翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)在熱軋產(chǎn)線的應(yīng)用

席 梅

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

在帶鋼板坯的熱軋過程中，板坯在經(jīng)過一個(gè)道次軋制之后，往往會(huì)發(fā)生頭部彎曲現(xiàn)象，其中頭部向上彎曲的情形稱為翹頭，頭部向下彎曲的情形稱為扣頭。在軋制時(shí)發(fā)生不對(duì)稱形變是翹扣頭出現(xiàn)的主要原因。造成不對(duì)稱形變的主要因素包括板坯溫度分布、軋線標(biāo)高、工作輥上下輥徑的大小、上下輥軋制速度、咬入角度、上下軋輥表面摩擦系數(shù)以及壓下量等[1]。板坯頭部彎曲是這些因素綜合作用的結(jié)果。

翹扣頭的產(chǎn)生在帶鋼板坯軋制過程中具有很大的危害。例如：帶鋼板坯翹頭可能使得板坯頭部容易與輥道外護(hù)板、衛(wèi)板或現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表發(fā)生撞擊，嚴(yán)重則導(dǎo)致帶鋼板坯無法進(jìn)入軋機(jī)，造成堆鋼事故的發(fā)生。而帶鋼板坯扣頭會(huì)使得板坯與機(jī)架輥或輥道撞擊，嚴(yán)重則導(dǎo)致板坯撞壞輥道上的花架，或?qū)е掳迮縻@入輥道下面，給生產(chǎn)帶來諸多的不利[2]。在整個(gè)軋制生產(chǎn)時(shí)，如果對(duì)帶鋼板坯翹扣頭沒有檢測(cè)手段，粗軋操作人員將無法知悉板坯的翹扣頭程度，導(dǎo)致操作人員無法準(zhǔn)確的調(diào)整軋制控制緩解翹扣頭情況。因此，在生產(chǎn)中檢測(cè)板坯的翹扣頭是非常必要的。

1 系統(tǒng)參數(shù)

1.1 工藝參數(shù)

1）熱軋板坯尺寸：寬度600~1 900 mm；厚度30~300 mm。

2）輥道速度：1~5 m/s。

3）熱坯出口溫度：800~1 200℃。

1.2 技術(shù)參數(shù)

1）圖像掃查方式：面陣。

2）圖像存儲(chǔ)格式：jpg。

3）圖像命名：對(duì)應(yīng)帶鋼號(hào)和道次號(hào)組合。

4）圖像顯示效果：灰度。

5）圖像自動(dòng)保存周期：3個(gè)月。

6）拍攝位置：軋線操作側(cè)。

7）顯示分辨率：1 920×1 080像素。

8）熱軋板檢測(cè)面：操作側(cè)。

9）通信接口：XCOM。

10）檢出率：≥99%。

1.3 系統(tǒng)布置

在現(xiàn)場(chǎng)布置兩組成像系統(tǒng)，分別安裝于R2粗軋機(jī)入口、出口的操作側(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)R2全部道次的覆蓋。在粗軋電氣室布置一套服務(wù)器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像采集、翹扣檢測(cè)、軋制過程記錄、檢測(cè)結(jié)果發(fā)布和歷史查詢等功能。在粗軋操作室布置監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)各道次翹扣情況的集中顯示和監(jiān)控，在出現(xiàn)翹扣程度過大時(shí)，采用報(bào)警形式提醒操作人員，并提供歷史翹扣情況查詢功能。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置要求：裝置相機(jī)距軋線距離為大于2 m；裝置相機(jī)拍照處軋線露出熱軋板長度為大于1.5 m；拍攝高度高于坯面20 cm；裝置周圍安裝護(hù)欄。

2 系統(tǒng)組成

翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)、電氣及控制系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)構(gòu)成詳見圖1。

圖1 翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

成像系統(tǒng)是翹扣頭圖像采集系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，它由高速工業(yè)相機(jī)和鏡頭等光學(xué)組件以及調(diào)整組件組成。相機(jī)采用高精度面掃描CCD相機(jī)，該設(shè)備具有采集速度快、分辨率高、體積小、圖像數(shù)據(jù)傳輸距離長等優(yōu)點(diǎn)。

翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)算處理單元采用專用圖像處理計(jì)算機(jī)。檢測(cè)系統(tǒng)的大部分圖像處理算法均運(yùn)行在圖像檢測(cè)服務(wù)器內(nèi)，通過運(yùn)算處理單元的專用圖像處理計(jì)算機(jī)控制相機(jī)采集圖像后，采用最小二乘法擬合板坯頭部曲線，并通過求解曲線的極值獲取板坯頭部特征。

電氣系統(tǒng)為保證各類設(shè)備無縫連接并完成設(shè)定功能，電氣集成選用專用接口設(shè)備保證遠(yuǎn)距離、高速、海量圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性；服務(wù)器與各設(shè)備之間的通訊線使用四芯單模光纖和工業(yè)六類屏蔽網(wǎng)線，保證數(shù)據(jù)傳送快速有效且不受干擾；控制系統(tǒng)中電子控制器、同步電路等均安裝在采集箱中，采集箱固定在機(jī)械架上并做隔熱與防渣飛濺處理，保證系統(tǒng)采集穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)主要功能

1）實(shí)現(xiàn)R2各道次帶鋼板坯實(shí)際翹頭和扣頭的檢測(cè)功能，便于操作人員及時(shí)了解帶鋼板坯頭部翹扣頭情況。

2）接收并處理L2發(fā)送的各項(xiàng)信息，并將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送至L2。

3）具備翹扣頭圖像畫面、實(shí)際翹扣頭檢測(cè)結(jié)果與帶鋼信息、機(jī)架信息和道次信息的勾連、查詢與保存功能。

4）具備數(shù)據(jù)查詢功能。查詢數(shù)據(jù)形式以板坯號(hào)和時(shí)間查詢，所查詢到的內(nèi)容如下：板坯號(hào)、機(jī)架號(hào)、道次號(hào)、日期時(shí)間以及相應(yīng)的檢測(cè)圖像和檢測(cè)結(jié)果。

5）設(shè)置與大數(shù)據(jù)平臺(tái)接口，將檢測(cè)結(jié)果及圖形發(fā)送至大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

3.2 軟件及功能模塊

軟件由圖像檢測(cè)系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)、歷史查詢系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)等組成。所有系統(tǒng)均采用.net 2015作為開發(fā)平臺(tái)。外部通信系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Win Server，圖像檢測(cè)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)、歷史查詢系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Win10，數(shù)據(jù)庫采用SQL服務(wù)器。

主要功能模塊介紹：

3.2.1 外部數(shù)據(jù)通信模塊1）實(shí)績處理模塊。初始化相機(jī)，自動(dòng)控制相機(jī)的啟停，監(jiān)控相機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)設(shè)定相機(jī)參數(shù)，監(jiān)控相機(jī)幀率等運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)時(shí)采集高幀率圖像。

2）控制信號(hào)處理模塊。轉(zhuǎn)換檢測(cè)結(jié)果，并下傳至現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器。同時(shí)保證通信的穩(wěn)定性，具備自我恢復(fù)功能。

3）圖像傳輸模塊。將圖像及數(shù)據(jù)發(fā)送至大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

3.2.2 數(shù)據(jù)庫模塊

保證數(shù)據(jù)庫連接穩(wěn)定，各模塊讀寫數(shù)據(jù)庫中的信息。

3.2.3 內(nèi)部通信模塊

同步共享系統(tǒng)內(nèi)部的當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)和檢測(cè)結(jié)果。

3.2.4 相機(jī)控制模塊

初始化相機(jī)，自動(dòng)控制相機(jī)的啟停，監(jiān)控相機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)設(shè)定相機(jī)參數(shù)，監(jiān)控相機(jī)幀率等運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行相機(jī)穩(wěn)定性控制。

3.2.5 圖像檢測(cè)模塊

1）圖像采集模塊。連接相機(jī)并從相機(jī)采集高清實(shí)時(shí)生產(chǎn)圖像，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行優(yōu)化處理，使軋件圖像目視和解析都更清晰。

2）圖像檢測(cè)模塊。判斷軋件位置是否進(jìn)入適合測(cè)量的范圍，并及時(shí)啟動(dòng)測(cè)量模塊開關(guān)。

3）軋件運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別模塊。判斷軋件的運(yùn)動(dòng)方向。

4）軋制實(shí)績與相機(jī)圖像匹配模塊。通過識(shí)別匹配將各相機(jī)的拍攝結(jié)果和當(dāng)前軋制機(jī)架和道次進(jìn)行匹配。

5）圖像測(cè)量模塊。通過圖像變換方法獲得當(dāng)前板坯翹扣量存儲(chǔ)拍攝圖像和檢測(cè)結(jié)果圖像。

6）圖像存儲(chǔ)模塊。包括拍攝到的待測(cè)實(shí)際圖像、測(cè)量后的特征點(diǎn)結(jié)果圖像和翹扣值信息。

4 系統(tǒng)主要界面

實(shí)績測(cè)量畫面是系統(tǒng)主要監(jiān)控畫面，畫面上顯示當(dāng)前帶鋼板坯的實(shí)績生產(chǎn)圖像，并對(duì)應(yīng)相關(guān)生產(chǎn)信息，如板坯號(hào)、軋機(jī)號(hào)和道次號(hào)等信息。并在測(cè)量結(jié)束后，顯示測(cè)量繪制的板坯輪廓，同時(shí)輸出檢測(cè)的翹扣量。

查詢功能畫面為用戶提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，可以根據(jù)輸入的日期時(shí)間、板坯號(hào)、機(jī)架號(hào)、道次號(hào)信息要求，顯示符合條件的板坯信息。并根據(jù)選定的板坯信息顯示板坯實(shí)績拍攝的圖像效果和測(cè)量輪廓結(jié)果。

5 系統(tǒng)通訊信號(hào)

檢測(cè)系統(tǒng)接收、解析和存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)L2發(fā)送來的咬鋼信息，將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送L2。通訊接口通過XCOM的通信方式實(shí)現(xiàn)。

具體電文規(guī)約如下：

5.1 L2→翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)主控服務(wù)器

發(fā)送時(shí)機(jī)：對(duì)于R2入口采集裝置，R1咬鋼正道次發(fā)送，R2逆道次（2、4道次）發(fā)送；對(duì)于R2出口采集裝置，R2正道次（1、3、5道次）發(fā)送。

翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)接收電文信息詳見表1。

表1 接收電文信息表

5.2 翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)主控服務(wù)器→L2

發(fā)送時(shí)機(jī)：各道次檢測(cè)結(jié)束，翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送電文信息詳見表2。

6 結(jié)語

此套翹扣頭檢測(cè)系統(tǒng)利用CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)板坯圖像采集，并對(duì)圖像數(shù)進(jìn)行據(jù)處理以及翹曲方向判定，通過翹曲程度計(jì)算、速差修正量計(jì)算以及速差設(shè)定值自適應(yīng)學(xué)習(xí)，能夠讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員準(zhǔn)確地調(diào)整軋制并有效地控制板坯頭部的翹扣頭程度，使軋制后的板坯平直度得到很大的改善，減少了因板坯翹扣頭造成對(duì)輥道及外護(hù)板等設(shè)備的撞擊，同時(shí)也減少了堆鋼事故的發(fā)生，從而保證了熱軋生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行。

表2 發(fā)送電文信息表