李嘉沛

摘 要：簡要論述中厚板廠鋼板自動測長系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動精準定位和剪切，提高中厚板產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品成材率，降低人力成本，提升產(chǎn)線的自動化、智能化水平。

關(guān)鍵詞：熱分段剪;自動測長;中厚板

RESEARCH AND APPLICATION OF ONLINE AUTOMATIC LENGTH MEASUREMENT SYSTEM FOR STEEL PLATE IN HOT SEGMENTED SHEARING OF MEDIUM AND HEAVY PLATE PLANT

Li Jiapei

（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276800，China）

Abstract：This article briefly discusses the automatic length measurement system for steel plates in the medium and thick plate factory， which can achieve automatic and precise positioning and cutting， improve the production efficiency and product yield of the medium and thick plate production line， reduce labor costs， and enhance the automation and intelligence level of the production line.

Key words：hot segmented shear；automatic length measurement；mid-thick plates

0? ? 前? ? 言

中厚板檢測指標一般包括頭尾輪廓、板寬、板厚、板長等參數(shù)，之前主要是依靠人工接觸性檢測，但依靠人工檢測這些指標不僅難度大、危險系數(shù)高，而且操作復雜、精度難以保證。目前，非接觸式檢測設備比較成熟，在國內(nèi)各大中厚板生產(chǎn)公司均有使用，效果較好。測量方法總體上分為接觸式和非接觸式，接觸式主要有測量輥+編碼器一種，非接觸式包括射線測量、激光三角測量、攝影測量、激光多普勒測速等幾種。不同的測量技術(shù)，其原理也千差萬別，相應設備的適用環(huán)境、使用效果也有差別[2]。隨著光電技術(shù)、微電子和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以激光掃描儀等為代表的新型傳感器使非接觸式尺寸測量進入到一個全新的階段，應用和發(fā)展前景廣闊[1]。

1? ? 系統(tǒng)簡介

1.1? ? 激光三角法測量原理

本測長系統(tǒng)采用直射式激光三角法測量鋼板位移。激光發(fā)射器發(fā)出的線激光照射到鋼板表面，鋼板端部（Xw，Yw，Zw），經(jīng)鋼板端部散射后進入工業(yè)相機并在工業(yè)相機成像平面成像點（u，v）。圖像點坐標與鋼板斷面激光點位置（鋼板位移）存在一一對應映射關(guān)系。

利用軌道坐標系和相機坐標系的坐標變換及相機坐標系到圖像坐標系的投影變換可建立圖像坐標與輥道坐標系之間的關(guān)系。

計算機采集圖像數(shù)據(jù)后，查找圖像激光線端點（u，v）；根據(jù)投影變換公式計算鋼板端坐標Xw。

1.2? ? 測長系統(tǒng)組成

對鋼板系統(tǒng)，以剪切線為原點、激光平面法線為Z軸、鋼板前進方向為X軸建立坐標系。以這個坐標系分別標定每個相機投影變換參數(shù)。標定后，不論鋼板表面激光線端部在哪個相機視野范圍，均能計算出鋼板端部當前坐標Xw。

激光發(fā)射器和激光接收器分別布置在輥道兩側(cè)上方。激光發(fā)射器傾斜向板面發(fā)射激光線，激光接收器接收激光線，通過測量鋼板表面激光線判斷板頭、板尾位置。

每臺相機測量4 m有效范圍，共設11臺相機。激光器設在冷床兩側(cè)，每臺激光器打出的激光線覆蓋23 m軌道。

使用工控計算機采集相機圖像，并通過識別鋼板表面激光線得到板頭位置信息。位置信息通過以太網(wǎng)發(fā)送給傳動控制系統(tǒng)，由傳動控制器控制輸送輥道精確走位。

1.3? ? 輔助條件

激光測長裝置設有一臺工控機，工控機至每臺相機鋪設耐高溫網(wǎng)線1根，接頭形式RJ45。

供氣要求：每臺相機、激光器設一路供氣，壓縮空氣壓力0.1 ～ 0.3 MPa，溫度≤35 ℃。

供水要求：每臺相機、激光器設一路供水、一路回水；進水壓力0.1 MPa，水流量0.1 ～ 0.3 m3/h，水溫≤35 ℃。

1.4? ? 系統(tǒng)架構(gòu)組成

1）每臺相機通過千兆網(wǎng)線直接連接至工控機POE網(wǎng)卡網(wǎng)口，相機由POE網(wǎng)卡通過網(wǎng)線供電。

2）測長工控機網(wǎng)口通過柜內(nèi)交換機連接至主操作臺交換機，主操作臺工控機通過交換機后以光纜形式連接至PLC站CP343-1擴展模塊。

3）PLC作為客戶端自動連接到測長系統(tǒng)，正常狀態(tài)下，每個相機幀率均在190 Hz左右。

1.5? ? 實現(xiàn)功能

該測長定尺系統(tǒng)創(chuàng)新性融合了先進的視覺檢測技術(shù)、激光檢測技術(shù)、計算機通信技術(shù)和自動控制技術(shù)，檢測內(nèi)容包括鋼板魚尾、蘑菇頭等頭尾缺陷長度、鋼板寬度和鋼板長度。

該系統(tǒng)由高能量激光器、圖像傳感器、板頭檢測模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊組成，多個激光器將激光線照射在熱軋鋼板表面拼接成一條直線，多圖像傳感器以等時間間隔進行拍照，并對捕捉的數(shù)字圖像進行實時處理，通過識別激光線在鋼板端點處的畸變點實時位置計算鋼板長度，最后根據(jù)現(xiàn)場實際需求實現(xiàn)鋼板自動精準定位和剪切。

2? ? 系統(tǒng)使用

2.1? ? 系統(tǒng)使用步驟

1）打開測長激光器與東、西兩側(cè)板頭激光器的電源開關(guān)，需要注意的是測長激光器電源開關(guān)打開時，偶爾存在部分激光器不亮的情況，關(guān)閉重新打開即可。

2）設定連續(xù)值。目前，根據(jù)經(jīng)驗設置情況如下：相機0～8號設定值為19；相機9～10號設定值為12；相機11號設定值為10。如果沒有在“設定連續(xù)值”輸入數(shù)據(jù)，測長系統(tǒng)將因無法獲取數(shù)據(jù)而不能工作。

3）設定板頭補償值。此處輸入數(shù)值為板頭檢測值與實際值之間的差，通過實際測量方式獲取，輸入完成后點擊“確定”，當前默認為0 。

4）在測長系統(tǒng)區(qū)域輥道上沒有鋼板和送料小車的情況下，判斷“數(shù)據(jù)顯示區(qū)”中的“未找到左端點”、“未找到右端點”、“未測量到右端點”、“未測量到左端點”、“未知鋼板長度”是否有數(shù)據(jù)跳動，如果沒有數(shù)據(jù)跳動，則測長系統(tǒng)正常，可開始測長操作。

5）打開熱分段剪界面，在“定尺長度”輸入要測定的長度，按下回車；待鋼板完全通過矯直機以后，點擊“定尺啟動”，此時“定尺啟動”變?yōu)椤岸ǔ咧小?，待鋼板測長定位完成后，再次變?yōu)椤岸ǔ邌印?，整個定尺過程結(jié)束。

6）使用注意事項：測長系統(tǒng)控制權(quán)限最高，手動控制輥道無效，如果需要停止自動測長定尺，點擊“定尺中”即可；如果輥道有鋼板存在，本系統(tǒng)無法對另一新上鋼板進行測長和定位；如果一張鋼板測長定尺結(jié)束，鋼板已上冷床且送料小車也已降下后，“激光測長”數(shù)值不是+1 000，必須通過“記錄背景”消除，方可進行下一次測長定尺。

2.2? ? 系統(tǒng)功能使用

1）更新：更新后面設定更改的設置進相機系統(tǒng)；設定：用于更改某個相機的設定參數(shù)，包括：圖像高度、y方向偏移、模擬增益以及曝光時間，更改后點擊“確定”進行保存；標定：用于對某個相機的測長范圍數(shù)值進行標定。

2）數(shù)據(jù)記錄，記錄鋼板通過測長系統(tǒng)時的各項數(shù)據(jù)，包括激光長度、轉(zhuǎn)速測長、板寬、板頭長度等數(shù)據(jù)；報警參數(shù)記錄，記錄沒有鋼板時，輥道轉(zhuǎn)動和未轉(zhuǎn)動時各相機圖像數(shù)據(jù)，進行圖像報警時數(shù)據(jù)記錄。

2.3? ? 系統(tǒng)標定方法

1）將2個卷尺平行拉直、拉緊在輥道上，確保A4白紙放在兩根卷尺上不掉落，且卷尺刻度與輥道側(cè)方刻度基本一致；

2）對0號相機進行標定：a）選中“操作”→標定→CAM 0→標定數(shù)據(jù)輸入框；b）人員A將白紙放在兩根卷尺上，給出此時白紙中線在卷尺上的刻度值L1；c）人員B將L1輸入“標定點1”處，同時點擊“標定點1設定”，自動獲取“圖像像素x”和“圖像像素y”，完成標定點1的標定；d）人員A將白紙移動一定距離，重復上述步驟b）和c），直至完成至少4個標定點的標定，至此0號相機標定結(jié)束。

3）對1-11號相機進行標定：參照以上步驟，直至全部相機標定結(jié)束。

3? ? 系統(tǒng)維護

3.1? ? 常見問題

1）測長系統(tǒng)使用過程中，板寬數(shù)據(jù)為0或者波動大。解決方法是檢查板頭激光器是否正常工作或是對板頭相機防護罩進行清灰處理。

2）測長顯示的板頭數(shù)據(jù)與實際的板頭數(shù)據(jù)不同。解決方法為程序界面→操作→設定板頭補償界面輸入：實際數(shù)據(jù)減去測量數(shù)據(jù)后的值。

3）測長系統(tǒng)在測量到一半時停止。 解決方法是判斷程序是否閃退，未閃退時查看程序界面數(shù)據(jù)顯示部分各相機的幀數(shù)，如果有為零的，重啟測長系統(tǒng)。

3.2? ? 維護注意事項

1）測長1號相機防護罩清灰周期：5-7天/次，其余測長相機防護罩清灰周期：10-15天/次，板頭相機防護罩清灰周期：3天/次；激光器及其防護罩清灰周期：10-15天/次。

2）清灰工具：脫脂棉球，鏡片紙，柔軟、干燥、潔凈毛巾，嚴禁使用濕毛巾。

3）清灰方式：利用清灰工具對相機防護罩鏡頭進行輕輕擦拭，直至整個鏡頭光潔，且擦拭過程不能晃動防護罩。

4）調(diào)運相機維護平臺過程中，嚴禁碰撞相機立柱及上面的部件。

5）每次維護查看每一個相機視野中5個輥道激光線是否水平；4支激光器線條在輥道表面是否基本共線。

4? ? 結(jié)? ? 語

現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)實踐中，涉及到各種各樣的檢測、監(jiān)視及識別等應用，通常人眼無法連續(xù)、精準、穩(wěn)定地完成這些帶有高度重復性和智能化的工作。隨著感光元件CCD和CMOS技術(shù)的不斷成熟，機器視覺在非接觸式檢測領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，其優(yōu)勢也越來越明顯。機器視覺檢測技術(shù)即采用照明技術(shù)、成像技術(shù)和圖像處理、模式識別等技術(shù)手段，利用計算機或者準用圖像處理設備對采集的圖像進行處理，根據(jù)圖像像素分布、亮度和顏色變化等信息進行檢測和識別，目前這種檢測方式在中厚板廠產(chǎn)線使用效果較好。

參考文獻

[1]? ? 姜志華， 熊烽， 劉祥謀. 基于激光掃描的鋼板尺寸自動測量系統(tǒng)[J]. 山西建筑， 2012， 38（8）：2.

[2]? ? 溫方金. 鋼板尺寸在線自動測量技術(shù)應用[J]. 今日自動化， 2021.