基于表面質量檢測儀的冷軋帶鋼缺陷跟蹤定位

侯維國

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽 馬鞍山 243000)

0 引言

為提高生產效率，減少成品卷上重卷切除缺陷帶來的次生質量損失，需要對缺陷位置進行準確定位，以便重卷機組或相關加工配套廠對缺陷位置信息進行及時處理，在提高機組成材率、降低成品質量損失、提高客戶滿意度等方面均具有較高的實際價值。

1 問題描述

馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠冷軋鍍鋅機組安裝了Parsytec表面缺陷自動檢測儀(以下簡稱表檢儀)，質量檢測員按照表檢儀記錄的帶鋼縱向上的缺陷位置進行記錄，并向下傳遞到重卷機組進行缺陷切除，但由于缺陷定位受到諸多因素影響，比如表檢儀自測編碼器、機組自測編碼器、機組剪切信號、換卷信號等，造成缺陷定位不能穩定在一個精確的幅度范圍內，誤差幅度較大，使得重卷機組不能準確有效地進行缺陷切除，往往需要人工進行二次缺陷檢查，或者擴大缺陷切除范圍，導致機組生產效率降低以及切除浪費的增加。

為解決該問題，需要制定一套行之有效的缺陷跟蹤定位方法，其總體思路：首先，將表檢儀的帶鋼自測計長與L2機組帶鋼計長進行匹配校準；其次，在表檢儀系統內部對鋼卷上下表面的缺陷縱向對應位置進行校準；最后，在下游重卷機組進行缺陷定位驗證。

此過程中需要研究以下問題：表檢儀須執行準確的信號接受邏輯；保證表檢儀對鋼卷計長的準確性，其中需要保證編碼器速度信號、L1焊縫信號和剪切信號的準確性；表檢儀內部各檢測通道對于缺陷位置檢測的一致性。

2 表檢儀信號邏輯

鍍鋅線表檢儀安裝于出口活套和出口質檢臺之間，表檢儀前端由WPD焊縫跟蹤點跟蹤到焊孔位置將焊縫信號給表檢儀，此時表檢儀進行一次母卷換卷，同時切換母卷號。表檢儀必須先接收到L2母卷電文，解析轉傳給表檢Server服務器，再接收到L1焊縫信號。表檢儀后端由出口剪切將每一次剪切信號通過干接點傳給表檢儀，表檢儀切換子卷，同時切換子卷號。表檢儀只被動接收信號，不會修改信號邏輯和發送時機，只能由L1、L2端修改。

圖1 表檢儀信號邏輯原理圖

實際生產運行過程中，會出現一些異常情況，包括信號時序、信號錯發和漏發均會對帶鋼的正常跟蹤造成干擾和影響。

異常1：L1、L2信號發送順序顛倒，L1焊縫信號在L2母卷電文前到達，表檢已經換卷，卻沒有對應卷號，表檢儀即會自動生成一次假卷號。

異常2：L2母卷電文漏發或L2通信異常，L1焊縫正常，只有焊縫信號，沒有收到母卷電文，換卷后卻沒有對應卷號，表檢儀即會自動生成一次假卷號。

異常3：L1焊縫多發，L2正常，在檢測中焊縫信號多發，表檢已經換卷，卻沒有對應卷號，表檢儀即會自動生成一次假卷號。

異常4：L1焊縫漏發，L2正常，表檢儀始終在上一卷檢測并未換卷，造成2卷檢測數據合并成一卷。

異常5：L1焊縫信號發送不是實際值，而是計算值，使焊縫信號與L2信號無法形成時序匹配，造成表檢儀不能檢測缺陷。

異常6：L1焊縫信號發送延遲，造成表檢儀焊縫定位不準。在各類信號異常情況下，需要根據實際異常狀態的不同進行相應的檢查和糾正。

3 表檢儀帶鋼自測計長修正

由于輥子磨損等問題的存在，長期運行狀態下，會導致表檢儀的帶鋼自測計長與L2機組帶鋼計長有出入，影響表檢儀缺陷定位的準確性，以下調整方法均以L2計長為基準進行修正。

3.1 圖像分辨率或編碼器倍頻的調整

為了獲得更精確的長度匹配，通過調整表檢儀圖像縱向分辨率的方法也是可取的。通過這個方法來匹配表檢儀自測卷長和機組自測卷長，表檢儀的圖像縱向分辨率為DownRes，二級的機組自測長度為L2，表檢儀自測長度為Lo，則修正值為：DownRes(修正后)=DownRes(修正前)×L2/Lo。通過這個辦法進行迭代修正，即可調整長度誤差保持在合理預計范圍內。

3.2 編碼器調整

鍍鋅機組表檢儀編碼器安裝方式為S輥(張緊輥)面上安裝滾輪、在滾輪的軸心上安裝編碼器，該編碼器向表檢儀提供速度信號。依據輥旋轉一周產生的脈沖數N、輥徑D和一個掃描周期內產生的脈沖數n，即可得到該掃描周期內帶鋼運行的長度，即L=D×π×n/N。通過一個周期內帶鋼運行長度做累加運算即可得到單位時間內的帶鋼運行長度。

該安裝方式雖然能提高編碼器的精度，但是由于滾輪的材質為硬塑料，長時間使用會導致滾輪磨損或同軸度誤差，造成編碼器的精度誤差，同時如果安裝的精度不高或者滾輪的圓度不夠，會造成滾輪滾動時有擺動甚至脫落的問題，同時會造成長度計算誤差。通過對編碼器安裝方式的改造，改原有的滾輪式編碼器為出軸式安裝編碼器的方式，采用聯軸器和張緊輥輥軸連接，形成柔性連接，編碼器軸需和輥軸有很好的同軸度，最大同軸度誤差需保證在±0.2 mm范圍內，聯軸器安裝好后不應該有擠壓、彎曲。更改后的安裝方式穩定有效，在長周期工作時間內未出現帶鋼自測速度波動、計長波動等情況。后期維護中，需要對因磨損導致同軸度的變化以及聯軸器的安裝，制定合理的定期檢查校驗制度。

圖2 編碼器安裝方式改造前后對比

4 表檢儀缺陷縱向位置調整

4.1 鍍鋅焊縫信號跟蹤及調整

由于帶鋼在張緊輥表面的滑動以及在張力作用下會產生微小型變，會導致一定的誤差，為保證焊縫跟蹤的準確性，表檢儀需要焊縫跟蹤器發送的焊縫信號準確獲知鋼卷的換卷位置，該信號由表檢儀檢測位置的前一個焊縫跟蹤器發出，位置處于出口活套和表檢儀檢測位置之間。

焊縫跟蹤點到表檢儀的物理距離準確度決定了表檢儀顯示母卷帶頭的位置精度，在未進行調整前，鍍鋅焊縫跟蹤的精度可能會有較大誤差。在調整過程中，可利用電機編碼器計算與人工測量對比，重新計算焊縫跟蹤器WPD到表檢儀的實際物理距離，要求越精確越好，可以精確到0.1 m級別。按照這個實際物理距離值對表檢儀內部焊縫距離參數值進行修正，再調整表檢儀內部焊縫定位的參數值，保證帶鋼母卷焊縫的檢測位置定位于表檢儀顯示窗口的帶頭1 m位置。這樣做的目的是將焊縫在帶鋼母卷顯示中的位置確定下來，為后續的剪切信號分卷跟蹤調整做準備。焊縫跟蹤器需要設置有效矯正窗口區，以避免帶鋼有異常孔洞、跑偏等因素造成焊縫跟蹤器檢測到錯誤的焊縫信號，當該矯正窗口區內檢測到的焊縫信號為有效時，才能用其對跟蹤數據做修正，否則視為錯誤信號，不對其進行修正。

實際過程中也會出現某些異常情況，一是表檢儀帶鋼子卷顯示界面中會出現焊縫缺陷，因為正常焊縫缺陷會出現在母卷顯示中，經過出口剪切后不應出現在子卷顯示畫面中；二是子卷的帶尾會出現LF相機通道拍攝的焊縫缺陷，正常情況下表檢儀的BF和LF拍攝的焊縫缺陷均應保持位置同步，并出現在表檢儀顯示帶鋼的帶頭位置。這兩個問題最終會導致缺陷顯示定位出現大的偏差，所以需要對表檢儀各檢測通道焊縫位置設定的offset值及L1焊縫發送信號時序進行檢查。如發現焊縫發送信號存在發送延遲現象，則要通過信號提前量的修正，將焊縫發送位置點提前至表檢儀傳感器之前，以解決表檢儀焊縫位置顯示異常的問題。

4.2 剪切信號跟蹤及調整

當L1發送焊縫信號，表檢儀進行母卷換卷，L1發送剪切信號，表檢儀切換子卷。通過L1發送給表檢儀的剪切信號，結合表檢儀檢測位置到出口剪的帶鋼物理距離參與帶鋼子卷長度的計算，如果這個物理距離值未能測準，子卷的長度就會產生一個固定誤差值。

當發現表檢儀的自測卷長與機組L2自測卷長存在較大偏差時，也需要檢查出口剪切信號與表檢儀內部信號設定的匹配值誤差。根據剪切刀數、每一刀的實際步進長度值進行表檢儀參數修正并匹配。

4.3 表檢儀檢測通道對于上、下表面缺陷對應位置的偏差修正

鍍鋅機組表檢儀為百視泰公司產品，表檢儀分為上、下表面帶鋼檢測，每個表面分別由LF和BF 2組相機檢測通道組成，LF和BF相機組分別對缺陷進行檢測掃描并定位。在表檢儀自測長度和L2卷長數值匹配后，這就要求上、下表面4個檢測通道對于同一個缺陷在鋼卷長度方向上的檢測定位均要保持一致，才能最終確保缺陷定位的準確性。

以4個通道中的某一個通道檢測到的缺陷位置為基準，作為其他3個通道的位置參照基準。首先通過缺陷位置的數據跟蹤，確認每個通道與基準通道的具體定位差值數據，再通過微調表檢儀系統內部各通道的位置offset值，以達到各通道檢測位置的合理匹配。在此過程中，可選擇穿透型缺陷(比如孔洞)作為缺陷位置的數據跟蹤來源，因為這種穿透性缺陷能夠同時被上、下表面4個通道檢測到，能夠快速簡便地提供統一的缺陷位置數據。為了驗證最終的調整是否有效，還需要下游重卷機組的開卷檢查來確認，如果開卷驗證過程中發現有誤差，那么相應通過對4個檢測通道的offset值做偏差修正即可。

5 下游機組驗證

作為鍍鋅機組的下游機組，重卷機組根據鍍鋅機組的來料缺陷信息進行缺陷切除。該條機組采用激光測速儀進行長度跟蹤，精度較高。通過數據比對，其自測卷長與來料的卷長信息匹配度較高，故無需進行相應改造。需要注意的是，重卷機組會在鋼卷的帶頭和帶尾進行首尾切廢，或者在運行過程中切除一段鋼帶進行取樣操作，所以在跟蹤驗證過程中需要將這一部分的帶鋼切除量考慮進去。通過重卷人工檢查對缺陷位置進行確認，并與表檢儀的缺陷位置信息進行比對，積累數據后可以得出重卷機組對于缺陷切除范圍的合理值，最大程度地減小缺陷前后位置的切除量，保證鋼卷的成材率。

6 結語

需要注意的是，各機組均有自己的鋼卷計長設備，計長數據相互間難以避免地存在一定偏差量，難以真正統一，需要合理的修正統一或者選取偏差允許范圍值。表檢儀只能以一條機組的計長為基準，較合理的方式是以本機組為基準進行矯正，而非跨機組進行匹配。另外，產線的急停、多次啟停，對計長偏差都有可能造成偶發影響。

通過一系列的偏差修正工作，馬鋼鍍鋅表檢儀與在線機組卷長米數精度已由原來的5～7 m誤差匹配至0～3 m，重卷切除缺陷范圍由原來的缺陷位置±7 m縮小為±3 m以內，既免除了重卷機組人工二次跟蹤的工作量，提高了機組運行效率，又減少了切除廢品的損失，提高了成材率。該項工作對于下游各配套加工廠的加工同樣具有有效的現實意義。可以預見，由于帶鋼跟蹤的準確實現，對于鋼鐵企業全工序質量的準確控制、跟蹤、分析和工藝參數的優化提供了可能，將為客戶提供優質產品以及優質服務提供更可靠的依據。