CN110017784B - 一种卷曲钢卷端部在线质检装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷曲钢卷端部在线质检装置，通过测距传感器对卷曲钢卷相应端部的两侧进行实时测厚，通过钢卷端面检测装置对卷曲钢卷相应端面进行实时图像采集，通过图像信息自动处理装置，实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面缺陷的位置，并判别缺陷类型。本发明还公开了一种在线质检方法。本发明不仅可以提供准确的带钢长度，还能分析带钢厚度变化趋势，大大提高了对于边部缺陷识别的准确率，对于后期的图像处理，找边，以及缺陷的识别的难度大大降低。

Description

一种卷曲钢卷端部在线质检装置和方法

技术领域

本发明涉及钢卷质检技术，更具体地是指一种卷曲钢卷端部在线质检装置和方法。

背景技术

带钢端面形貌对于带钢生产企业而言，非常重要，处置不当，轻微损失影响带钢表面质量，严重损失则造成带钢表面撕裂，发生断带。如冷轧产线会产生引起断带或者无法上料的缺陷：边损、边裂、头叠、松卷。又如热轧产线检测的各种缺陷：边损、边裂、头叠、毛刺、松卷、轧破等。这些缺陷均在带钢端部带钢边缘有较为突出的3维形貌变化，但是质检人员一直缺乏直接有效的手段来进行检查。通常的做法在带钢生产完后，形成带钢钢卷，质检人员通过观察钢卷边部情况，观察钢卷边部整齐程度，同时，对于切边料，通过放大镜等手段观察切边线是否正常，以及切边后的带钢端面边线与切边线距离是否稳定等。这样的检测方法和手段需要耗费大量的人工同时结果往往受限于工人的主观性。此外，也有在形成带钢钢卷后，单纯采用机器视觉方法进行检测，但是这种检测，受限于环境，且需要同时采用6-8个相机进行移动拍摄，再进行图像组合，最为关键的是，由于多台相机成像，每张照片带钢角度不一致，判断带钢即找边都存在很大的问题，同时带钢钢卷的本身特征，带钢钢卷端面反光情况严重，这对于后期图像识别增加了很大难度，对于3D相机也并不能很好的解决这一问题，由此导致过检率大大增加，使得现场应用工人还需再次进行人工确认，工作量并没有减轻多少。

发明内容

本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种卷曲钢卷端部在线质检装置和方法，能够及时有效的发现带钢端面形貌异常，通知生产者改进工艺参数，避免批量缺陷产生，同时可以精确计算带钢长度，提供带钢厚度信息为现场及下游客户提供更为精准的质量数据。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一方面，一种卷曲钢卷端部在线质检装置，包括：

沿钢卷径向布置在钢卷两端侧的一对径向平移导轨；

沿钢卷轴向布置在钢卷两身侧的一对轴向平移导轨；

分别布置于两轴向平移导轨上的两组各一对的高精度测距传感器，每一对测距传感器对卷曲钢卷相应端部的两侧进行实时测厚；

布置于两径向平移导轨上的两组钢卷端面检测装置，每组钢卷端面检测装置包括一面扫描图像传感器和一光源，用以对卷曲钢卷相应端面进行实时图像采集；

图像信息自动处理装置，实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面缺陷的位置，并判别缺陷类型。

所述的高精度测距传感器为纳米级光梳测距传感器。

所述的每一对高精度测距传感器呈错位设置，该错位为沿钢卷轴向偏差2mm。

另一方面，一种卷曲钢卷端部在线质检装置的质检方法，其通过两组高精度测距传感器实时对卷曲钢卷的两端进行实时测厚；通过两组钢卷端面检测装置对卷曲钢卷的两端面进行实时成像采集；通过图像信息自动处理装置实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面缺陷的位置，并判别缺陷类型。

根据卷曲钢卷尺寸，通过径向平移导轨和轴向平移导轨分别调整钢卷端面检测装置和高精度测距传感器的位置。

将每一对高精度测距传感器进行沿钢卷轴向偏差2mm的错位设置。在本发明的上述技术方案中，采用本发明的一种卷曲钢卷端部在线质检装置和方法具有以下几个优点：

1、一个钢卷端面仅用一台相机即可完成缺陷成像，同时，成像位置为同一个地方，对于边部缺陷实时发现，实时检测，对于后期的图像处理，找边，以及缺陷的识别的难度大大降低。

2、用纳米级光梳测距传感器辅助检测，不仅可以提供准确的带钢长度，还能分析带钢厚度变化趋势，而且大大提高了对于边部缺陷识别的准确率。

3、结合高精度光梳技术和机器视觉技术，可以有效的检测带钢端面形貌状态，实现对带钢端面缺陷的全面在线检测。

附图说明

图1是本发明的卷曲钢卷端部在线质检装置的使用状态俯视示意图；

图2是本发明的高精度测距传感器在检测B-B’端面的原理示意图；

图3是本发明的高精度测距传感器在检测A-A’端面的原理示意图；

图4是本发明的在线质检方法的具体流程框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的一种卷曲钢卷端部在线质检装置，包括：沿钢卷1径向布置在钢卷1两端侧的一对径向平移导轨2；沿钢卷1轴向布置在钢卷1两身侧的一对轴向平移导轨3；分别布置于两轴向平移导轨3上的两组各一对的高精度测距传感器4，每一对测距传感器对卷曲钢卷1相应端部的两侧进行实时测厚；布置于两径向平移导轨2上的两组钢卷端面检测装置，每组钢卷端面检测装置包括一面扫描图像传感器5(如面阵相机)和一光源6，用以对卷曲钢卷1相应端面11进行实时图像采集；图像信息自动处理装置(图中未示出)，实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面11缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面11缺陷的位置，并判别缺陷类型。

作为一个实施例，所述的高精度测距传感器4可采用纳米级光梳测距传感器，当然也可以采用其它高精度的测距传感器。光梳是时频域特性都得到精密控制的锁模脉冲激光，其最显著的特点是频域当中每根梳齿的绝对位置都非常恒定，因而能够作为频率标准来精密测量时间或者距离。其原理是通过调节脉冲重复率，使两个脉冲重叠相干干涉进行绝对距离测量。通过结合低相干脉冲干涉法控制脉冲重复频率达到非模糊度极大扩展的飞行时间测量新概念，计算显示该技术在绝对距离测量方面具有无限的潜力，原则上可以测量任意长的绝对距离，而且测量精度可以达到纳米量级。因此，采用光梳作为光源6用于测距，能极大的提高测量精度，进而获得更精确的表面形貌数据，对钢材表面的微小缺陷，裂纹等也都具有很好的检测效果。通过高精度的光梳测距传感器可以得到实时带钢厚度，带钢卷曲的速度，通过计算还可以的到带钢卷曲长度。同时，在本发明中由于钢卷在卷曲过程中会出现前后方向的偏差，即表面颗粒度较大，所以选用的是对钢卷端面检测效果较好的面扫描图像传感器5在带钢钢卷两侧端面进行实时图像采集，获取带钢端面的图像信息，根据带钢卷曲厚度异常提示结合图像信息，可以给出带钢端面完整的质量情况。

以待测钢卷的B-B’端面为例，如图2所示，对在正在卷曲的带钢钢卷两端进行高精度测速、测距，当带钢绕过第n-1圈的时候，带钢经过b₃点处经过高精度测距传感器4可以得到实时卷径为ob₃＝r_n-1,当带钢绕过第n圈的时候，带钢经过b₄点处经过高精度测距传感器4可以得到实时卷径为ob₄＝r_n，并且可以得到Δr＝r_n-r_n-1,即可得到实时带钢卷曲厚度，即带钢厚度与带钢间距之和的数值，同样在经过a₁，a₂点时候如图3所示，同样可以记录对应的Δr”＝r”_n-r”_n-1，因为带钢随辊子转动，每一个传感器都会实时随着带钢转动监测其卷径的变化，由于传感器交错排列，故这样在带钢卷曲一周，带钢钢卷两个端部都可以同时记录两端的卷径信息，实时计算卷径信息并进行比对，当带钢旋转一周时，还可以进行钢卷两端卷径信息的比较，可以得到三点即ob₃，ob₄，oa₂的实时卷径信息，同时结合计算卷径，如公式(1)进行异常分析，先三点对比，即，ob₄-ob₃，ob₄-oa₂，两个值先比较，然后再与计算卷径对比即D_n/2-ob₄，D_n-1/2-ob₃，D_n-1/2-oa₂，这三个值对比，若有任何一个值偏差超过Δr，(D_n，为公式(1)计算得到的第n圈实施带钢卷曲直径，D_n-1，为公式(1)计算得到的第n-1圈实施带钢卷曲直径，)需对带钢厚度信息进行进一步对比，对已知钢卷厚度信息和已经测到的带钢厚度的信息进行对比，可以判断带钢的厚度变化，一旦有异常变化，将意味着带钢端部会出现缺陷，此时结合带钢端部的图像传感器采集的信息，和厚度信息，可以很容易进行实时带钢钢卷端部缺陷的识别和精准分类。

式中：D为卷径

V为测速仪线速度

i为卷取机齿轮箱传动比

n为卷曲机的转速

由于光梳测距传感器的高精度，可以十分精准的检测带钢厚度，发现厚度的变化从而反应断面质量情况。此外，高精度的测速能很大程度上消除异常变化，包括加减速时的打滑和断带产生的影响。同时，当卷径计算变大或变小的幅度大于定值时，可发出报警指示信号。

本发明的卷曲钢卷端部在线质检装置还有一个自动标定和定位的功能，即在钢卷两端的A-A’面和B-B’面，各设有一对高精度测距传感器4，由于钢卷在卷曲过程中可能会出现A-B方向偏差，故在端部两侧并以带钢边部为中心线，安装高精度测距传感器4，以防止卷曲钢卷跑偏没有检测到边部缺陷，标定的过程如下：已知未上卷的带钢，通过生产系统获取待上卷带钢的宽度基本信息，将产生信号传递给电机执行单元，驱动导轨运动，调节钢卷两端的高精度测距传感器4，使每一对高精度测距传感器4呈错位设置且该错位为沿钢卷轴向偏差2mm。这样可以保证，A-B侧与A’-B’侧均至少有一个高精度测距传感器4对准带钢边部±2mm范围内，以便保证测距传感器对准的精度和检测精度。

另外，在带钢卷曲的过程中，图像信息自动处理装置在获取面扫描图像传感器5实时拍摄的卷曲图像，并且分析边部缺陷情况，同时根据高精度测距传感器4提供的数据，得到端部缺陷的位置，判别缺陷类型，在带钢卷曲完毕后，重构带钢钢卷完成图像并标注缺陷位置，然后进行取端面线条特征，检查是否存在端面破损等状态。

结合图4所示，冷轧产线主要用于会引起断带或者无法上料的缺陷：边损、边裂、头叠、松卷。以头叠和边裂缺陷为例，具体介绍一下本发明的在线质检方法：

通过生产信息系统获取待卷曲带钢信息，获得带钢宽度，自动调整钢卷两侧的四个纳米级光梳测距传感器，保证该传感器在带钢钢卷边部。

带钢卷曲开始，纳米级光梳测距传感器分别在带钢两边进行钢卷端部测距，启动面扫描图像传感器5实时进行钢卷边部图像的采集，并且随着钢卷卷径的增大，向卷径增大方向移动。

通过测距数据和生产信息的带钢厚度参数进行实时比对，当出现差异时进行报警，同时记录当时的图像信息，包括卷径，与该卷径起始点的角度，以便图像重构时进行缺陷的标注。

当出现头叠缺陷的时候，会出现旋转不到一周情况，卷径变化，根据测速传感器实时钢卷信息后可以判断头叠缺陷出现，经判断后，在信息系统中记录卷径由于头叠缺陷导致卷径每一周会有相差一个带钢厚度。以此为基础再进行卷径异常判断其他缺陷。

当出现边裂时，实时卷径会连续异常变大，结合图像信息，进一步识别缺陷类别，并且报警提示。根据实际检测的缺陷位置，和测速传感器给出的速度和卷径参数，可以计算得到，该缺陷位于钢卷半径r_n及角度位置θ，以及带钢长度方向上的位置，便于复查。

待钢卷卷曲完成，结合测距仪和图像信息，记录各个缺陷的位置，并且根据采集信息图像进行，钢卷端面的图像重构，完成整张的钢卷端部的图像，以便于现场质检人员直观查看，点击具体缺陷，即为实时监测的边部缺陷的图像。

最终完成检测后能够给出该卷带钢端面的缺陷情况，在卷径的位置，在开卷带钢长度的位置，缺陷的类别，整卷带钢厚度变化的曲线分布图等信息。

综上所述，本发明填补了带钢卷曲端面在线检测领域的空白，使得带钢端面在线检测成为现实，对带钢端面关注的产线，特别是切边产线，作用尤为明显，具有较好的推广应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种卷曲钢卷端部在线质检装置，其特征在于，包括：

沿钢卷径向布置在钢卷两端侧的一对径向平移导轨；

沿钢卷轴向布置在钢卷两身侧的一对轴向平移导轨；

分别布置于两轴向平移导轨上的两组各一对的高精度测距传感器，每一对测距传感器对卷曲钢卷相应端部的两侧进行实时测厚；

布置于两径向平移导轨上的两组钢卷端面检测装置，每组钢卷端面检测装置包括一面扫描图像传感器和一光源，用以对卷曲钢卷相应端面进行实时图像采集；

图像信息自动处理装置，实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面缺陷的位置，并判别缺陷类型，

所述的每一对高精度测距传感器呈错位设置，该错位为沿钢卷轴向偏差2mm，用于自动标定和定位钢卷端部。

2.如权利要求1所述的一种卷曲钢卷端部在线质检装置，其特征在于：所述的高精度测距传感器为纳米级光梳测距传感器。

3.一种用于如权利要求1所述的一种卷曲钢卷端部在线质检装置的质检方法，其特征在于：

通过两组高精度测距传感器实时对卷曲钢卷的两端进行实时测厚；通过两组钢卷端面检测装置对卷曲钢卷的两端面进行实时成像采集；通过图像信息自动处理装置实时接收钢卷端面检测装置输出的图像信息以获得带钢端面缺陷，并结合由实测厚数据得到的带钢卷曲厚度异常情况，以此获得带钢端面缺陷的位置，并判别缺陷类型，

将每一对高精度测距传感器进行沿钢卷轴向偏差2mm的错位设置。

4.如权利要求3所述的质检方法，其特征在于：根据卷曲钢卷尺寸，通过径向平移导轨和轴向平移导轨分别调整钢卷端面检测装置和高精度测距传感器的位置。

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