CN104246426B - 用于测量金属产品平坦度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种用于测量金属产品平坦度的方法和相关装置。所述方法应用于冶金加工线的以带或板形式的金属产品，待测量的所述产品默认没有外部牵引，所述方法包括以下步骤：a)以均匀强度照亮所述产品的至少一个面的一部分；b)捕捉被照亮部分的光线的图像；c)沿限定方向相对于所述产品相对地移动被照亮部分和光线；d)重复步骤a)、b)、c)；e)收集以二维强度分布的线的图像并且选择所述产品的段的方向，其中，如果强度的至少一个波被检测到，则所述波的局部幅度变化提供了所述段的平坦度的局部缺陷值。

Description

用于测量金属产品平坦度的方法和装置
本发明涉及一种用于测量金属产品如带或板的平坦度的方法以及根据权利要求1和12的前序部分的相关装置。
在尤其旨在轧制的冶金加工线中存在用于测量金属带的平坦度的装置。源自本申请人的示例包括辊(称为PlanicimTM辊或通常称为“板形辊”的其他辊)，其测量施加到在所述测量辊上行进的带的横截面中一组点的力的变化。以这种方式，所述力可以与施加到带的、而且更示意性地施加到布置在带边缘之间的带的段(每横向测量点)的纵向牵引力相比较。该测量辊针对牵引下行进的带具有优越的测量质量，因为在测量平坦度时带主要受到牵引。然而，当不再测量带(具有最大厚度约10mm)而是更厚的板时，该装置受限更多。
在这方面，另一系统工作以测量非常厚的板(例如从5mm至大于150mm)的平坦度。该激光测量装置也具有不可忽视的成本，并且像其他前述装置一样，在所述带处于与外部(纵向)牵引不相关的阶段时，即使达到用于带平坦度测量的测量极限，也会发现从财政上而言是不合理的。事实上，发现在没有或至少很弱的带牵引的情况下，带的段(从中心到边缘)具有特别强的假象，这使得不能够测量微小的剩余牵引值，从而不能够根据受牵引的带的测量辊的原理来良好地估计平坦度。
用于测量平坦度的另一已知方法包括测量由行进穿过气动单元的产品上的交替脉冲吸力产生的所述产品的振荡激励所引起的纵向牵引下平坦金属产品的幅度振荡(参见本申请人的公开EP2344286)。同样，该方法需要存在产品的外部牵引以将其保持在受激励部分的两侧。因此，该外部牵引会引起本发明试图测量的产品的实际固有牵引的测量中的偶然事件。
最后，根据JP20110099821，测量金属产品平坦度的一个可选方案包括将光矩阵投射到金属产品的一部分表面上，其包括(“黑/白”的条纹或方格类型的)二进制编码的光学信息和获取被投射矩阵的二维图像的显示系统(CCD摄像机)，在以局部波形式的产品不平坦的情况下，能够记录被投射的条纹或方格和(平坦表面的)理想参考网络的条纹或方格之间的相移。基于相位变化的这些测量，计算产品的被照亮/显示的表面区域的平坦度。然而，在行进产品的情况下(例如，带以大于150米/分钟行进)，针对这样的测量系统，必须停止行进的带以实现测量，否则相位测量不再恰当。即使该方法似乎不在产品上引入外部牵引，但是产品不动这个方面对于连续甚至交替/可逆行进、至少需要产品恒定(如可能的话，最大的)移动的设施而言是非常尴尬的。在若反射或甚至热(至少400摄氏度)的强金属产品的情况下，可以发现更难以获得由投射矩阵照亮的产品的大部分表面上的足够的光信噪比。
本发明的目的是提出一种用于测量金属产品所在的加工线上的测量位置处默认不受任何(外部)牵引的金属产品的平坦度的方法，然而该方法能够扩展到经受(外部)牵引。因此，这涉及提出一种比上文描述的系统更普遍、简单且更动态高性能的系统。
本发明的第二目的是提出一种能够实施该方法的相关装置，同时还确保装置简单、成本低和高测量动态。
因此，本发明提出一种根据权利要求1的用于测量金属产品平坦度的方法和根据权利要求12的实施所述方法的相关装置。
因此，用于测量冶金加工线的带或板形式的金属产品的平坦度的方法包括以下步骤，其中所述待测量的产品默认没有外部牵引：
a)在均匀强度下照亮所述产品的至少一个面的一(细长)部分；
b)捕捉被照亮部分的光线的图像；
c)根据限定方向相对于产品相对地移动被照亮部分和光线；
d)重复步骤a)、b)、c)；
e)收集以强度二维分布的线的图像并选择产品的段的方向，其中，如果至少一个强度的波(术语“波”意为在段的多个连续区间上局部检测到“凸起/凹陷”型的至少一个强度变化)被检测到，则所述波的局部幅度变化提供了段的平坦度的局部缺陷值。
事实上，在没有外部牵引动作的情况下，并且在产品最简单地布置在传送带或传送台上的情况下，产品不再呈现平坦度方面的固有特性，该平坦度表现为以不同内部应力从而以不同长度的段。鉴于段在物理上是并排的，因此其结果是，最长的段形成表面上可见的凸起和凹陷(例如对于产品如具有2m x 1km尺寸和2mm厚的带，这些凸起和凹陷能够达到约1cm至大于30cm长度)。显然，我们在此称为(局部)波或波动的这些效应是平坦度测量值，并且在相对于产品的金属表面倾斜并且相对于被照亮表面的显示平面双倍倾斜的照明平面下，在光反射中引起相对于理想平坦金属表面的差异。因此，已知实现了光线捕捉，并且在凸起或凹陷切断该线的情况下，所观察的线的光强度的减小或(重新)增大将被记录。用于获得这种条件的条件是线或至少被投射的光带切断光线且因而与光线不平行，其中该光线图像已被捕捉。
最后，段的方向优选地沿产品的长度而被选择，但是完全有可能将其选择为在产品上更加倾斜直到横向，以便还能够测量更多分布在金属带/板的宽度上的平坦度缺陷。本发明的能够选择被测量的段的方向的这一方面还使得能够进行适于估计产品的瓦片效应的横向缺陷的更动态的非平坦度测量，而且进行更纵向的其他非平坦度缺陷的测量，段上一个接一个被检测的纵向非平坦度缺陷的波具有可变长度(或周期)。
简单地说，在冶金线或测试工作台中，根据本发明的方法预见到，被照亮部分至少在产品的宽度上延伸并且所选段的方向沿产品的长度。该方面仅能够使产品面对照亮/显示组件(与上述步骤a)和b)相对应)行进。因此，产品和包括图像捕捉和照亮装置的组件之间的相对移动，或者是通过产品在线中行进、或者是通过用于线中静止产品的所述装置的运动来实施的。
在实践中，产品宽度上细长形状的照亮部分通过光源产生，所述光源例如简单地说是包括相对于激光源或成排照明灯行进的产品放置的至少一个光源的至少一个激光源或成排照明灯。照明(成排照明灯或点光源)和显示组件因而被布置成相对于产品的光三角测量配置。在通过产生投射到产品表面上的激光线的简单点激光源进行三角测量的情况下，用于显示被投射线的强度的矩阵摄像机上所述线的变形，提供了相对于其移动/行进平面的产品高度。因此，产品的段上所提供的所述高度允许简单快速地测量所述段上的平坦度(凸起/凹陷)。
接下来，附图和从属权利要求说明了根据本发明的方法的有利方面并介绍了能够实施所述方法的装置的实施方式。
图1：根据本发明的用于实施测量平坦度的方法的示意性装置；
图2：用于偏转辊上的测量的布置；
图3：用于偏转辊之间的测量的布置；
图4：热轧机输出端的方法的实现；
图5：测试工作台上的方法的实现；
图6：测量方法的动态的改进；以及
图7：无牵引下的金属带的平坦度的测量。
图1主要示出了用于实施测量冶金加工线的带或板形式的金属产品(1)的平坦度的方法的装置，其中所述待测量的产品默认没有外部牵引，该装置包括：
-至少一个成排照明灯(2)，其布置在产品的面附近并且照亮该面的(至少线性的)一部分；
-至少一个线性摄像机(3)用以捕捉所述部分的图像；
-传送装置(ROLL(辊))，这里是输送辊，其沿加工线中产品的移动方向(X)，以允许成排照明灯和摄像机组件在所述方向上相对于产品相对运动；
-成排照明灯和摄像机的控制模块(CTRL、COM、MOV、SYNC)，以激活和协调测量方法的步骤a)、b)、c)、d)；
-数据处理单元(MEAS)，用于处理由接收图像的摄像机提供的数据，以收集数据和推导根据测量方法的步骤e)选择的段的平坦度值。
特别地，装置包括控制模块和传送装置之间的同步单元(SYNC)。在图1中，该输送装置可以是热轧机座(或冷轧或热轧重型板材矫平机)、辊道、传送带或卷取机，所述传送装置被驱动以使产品/带/板(1)沿其纵向方向X行进。原则上，装置规定传送装置是使产品在由成排照明灯和摄像机构成的组件之前行进或者反之亦然的装置，即由成排照明灯和摄像机构成的组件相对于产品(其可以是静止的，例如在平坦支撑件上)的面平移。
为了更好地用示意图表示平坦度的测量，选择几乎相邻且沿纵向方向X平行的两个段(L1、L2)。假设第一段(L1)具有完美的平坦度(因此，该段沿方向X是直线的)并且第二段(L2)具有指示不完美平坦度的波动(在平面X，Z中的凸起/凹陷偏离)，产品(1)在此通常不在牵引下。然而，产品还可以辅助地受到图1中未示出的外部牵引。这可以通过任何线牵引装置来实现。在这种情况下，数据处理单元(MEAS)连接到施加到产品的牵引的辅助测量模块，这特别补充性地影响了所述产品的(测量的)固有牵引。如果辅助测量模块也仅测量例如较低的非平坦度值，则根据本发明的方法可以提供更广大范围的非平坦度值的测量。
因此，按照图1的根据本发明的方法呈现了由每个段(在这里是第二段(L2))中凸起和凹陷类型的定向变化产生的光强度的检测波，这引起(由线性摄像机3)测量的强度的幅度变化，其可以与具有自身平坦度值的、自身固有牵引下的每个段的长度估计相比较。在第一段(L1)的情况下，恒定的光反射(R1)到达线性摄像机(3)，并且测量的幅度沿段保持最大，而产品(1)和由成排照明灯和摄像机构成的组件处于相对移动。这不是第二段(L2)的情况，对于第二段(L2)，在相对移动期间，光反射(R2)的变化被数据处理(MEAS，连接到线性摄像机)记录，已知反射光的主要角变化并且相对于被提供用以接收产品上的照亮的直接反射(入射角度接近反射角度)的摄像机的视角范围没有保持在相同位置中。从源自光反射的角的这些光变化，凸起/凹陷类型的波因而可以被测量并且最终每个段的长度可以被估计和转换为平坦度值。
根据本发明的方法考虑到产品可以受到外部纵向牵引力。为此，所测量的段的方向还被选择为在平面X，Y中以测量针对产品的可疑非平坦度的所显示的波(瓦片效应，例如，如果取横向作为行进方向)。
在实验中，针对特别在0.1mm和至少150mm之间的可变加工线厚度而言，根据本发明的方法能够非常高效地测量待控制产品的平坦度。这就是为什么其特别适于包括带(较薄)和板(较厚)的金属产品的原因。在这方面，对于像热轧那样以冷轧制造的产品，更普遍的测量方法因而适用于像矫平那样的轧制设施的输入和/或输出端。
图2示出了辊上的测量布置，其中，根据本发明的方法考虑到针对产品横截面执行照亮(2)和图像捕捉(3)，在与产品(1)接触向上行进的偏转辊上沿其发生线之一观察所述横截面。由照亮窗帘(2)相对于通过辊的转轴、用细虚线表示的中间平面构成的角(θ2)，与由相对于所述中间平面通过的图像捕捉(3)平面构成的角(θ3)相同或接近。由于该配置，并且假设产品通过其上的偏转辊还可以是带的牵引测量辊(因此是平坦度测量器)，根据本发明的测量方法通过提高由测量辊最初测量的可测量平坦度值的域来完成平坦度测量。例如如果发现存在高度的非平坦度(例如在辊的外部表面的角扇形上产生卷取带的部分分离效应)，则这种测量的补充是一大优势，在这种情况下，用于测量牵引下平坦度的辊在该位置处不提供平坦度/牵引的相关值。因此，根据本发明的方法容易检测分离区域中的平坦度缺陷。
图3示出了与图2中测量布置相同但布置在偏转辊之间的测量布置(2，3，θ2，θ3)，其中根据本发明的方法考虑到针对产品(1)的横截面执行照亮(2)和图像捕捉(3)，而所述横截面处于两个偏转辊之间的张力下，没有对其面之一的任何支撑，特别在产品是行进中的金属带的情况下。自然地，根据冶金线配置，偏转辊的偏转接触上形成的切线平面的空间定向可以是任意的。在该配置下，并且假设行进中的带不受到针对干扰测量的过多振荡效应，可以有利地消除由辊的弯曲/磨损作用(如图2中)引起的平坦度测量的假象。应当指出，对于具有约2m×1km尺寸的产品而言，用于测量平坦度的本方法提供从厘米级至几十厘米的非平坦度值。因此，如果正确地调节带的张力，振荡可以容忍在厘米级(最小平坦度测量值)之下。
类似于图1，图4和图5分别示出了轧机输出端的根据本发明的方法的实现和测试工作台上的该方法的实现。
因此，根据本发明的方法考虑到针对产品横截面执行照亮和图像捕捉，所述横截面位于平坦横向区域上，例如称为辊道、传送带(见产品1下的一系列辊，图4)或固定支承台(B)(见图5)的一系列辊的上发生线。针对产品横截面执行照亮和图像捕捉，所述横截面位于冶金加工部例如轧机(LAM)或矫平机的输入和/或输出端，产品分别主要由冷轧或热轧金属组成。没有牵引(在轧制带的头部尚未被输出卷取机卷取时的轧制期间或矫平期间通过传送)或外部牵引(主要由输出卷取机施加)是根据产品位置完全可行的该平坦度测量，是表征适当的初始平坦度公差下的新轧制或矫平的产品的主要信息，以使得产品可以经受冶金、机械/化学或其他过程的其他下游操作，以变成高质量的最终产品。因此，以无牵引方式或非无牵引方式工作的根据本发明的方法非常适于这样的情况。同样，如果卷取机(BOB)被布置在轧机(LAM)的下游的传送输出末端，则在卷取机上卷取行进产品之前，可以在一部分行进产品上执行根据本发明的测量方法。在此，在平坦度测量过程中必须考虑卷取机的牵引。
最后，图4(以及其他附图，例如图1、图2，即使未示出)示出了根据本发明的方法作为轧机(LAM)或矫平机在工作调节器的输入数据(REG)的潜在的有利使用，其中该方法测量来自轧机或矫平机的产品的平坦度，然后发送控制指令以估计和根据强制质量标准校正来自轧机或矫平机的产品的被测量平坦度。
根据本发明的方法和如前面图1、图2、图3、图4的装置还可以容易地被实现用于测量冶金加工期间的产品的含有可逆运动(沿图1或图4上方向X从右到左)的平坦度。在这里，可以在没有或具有牵引的情况下、在轧机或矫平机内或外执行测量。
在图5中，应当指出，产品水平地布置在平坦的固定支撑件上，在平坦的固定支承上面，由成排照明灯(2)和摄像机(3)构成的组件在相对于产品平面的各自的相反入射角(θ2，θ3)下、通过平行于静止产品的检查面而循环的车纵向地或横向地移动。
原则上，图1所示的装置允许行进带的自动检查，尤其在例如与来自能够被卷取的钢带的制造的微缺陷(几微米)相反的质量控制的框架内，包括至少具有带宽度的区域上照亮的第一装置和所述区域的图像获取的第二装置。例如由专利FR 0513105充分描述了这样的装置，作为照亮装置，成排照明灯包括布置在成排照明灯宽度上的一系列发光二极管和能够产生来自高功率发光二极管并且至少穿过行进带的宽度的光帘的光学器件。图像获取装置包括至少一个摄像机(至少线性的)，该摄像机的获取速度根据带行进速度是足够快速的，以获得带部分的序列以重构完整的带图像。这两个装置具有形成称为三角测量的角并且在带上交叉的两个主光轴。通常，在成排照明灯中可以选择安装各种颜色(或波长)的二极管，并且摄像机通常是简单的黑白摄像机(灰度)，其具有用于过滤所述颜色的装置。
在本发明的情况下，检查装置，即使是模拟的，也不能用于毫米以下的测量域，即不提供金属产品的(X，Y，Z中)表面缺陷的(X，Y，Z中)地形值，而是测量强度的变化，从而测量大长度(5cm或更多)的主要段上的几厘米增量的长度部分。因此，根据本发明的方法因而是用于例如FR 0513105中的系统的不同的测量应用。由此可见，本领域的技术人员希望获得这样的系统，其能够以低成本实现两种不同的测量方法，即不仅使其测量表面的微缺陷，而且也测量更宏观的牵引缺陷，从而测量平坦度缺陷。这两种测量方法可以被间接地实现为根据图1的数据处理模块MEAS和控制模块CTRL中的计算机程序，其将充当两个微缺陷和平坦度测量算法的载体。
图6示出了根据本发明的(例如图1、图2、图3、图4、图5中描述的)测量方法的动态改进，其中，多个线性摄像机(3，3’)沿待观察的光线的横向展开(在此是产品的横向)。这还具有几个优点，包括：
–幅度/强度测量动态的增加，这是因为由摄像机测量的域更为有限，从而被更强烈地照亮/观察，这在低反光产品的情况下是相当重要的，例如受到照亮区域的更弱光反射的阴/暗产品或热轧产品；
-摄像机中强度更均匀(这是因为在此成排照明灯必须均匀地照在横向部分上)，这带来产品的边/边缘处的相当大的优势，因为反射光和可测量光分布更大。
最后，图7示出了根据图6的、借助于根据本发明的方法得到的、无牵引下的金属带的平坦度的测量的示例。所测量的金属带具有2m×1km的尺寸和2mm的厚度，图像代表2m×50m的带的部分。厘米级直到几十厘米量级的凸起/凹陷类型的波被明确地自动测量，并且使得能够观察传送带上的带的简单快速行进之后(没有牵引或至少几乎可忽略的牵引)的带的牵引或固有平坦度缺陷。用于该测量的装置是适配于如前文所述由FR 05 13105描述的系统的系统，并且与在当前市场上获取现有平坦度测量系统相比较，与该适配相关联的成本是非常小的。

Claims (18)

1.一种用于测量冶金加工线的以带或板形式的金属产品的平坦度的方法，所述方法包括以下步骤：
a)以均匀强度照亮所述产品的至少一个面的一部分；
b)捕捉被照亮部分的光线的图像；
c)沿限定方向相对于所述产品相对地移动所述被照亮部分和所述光线；
d)重复步骤a)、b)、c)；
e)收集以二维强度分布的线的图像并选择所述产品的段的方向，其中，如果所述强度的至少一个波被检测到，则所述波的局部幅度变化提供了所述段的平坦度的局部缺陷值，
其中，由引起所测量的强度的幅度变化的每个段中的一厘米直至几十厘米量级的凸起或凹陷型的定向变化而产生光强度的检测波，其能够与自身固有牵引下的、具有自身平坦度值的每个段的长度的估计相比较。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述被照亮部分至少在所述产品的宽度上延伸并且所选择的段的方向沿所述产品的长度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述产品和图像捕捉与照亮装置或者通过所述产品在线中行进、或者通过对于线中静止的产品的所述装置的运动而相对移动。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，针对所述产品的横截面执行照亮和图像捕捉，所述横截面位于平坦横向区域上。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述平坦横向区域是称为辊道、传送带或固定支承台的辊的一系列上发生线。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，针对所述产品的横截面执行照亮和图像捕捉，在偏转辊上观察所述横截面。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，针对所述产品的横截面执行照亮和图像捕捉，而所述横截面在所述产品是行进中的金属带的情况下处于两个偏转辊之间的张力下。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，针对所述产品的横截面执行照亮和图像捕捉，而所述横截面位于冶金加工部的输入和/或输出端，所述产品分别主要由冷轧或热轧金属组成。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述冶金加工部是轧机或矫平机。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述产品受到外部纵向和/或横向牵引力。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中，针对在0.1mm和至少150mm之间的可变加工线厚度，控制所述产品的平坦度。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述被照亮部分在所述产品的宽度上的形状是细长的，并且由光源生成。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述光源是包括与相对于所述源或成排照明灯行进的所述产品相对地放置的至少一个光源的至少一个激光源或成排照明灯。
14.一种用于实现如前述权利要求之一所述的用于控制金属产品(1)的平坦度的方法的装置，所述装置包括：
-至少一个成排照明灯(2)，其被布置在所述产品的面的附近并且照亮该面的一部分；
-至少一个线性摄像机(3)，其用于捕捉所述部分的图像；
-传送装置(ROLL)，其沿加工线中的所述产品的移动方向(X)，使得所述成排照明灯和所述摄像机的组件在所述方向上相对于所述产品相对运动；
-所述成排照明灯和所述摄像机的控制模块(CTRL、COM、MOV、SYNC)；
-数据处理单元(MEAS)，其用于处理由接收图像的所述摄像机提供的数据，以收集该数据并推导所选择的段的平坦度值。
15.如权利要求14所述的装置，包括所述控制模块和所述传送装置之间的同步单元(SYNC)。
16.如权利要求14或15所述的装置，所述装置的数据处理单元(MEAS)连接到用于除所述产品的固有牵引之外还测量施加到所述产品的牵引的模块。
17.如权利要求14或15所述的装置，其中，所述传送装置是使所述产品在由所述成排照明灯和所述摄像机构成的组件之前行进或者反之亦然的装置。
18.如前述权利要求1至11中任一项所述的方法作为轧机或矫平机的工作调节器的输入数据(REG)的应用，其中，所述方法测量来自所述轧机或所述矫平机的产品的平坦度，然后发送控制指令以估计和校正来自所述轧机或所述矫平机的产品的所测量的平坦度。
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