自動逐支跟蹤系統(tǒng)在石油套管生產(chǎn)中的應(yīng)用

自動逐支跟蹤系統(tǒng)在石油套管生產(chǎn)中的應(yīng)用

對于要求按爐批號和/或批號進(jìn)行試驗并證實其符合規(guī)范要求驗收時，制造廠應(yīng)制定并遵循一套保持爐批號和/或批號識別系統(tǒng)的程序。目前國內(nèi)的鋼管生產(chǎn)線，基本都是采用基于PLC和人工參與的方式實現(xiàn)可追溯的要求，實現(xiàn)的都是按爐/或批的追溯要求。對于逐支跟蹤要求，由于鋼管生產(chǎn)過程中的下線或者吊運等問題產(chǎn)生的順序號混亂，這種方式實現(xiàn)起來存在很多技術(shù)難點。隨著目前客戶日益提高的要求和解決售后質(zhì)量異議等服務(wù)難點，更高要求的逐支跟蹤的需求也隨之產(chǎn)生。

鋼管逐支跟蹤系統(tǒng)就是基于上述目標(biāo)和趨勢而提出的，本項目旨在通過對鋼管噴碼（編碼），以便在后續(xù)加工中進(jìn)行實時識別，判斷出鋼管的身份，進(jìn)行物料跟蹤。同時根據(jù)信息化的要求，將熱處理生產(chǎn)線及套管生產(chǎn)線的上的生產(chǎn)信息，結(jié)合鋼管識別及識別系統(tǒng)將各個生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳或下載到單體設(shè)備上，實現(xiàn)車間級的信息傳遞和信息收集，采用鋼管逐支跟蹤系統(tǒng)對鋼管生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤管理。

逐支跟蹤方案

要求對NDE、車絲、擰接、水壓、測量點共計五個崗位（即產(chǎn)生記錄的工序），做到逐支跟蹤。規(guī)定如下：

在NDE后，逐支跟蹤標(biāo)識崗位，距鋼管兩端至少500mm處開始，沿軸向標(biāo)識條形碼和鋼管代號（條形碼僅代表爐號后三位和管號，便于設(shè)備識別；鋼管代號便于人工識別，鋼管代號包括爐號、批號和管號。管號以爐為單位由001開始按批順序排列，更換爐重新編排。具體要求見鋼管標(biāo)記示意圖），當(dāng)帶有條形碼和鋼管代號的鋼管經(jīng)過車絲、擰接、水壓、測量點時，自動讀取并在圖形上或尺碼單上做到實時記錄，具體要求見可追溯性流程圖。

1 接箍擰接逐支跟蹤規(guī)定：

接箍擰緊后，在扭矩圖形上，自動記錄下管號，不合格原因（包括扭矩和J值）實時在圖形記錄上注明。

2 水壓機(jī)逐支跟蹤規(guī)定：

水壓實驗時，在水壓圖形上，自動記錄下管號，不合格原因?qū)崟r在圖形記錄上注明。

3 NDE探傷逐支跟蹤規(guī)定：

正常探傷時，在探傷記錄上的大排行序號與后續(xù)逐支跟蹤標(biāo)識的大排行管號一一對應(yīng)。

復(fù)探時，實時記錄下復(fù)探管號和復(fù)探順序，并且復(fù)探記錄與復(fù)探管號一一對應(yīng)。

探傷絕廢鋼管的管號與探傷記錄要一一對應(yīng)并保存。

4 車絲機(jī)逐支跟蹤規(guī)定：

按規(guī)定頻次檢查螺紋參數(shù)并記錄，要求記錄與實際檢查的鋼管的管號一一對應(yīng)。

5 測量點逐支跟蹤規(guī)定：

在尺碼單上，自動記錄下管號。長短尺重新生產(chǎn)時，也要實時記錄下管號。

6 返線管生產(chǎn)

返線管切頭后，若影響到逐支跟蹤標(biāo)識讀取，需要重新補(bǔ)噴鋼管代號，重新生產(chǎn)時按照以上要求執(zhí)行。

鋼管噴碼系統(tǒng)

鋼管噴碼的顏色為白色，其中噴碼最大可以到24道，其中起始碼2道，檢驗碼兩道，10道為爐號中的3位數(shù)字，10道為管號，10位二進(jìn)制數(shù)噴碼一共可以表達(dá)1024個值。管號在標(biāo)識計算機(jī)上以爐號大排行，在NDE后生成。

技術(shù)參數(shù)如下：

標(biāo)識內(nèi)容：條碼+數(shù)字+校驗符，白色，快干。

條碼高度：100MM以內(nèi)。

鋼管噴碼識別系統(tǒng)

整個視覺系統(tǒng)包括光源、工業(yè)Gig-E高速CCD相機(jī)、DSP數(shù)字圖像采集與預(yù)處理板、工業(yè)緊湊型嵌入式PC、以及外設(shè)接口等。

1 識別難點

由于本系統(tǒng)應(yīng)用于環(huán)境復(fù)雜的工廠車間中，光照條件的變化和波動較大，所以相機(jī)拍攝所得的圖像中，背景區(qū)域較為繁雜，目標(biāo)區(qū)域容易受到噪聲的污染，這將對噴標(biāo)的定位和提取造成一定程度上的干擾。而將背景統(tǒng)一設(shè)置為單一色顯然也是難以實現(xiàn)的，所以復(fù)雜的場景是本系統(tǒng)算法設(shè)計的主要難點之一。

另外，在鋼管噴標(biāo)、傳送以及后續(xù)加工過程中，標(biāo)識有可能會出現(xiàn)缺失、粘連、污染、磨損等情況，這會對識別精度造成一些影響。鋼管表面鄰近噴標(biāo)位置的其他無關(guān)標(biāo)識，如色帶、字符也會對噴標(biāo)的定位和識別產(chǎn)生干擾。

此外，鋼管運動方式的變化、鋼管表面曲率造成的目標(biāo)畸變等因素也會給噴標(biāo)的準(zhǔn)確識別帶來一定的困難。

2 擬采用的算法

針對以上難點，我們擬采用基于多種特征的搜索定位和識別算法來檢測噴標(biāo)。編碼識別系統(tǒng)包含3個主要部分：預(yù)處理，編碼定位，特征提取與識別。其中，考慮到鋼管編碼在生產(chǎn)線上易受到傳動磨損及生產(chǎn)工藝等外部因素的影響，為了保證識別可靠率和響應(yīng)時間，達(dá)到實際應(yīng)用的要求，系統(tǒng)集成了多種編碼特征，包括：1）Kirsch算子提取的加權(quán)LDA方向特征；2）HOG描述子辨識的數(shù)字特征；3）基于形態(tài)學(xué)的CCN聯(lián)通元描述特征。

首先，識別系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)輸入圖像的光照強(qiáng)度及分布情況，動態(tài)地調(diào)節(jié)相機(jī)的曝光時間和增益等參數(shù)，保證輸入圖像灰度分布的穩(wěn)定性和均衡性，運用相機(jī)參數(shù)對光照條件的自適應(yīng)性，將場景的復(fù)雜度有效地限定在一個較小的范圍之內(nèi)。

其次，對于輸入的圖像，識別系統(tǒng)進(jìn)行濾波和降噪等預(yù)處理，并統(tǒng)計圖像在若干方向上的灰度投影，通過分析、聚類和搜索所得灰度投影數(shù)組的數(shù)值分布特征，獲得圖像中的有效目標(biāo)區(qū)域，實現(xiàn)噴標(biāo)的粗定位。圖像的灰度投影特征對于標(biāo)識的污染和磨損等情況具有一定的魯棒性，當(dāng)標(biāo)識被嚴(yán)重磨損時，算法依然可以保持良好的性能。最后，結(jié)合多種特征分析方法，細(xì)化噴標(biāo)區(qū)域的局部像素特征和整體分布特征，精確定位噴碼位置，并根據(jù)預(yù)先制定的規(guī)則進(jìn)行讀數(shù)，輸出結(jié)果，將過程參數(shù)作為反饋輸入系統(tǒng)，進(jìn)行下一幀圖像的識別。

3 系統(tǒng)特點

除了識別出鋼管ID外，編碼識別系統(tǒng)同時作為信息管理系統(tǒng)的一個基站，用于采集現(xiàn)場設(shè)備的信息，將識別內(nèi)容與生產(chǎn)信息進(jìn)行對應(yīng)，完成后傳輸?shù)戒摴苄畔⒐芾碥浖到y(tǒng)。系統(tǒng)還具備人工干預(yù)功能，用于修正無法識別的鋼管信息，最終實現(xiàn)100％的鋼管信息對應(yīng)。

該方案在天津鋼管集團(tuán)股份有限公司位于美國德克薩斯州的美國公司管加工廠中的生產(chǎn)線中應(yīng)用近半年來，隨著不斷的改進(jìn)和完善，日漸成熟。經(jīng)過統(tǒng)計一次識別成功率：>93％，人工干預(yù)后正確率：100％，取得了很好的效果。

(天津鋼管集團(tuán)股份有限公司吳國強(qiáng)王小剛劉光運)