專利名稱：帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法及糾偏系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法及糾偏系統(tǒng)，主要針對(duì)冷熱軋帶鋼運(yùn)行過程橫向跑偏、上下漂浮、及板型實(shí)時(shí)量化檢測(cè)及糾偏量輸出給糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)也可應(yīng)用于連鑄板坯、方坯板型檢測(cè)，以及其他帶材糾偏應(yīng)用領(lǐng)域(例如輕金屬行業(yè)、銅行業(yè)、印刷和裝訂行業(yè)以及造紙和橡膠化學(xué)行業(yè)等)實(shí)時(shí)檢測(cè)，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶鋼連續(xù)處理機(jī)組在穿帶和生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，其結(jié)果不僅會(huì)造成帶鋼缺陷產(chǎn)生、成材率減少，還會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行和損壞生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)而導(dǎo)致整體生產(chǎn)能力下降。帶材糾偏系統(tǒng)(Edge Position Control，簡(jiǎn)稱EPC)是軋鋼生產(chǎn)線上的常用技術(shù)，普遍應(yīng)用于酸洗、冷熱軋、平整、涂鍍層、重卷、剪切等機(jī)組中，由于受機(jī)組各設(shè)備的安裝精度、 輥組偏差和振動(dòng)、輥?zhàn)娱L(zhǎng)期磨損、帶材斷面不均勻及帶鋼張力波動(dòng)等因素影響，帶鋼跑偏已成為常見現(xiàn)象。因此，實(shí)時(shí)有效地檢測(cè)出帶鋼的橫向偏移量，并實(shí)施糾偏控制，是保證帶鋼處理機(jī)組順利進(jìn)行，提高帶鋼處理質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，這可以保證帶鋼的無故障運(yùn)送，卷取時(shí)邊緣整齊，以及在包裝、運(yùn)輸和碼放都很方便，有利于帶鋼較好地完成技術(shù)指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低成本。實(shí)踐表明，跑偏現(xiàn)象是客觀存在不可避免的。因此，如何采用有效的跑偏檢測(cè)技術(shù)，精確檢測(cè)出帶材的跑偏量并將信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來滿足生產(chǎn)工藝要求，是解決問題的關(guān)鍵所在。從理論上講，如果能精確計(jì)算出帶鋼運(yùn)行過程中的偏移量，就可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)控制糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，但該數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速計(jì)算非常困難。因?yàn)榕芷闹饕蚴怯捎趲т摫旧戆逍魏蜋C(jī)械設(shè)備安裝誤差造成的，因此，采用數(shù)值計(jì)算的方法會(huì)存在很多難以確定的邊界條件?，F(xiàn)有的帶材跑偏識(shí)別方法主要通過各種傳感器實(shí)現(xiàn)，帶鋼測(cè)量傳感器目前共有電感式、電容式、光電式等三種類型。目前，國(guó)外該方面的檢測(cè)技術(shù)比較成熟，但技術(shù)復(fù)雜，成本高，設(shè)備昂貴，而國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的帶鋼跑偏檢測(cè)控制系統(tǒng)基本為零，其主要原因在于傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)不成熟，檢測(cè)精度低，并且不能保證長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)的帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法。本發(fā)明同時(shí)基于本檢測(cè)方法設(shè)計(jì)了一套帶鋼跑偏糾偏系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)手段是這樣實(shí)現(xiàn)的 帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法，其檢測(cè)步驟為
1)利用線性激光發(fā)射器(傾斜一定角度)照射帶鋼，在帶鋼寬度方向上形成一條垂直于長(zhǎng)度方向的高亮度激光線形光束，激光線形光束全覆蓋帶鋼寬度且大于帶鋼寬度；2)在帶鋼上方設(shè)置面陣圖像傳感器，由面陣圖像傳感器實(shí)時(shí)掃描激光線形光束，面陣圖像傳感器掃描方向垂直于帶鋼表面；
3)將掃描的激光線形光束送入計(jì)算機(jī)，由于激光線形光束在帶鋼上的圖像和帶鋼外的圖像之間存在明顯的差異，在帶鋼邊緣處有明顯的分界線，通過該差異即可由計(jì)算機(jī)確定帶鋼邊緣；
4)根據(jù)不同時(shí)刻計(jì)算機(jī)確定的帶鋼邊緣即可計(jì)算出帶鋼跑偏量，并可重構(gòu)出帶鋼的板形形態(tài)(即兩長(zhǎng)邊緣輪廓線)；同時(shí)根據(jù)激光線形光束在帶鋼長(zhǎng)度方向上的位移量(再結(jié)合面陣圖像傳感器的高度)即可計(jì)算出帶鋼上下漂浮量。一種帶鋼糾偏系統(tǒng)，它包括對(duì)帶鋼運(yùn)行速度檢測(cè)的測(cè)速機(jī)構(gòu)和帶鋼跑偏后的糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在帶鋼上方設(shè)有用于照射帶鋼以在帶鋼寬度方向形成激光線形光束的線性激光發(fā)射器和用于捕獲激光線形光束的面陣圖像傳感器，線性激光發(fā)射器和面陣圖像傳感器分別設(shè)于高溫保護(hù)罩內(nèi)；所述面陣圖像傳感器通過圖像采集卡與控制單元連接，測(cè)速機(jī)構(gòu)的輸出接控制單元，控制單元通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。線性激光發(fā)射器所在的高溫保護(hù)罩與冷卻氣體輸送機(jī)構(gòu)連通，由冷卻氣體輸送機(jī)構(gòu)向線性激光發(fā)射器所在的高溫保護(hù)罩內(nèi)輸送冷卻氣體。面陣圖像傳感器所在的高溫保護(hù)罩前面安裝有僅讓激光線形光束通過的濾色片。面陣圖像傳感器的成像靶面與帶鋼上表面平行。所述測(cè)速機(jī)構(gòu)設(shè)于驅(qū)動(dòng)帶鋼運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)輥上，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)速確定帶鋼運(yùn)行速度。所述面陣圖像傳感器為面陣(XD/CM0S圖像傳感器。本發(fā)明可同時(shí)檢測(cè)帶鋼跑偏量和上下浮動(dòng)(漂浮)量，以光學(xué)成像方法通過圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了帶鋼運(yùn)行中的邊緣形態(tài)的監(jiān)控，且檢測(cè)精度可控。本發(fā)明根據(jù)帶鋼傳送速度實(shí)現(xiàn)快速掃描，并實(shí)時(shí)重構(gòu)出激光線帶鋼邊緣點(diǎn)陣圖像走向，并根據(jù)雙邊緣形態(tài)可視化帶鋼運(yùn)行過程中的板形變化形態(tài)。本檢測(cè)裝置檢測(cè)視場(chǎng)寬度大，可在復(fù)雜環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，能免除工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁和激光線光譜以外的強(qiáng)光干擾以及溫度影響，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路可同步傳輸糾偏信號(hào)給糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有利于提高帶鋼跑偏自動(dòng)化檢測(cè)水平，設(shè)備安裝維護(hù)方便，對(duì)帶鋼的高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種CPC和EPC檢測(cè)系統(tǒng)中，尤其針對(duì)復(fù)雜壞境下帶鋼跑偏、 浮動(dòng)和板形檢測(cè)，以及連鑄坯板形檢測(cè)，對(duì)提帶材生產(chǎn)效率起到直接推動(dòng)作用。


圖1-本發(fā)明帶鋼糾偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-本發(fā)明跑偏與上下浮動(dòng)量測(cè)量示意圖。圖3-本發(fā)明信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法，其檢測(cè)步驟為
1)利用線性(線寬Imm)激光發(fā)射器(傾斜一定角度)照射帶鋼，在帶鋼寬度方向(即橫向)上形成一條垂直于長(zhǎng)度方向(即運(yùn)行方向或縱向)的高亮度激光線形光束，激光線形光束全覆蓋帶鋼寬度且大于帶鋼寬度；
2)在帶鋼上方設(shè)置面陣圖像傳感器，由面陣圖像傳感器實(shí)時(shí)掃描激光線形光束，面陣圖像傳感器掃描方向垂直于帶鋼表面(即成像靶面與帶鋼表面平行，這樣計(jì)算簡(jiǎn)單，更利于后續(xù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理)；面陣圖像傳感器實(shí)時(shí)掃描幀率取決于帶鋼速率；并根據(jù)檢測(cè)精度要求選定面陣圖像傳感器(攝像機(jī))分別率、鏡頭視場(chǎng)角、幀率(本發(fā)明選擇高速攝像機(jī)成像) 及垂直安裝高度；
3)對(duì)帶鋼表面激光線形光束進(jìn)行快速圖像掃描和實(shí)時(shí)處理，并計(jì)算帶鋼橫向左右邊緣處激光線條光斑像素位移量和激光線條的縱向浮動(dòng)量。具體來講，由于激光線形光束在帶鋼上的圖像和帶鋼外的圖像之間存在明顯的差異，在帶鋼邊緣處存在明顯的分界線，只要將掃描的激光線形光束送入計(jì)算機(jī)，通過該差異即可由計(jì)算機(jī)確定帶鋼邊緣；
4)根據(jù)不同時(shí)刻計(jì)算機(jī)確定的帶鋼邊緣即可計(jì)算出帶鋼跑偏量，并可重構(gòu)出帶鋼的板形形態(tài)(即兩長(zhǎng)邊緣輪廓線)；同時(shí)根據(jù)激光線形光束在帶鋼長(zhǎng)度方向上的位移量(再結(jié)合面陣圖像傳感器的高度)即可計(jì)算出帶鋼上下漂浮量。本發(fā)明還根據(jù)上述檢測(cè)方法設(shè)計(jì)了一套帶鋼糾偏系統(tǒng)，見圖1，它包括對(duì)帶鋼運(yùn)行速度檢測(cè)的測(cè)速機(jī)構(gòu)1和帶鋼跑偏后的糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在帶鋼上方設(shè)有用于照射帶鋼以在帶鋼寬度方向形成激光線形光束的線性激光發(fā)射器2和用于捕獲激光線形光束的面陣圖像傳感器3，線性激光發(fā)射器1和面陣圖像傳感器3分別設(shè)于高溫保護(hù)罩4內(nèi)；所述面陣圖像傳感器3通過圖像采集卡與控制單元連接，測(cè)速機(jī)構(gòu)1的輸出接控制單元，控制單元通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。下面對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)說明
①安裝高精度線形激光發(fā)射器，以特定角度斜射帶鋼表面。本發(fā)明的線形激光發(fā)射器為He-Na激光發(fā)射器，安裝在耐高溫耐酸保護(hù)罩內(nèi)，保護(hù)罩采用哈氏B-2合金制成。同時(shí)線性激光發(fā)射器所在的高溫保護(hù)罩與冷卻氣體輸送機(jī)構(gòu)連通，將冷卻氣體(如潔凈氮?dú)?向保護(hù)罩內(nèi)輸送以使保護(hù)罩耐高溫。線形激光發(fā)射器按照一定角度(激光線照射面與帶鋼表面呈小于90大于0度角)安裝，在帶鋼橫向面上形成一條垂直于運(yùn)行方向的高亮度激光線形光束。②安裝用于提取帶鋼表面激光線變化信息的面陣圖像傳感器
本發(fā)明的面陣圖像傳感器為高速高清晰的面陣CCD/CMOS圖像傳感器，面陣圖像傳感器安裝在高溫耐酸保護(hù)罩內(nèi)，并在保護(hù)罩前加裝特定波長(zhǎng)濾色片，其目的是保證圖像采集質(zhì)量和保護(hù)相機(jī)鏡頭，同時(shí)防止其它波長(zhǎng)光源干擾成像，安裝過程中圖像傳感器成像靶面與帶鋼運(yùn)行表面平行，并與激光線照射平面成一定空間角度關(guān)系，見圖1。③為了使本系統(tǒng)便于安裝和調(diào)試，面陣圖像傳感器與線形激光發(fā)射器連接在一起，在連接處安裝高精度角度調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)面陣圖像傳感器的成像主光軸和激光發(fā)射器的照射面之間的相對(duì)角度，用于算法處理單元標(biāo)定和實(shí)時(shí)計(jì)算帶鋼掃描圖像橫向邊緣和縱向光斑像素位移量，并根據(jù)特定空間關(guān)系對(duì)檢測(cè)精度進(jìn)行試驗(yàn)二次標(biāo)定，以保證帶鋼橫向跑偏量和漂浮量的檢測(cè)精度。
④在指定組輥處安裝鋼板運(yùn)行測(cè)速機(jī)構(gòu)，精確采集帶鋼傳速信號(hào)，并送控制單元中的軟件處理單元實(shí)時(shí)控制攝像機(jī)幀掃描頻率，其目的在于精確重構(gòu)并可視化帶鋼運(yùn)行過程中的邊緣跑偏走向和板型形態(tài)。⑤帶鋼跑偏量與上下浮動(dòng)量提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的特點(diǎn)在于結(jié)合了激光三角測(cè)距理論與計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)，在檢測(cè)出帶鋼運(yùn)行跑偏量的同時(shí)，可檢測(cè)出鋼板的上下浮動(dòng)量。其方法是采用激光器斜射和CCD/CMOS 面陣攝像機(jī)垂直照射方法進(jìn)行。本方法可通過劃分圖像感興趣區(qū)域(ROI)后，快速定位帶鋼橫向邊緣激光線條像素位置信息，并根據(jù)激光線條的縱向位移量計(jì)算帶鋼運(yùn)行中的上下漂浮量，通過標(biāo)定像素位移量轉(zhuǎn)換輸出為實(shí)際帶鋼位移和漂浮測(cè)量值。其測(cè)量示意如圖2所示。其中左下方的箭頭表示帶鋼運(yùn)行方向，虛線框表示圖像中劃定的ROI區(qū)，標(biāo)記①和②分別代表帶鋼左右邊緣位移定位點(diǎn)(用于檢測(cè)跑偏)，標(biāo)記③即圖中部的左右箭頭代表激光線縱向浮動(dòng)變化量(用于檢測(cè)漂浮量)。掃描過程中，在劃分的ROI區(qū)域內(nèi)，通過χ方向掃描定位激光線鋼板跑偏位移量， 邊緣定位點(diǎn)為圖像①②標(biāo)記處，通過提取激光線方向像素的位移量可同時(shí)得到鋼板的漂
浮量信息。帶鋼邊緣形態(tài)與板形形貌可視化重構(gòu)
面陣圖像傳感器(攝像機(jī))激光線條掃描過程中，將鋼板上激光線條(即①到②標(biāo)記點(diǎn)之間的線條寬度)的像素?cái)?shù)根據(jù)一定的圖像處理拼接算法，可視化重構(gòu)出帶鋼邊緣形態(tài)，進(jìn)而實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行過程中的板型形貌特征，檢測(cè)系統(tǒng)信息處理方式如圖3所示。本發(fā)明可以有效地量化檢測(cè)帶鋼橫向跑偏量，采用圖像的方法不但可以保證實(shí)時(shí)檢測(cè)精度，又可以在線可視化帶鋼的板形變化；同時(shí)，對(duì)帶鋼運(yùn)行過程的上下漂浮狀態(tài)亦可量化檢測(cè)，并可三維重構(gòu)帶鋼整體形貌。本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用，對(duì)提高冷熱軋帶鋼的自動(dòng)化水平、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率具有重要意義；同時(shí)，對(duì)開發(fā)糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)及改進(jìn)帶鋼傳送工藝，提高帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)作用。此外，本發(fā)明還適用于非鐵磁或非電導(dǎo)性產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的跑偏檢測(cè)，例如，輕金屬行業(yè)、銅工業(yè)、印刷和裝訂、塑料和橡膠化學(xué)行業(yè)、造紙業(yè)、纖維和紡織業(yè)等。本發(fā)明的上述實(shí)施僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法，其特征在于其檢測(cè)步驟為1)利用線性激光發(fā)射器照射帶鋼，在帶鋼寬度方向形成一條垂直于長(zhǎng)度方向的激光線形光束，激光線形光束全覆蓋帶鋼寬度且大于帶鋼寬度；2)在帶鋼上方設(shè)置面陣圖像傳感器，由面陣圖像傳感器實(shí)時(shí)掃描激光線形光束；3)將掃描的激光線形光束送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)激光線形光束在帶鋼上的圖像和帶鋼外的圖像之間的差異確定帶鋼邊緣；4)根據(jù)不同時(shí)刻計(jì)算機(jī)確定的帶鋼邊緣即可計(jì)算出帶鋼跑偏量；同時(shí)根據(jù)激光線形光束在帶鋼長(zhǎng)度方向上的位移量即可計(jì)算出帶鋼上下漂浮量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法，其特征在于所述線性激光發(fā)射器傾斜照射帶鋼，面陣圖像傳感器掃描方向垂直于帶鋼表面。
3.一種帶鋼糾偏系統(tǒng)，它包括對(duì)帶鋼運(yùn)行速度檢測(cè)的測(cè)速機(jī)構(gòu)和帶鋼跑偏后的糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于在帶鋼上方設(shè)有用于照射帶鋼以在帶鋼寬度方向形成激光線形光束的線性激光發(fā)射器和用于捕獲激光線形光束的面陣圖像傳感器，線性激光發(fā)射器和面陣圖像傳感器分別設(shè)于高溫保護(hù)罩內(nèi)；所述面陣圖像傳感器通過圖像采集卡與控制單元連接， 測(cè)速機(jī)構(gòu)的輸出接控制單元，控制單元通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶鋼糾偏系統(tǒng)，其特征在于線性激光發(fā)射器所在的高溫保護(hù)罩與冷卻氣體輸送機(jī)構(gòu)連通，由冷卻氣體輸送機(jī)構(gòu)向線性激光發(fā)射器所在的高溫保護(hù)罩內(nèi)輸送冷卻氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的帶鋼糾偏系統(tǒng)，其特征在于面陣圖像傳感器所在的高溫保護(hù)罩前面安裝有僅讓激光線形光束通過的濾色片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶鋼糾偏系統(tǒng)，其特征在于面陣圖像傳感器的成像靶面與帶鋼上表面平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶鋼糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述測(cè)速機(jī)構(gòu)設(shè)于驅(qū)動(dòng)帶鋼運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)輥上，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輥的轉(zhuǎn)速確定帶鋼運(yùn)行速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶鋼糾偏系統(tǒng)，其特征在于所述面陣圖像傳感器為面陣 CCD/CMOS圖像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶鋼跑偏與漂浮量激光掃描檢測(cè)方法,1)利用線性激光發(fā)射器照射帶鋼，在帶鋼寬度上形成激光線形光束；2)由帶鋼上方的面陣圖像傳感器實(shí)時(shí)掃描激光線形光束；3)將掃描的激光線形光束送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)激光線形光束確定帶鋼邊緣；4)根據(jù)不同時(shí)刻計(jì)算機(jī)確定的帶鋼邊緣即可計(jì)算出帶鋼跑偏量，同時(shí)根據(jù)激光線形光束在帶鋼長(zhǎng)度方向上的位移量即可計(jì)算出帶鋼上下漂浮量。本發(fā)明成本低、檢測(cè)精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，可在復(fù)雜環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，有利于提高帶鋼跑偏自動(dòng)化檢測(cè)水平，設(shè)備安裝維護(hù)方便，對(duì)帶鋼的高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。
文檔編號(hào)B21B37/00GK102319743SQ20111013536
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者張立志, 彭松, 李萬宏, 歐陽奇, 趙立明 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)