翹扣頭檢測系統在熱軋產線的應用

席 梅

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海201900）

在帶鋼板坯的熱軋過程中，板坯在經過一個道次軋制之后，往往會發生頭部彎曲現象，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。在軋制時發生不對稱形變是翹扣頭出現的主要原因。造成不對稱形變的主要因素包括板坯溫度分布、軋線標高、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以及壓下量等[1]。板坯頭部彎曲是這些因素綜合作用的結果。

翹扣頭的產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板、衛板或現場檢測儀表發生撞擊，嚴重則導致帶鋼板坯無法進入軋機，造成堆鋼事故的發生。而帶鋼板坯扣頭會使得板坯與機架輥或輥道撞擊，嚴重則導致板坯撞壞輥道上的花架，或導致板坯鉆入輥道下面，給生產帶來諸多的不利[2]。在整個軋制生產時，如果對帶鋼板坯翹扣頭沒有檢測手段，粗軋操作人員將無法知悉板坯的翹扣頭程度，導致操作人員無法準確的調整軋制控制緩解翹扣頭情況。因此，在生產中檢測板坯的翹扣頭是非常必要的。

1 系統參數

1.1 工藝參數

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 技術參數

1）圖像掃查方式：面陣。

2）圖像存儲格式：jpg。

3）圖像命名：對應帶鋼號和道次號組合。

4）圖像顯示效果：灰度。

5）圖像自動保存周期：3個月。

6）拍攝位置：軋線操作側。

7）顯示分辨率：1 920×1 080像素。

8）熱軋板檢測面：操作側。

9）通信接口：XCOM。

10）檢出率：≥99%。

1.3 系統布置

在現場布置兩組成像系統，分別安裝于R2粗軋機入口、出口的操作側，實現對R2全部道次的覆蓋。在粗軋電氣室布置一套服務器系統，實現圖像采集、翹扣檢測、軋制過程記錄、檢測結果發布和歷史查詢等功能。在粗軋操作室布置監控終端，實現對各道次翹扣情況的集中顯示和監控，在出現翹扣程度過大時，采用報警形式提醒操作人員，并提供歷史翹扣情況查詢功能。

現場設備布置要求：裝置相機距軋線距離為大于2 m；裝置相機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；裝置周圍安裝護欄。

2 系統組成

翹扣頭檢測系統主要由圖像采集系統、電氣及控制系統、服務器系統、監視系統等部分組成，系統構成詳見圖1。

圖1 翹扣頭檢測系統結構圖

成像系統是翹扣頭圖像采集系統獲取數據的關鍵，它由高速工業相機和鏡頭等光學組件以及調整組件組成。相機采用高精度面掃描CCD相機，該設備具有采集速度快、分辨率高、體積小、圖像數據傳輸距離長等優點。

翹扣頭檢測系統的運算處理單元采用專用圖像處理計算機。檢測系統的大部分圖像處理算法均運行在圖像檢測服務器內，通過運算處理單元的專用圖像處理計算機控制相機采集圖像后，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。

電氣系統為保證各類設備無縫連接并完成設定功能，電氣集成選用專用接口設備保證遠距離、高速、海量圖像數據傳輸的穩定性和可靠性；服務器與各設備之間的通訊線使用四芯單模光纖和工業六類屏蔽網線，保證數據傳送快速有效且不受干擾；控制系統中電子控制器、同步電路等均安裝在采集箱中，采集箱固定在機械架上并做隔熱與防渣飛濺處理，保證系統采集穩定。

3 系統功能

3.1 系統主要功能

1）實現R2各道次帶鋼板坯實際翹頭和扣頭的檢測功能，便于操作人員及時了解帶鋼板坯頭部翹扣頭情況。

2）接收并處理L2發送的各項信息，并將檢測結果實時發送至L2。

3）具備翹扣頭圖像畫面、實際翹扣頭檢測結果與帶鋼信息、機架信息和道次信息的勾連、查詢與保存功能。

4）具備數據查詢功能。查詢數據形式以板坯號和時間查詢，所查詢到的內容如下：板坯號、機架號、道次號、日期時間以及相應的檢測圖像和檢測結果。

5）設置與大數據平臺接口，將檢測結果及圖形發送至大數據平臺。

3.2 軟件及功能模塊

軟件由圖像檢測系統、外部通信系統、內部通信系統、實時顯示系統、歷史查詢系統、數據庫存儲系統等組成。所有系統均采用.net 2015作為開發平臺。外部通信系統、內部通信系統和數據庫存儲系統運行環境為Win Server，圖像檢測系統、實時顯示系統、歷史查詢系統運行環境為Win10，數據庫采用SQL服務器。

主要功能模塊介紹：

3.2.1 外部數據通信模塊1）實績處理模塊。初始化相機，自動控制相機的啟停，監控相機運行狀態，自動設定相機參數，監控相機幀率等運行參數，并實時采集高幀率圖像。

2）控制信號處理模塊。轉換檢測結果，并下傳至現場服務器。同時保證通信的穩定性，具備自我恢復功能。

3）圖像傳輸模塊。將圖像及數據發送至大數據平臺。

3.2.2 數據庫模塊

保證數據庫連接穩定，各模塊讀寫數據庫中的信息。

3.2.3 內部通信模塊

同步共享系統內部的當前生產狀態和檢測結果。

3.2.4 相機控制模塊

初始化相機，自動控制相機的啟停，監控相機運行狀態，自動設定相機參數，監控相機幀率等運行參數，并實時進行相機穩定性控制。

3.2.5 圖像檢測模塊

1）圖像采集模塊。連接相機并從相機采集高清實時生產圖像，同時對圖像進行優化處理，使軋件圖像目視和解析都更清晰。

2）圖像檢測模塊。判斷軋件位置是否進入適合測量的范圍，并及時啟動測量模塊開關。

3）軋件運動方向識別模塊。判斷軋件的運動方向。

4）軋制實績與相機圖像匹配模塊。通過識別匹配將各相機的拍攝結果和當前軋制機架和道次進行匹配。

5）圖像測量模塊。通過圖像變換方法獲得當前板坯翹扣量存儲拍攝圖像和檢測結果圖像。

6）圖像存儲模塊。包括拍攝到的待測實際圖像、測量后的特征點結果圖像和翹扣值信息。

4 系統主要界面

實績測量畫面是系統主要監控畫面，畫面上顯示當前帶鋼板坯的實績生產圖像，并對應相關生產信息，如板坯號、軋機號和道次號等信息。并在測量結束后，顯示測量繪制的板坯輪廓，同時輸出檢測的翹扣量。

查詢功能畫面為用戶提供歷史數據查詢功能，可以根據輸入的日期時間、板坯號、機架號、道次號信息要求，顯示符合條件的板坯信息。并根據選定的板坯信息顯示板坯實績拍攝的圖像效果和測量輪廓結果。

5 系統通訊信號

檢測系統接收、解析和存儲現場L2發送來的咬鋼信息，將檢測結果實時發送L2。通訊接口通過XCOM的通信方式實現。

具體電文規約如下：

5.1 L2→翹扣頭檢測系統主控服務器

發送時機：對于R2入口采集裝置，R1咬鋼正道次發送，R2逆道次（2、4道次）發送；對于R2出口采集裝置，R2正道次（1、3、5道次）發送。

翹扣頭檢測系統接收電文信息詳見表1。

表1 接收電文信息表

5.2 翹扣頭檢測系統主控服務器→L2

發送時機：各道次檢測結束，翹扣頭檢測系統發送電文信息詳見表2。

6 結語

此套翹扣頭檢測系統利用CCD攝像機實現板坯圖像采集，并對圖像數進行據處理以及翹曲方向判定，通過翹曲程度計算、速差修正量計算以及速差設定值自適應學習，能夠讓現場操作人員準確地調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輥道及外護板等設備的撞擊，同時也減少了堆鋼事故的發生，從而保證了熱軋生產過程的穩定運行。

表2 發送電文信息表