，将实际长度ls与连铸机系统预设的定尺长度l实时比较，当ls＝l时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元。
8.根据权利要求7所述的一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，其特征在于：中央处理单元实时处理第一激光测距仪、第二激光测距仪实时测量数据，将测量数据转化为连铸坯的实际长度ls，当实际长度ls等于连铸机系统预设的定尺长度l时，中央处理单元发出切割指令至切割控制单元。
9.根据权利要求7所述的一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，其特征在于：根据切割机的切割枪与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离lg、连铸坯前端面与切割机的测量面在连铸坯轴线上的投影距离确定连铸坯的实际长度lf，确定连铸坯的实际长度ls＝lg lf。
10.根据权利要求9所述的一种用于连铸坯非原点切割的定尺计算方法，其特征在于：沿连铸坯出坯方向连铸坯的实际长度ls＝lg l5×cosβ-l0-l4×cosα，其中，lg为切割机1的切割枪与切割机1的测量面在连铸坯2轴线上的投影距离，l4为第一激光测距仪与连铸坯前端面之间的距离，l5为第二激光测距仪与切割机的测量面之间的距离，l0为第一激光测距仪与第二激光测距仪在连铸坯轴线上的投影距离，α为第一激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角，β为第二激光测距仪与连铸坯出坯方向之间的夹角。
技术总结