[发明专利]冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备及其回归平滑自适应滤波方法

说明书

技术领域

本发明属于带钢冷轧技术领域，涉及一种带钢表面粗糙度的在线检测设备及滤波方法，尤其涉及一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线检测设备及其回归平滑自适应滤波方法。

背景技术

钢铁工业的下游用户对冷轧带钢产品的质量要求越来越严格，表面粗糙度对于冷轧板来说至关重要，它是影响钢板可成形性的关键因素，也是冷轧产品质量的重要指标之一。目前，在冷轧带钢生产实践中，对带钢表面粗糙度进行监控的通常方式是，在相关的冷轧后处理机组出口(如连续热镀锌机组或平整机组等)，对带钢进行抽检取样，然后在分析测试实验室对样板进行离线测试获取带钢的表面粗糙度参数，并与下游用户的技术要求进行比较。如果带钢表面粗糙度不满足下游用户的要求，则在后续生产计划中对同类带钢的生产工艺参数进行必要调整。然后再抽检取样、离线分析测试、在线调整工艺参数等，直到带钢的表面粗糙度完全满足下游用户要求为止，该方法具有滞后性和非连续性，取样部位一般在头和尾，无法代表整块钢板的粗糙度特点。

随着技术的不断进步，非接触的粗糙度测量方法得到了迅速的发展，该方法以光学的测量方法最为普遍，主要包括光切法、光干涉法、散斑法、散射法等。光学测量方法有着测量速度快、无损伤、可实现实时在线测量等优点。其中，散射法因具有检测精度高、测量范围宽、抗环境干扰能力强、易于集成等特点，在表面粗糙度在线测量的理论研究与工程应用方面得到广泛关注与实践。德国EMG自动化公司开发的SORM 3plus系统，应用散射法，实现在不与带钢接触的情况下测量运动中冷轧带钢的表面粗糙度，国内外已有50多条机组(CGL、CAPL等)安装SORM 3plus系统，已部分实现代替离线取样检测。

散射法实现无损在线检测带钢表面粗糙度的关键技术之一是滤波算法，从测量获得初始检测参数中快速准确辨识出带钢表面粗糙度参数是滤波算法的主要目标。现有滤波算法主要采用高通滤波器，虽然快速性好，但参数检测的准确性和精度因高通滤波器的单一滤波条件限制而很难提升，寻求快速性好、准确度高的滤波算法成为拓展散射法带钢表面粗糙度在线检测应用的瓶颈所在。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构合理、准确度高的冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述设备进行冷轧带钢表面粗糙度在线检测的回归平滑自适应滤波方法，能实现对冷轧带钢表面粗糙度参数的快速在线检测，提高冷轧带钢表面粗糙度的检测精度。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备，其特征在于：所述冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备包括依次连接的调制器、光探测器、解调器和滤波器，调制器的两端连接有光纤，光源的光经过光纤送入调制器，经调制器调制成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器，最后经滤波器将带钢表面粗糙度滤波输出参数。

作为改进，所述调制器为非接触式，位于带钢宽度方向上中部位置。

再改进，所述冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备安装在平整机组出口段，冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备可随带钢按照一定的速度连续向前移动，实时检测得到带钢表面粗糙度参数及其沿带钢长度方向的变化情况。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种冷轧带钢表面粗糙度在线检测的回归平滑自适应滤波方法，其特征在于包括以下步骤：

1)局部加权回归降噪预处理：将上述冷轧带钢表面粗糙度在线检测设备中解调器输出的n组带钢表面粗糙度初始值定义为(x_i,y_i)，i＝1,...,n，n自然数，其中：x_i为采样点数，y_i为带钢表面粗糙度初始参数，对任意第k组带钢表面粗糙度初始值(x_k,y_k)，k＝1,...,n，n自然数，利用加权最小二乘法，拟合d阶多项式：

利用n组带钢表面粗糙度初始值，估计系数β_j，j＝1,...,d，d自然数，并最小化加权残差平方和Q：

式中：w_k(x_i)为一次权重函数，表达式为：

式中：h_i为平滑窗口宽度；

2)基于平滑值与实际值的残差e，建立二次权重函数：降噪预处理后得到初次平滑后的带钢表面粗糙度参数定义残差值建立二次权重函数δ_k，表达式为：