CN115090695A - 基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轧钢自动化控制技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法，该方法首先通过安装在机架顶端的两台摄像单元对带钢进行检测，运用亚像素边缘检测算法获取带钢的实时跑偏量；然后通过反弯识别算法判定带钢在前一机架是否存在反弯；最后根据不同的反弯情况，对调节量值进行修正，并分别下发给各个精轧机，从而提高带钢在抛尾过程中的轧制稳定性。本发明的有益效果如下：由于采用上述方法，有效的地避免了由于自动化控制中下发延迟造成调节反向的问题，大大地提高了纠偏自动化控制系统调节的准确性，减少了由于跑偏造成的烂尾事故的发生。

Description

基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法

技术领域

本发明涉及轧钢自动化技术领域，特别是指一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法。

背景技术

目前，随着我国制造业和轻工业的快速发展以及中国制造2025规划的提出，而在制造业中自动化控制又是十分重要，在板形的自动化控制技术也成为板带材生产的核心技术之一，是各国轧钢行业研究的又一热点问题。而板带材产品作为不可缺少的一种原材料，其应用于工业、农业、商业、制造业等各个领域，如汽车制造、农具机械、电子产品、食品包装以及仪器装备等，为我们的工作与生活提供了巨大的便捷。

但是在板带在轧制过程中，由于生产工艺技术、设备的自动化控制精度、生产操作能力等方面存在着不同程度的缺陷，使轧件无法保持稳定，发生左右跑偏、甩尾和头部上翘或下扣等现象，造成左右刮框以至引起缠辊，损坏设备，产生轧费等事故，轻者也会导致轧件输送困难、降低成材率的后果。同时，轧制生产过程的轧件伴随着非对称板形缺陷问题，其不仅影响最终产品质量，同时更是影响生产稳定性的主要因素。对于热连轧来说，对称板形的控制模型和控制系统已基本满足要求，其自动化水平和控制的精度已达到较高的水平。但是对于非对称板形缺陷，其诱发原因主要是轧机和轧件的非对称因素引起的，例如轧件楔形、轧件中心线偏移、轧机刚度差和轧件横向温度差等。诱发因素繁多复杂，所以导致控制模型较难建立，目前仍没有相对成熟的在线的自动化控制系统，其控制过程主要依赖于操作工人的主观判断与个人经验，存在很大的偏差与不稳定性。跑偏过程非常复杂，这种经验调平控制方法既依赖现场工作人员的经验，又缺乏准确性，因此需要对带钢跑偏现象进行更深入的研究。

现在的自动化控制技术中对于带钢跑偏的方法，多采用依据安装在活套器上对带钢张力进行检测后进行调平的差压活套技术，投资大且控制效果差，不能满足实际需求，因而不适合带钢尾部的连续控制。

发明内容

本发明提供一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法，该控制方法包括步骤如下：

S1）实时采集各个精轧机架间带钢的数据，分析处理后得到带钢的实时跑偏量；

S2）根据S1）得到的实时跑偏量利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数（是指尾部曲线中拐点的个数）；

S3）根据S2）得到反弯个数，对调节量进行调整修正，并分别下发给各个精轧机。

进一步，所述S1）具体步骤为：

S1.1）先使用两台摄像单元同时采集同一位置的带钢图像，

S1.2）采用亚像素边缘检测算法对图像边缘检测，得到带钢相对于轧制中心线的实时跑偏量；具体的计算公式如下所示：

式中，D为实时跑偏量；H为两台摄像单元光心距离标定平面的长度，单位为mm；

_、

分别为两台摄像单元的光轴与标定平面的交点至带钢在标定平面投影边缘的距离，单位为mm；

α、β分别为两台摄像单元外部参数，表征两台摄像单元光轴相对于竖直平面的倾斜角度，单位为°，通过标定获得；

f为相机焦距，通过标定获得，单位为mm；

L _minus为在标定平面内，两台摄像单元光轴与轧制中心线距离的差值，通过标定获得，单位为mm。

进一步，所述摄像单元为双目线阵相机。

进一步，所述S2的具体步骤为：

S2.1)将S1）得到的实时跑偏量进行拟合，得到拟合曲线；

S2.2）将拟合曲线上相邻的实时跑偏量数据点后一个减前一个的所得的差值作为第一层反弯判断数据；

S2.3）如果S2.2）得到第一层反弯判断数据大于0则赋值为+1，小于0则赋值为-1，等于0则赋值为0，分别得到赋值的数据；

S2.4）将S2.3）得到赋值的数据中相邻数据后一个减前一个所得的差值作为第二层反弯判断数据；

S2.5）将S2.4)得到第二层反弯判断数据中为±2数据对应的数据索引值和跑偏数值取出，分别作差，得到索引差值和跑偏差值，当满足反弯判断条件时，认为存在反弯，否则不存在反弯。

进一步，所述S2.5)中的反弯判断条件为：

当索引差值大于10，且对应的跑偏差值超过±5时，认定为反弯。

进一步，所述S2.5)中的索引差值和跑偏差值根据试错法进行确定。

试错法具体为通过不断更改索引差值和跑偏差值，得到不同拐点数目，直到所获拐点数目为实际数目且保持较高精度为止。

进一步，所述S3）的具体步骤为：

S3.1) 根据S2给出的反弯数据，对调节量值进行修正处理，

S3.2）再根据S3.1）的结果分别确认上游机架和下游机架修正方式，并下发。

进一步，所述S3.1）具体为：

当不存在反弯时，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，

为调节量下发值；

为下发增益系数，取值范围为1.1-1.5；

为调节量计算值，由跑偏计算得到；

当存在一个反弯，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，P为下发衰减系数，取值范围为1.1-1.5；N为跑偏拐点的个数，N＞1；

当存在两个及以上的反弯拐点时，则调节量通过以下公式求出：

。

进一步，所述S3.2）中上游机架的跑偏调节计算方式为：采取预控+跑偏混合调节，具体如下：

，

式中，

为因立辊压力差引起的辊缝调整量；

为因跑偏引起的辊缝调整量；n _{F1E_i} 为Fi机架立辊压力差权重系数，无量纲；K _F1E 为立辊压力差影响系数，单位为mm/KN；△F为立辊压力差，从PLC通讯得到，单位为KN；K _{i_dev} 为Fi机架跑偏调控功效系数，无量纲；

D _i 为Fi机架跑偏差值，从服务器通讯获取，单位为mm；

所述下游机架的跑偏调节计算方式为：采取跑偏联合调节,具体如下：

，

式中，

为Fj机架对Fi机架的跑偏调节辊缝调整量； n _{j_i} 为Fj机架对Fi机架的跑偏调节影响系数，无量纲，j=4,5,6，i=5,6,7, j＜i。

本发明的另一目的提供一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制系统，所述系统包括：

数据采集模块，用于实时采集精轧机架间带钢的数据，处理后得到实时跑偏量；

反弯识别模块，用于对得到实时跑偏量数值利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数；

修正处理模块，用于根据反弯个数，计算得到调节量，并对调节量进行调整修正，分别下发给上下游的精轧机。

一种计算机存储介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现上述的基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法。

该方法采用反弯检测数据进行调平值修正，是因为在带钢轧制过程中，实时获取到的跑偏量在计算得到调节量值后，由于下发到PLC，进行压下量动作有一定的延迟时间，造成辊缝调节无法根据带钢的实时状态进行调节。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：由于采用上述方法，本发明采用反弯检测数据进行调平值修正，有效的避免了由于下发延迟造成调节反向的问题，大大地提高了纠偏自动化控制系统调节的准确性，减少了由于跑偏造成的烂尾事故的发生。

附图说明

图1为本发明的基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法流程图；

图2为根据计算得到的跑偏值绘制的跑偏图像；

图3为热连轧生产线示意图；

图4为本发明的基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制系统的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法，该方法包括步骤如下：

S1）实时采集各个精轧机架间带钢的数据，分析处理后得到带钢的实时跑偏量；

S2）根据S1）得到的实时跑偏量利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数；

S3）根据S2）得到反弯个数，对调节量进行调整修正，并分别下发给各个精轧机。

所述S1）的具体步骤为：

S1.1）先使用两台摄像单元同时采集同一位置的带钢图像，

S1.2）采用亚像素边缘检测算法对S11.1）采集到的带钢图像边缘进行检测，得到带钢相对于轧制中心线的实时跑偏量；具体的计算公式如下所示：

式中，D为实时跑偏量；H为两台摄像单元光心距离标定平面的长度，单位为mm；

_、

分别为两台摄像单元的光轴与标定平面的交点至带钢在标定平面投影边缘的距离，单位为mm；

α、β分别为两台摄像单元外部参数，表征两台摄像单元的光轴相对于竖直平面的倾斜角度，单位为°，通过标定获得；

为两台摄像单元的焦距，通过标定获得，单位为mm；

L _minus为在标定平面内，两台摄像单元光轴与轧制中心线距离的差值，通过标定获得，单位为mm。

所述S2）的具体步骤为：

S2.1)将S1）得到的实时跑偏量进行拟合，得到拟合曲线；

S2.2）将拟合曲线上相邻的实时跑偏量数据点后一个减前一个的所得的差值作为第一层反弯判断数据；

S2.3）如果S2.3）得到第一层反弯判断数据大于0则赋值为+1，小于0则赋值为-1，等于0则赋值为0，分别得到赋值的数据；

S2.4）将S2.3）得到赋值的数据中相邻数据后一个减前一个所得的差值作为第二层反弯判断数据；

S2.5）将S2.4)得到第二层反弯判断数据中为±2数据对应的数据索引值和跑偏数值取出，分别作差，得到索引差值和跑偏差值，当满足反弯判断条件时，认为存在反弯，否则不存在反弯。

所述S2.5)中的反弯判断条件为：

当索引差值大于10，且对应的跑偏差值超过±5mm时，认定为反弯。

所述S2.5)中的索引差值和跑偏差值根据试错法进行确定。

所述S3）的具体步骤为：

S3.1) 根据S2）确定的反弯个数，计算得到调节量，并对调节量行修正处理，

S3.2）再根据S3.1）的结果分别确认上游机架和下游机架修正方式，并分别下发给上下游的精轧机。

所述S3.1）具体步骤为：

当不存在反弯时，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，

为调节量下发值；

为下发增益系数，取值范围为1.1-1.5；

为调节量计算值，由跑偏计算得到；

当存在一个反弯，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，P为下发衰减系数，取值范围为1.1-1.5；N为跑偏拐点的个数，N＞1；

当存在两个及以上的反弯拐点时，则调节量通过以下公式求出：

。

所述S3.2）中上游机架的跑偏调节计算方式为：采取预控+跑偏混合调节，具体如下：

，

式中，

为因立辊压力差引起的辊缝调整量；

为因跑偏引起的辊缝调整量；n _{F1E_i} 为Fi机架立辊压力差权重系数，无量纲；K _F1E为立辊压力差影响系数，单位为mm/KN；△F为立辊压力差，从PLC通讯得到，单位为KN；K _{i_dev} 为Fi机架跑偏调控功效系数，无量纲；

D _i 为Fi机架跑偏差值，从服务器通讯获取，单位为mm，；

所述下游机架的跑偏调节计算方式为：采取跑偏联合调节,具体如下：

，

式中，

为Fj机架对Fi机架的跑偏调节辊缝调整量； n _{j_i} 为Fj机架对Fi机架的跑偏调节影响系数，无量纲，j=4,5,6，i=5,6,7, j＜i。

如图4所示，本发明还提供一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制系统，该系统包括：

数据采集模块，用于实时采集精轧机架间带钢的数据，处理后得到实时跑偏量；

反弯识别模块，用于对得到实时跑偏量数值利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数；

修正处理模块，用于根据反弯个数，计算得到调节量，并对调节量进行调整修正，分别下发给上游和下游的精轧机。

一种计算机存储介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现上述的基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法。

实施例1：

一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法。

在具体处理过程中，按如下步骤进行。

S1)通过亚像素边缘检测算法获取带钢相对于轧制中心线的跑偏量：

使用两台双目线阵相机同时采集同一位置的带钢图像采用亚像素边缘检测算法对图像边缘检测，得到采集时刻的带钢跑偏量；

对双目线阵相机检测的外部参数和内部参数数值如下表所示：

表1相机参数值

带钢相对于轧制中心线的跑偏量为两台相机所对应带钢边缘到轧制中心线距离之差的一半，跑偏量D为：

，

从左右两侧的双目线阵相机通讯获得的相机光轴与标定平面的交点至带钢在标定平面投影边缘的距离分别为：

，

经计算得到的被检测带钢在此检测时刻的跑偏量为：

，

式中，负号表示向传动侧方向跑偏；

根据计算得到的跑偏值绘制的跑偏图像如图2所示：

S2)通过反弯识别算法判定带钢在前一机架是否存在反弯；

以F2机架为例：

S2.1)从FSP读取实时跑偏值，读取的跑偏数据为从F2咬钢截止到F2抛钢的F12跑偏值，截取后150个数据点作为尾部跑偏反弯初始数据,如图3所示。

其中，数据点数目的确定通过实验分析所得，当取150个跑偏数据时，恰好可以将尾部曲线完整的显示出。

S2.2)通将得到的跑偏数据点进行过滤之后，相邻数据后一个减前一个作为第一层反弯判断数据，并将第一层反弯判断数据赋值，差值大于0则赋值为+1，差值小于0则赋值为-1，差值等于0则赋值为0；

其中，过滤方法为滤去相邻数据差值过大的数据，此数据为噪点。

S2.3)将赋值后的数据相邻数据后一个减前一个作为第二层反弯判断数据；

S2.4)检索数据信息，将±2数据的数据索引值和跑偏数值取出，分别作差，得到索引差值和跑偏差值，当满足下述条件时，认为存在反弯，并将此时的数据认定为反弯拐点：

当索引差值大于10，且对应的跑偏差值超过±5时，认定为反弯

其余机架反弯初始数据取样均从该机架咬钢开始，到该机架抛钢截止。

S3：根据S2得到的反弯情况对跑偏调节量采用不同的修正策略

根据S1计算得到的跑偏值进行S2的反弯检测之后，得到存在反弯且仅有一个拐点，故而采用如下调节策略：

，

式中，P为下发衰减系数，从各机架经验值与权重系数数据表中得到，无量纲；N为跑偏拐点的个数

各机架的衰减系数如下表所示

机架号	F2	F3	F4	F5	F6	F7
							衰减系数	1.2	1.2	1.3	1.3	1.3	1.5

计算得到的F2调节量计算值=0.043mm

故而修正后的调节量值为

，

将此精轧带钢机架间带钢尾部跑偏连续控制方法应用至某2250mm热连轧机组的精轧测控自动纠偏系统进行大规模工业应用后，取得了非常显著的控制效果。根据每日报表和每月质检台账显示，采用该控制方法后，调节反向现象大幅降低，甩尾率较之前降低40%以上。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

S1）实时采集各个精轧机架间带钢的数据，分析处理后得到带钢的实时跑偏量；

S2）根据S1）得到的实时跑偏量利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数；

S3）根据S2）得到反弯个数，对调节量进行调整修正，并分别下发给各个精轧机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1）的具体步骤为：

S1.1）先使用两台摄像单元同时采集同一位置的带钢图像，

S1.2）采用亚像素边缘检测算法对S11.1）采集到的带钢图像边缘进行检测，得到带钢相对于轧制中心线的实时跑偏量；具体的计算公式如下所示：

式中，D为实时跑偏量；H为两台摄像单元光心距离标定平面的长度，单位为mm；

_、

分别为两台摄像单元的光轴与标定平面的交点至带钢在标定平面投影边缘的距离，单位为mm；

、

分别为两台摄像单元外部参数，表征两台摄像单元的光轴相对于竖直平面的倾斜角度，单位为°，通过标定获得；

为两台摄像单元的焦距，通过标定获得，单位为mm；

L _minus为在标定平面内，两台摄像单元光轴与轧制中心线距离的差值，通过标定获得，单位为mm。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2）的具体步骤为：

S2.1)将S1）得到的实时跑偏量进行拟合，得到拟合曲线；

S2.2）将拟合曲线上相邻的实时跑偏量数据点后一个减前一个的所得的差值作为第一层反弯判断数据；

S2.3）如果S2.2）得到第一层反弯判断数据大于0则赋值为+1，小于0则赋值为-1，等于0则赋值为0，分别得到赋值的数据；

S2.4）将S2.3）得到赋值的数据中相邻数据后一个减前一个所得的差值作为第二层反弯判断数据；

S2.5）将S2.4)得到第二层反弯判断数据中为±2数据对应的数据索引值和跑偏数值取出，分别作差，得到索引差值和跑偏差值，当满足反弯判断条件时，认为存在反弯，否则不存在反弯。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2.5)中的反弯判断条件为：

当索引差值大于10，且对应的跑偏差值超过±5mm时，认定为反弯。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2.5)中的索引差值和跑偏差值根据试错法进行确定。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3）的具体步骤为：

S3.1) 根据S2）确定的反弯个数，计算得到调节量，并对调节量行修正处理，

S3.2）再根据S3.1）的结果分别确认上游机架和下游机架修正方式，并分别下发给上下游的精轧机。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S3.1）具体的具体步骤为：

当不存在反弯时，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，

为调节量下发值；

为下发增益系数，取值范围为1.1-1.5；为调节量计算值，由跑偏计算得到；

当存在一个反弯，则调节量通过以下公式求出：

，

式中，P为下发衰减系数，取值范围为1.1-1.5；N为跑偏拐点的个数，N＞1；

当存在两个及以上的反弯拐点时，则调节量通过以下公式求出：

。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S3.2）中上游机架的跑偏调节计算方式为：采取预控+跑偏混合调节，具体如下：

，

式中，

为因立辊压力差引起的辊缝调整量；

为因跑偏引起的辊缝调整量；n _{F1E_i} 为Fi机架立辊压力差权重系数，无量纲；K _F1E为立辊压力差影响系数，单位为mm/KN；△F为立辊压力差，从PLC通讯得到，单位为KN；K _{i_dev} 为Fi机架跑偏调控功效系数，无量纲；

D _i 为Fi机架跑偏差值，从服务器通讯获取，单位为mm；

所述下游机架的跑偏调节计算方式为：采取跑偏联合调节,具体如下：

，

式中，

为Fj机架对Fi机架的跑偏调节辊缝调整量； n _{j_i} 为Fj机架对Fi机架的跑偏调节影响系数，无量纲，j=4,5,6，i=5,6,7，j＜i。

9.一种基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集模块，用于实时采集精轧机架间带钢的数据，处理后得到实时跑偏量；

反弯识别模块，用于对得到实时跑偏量数值利用反弯识别算法确定是否存在反弯，并确认反弯个数；

修正处理模块，用于根据反弯个数，计算得到调节量，并对调节量进行调整修正，分别下发给上游和下游的精轧机。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现权利要求1-8任一项所述的基于机器视觉的精轧机架间带钢尾部跑偏连续控制方法。

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