ES2526206T3 - Dispositivo para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos - Google Patents

Dispositivo para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos Download PDF

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ES2526206T3 ES07870224.8T ES07870224T ES2526206T3 ES 2526206 T3 ES2526206 T3 ES 2526206T3 ES 07870224 T ES07870224 T ES 07870224T ES 2526206 T3 ES2526206 T3 ES 2526206T3
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Eugenio VILLANUEVA MARTÍNEZ
David MARTÍN GÓMEZ
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Abstract

Especialmente concebido para realizar de forma totalmente automática la detección de manchas residuales de óxido (cascarilla residual) así como su clasificación en líneas de producción de laminados metálicos sin necesidad de detener la línea, la invención consiste en un bastidor o caja (4), dotada de medios de desplazamiento (8) sobre la superficie de la lámina metálica (2) a examinar, en cuyo seno se establece una cámara CCD (1) de alta resolución, así como un equipo de iluminación (6-7) de alta potencia y generador de luz difusa, cámara cuya señal de vídeo es enviada a un PC (3) dotado de un software interno de procesamiento de las imágenesobtenidas que permite la detección y clasificación de las manchas residuales de óxido. El desplazamiento de la citada caja o bastidor (4) esté controlado por un autómata programable (14), conectado igualmente al citado PC (3).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo óptico que ha sido especialmente concebido para realizar de forma totalmente automática la detección de manchas residuales de óxido (cascarilla residual) así como su clasificación en 5 líneas de producción de laminados metálicos.
El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo que permita realizar el control de calidad de este tipo de superficies mediante la utilización de un sistema óptico automático que se desplaza sobre el material para detectar y clasificar las citadas manchas de óxido, que difícilmente son visibles a simple vista en la línea de producción.
La invención se sitúa pues en el ámbito del sector siderúrgico, de fabricación de aceros y materiales metálicos con 10 superficies de cierta rugosidad y altamente reflectantes, pudiendo ser instalada a la salida del proceso de limpieza o decapado superficial para realizar dicha inspección a superficial sin necesidad de detener la línea.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, el control de calidad superficial de laminados metálicos, para la detección de pequeñas manchas de óxido sobre dichas superficies se recurre habitualmente al empleo de una lupa 15 por parte del operario, el cual observa con detenimiento las zonas de la superficie de cada laminado, teniendo que detener momentáneamente la línea de producción con los obvios problemas e inconvenientes que ello supone.
Esta tarea, al realizarse por un operario, puede no resultar todo lo eficaz que debiera, puesto que debido al carácter muy reflectante de la superficie y a su rugosidad, la observación resulta complicada ya que el brillo puede ocultar el óxido residual o porque la sombra de la propia granulación superficial pueda confundirse indebidamente con oxido. 20
Debido al elevado tiempo que es necesario emplear en éste proceso, la verificación de calidad de dichas superficies se hace de forma aleatoria, con un muestreo muy escaso, ya que, como se ha dicho con anterioridad, es necesario parar la línea de producción mientras se realiza la inspección.
Con el objeto de solucionar este problema, se conoce la patente US 6,259,109, en la que se emplea una cámara para adquisición y procesamiento de una lámina en movimiento en una línea de producción. Sin embargo, este 25 sistema está previsto para adquisición completa de la banda que se quiere inspeccionar, utilizando una cámara lineal, es decir que no se desplaza lateralmente, siendo sincronizada con un encoder que indica la velocidad de la línea de forma que la velocidad de disparo se sincronice con ella.
Adicionalmente, el sistema de iluminación debe ser constante.
Si bien este dispositivo cumple perfectamente la función para la que ha sido previsto, presenta una serie de 30 limitaciones considerables cuando el volumen de laminados a inspeccionar es elevado, ya que la capacidad de procesamiento de imagen y almacenamiento que se requeriría para instalar un sistema de esta naturaleza lo haría inviable por coste. En este sentido, solo en almacenamiento se requerirían en tomo a 44GB por día, y si se quiere tener almacenado un mes seria precisa 1,2 TB.
Dispositivos de similares características son descritos en la patente JP 63106265, la cual difiere sustancialmente de 35 la presente invención en cuanto que la misma está destinada a almacenar una imagen para su representación en un monitor donde ha sido previamente detectado dicho defecto, es decir, que su finalidad no es detectar defectos a través de la captación de imágenes, sino permitir analizarlos una vez captados.
En WO02101366 un método y un correspondiente dispositivo proporcionan caracterización sobre la marcha de una superficie en movimiento en base a imágenes microscópicas y medidas pirométricas. 40
El solicitante no tiene conocimiento de ningún sistema que permita realizar una inspección estadística automática de la superficie de un laminado metálico para detectar y clasificar la existencia de óxido residual en superficies metálicas muy reflectantes, que pueda instalarse en una línea de producción sin detener su marcha.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El dispositivo para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente descrita en los distintos aspectos comentados, permitiendo detectar de forma automática manchas de óxido de un tamaño en torno a los 50µm, mediante un muestreo estadístico de acuerdo con la reivindicación 1.
Para ello la invención consiste en un sistema óptico que incorpora al menos una cámara de alta resolución, asistida 5 por unos focos de luz estroboscópica y una pantalla difusora de luz, todos ellos montados de forma hermética en una caja que se vincula a un carro soporte desplazable sobre la superficie por la que son pasantes los laminados metálicos en la línea de producción, así como en sentido vertical, carro cuyos movimientos son controlados por un autómata programable (PLC).
Así pues, el autómata programable se encarga de desplazar la cámara sobre un área de superficie del laminado a 10 examinar, superficie que dada la naturaleza de las manchas de óxido que se pretenden examinar, las cuales aparecen distribuidas con cierta intensidad, no siendo necesario que sea el 100% de la lámina, sino que es suficiente con un muestreo estadístico, de manera que merced a la velocidad de avance de las láminas y un movimiento sincronizado en dirección transversal del carro, se consigue un muestreo de una superficie en zig-zag de la lámina, suficiente para determinar el número de manchas por unidad de superficie. 15
La serial de video procedente de la cámara es transferida a un PC a través de una tarjeta de adquisición de imágenes, de manera que en dicho PC, y merced a un software de programación especifico se realiza el procesamiento de cada imagen obtenida y se detecta, cuantifica y clasifica la cascarilla residual encontrada. Consecuentemente la adquisición o la velocidad de la línea no está monitorizada por la cámara de video, sino que se dispara por el software de procesamiento, una vez que termina de procesar la imagen anterior. 20
De igual manera, la iluminación no es de intensidad constante a lo largo del tiempo, sino que se genera por focos estroboscópicos, como ya se ha apuntado con anterioridad, cuyo disparo viene provocado por el fin del procesamiento de la imagen precedente.
Así pues, el sistema permite conocer si el proceso de decapado o limpieza superficial no es el adecuado, en función del nivel de cascarilla residual detectada. 25
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejer comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización practica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado le siguiente: 30
La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un dispositivo para la detección y clasificación de oxide residual en líneas de producción de laminados metalices realizado de acuerdo con el objeto de la invención, en la
que aparece debidamente instalado en la línea de producción.
La figura 2.- Muestra una vista en perfil del dispositivo de la figura 1.
La figura 3 - Muestra una vista en perspectiva de la caja en la que se incluyen les elementes ópticos y de iluminación 35 que participan en el dispositivo de la invención.
La figura 4.- Muestra una vista en perfil de la caja de la figura 3 desprovista de sus paneles de cerramiento.
Las figuras 5 y 6.- Muestran respectivas vistas en perspectiva de los carros para desplazamiento horizontal y vertical de la caja de las figuras 3 y 4.
La figura 7.- Muestra, finalmente, un esquema eléctrico en el que se puede apreciar la relación entre los diferentes 40 componentes electrónicos que participan en el dispositivo de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras descritas, puede observarse cómo una cámara CCD (1), con una resolución en el plano del objeto o lámina de acero (2) de al menos 40 pixeles/mm, participa en el dispositivo propuesto para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos, en orden a que cada píxel tenga un 45 tamaño del objeto de 25 um de manera que a través de un software de programación instalado en un PC (3), relacionado con dicha cámara (1) como se verá más adelante, el dispositivo sea capaz de detectar manchas de un
tamaño mínimo de 50 µm, es decir que ocupen al menos 2x2 pixeles, para asegurar un algoritmo de detección suficientemente fiable.
Dicha cámara CCD (l) se dispone en el seno de una caja o bastidor (4), cerrada herméticamente, a cuyo interior se puede acceder a través de paneles (5) practicables, caja que en el ejemplo de realización escogido presenta una configuración prismático cuadrangular, base superior se prolonga en una superficie tr0nc0—c0nica, pero esta 5 configuración cs meramente ejemplaria, pudiendo la citada caja adoptar diferentes configuraciones sin ello afecte a la esencialidad de la invención.
En el seno de la citada caja o bastidor (4) se establecen igualmente una pareja de focos estroboscópicos (6), de alta potencia, así como una superficie (7) difusora de la luz generada por dichos focos (6), que evita la formación de sombras sobre la superficie a examinar. Estableciéndose en la base de dicho bastidor (4) una ventana en la que se 10 establece un cristal a través del que la cámara (1) capta las imágenes de la superficie de la lámina de acero (2) a examinar.
Dicha caja estará preferentemente cerrada herméticamente, tal y como se ha comentado anteriormente, para evitar la. entrada de polvo y suciedad a su interior, disponiendo de una salida (4’) para los cables de los diferentes elementos eléctricos y electrónicos que incluye. 15
El bastidor o caja (4) se fija a una guía (8), según se muestra en la figura 5, dotado de un motor que permite su desplazamiento en sentido horizontal, en la dirección transversal al movimiento de avance de las láminas de acero (2), así como a un carro (9) capacitado de desplazar dicha caja (4) en sentido vertical.
El desplazamiento en sentido transversal de la caja (4) y por lo tanto de la cámara asociada a la misma, conjuntamente con el desplazamiento en sentido de avance de las placas de acero (2) permiten al dispositivo captar 20 una superficie de muestreo suficientemente aleatoria como para asegurar una buena calidad de las mediciones realizadas.
Opcionalmente, si se desea una mayor superficie de muestreo, pueden ubicarse dos o más cajas (4) en cada guía (8).
El citado carro (9) se complementa con un sensor de ultrasonidos (10) que permite distinguir al dispositivo entre 25 distintos grosores de láminas de acero, en orden a modificar la distancia vertical de la caja (4) y por lo tanto de la cámara (1) con respecto a la superficie de la lámina a examinar, de manera que la cámara se encuentre en todo momento a la misma distancia de la citada superficie, y por lo tanto a la misma distancia focal, evitando el tener que disponer de sistemas de auto-enfoque, que si bien sería una solución equivalente que se podría adoptar, necesitan un tiempo de respuesta mayor. 30
Así pues, y tal y como se puede observar en la figura 7, la cámara (1) y los focos estroboscópicos (6) se monitorizan a través de un PC (3), a través de una tarjeta de adquisición de imagen (22), y opcionalmente a través de un puerto serie (11), mientras que los movimientos de desplazamiento horizontal y vertical de las guías (8) y (9), a través de respectivos motores eléctricos (12) y (13) son monitorizados por un microcontrolador o autómata programable (14) establecido en un armario de control (15) que se relaciona a través de respectivos puertos serie (16-l6’), LAN o 35 similares con el citado PC, y con los motores (12-13), sensores de finales de carrera (17), el sensor de ultrasonidos (10) y sensores de anomalías o emergencia (18), a través de las correspondientes entradas (19).
Así pues, se procesa cada imagen aplicando distintos procedimientos de umbralización y se calcula la estadística de la proporción de manchas de óxido encontradas según sus diferentes tamaños en una cierta sección de banda de longitud configurable (típicamente entre uno y diez metros). Este sistema no precisa almacenar todas las imágenes, 40 solamente alguna (normalmente una) por cada sección a modo de seguimiento e ilustración. El resultado del sistema es el cálculo de la proporción de manchas de óxido encontradas según diferentes tamaños en cada sección longitudinal de la banda.
Por último cabe destacar que el ordenador (3) podrá estar conectado a una red local de datos (20) a través de un puerto LAN (21) para transmitir la información procesada a otros PC’s. 45
Aunque la presente descripción se ha realizado en base a que el distanciamiento entre la cámara (1) y la superficie a examinar se realiza mediante el desplazamiento del carro (9) asociado a la caja (4), dicho carro puede opcionalmente no estar vinculado exteriormente a la caja (4), sino interiormente, de manera que tau solo afecte al movimiento vertical de dicha cámara (1), manteniéndose la caja (4) inamovible en sentido vertical.
50

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1.Dispositivo para la detección y clasificación de óxido residual en líneas de producción de laminados metálicos, permitiendo la detección automática de manchas residuales de óxido de un tamaño en torno a los 50 µm mediante un muestreo estadístico en superficies metálicas muy reflectantes, además de la clasificación de las mismas en líneas de producción de laminados metálicos de una forma totalmente automatizada y sin necesidad de detener 5 dicha línea de producción durante el proceso de detección y clasificación, caracterizado por que comprende:
    un bastidor (4) fijado a una guía (8) equipada con un motor(12) que permite su desplazamiento en sentido horizontal, en la dirección transversal al movimiento de avance de la lámina metálica (2), así como a un carro (9) encargado de desplazar dicho bastidor (4) en sentido vertical, de manera que merced a la velocidad de avance de la lámina y el movimiento sincronizado en dirección transversal de la guía (8), se consigue un muestreo estadístico en zig-zag de 10 la superficie de la lámina metálica (2);
    una cámara de video CCD (1) de alta resolución dispuesta dentro del bastidor;
    un sensor de ultrasonidos (10) dispuesto en dicho bastidor (4) y configurado para detectar la distancia del bastidor (4) a la superficie a inspeccionar, permitiendo modificar la distancia vertical de la cámara (1) con respecto a la superficie de la lámina metálica a examinar de manera que la cámara se encuentra a la misma distancia de la citada 15 superficie;
    focos estroboscópicos (6) de alta potencia dispuestos dentro del bastidor;
    un difusor de luz (7) dispuesto dentro del bastidor para difuminar la luz generada por dichos focos estroboscópicos (6) sobre la superficie donde enfoca dicha cámara (1);
    un ordenador (3) para recibir la señal de vídeo y procesar cada imagen obtenida para detectar y clasificar las 20 manchas residuales de óxido, habiéndose previsto que los focos estroboscópicos (6) se disparan por el fin del procesamiento de la imagen precedente y que el desplazamiento de dicho bastidor (4) está controlado por un microcontrolador o autómata programable (14), también asociado a dicho ordenador (3) a través de puertos de comunicación (16-16'), donde dicho ordenador (3) también controla la iluminación estroboscópica y la adquisición de cada imagen por la cámara de vídeo CCD (1). 25
  2. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde el bastidor (4) está cerrado herméticamente mediante paneles practicables (5), en orden a impedir la entrada de polvo en el mismo, contando con una ventana en su base inferior dotada de un cristal al que queda enfrentado el objetivo de la cámara (1)
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