權(quán)利要求
1.一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1：將初始銅板帶鑄胚進(jìn)行多重退火處理;
所述多重退火方法包括：
預(yù)熱階段，將上述銅板帶鑄胚緩慢加熱至低于再結(jié)晶溫度的預(yù)設(shè)值，使銅板帶鑄胚內(nèi)部應(yīng)力均勻分布;
第一階段退火，繼續(xù)將銅板帶鑄胚加熱到第一預(yù)設(shè)溫度，所述第一預(yù)設(shè)溫度為650攝氏度，并保持此溫度20~30分鐘;
快速冷卻，第一階段退火完成后，使用強(qiáng)制風(fēng)冷進(jìn)行快速冷卻策略，固定新的晶粒結(jié)構(gòu);
第二階段退火，將銅板帶鑄胚加熱到第二預(yù)設(shè)溫度，所述第二預(yù)設(shè)溫度為400攝氏度，并保持此溫度10~15分鐘;然后將銅板帶鑄胚自然冷卻至軋制預(yù)設(shè)溫度;
S2：使用機(jī)器視覺對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚邊緣進(jìn)行裂紋檢測(cè)，并標(biāo)記出裂紋的位置和長(zhǎng)度，計(jì)算出需要切除的最小寬度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，調(diào)節(jié)裁切設(shè)備，去除銅板帶鑄胚中含有裂紋的部分;
S3：對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚的邊緣進(jìn)行加熱，所述加熱位置為銅板帶鑄胚左右各20mm處;
S4：在銅板帶鑄胚軋制為超薄銅板帶過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力，通過檢測(cè)到的應(yīng)力大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整軋制速度，并構(gòu)建應(yīng)力與軋制速度的模型，對(duì)銅板帶軋機(jī)的進(jìn)給速度進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)整;
所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力的具體步驟包括：
步驟1：在銅板帶軋制前后的邊緣處安裝溫度傳感器，并記錄銅板帶軋制前后的溫度;
步驟2：對(duì)比軋制前后的溫度變化速率反映銅板帶內(nèi)部的應(yīng)力大小，銅板帶內(nèi)部應(yīng)力大小與溫度變化速率的計(jì)算公式為：
+，其中是應(yīng)力，E是彈性模量，是熱膨脹系數(shù)，是溫度變化量，k是熱導(dǎo)率，是比熱容，是溫度變化率;
步驟3：根據(jù)溫度變化的分析結(jié)果，繪制銅板帶內(nèi)部應(yīng)力分布圖，根據(jù)應(yīng)力分布情況，調(diào)整加工工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法，其特征在于，所述步驟S2中，使用機(jī)器視覺進(jìn)行裂紋檢測(cè)的具體步驟為：
S21：使用高清相機(jī)對(duì)待軋制銅板帶鑄胚進(jìn)行連續(xù)拍攝，并將圖像按照預(yù)設(shè)尺寸分割出銅板帶鑄胚邊緣部分，所述銅板帶鑄胚邊緣預(yù)設(shè)尺寸為左右各10mm;
S22：對(duì)圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)處理，使用Canny進(jìn)行特征值提取，并將此區(qū)域標(biāo)記為裂紋區(qū)域;
S23：在裂紋區(qū)域使用輪廓檢測(cè)識(shí)別裂紋的輪廓，并確定裂紋的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)P1(x1，y1)和P2(x2，y2)，根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出裂紋的像素寬度，公式為：;
S24：根據(jù)裂紋的像素寬度計(jì)算出真實(shí)的裂紋寬度，裂紋真實(shí)寬度的計(jì)算公式為：，其中R為相機(jī)的像素分辨率;
S25：根據(jù)計(jì)算出的裂紋真實(shí)寬度，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整刀片位置和裁切路徑，精準(zhǔn)切除包含裂紋區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法，其特征在于，所述步驟S4中，根據(jù)檢測(cè)到的應(yīng)力大小進(jìn)行軋制速度動(dòng)態(tài)調(diào)整的步驟為：
S41：根據(jù)步驟S4中獲取的銅板帶內(nèi)部應(yīng)力數(shù)值，同時(shí)收集軋制時(shí)的速度，溫度，軋輥壓力;
S42：清洗數(shù)據(jù)，剔除異常值和缺失值，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，從處理后的數(shù)據(jù)中提取應(yīng)力變化率這一特征值;
S43：基于邊緣應(yīng)力控制的目標(biāo)，可以建立如下模型預(yù)測(cè)銅板帶斷帶的風(fēng)險(xiǎn)因子R：，其中為軋制后超薄銅板帶邊緣的應(yīng)力值，為軋制前銅板帶鑄胚邊緣的應(yīng)力值，P為軋輥壓力，V為當(dāng)前軋制速度，、、為常量系數(shù);當(dāng)R大于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)高，需降低軋制速度，使R值減小;當(dāng)R小于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)低，可增加軋制速度達(dá)到最優(yōu)生產(chǎn)速率。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及銅板帶生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法。
背景技術(shù)
[0002]超薄銅板帶是一種高精度、高性能的金屬材料，主要特點(diǎn)是厚度非常薄，通常指的是厚度在0.05毫米到0.1毫米之間的銅合金板材或帶材。這種材料因其獨(dú)特的物理、化學(xué)性能和良好的加工性，在電子、通信、電器、新能源、精密儀器、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]銅板帶鑄胚在熔化澆筑成型時(shí)，由于應(yīng)力等因素會(huì)使得邊緣存在裂紋，裂紋會(huì)讓超薄銅板帶在軋制過程中斷帶，并使得上下軋輥直接接觸，對(duì)軋機(jī)造成較大的損傷。目前的解決方法是統(tǒng)一對(duì)整個(gè)銅板帶鑄胚兩側(cè)切除一部分，再進(jìn)行軋制，這種方法對(duì)鑄胚原料損耗較大，大大增加了生產(chǎn)成本，且仍無法徹底解決原料邊緣出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致斷帶的問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法包括以下步驟：
S1：將初始銅板帶鑄胚進(jìn)行多重退火處理;
所述多重退火方法包括：
預(yù)熱階段，將上述銅板帶鑄胚緩慢加熱至低于再結(jié)晶溫度的預(yù)設(shè)值，使銅板帶鑄胚內(nèi)部應(yīng)力均勻分布;
第一階段退火，繼續(xù)將銅板帶鑄胚加熱到第一預(yù)設(shè)溫度，所述第一預(yù)設(shè)溫度為650攝氏度，這一溫度足以使冷加工過程中產(chǎn)生的晶格畸變得以恢復(fù)，促進(jìn)晶粒的重新生長(zhǎng)，從而降低材料硬度，提高塑性，并保持此溫度20~30分鐘，以確保充分的再結(jié)晶。
[0005]快速冷卻，第一階段退火完成后，使用強(qiáng)制風(fēng)冷進(jìn)行快速冷卻策略，固定新的晶粒結(jié)構(gòu);快速冷卻可以防止晶粒長(zhǎng)大過快，導(dǎo)致性能下降，快速冷卻也有助于減少氧化和提高生產(chǎn)效率。
[0006]第二階段退火，將銅板帶鑄胚加熱到第二預(yù)設(shè)溫度，所述第二預(yù)設(shè)溫度為400攝氏度，并保持此溫度10~15分鐘;以進(jìn)一步細(xì)化晶粒、均勻化組織或達(dá)到特定的力學(xué)性能要求。然后將銅板帶鑄胚自然冷卻至軋制預(yù)設(shè)溫度。
[0007]在退火過程中使用惰性氣體保護(hù)，如氮?dú)饣驓鍤?，避免氧化并確保銅材表面質(zhì)量。同時(shí)，通過精確控制爐內(nèi)氣氛的成分和壓力，進(jìn)一步優(yōu)化材料性能，減少裂紋形成的可能性。
[0008]S2：使用機(jī)器視覺對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚邊緣進(jìn)行裂紋檢測(cè)，并標(biāo)記出裂紋的位置和長(zhǎng)度，計(jì)算出需要切除的最小寬度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)裁切設(shè)備，去除銅板帶鑄胚中含有裂紋的部分;
S3：對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚的邊緣進(jìn)行局部加熱，所述局部加熱位置為銅板帶鑄胚左右各20mm處;
S4：在銅板帶鑄胚軋制為超薄銅板帶過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力，通過檢測(cè)到的應(yīng)力大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整軋制速度，并構(gòu)建應(yīng)力與軋制速度的模型，對(duì)銅板帶軋機(jī)的進(jìn)給速度進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)整。
[0009]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力的具體步驟包括：
步驟1：在銅板帶軋制前后的邊緣處安裝溫度傳感器，并記錄銅板帶軋制前后的溫度;
步驟2：對(duì)比軋制前后的溫度變化速率反映銅板帶內(nèi)部的應(yīng)力大小，銅板帶內(nèi)部應(yīng)力大小與溫度變化速率的計(jì)算公式為：
+，其中是應(yīng)力，E是彈性模量，是熱膨脹系數(shù)，是溫度變化量，k是熱導(dǎo)率，是比熱容，是溫度變化率;
步驟3：根據(jù)溫度變化的分析結(jié)果，繪制銅板帶內(nèi)部應(yīng)力分布圖，根據(jù)應(yīng)力分布情況，調(diào)整加工工藝參數(shù)。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，步驟S2中，使用機(jī)器視覺進(jìn)行裂紋檢測(cè)的具體步驟為：
S21：使用高清相機(jī)對(duì)待軋制銅板帶鑄胚進(jìn)行連續(xù)拍攝，并將圖像按照預(yù)設(shè)尺寸分割出銅板帶鑄胚邊緣部分，所述銅板帶鑄胚邊緣預(yù)設(shè)尺寸為左右各10mm;
S22：對(duì)圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)處理，使用Canny進(jìn)行特征值提取，并將此區(qū)域標(biāo)記為裂紋區(qū)域;
S23：在裂紋區(qū)域使用輪廓檢測(cè)識(shí)別裂紋的輪廓，并確定裂紋的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)P1(x1，y1)和P2(x2，y2)，根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出裂紋的像素寬度，公式為：;
S24：根據(jù)裂紋的像素寬度計(jì)算出真實(shí)的裂紋寬度，裂紋真實(shí)寬度的計(jì)算公式為：，其中R為相機(jī)的像素分辨率;
S25：根據(jù)計(jì)算出的裂紋真實(shí)寬度，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整刀片位置和裁切路徑，精準(zhǔn)切除包含裂紋區(qū)域。
[0011]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，步驟S4中，根據(jù)檢測(cè)到的應(yīng)力大小進(jìn)行軋制速度動(dòng)態(tài)調(diào)整的步驟為：
S41：根據(jù)步驟S4中獲取的銅板帶內(nèi)部應(yīng)力數(shù)值，同時(shí)收集軋制時(shí)的速度，溫度，軋輥壓力;
S42：清洗數(shù)據(jù)，剔除異常值和缺失值，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，從處理后的數(shù)據(jù)中提取應(yīng)力變化率這一特征值;
S43：基于邊緣應(yīng)力控制的目標(biāo)，可以建立如下模型預(yù)測(cè)銅板帶斷帶的風(fēng)險(xiǎn)因子R：，其中為軋制后超薄銅板帶邊緣的應(yīng)力值，為軋制前銅板帶鑄胚邊緣的應(yīng)力值，P為軋輥壓力，V為當(dāng)前軋制速度，、、為常量系數(shù);當(dāng)R大于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)高，需降低軋制速度，使R值減小;當(dāng)R小于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)低，可增加軋制速度達(dá)到最優(yōu)生產(chǎn)速率。
[0012]邊緣應(yīng)力的突然增加是導(dǎo)致裂紋的主要原因之一。通過減緩軋制速度，可以給予材料更多時(shí)間適應(yīng)變形，從而減少應(yīng)力集中，避免裂紋形成。速度的調(diào)整是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，盡可能維持或提升生產(chǎn)效率。過度降低速度會(huì)降低生產(chǎn)效率，而適度調(diào)整則能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，尋找最優(yōu)的生產(chǎn)速度點(diǎn)。
[0013]有益效果：本發(fā)明采用多重退火策略改善材料塑形，并引入機(jī)器視覺檢測(cè)裂紋，自動(dòng)化精準(zhǔn)裁切，降低了原材料損耗。使用局部加熱策略和動(dòng)態(tài)調(diào)整軋制速度，有效控制銅板帶邊緣應(yīng)力，極大的減少了裂紋的產(chǎn)生和斷帶風(fēng)險(xiǎn)，保障了設(shè)備安全，同時(shí)提升了生產(chǎn)靈活性和產(chǎn)能。
附圖說明
[0014]圖1為本發(fā)明一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016]請(qǐng)參閱圖1所示，一種超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法的具體步驟如下：
S1：將初始銅板帶鑄胚進(jìn)行多重退火處理;
所述多重退火方法包括：
預(yù)熱階段，將上述銅板帶鑄胚緩慢加熱至低于再結(jié)晶溫度的預(yù)設(shè)值，使銅板帶鑄胚內(nèi)部應(yīng)力均勻分布;
第一階段退火，繼續(xù)將銅板帶鑄胚加熱到第一預(yù)設(shè)溫度，所述第一預(yù)設(shè)溫度為650攝氏度，這一溫度足以使冷加工過程中產(chǎn)生的晶格畸變得以恢復(fù)，促進(jìn)晶粒的重新生長(zhǎng)，從而降低材料硬度，提高塑性，并保持此溫度20~30分鐘，以確保充分的再結(jié)晶。
[0017]快速冷卻，第一階段退火完成后，使用強(qiáng)制風(fēng)冷進(jìn)行快速冷卻策略，固定新的晶粒結(jié)構(gòu);快速冷卻可以防止晶粒長(zhǎng)大過快，導(dǎo)致性能下降，快速冷卻也有助于減少氧化和提高生產(chǎn)效率。
[0018]第二階段退火，將銅板帶鑄胚加熱到第二預(yù)設(shè)溫度，所述第二預(yù)設(shè)溫度為400攝氏度，并保持此溫度10~15分鐘;以進(jìn)一步細(xì)化晶粒、均勻化組織或達(dá)到特定的力學(xué)性能要求。然后將銅板帶鑄胚自然冷卻至軋制預(yù)設(shè)溫度。
[0019]在退火過程中使用惰性氣體保護(hù)，如氮?dú)饣驓鍤猓苊庋趸⒋_保銅材表面質(zhì)量。同時(shí)，通過精確控制爐內(nèi)氣氛的成分和壓力，進(jìn)一步優(yōu)化材料性能，減少裂紋形成的可能性。
[0020]S2：使用機(jī)器視覺對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚邊緣進(jìn)行裂紋檢測(cè)，并標(biāo)記出裂紋的位置和長(zhǎng)度，計(jì)算出需要切除的最小寬度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)裁切設(shè)備，去除銅板帶鑄胚中含有裂紋的部分;
S3：對(duì)處理完成后的銅板帶鑄胚的邊緣進(jìn)行局部加熱，所述局部加熱位置為銅板帶鑄胚左右各20mm處;
S4：在銅板帶鑄胚軋制為超薄銅板帶過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力，通過檢測(cè)到的應(yīng)力大小，動(dòng)態(tài)調(diào)整軋制速度，并構(gòu)建應(yīng)力與軋制速度的模型，對(duì)銅板帶軋機(jī)的進(jìn)給速度進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)整。
[0021]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銅板帶的邊緣應(yīng)力的具體步驟包括：
步驟1：在銅板帶軋制前后的邊緣處安裝溫度傳感器，并記錄銅板帶軋制前后的溫度;
步驟2：對(duì)比軋制前后的溫度變化速率反映銅板帶內(nèi)部的應(yīng)力大小，銅板帶內(nèi)部應(yīng)力大小與溫度變化速率的計(jì)算公式為：
+，其中是應(yīng)力，E是彈性模量，是熱膨脹系數(shù)，是溫度變化量，k是熱導(dǎo)率，是比熱容，是溫度變化率;
步驟3：根據(jù)溫度變化的分析結(jié)果，繪制銅板帶內(nèi)部應(yīng)力分布圖，根據(jù)應(yīng)力分布情況，調(diào)整加工工藝參數(shù)。
[0022]進(jìn)一步的，步驟S2中，使用機(jī)器視覺進(jìn)行裂紋檢測(cè)的具體步驟為：
S21：使用高清相機(jī)對(duì)待軋制銅板帶鑄胚進(jìn)行連續(xù)拍攝，并將圖像按照預(yù)設(shè)尺寸分割出銅板帶鑄胚邊緣部分，所述銅板帶鑄胚邊緣預(yù)設(shè)尺寸為左右各10mm;
S22：對(duì)圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)處理，使用Canny進(jìn)行特征值提取，并將此區(qū)域標(biāo)記為裂紋區(qū)域;
S23：在裂紋區(qū)域使用輪廓檢測(cè)識(shí)別裂紋的輪廓，并確定裂紋的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)P1(x1，y1)和P2(x2，y2)，根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出裂紋的像素寬度，公式為：;
S24：根據(jù)裂紋的像素寬度計(jì)算出真實(shí)的裂紋寬度，裂紋真實(shí)寬度的計(jì)算公式為：，其中R為相機(jī)的像素分辨率;
S25：根據(jù)計(jì)算出的裂紋真實(shí)寬度，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整刀片位置和裁切路徑，精準(zhǔn)切除包含裂紋區(qū)域。
[0023]進(jìn)一步的，步驟S4中，根據(jù)檢測(cè)到的應(yīng)力大小進(jìn)行軋制速度動(dòng)態(tài)調(diào)整的步驟為：
S41：根據(jù)步驟S4中獲取的銅板帶內(nèi)部應(yīng)力數(shù)值，同時(shí)收集軋制時(shí)的速度，溫度，軋輥壓力;
S42：清洗數(shù)據(jù)，剔除異常值和缺失值，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，從處理后的數(shù)據(jù)中提取應(yīng)力變化率這一特征值;
S43：基于邊緣應(yīng)力控制的目標(biāo)，可以建立如下模型預(yù)測(cè)銅板帶斷帶的風(fēng)險(xiǎn)因子R：，其中為軋制后超薄銅板帶邊緣的應(yīng)力值，為軋制前銅板帶鑄胚邊緣的應(yīng)力值，P為軋輥壓力，V為當(dāng)前軋制速度，、、為常量系數(shù);當(dāng)R大于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)高，需降低軋制速度，使R值減小;當(dāng)R小于預(yù)定閾值時(shí)，表示銅板帶軋制斷帶風(fēng)險(xiǎn)低，可增加軋制速度達(dá)到最優(yōu)生產(chǎn)速率。
說明書附圖(1)
聲明：
“超薄銅板帶邊緣裂紋消除方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：江西銅業(yè)集團(tuán)銅板帶有限公司
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