CN112255243B - 一种连铸方坯成品表面质量便携式检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连铸方坯成品表面质量的便携式检测装置，机身底部设有滚轮，机身顶部前端设有激光发射器，机身底部前端设有摄像头，机身内设有处理器；所述激光发射器的激光头垂直朝下，激光头发射的是横向的扇形激光；所述滚轮上设有角度传感器，角度传感器和摄像头均与处理器电信号连接；本发明还提供了一种方坯成品表面质量检测方法，将本发明检测装置放置在方坯上表面并沿方坯移动，摄像头获取激光发射器照射在方坯上表面的光带图像，其中裂纹处的光带将出现相应凹陷，处理器依据前后多张光带图，得到方坯表面裂纹情况，并结合相关标准，做出评级。本发明检测装置便于携带，为临时性现场抽检提供快速且准确的评价数据。

Description

一种连铸方坯成品表面质量便携式检测装置和检测方法

技术领域

本发明属于连铸坯质检领域，具体涉及一种连铸方坯成品表面质量的便携式检测装置和检测方法。

背景技术

钢坯是由炼钢炉炼制后经铸造成型，并用于后续锻造、轧制等加工的钢材半成品，根据制造工艺的不同，可分为模铸和连铸，其中连铸为使用连铸设备连续不间断的对钢水进行持续冷却成型铸造，并且根据钢坯外形可分为板坯、方坯等。

连铸方坯的表面质量对于后续轧制等加工工序的质量有直接影响，因此有必要对连铸方坯表面质量进行检测，例如中国钢铁行业标准《YB/T-4002-2013》中也根据各种表面缺陷情况，对连铸坯表面质量进行了分级，不同级别的表面质量对于后续加工影响程度不同。

目前连铸坯的表面质量检测装置，大多是集成在连铸生产设备中，主要关注的是对连铸坯刚从结晶器内铸造成型下料时的检测；需要检查完全降温冷却后，例如堆放在仓库中的库存品时，现有手段仍然是通过人工直接目视检查，缺乏高效便携的检测工具以及检测手段。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种连铸方坯成品表面质量便携式检测装置和检测方法，解决随时随地的对于方坯成品高效且相对准确的检测问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种连铸方坯成品表面质量便携式检测装置，机身底部设有滚轮，机身顶部前端设有激光发射器，机身底部前端设有摄像头，机身内设有处理器；所述激光发射器的激光头垂直朝下，激光头发射横向扇形激光；所述滚轮上设有角度传感器，角度传感器和摄像头均与处理器电信号连接；

进一步地，机身两侧对称的设有一对横夹部件，横夹部件末端设有横夹轮。

进一步地，所述横夹部件还包括大臂和L形结构的小臂，大臂设有伸缩结构，大臂根部铰接于机身侧面，小臂连接在大臂头部，小臂设有纵向的伸缩结构；所述横夹轮连接在小臂末端。

进一步地，所述大臂的伸缩结构上设有弹簧。

进一步地，所述激光发射器还包括支撑臂，支撑臂根部铰接于机身顶部前端，所述激光头铰接于支撑臂的头部。

进一步地，机身顶部设有操作面板。

进一步地，机身底部尾端设有颜料喷头，颜料喷头与处理器电信号连接。

一种利用上述装置的连铸方坯表面质量检测方法，所述检测装置放置在方坯上表面并沿方坯移动，激光发射器向下照射扇形激光，从而在方坯上表面形成光带，处理器根据角度传感器获取的滚轮的转动角度信息，每隔α角，控制摄像头拍照获取光带图，当方坯表面存在裂纹时，光带图中相应位置将出现凹陷，处理器对光带图处理后得到裂纹信息；

处理器对光带图的处理过程为：

处理器将多个光带图按照拍摄前后顺序置于xyz三轴立体坐标系中，其中xy平面等分为2n*2m个区块点，处理器记录光带所占据的各个区块点坐标(x，y)，根据记录的区块点最大横坐标与最小横坐标之间的差值得到方坯宽度情况，根据区块点的纵坐标值得到凹陷情况，并沿z轴方向将前后相对应的凹陷串连，得到裂纹信息；处理器依据α角对应的相邻两光带图前后间距，以及xy平面内相邻区块点间隔值对应的实际长度，计算出实际的方坯宽度、方坯表面裂纹深度、裂纹长度、裂纹角度方向以及裂纹位置。

进一步地，处理器根据处理得到方坯表面裂纹信息，依照国家或行业标准，为方坯表面质量评级。

进一步地，处理器实时处理摄像头传输来的光带图，在得到方坯宽度情况后，删去所有除凹陷以外的区块点坐标数据；处理器将凹陷串连，得到裂纹信息后，删除凹陷处区块点坐标数据。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种便携式的方坯表面质量检测装置，使用简单快捷，提高临时抽检时的检测效率以及准确性，并且本发明检测装置上各部件具有翻折收纳结构，可使监测装置变换为外形体积更简洁小巧的收纳状态，利于携带；特别适用于采购或来料等情况下的现场临时抽检工作。

(2)本发明通过激光带，得到方坯表面横断面的凹陷情况，再由前后多张光带图串联得到实际的裂纹数据，利用此方法获取裂纹信息，相比于传统的直接对方坯表面拍照获取裂纹图像方法，可使检测装置更贴近于方坯，从而减小检测装置的高度和体积。

(3)本发明通过将平面等分成多个区块点，并将光带转换为所占据的多个区块点坐标数据，由此方法实现光带图像信息的数字化转换；处理器实时处理由摄像头获取的光带图像，在得到相应信息数据后，及时清理无用的区块点坐标数据；由此减小处理器的资源占用情况，提高处理效率。

(4)本发明在得到裂纹信息后，进一步依据国家或行业标准，对被检测的方坯表面质量评级，以此为检测人员提供更为简洁但有效的评价数据。

(5)本发明通过在检测装置尾端设置颜料喷头，可及时对检测出的裂纹严重部位喷涂荧光颜料，为检测人员快速找到方坯表面缺陷部位提供便利。

附图说明

图1为本发明检测装置的结构图；

图2为本发明检测装置的仰视图；

图3为本发明检测装置的状态变换图；

图4为本发明检测装置的收纳状态图；

图5为本发明检测装置的工作状态示意图；

图6为本发明光带图处理状态示意图；

图7为本发明光带图平面处理示意图；

附图标记：1.机身、2.滚轮、3.横夹部件、31.大臂、32.小臂、33.横夹轮、4.操作面板、5.激光发射器、51.支撑臂、52.激光头、6.摄像头、7.颜料喷头、8.光带。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示的便携式检测装置，图示右侧为本装置的前部以及运动的前进方向，长方体的机身1底部设有两对滚轮2；机身1两侧活动连接有一对横夹部件3，两横夹部件3呈镜像对称设置，横夹部件3包括大臂31、小臂32和横夹轮33，所述大臂31设有横向的伸缩结构，且伸缩结构上设有弹簧，大臂31伸长时，弹簧产生将大臂31回拉的弹力，大臂31根部铰接于机身1侧面，大臂31可绕铰接轴水平方向转动，大臂31头部连接小臂32，所述小臂32为L形结构，小臂32L形的纵向部分设有伸缩结构，所述横夹轮33固定在小臂32L形的横向部分末端，且横夹轮33轮面的滚动方向为水平方向；机身1顶部设有操作面板4，操作面板4表面设有按钮及显示屏，操作面板4内部设有处理器；机身1顶部还活动连接有激光发射器5，激光发射器5包括支撑臂51和激光头52，支撑臂51根部铰接于机身1顶部的前端，支撑臂51可绕铰接轴竖直方向转动，激光头52铰接于支撑臂51的头部，激光头52可绕铰接轴竖直方向转动，支撑臂51以及激光头52的铰接轴处均设有限位块，限位块起限制及定位作用；机身1底部前端设有摄像头6，机身底部尾端设有颜料喷头7。长方体的机身1还设有与横夹部件3、激光发射器5收纳后相匹配的凹槽。

机身1内部设有电池与电机，电机的输出轴与机身1底部的滚轮2连接，用于驱动滚轮2转动，滚轮2上设有角度传感器，所述电机、角度传感器、摄像头6和颜料喷头7均与操作面板4内处理器电信号连接；电池为操作面板4、电机、角度传感器、激光发射器5、摄像头6和颜料喷头7供电。

本发明便携式检测装置具有展开与收纳两种变换状态。

图1和图2所示为展开状态，此状态下，机身1两侧铰接的大臂31水平拉出，并与机身1侧壁垂直，大臂31向外拉伸延长，小臂32向下拉伸延长；机身顶部铰接的支撑臂51背向机身1转动翻折伸出，并由限位块固定于机身1前端斜上方，激光头52背向支撑臂51转动翻折伸出，并由限位块固定垂直朝下。

如图3所示，按图中各箭头方向，将小臂32向上回拉，大臂31向内侧缩短并沿根部转轴向机身1侧壁转动至平齐，支撑臂51朝向机身1翻折至与机身1顶部平齐，激光头52朝向支撑臂51翻折至与支撑臂51平齐。通过上述步骤，将检测装置由展开状态变换为收纳状态，图4所示为本发明检测装置的收纳状态。

本发明的检测方法及原理为：

如图5所示，将检测装置调成展开状态后，放置于方坯一端的上表面，并且检测装置前端朝向方坯另一端，检测装置两侧的横夹轮33横向夹持于方坯侧壁；打开激光发射器5，激光发射器5发射扇形激光，激光照射在方坯上表面，形成横向的光带8；启动检测装置，电机带动滚轮2转动，从而驱动检测装置沿方坯表面前进，角度传感器将滚轮2的转动角度信息实时传输给处理器，通过操作面板4设定，每当滚轮2转过角度值α后，即相当于每当检测装置前移相应的一段距离后，处理器控制摄像头6拍照获取光带图像，并接收光带图像进行分析处理。

如图6和图7所示，处理器将摄像头6获取的多张光带图像置入一个xyz三轴立体坐标系中，其中将xy轴组成的平面，等分成2n*2m个区块点，处理器记录光带所占据的各个区块点坐标(x，y)，以此方式实现对光带信息的数字化转换并记录存储；当方坯表面存在裂纹时，在裂纹处，光带将形成相应的凹陷，根据记录的区块点最大横坐标与最小横坐标之间的差值，即光带x轴方向长度，可得出当前光带所在方坯横断面的宽度情况，根据区块点的纵坐标值可反映当前光带所在方坯横断面的凹陷情况；将多个光带图按拍摄的前后顺序沿z轴排列，由此方式，将光带沿z轴方向串连成面，其中前后相对应的凹陷串连后，可反映为方坯表面的裂纹情况；处理器根据设定的α角度的大小，换算出相邻两张光带图的前后间距，再根据xy轴平面内相邻区块点的间隔值对应的实际长度大小，计算出实际的方坯的宽度、裂纹深度、裂纹长度、裂纹角度方向和裂纹所在位置。

处理器根据记录的裂纹长度、稀疏情况等方坯表面裂纹分布信息，依照国家或行业对于表面质量的分级标准，对被检测的方坯进行评级。

为避免存储或处理的数据量爆炸，处理器实时处理摄像头6传输的光带图像，对于每张图中光带所占据的区块点，依据纵坐标分类，其中包含最多区块点的纵坐标所在z轴平面将被判定为方坯的基准面，例如图7所示的纵坐标“1”，处理器在记录方坯宽度数据后，删去所有位于基准面的区块点坐标数据，剩余的均为光带凹陷处的区块点；处理器根据剩余的区块点坐标，将前后光带图内的凹陷串连，得到方坯表面裂纹数据，并记录下裂纹的长度、裂纹方向角度和裂纹起点坐标后，删除剩余区块点坐标数据；之后处理器将各个裂纹信息结合，得到方坯表面总的裂纹分布情况。

本发明检测装置还具有标记功能，通过操作面板4设定，处理器依据判定的方坯表面质量级别，控制颜料喷头7在相应级别的裂纹部位喷涂荧光颜料，例如设定在大于二级裂纹的部位喷涂颜料，为现场检查人员找到相应部位提供便利。

当检测装置在方坯上移动至边缘时，激光发射器5照射的激光超出方坯表面，此时摄像头6将无法拍摄到光带8，处理器在检测到没有光带图像后，控制电机先停止再反转，使检测装置返向移动至出发位置，操作人员在出发位置等待检测装置返回后，拾起并通过操作面板4读取到方坯表面质量的检测信息。

本发明检测装置体积小、操作简便、便于携带，特别适用于采购方坯时以及收货入库时的临时抽检工作；并且依据处理器内部存储的相关标准，第一时间得出方坯初步的表面质量评级信息，从而为检测人员提供准确的评价依据。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种连铸方坯成品表面质量便携式检测装置，其特征在于：机身(1)底部设有滚轮(2)，机身(1)顶部前端设有激光发射器(5)，机身(1)底部前端设有摄像头(6)，机身(1)内设有处理器；所述激光发射器(5)的激光头(52)垂直朝下，激光头(52)发射横向扇形激光，所述激光发射器(5)还包括支撑臂(51)，支撑臂(51)根部铰接于机身(1)顶部前端，所述激光头(52)铰接于支撑臂(51)的头部；所述滚轮(2)上设有角度传感器，角度传感器和摄像头(6)均与处理器电信号连接；机身(1)两侧对称的设有一对横夹部件(3)，横夹部件(3)末端设有横夹轮(33)；所述横夹部件(3)还包括大臂(31)和L形结构的小臂(32)，大臂(31)设有伸缩结构，伸缩结构上设有弹簧，大臂(31)根部铰接于机身(1)侧面，小臂(32)连接在大臂(31)头部，小臂(32)设有纵向的伸缩结构；所述横夹轮(33)连接在小臂(32)末端；机身(1)顶部设有操作面板(4)，机身(1)底部尾端设有颜料喷头(7)，颜料喷头(7)与处理器电信号连接。

2.一种利用权利要求1所述装置的连铸方坯表面质量检测方法，其特征在于：所述检测装置放置在方坯上表面并沿方坯移动，激光发射器(5)向下照射扇形激光，从而在方坯上表面形成光带(8)，处理器根据角度传感器获取的滚轮(2)的转动角度信息，每隔α角，控制摄像头(6)拍照获取光带图，当方坯表面存在裂纹时，光带图中相应位置将出现凹陷，处理器对光带图处理后得到裂纹信息；

处理器对光带图的处理过程为：

处理器将多个光带图按照拍摄前后顺序置于xyz三轴立体坐标系中，其中xy平面等分为2n*2m个区块点，处理器记录光带所占据的各个区块点坐标(x，y)，根据记录的区块点最大横坐标与最小横坐标之间的差值得到方坯宽度情况，根据区块点的纵坐标值得到凹陷情况，并沿z轴方向将前后相对应的凹陷串连，得到裂纹信息；处理器依据α角对应的相邻两光带图前后间距，以及xy平面内相邻区块点间隔值对应的实际长度，计算出实际的方坯宽度、方坯表面裂纹深度、裂纹长度、裂纹角度方向以及裂纹位置。

3.根据权利要求2所述的连铸方坯表面质量检测方法，其特征在于：处理器根据处理得到方坯表面裂纹信息，依照国家或行业标准，为方坯表面质量评级。

4.根据权利要求2所述的连铸方坯表面质量检测方法，其特征在于：处理器实时处理摄像头(6)传输来的光带图，在得到方坯宽度情况后，删去所有除凹陷以外的区块点坐标数据；处理器将凹陷串连，得到裂纹信息后，删除凹陷处区块点坐标数据。

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