陳少慧 王 維

（南京寶地梅山產(chǎn)城發(fā)展有限公司，江蘇 南京210039）

梅鋼熱軋1422 產(chǎn)線(xiàn)，原設(shè)計(jì)方案在粗軋和精軋?jiān)O(shè)有KELK 測(cè)寬儀（用以在線(xiàn)測(cè)量帶鋼寬度，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗軋和精軋出口寬度的反饋控制），卷取入口沒(méi)有測(cè)寬儀。實(shí)際生產(chǎn)，卷取機(jī)咬鋼及建張的過(guò)程中，由于張力的變化，往往會(huì)導(dǎo)致帶鋼局部拉窄，造成質(zhì)量損失。

1 卷取入口改造前概況

1.1 原系統(tǒng)主要設(shè)備

梅鋼熱軋1422 產(chǎn)線(xiàn)在粗軋R2 軋機(jī)出口以及精軋末機(jī)架F6出口各裝有一臺(tái)測(cè)寬儀。R2 出口測(cè)寬儀的測(cè)量數(shù)據(jù)主要用于粗軋E2 立輥軋機(jī)對(duì)中間坯進(jìn)行AWC 自動(dòng)寬度控制。而F6 出口測(cè)寬儀檢測(cè)經(jīng)精軋后的帶鋼寬度，并將結(jié)果反饋給寬度模型進(jìn)行自學(xué)習(xí)，并對(duì)下塊鋼的AWC 寬度控制設(shè)定值進(jìn)行修正，從而能夠補(bǔ)償精軋過(guò)程中因帶鋼的寬展、張力控制等因素對(duì)精軋出口寬度造成的影響。從精軋出口到卷取機(jī)入口共約120 米的熱輸出輥道上，沒(méi)有再設(shè)置測(cè)寬儀，因此F6 出口測(cè)寬儀也就成了帶鋼成品寬度的最終檢測(cè)設(shè)備。

1.2 原系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.2.1 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大

R2 出口以及F6 出口測(cè)寬儀雖然解決了帶鋼在軋制過(guò)程中的寬度在線(xiàn)檢測(cè)問(wèn)題，但是帶鋼在卷取過(guò)程中產(chǎn)生的寬度拉窄問(wèn)題是這兩個(gè)測(cè)寬儀無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。因?yàn)樵诰砣C(jī)咬鋼及建張過(guò)程中，由于F6 軋機(jī)和卷取機(jī)之間的張力波動(dòng)往往較大，可能存在張力超調(diào)現(xiàn)象，另一方面基于卷形控制的目的，卷取張力設(shè)定也可能過(guò)大。如果帶鋼張力過(guò)大，加上鋼的材質(zhì)又較軟，則很有可能使得帶鋼在卷取過(guò)程中出現(xiàn)寬度拉窄現(xiàn)象。而這個(gè)拉窄現(xiàn)象是F6 出口測(cè)寬儀無(wú)法檢測(cè)到的。因此一旦由于卷取張力控制問(wèn)題導(dǎo)致帶鋼寬度拉窄，質(zhì)檢將很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)造成批量質(zhì)量事故。

1.2.2 質(zhì)控成本增加

為了防止出現(xiàn)卷取拉窄造成批量質(zhì)量事故，軋制時(shí)一般要將成品寬度在標(biāo)準(zhǔn)上增加了11%-13%，從而增加了用戶(hù)的切邊量，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

2 卷取入口改造總體思路

如果在卷取入口增加一臺(tái)測(cè)寬儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卷取過(guò)程中的帶鋼寬度，就可以提供更準(zhǔn)確的成品寬度數(shù)據(jù)。通過(guò)將卷取入口寬度和F6 出口寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就能及時(shí)、方便地發(fā)現(xiàn)卷取過(guò)程中出現(xiàn)的寬度拉窄現(xiàn)象，并提醒操作、控制人員及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，從而避免批量質(zhì)量缺陷的發(fā)生。測(cè)寬儀是一種非接觸式的光電測(cè)量?jī)x表，用于測(cè)量軋鋼過(guò)程中帶鋼寬度。輸出帶鋼寬度與中心線(xiàn)偏差的信息到軋鋼過(guò)程機(jī)，用于過(guò)程控制和作為產(chǎn)品質(zhì)量判定的依據(jù)。測(cè)寬儀上兩臺(tái)電子線(xiàn)掃描攝像頭以固定的間距安裝在測(cè)量架上，位于帶鋼運(yùn)動(dòng)的法線(xiàn)方向。攝像頭沿著帶鋼寬度方向進(jìn)行線(xiàn)掃描，精確檢測(cè)帶鋼兩個(gè)邊緣的位置。帶鋼的邊緣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理，從而計(jì)算出帶鋼的寬度，中心線(xiàn)偏差等數(shù)據(jù)。性能優(yōu)良的高速微處理器與先進(jìn)的軟件程序配合能夠保證系統(tǒng)在對(duì)象溫度變化，存在氧化鐵皮以及蒸汽等各種情況下仍然能提供準(zhǔn)確的邊緣檢測(cè)。

3 改造方案實(shí)施

3.1 設(shè)備選型及測(cè)量原理

3.1.1 設(shè)備選型

熱軋廠(chǎng)有二十多年的KELK 測(cè)寬儀使用經(jīng)驗(yàn)，梅鋼熱軋1422粗軋、精軋，1780 粗軋、精軋和卷取等部位均配有KELK 測(cè)寬儀。KELK 測(cè)寬儀已被證明能滿(mǎn)足在軋鋼的惡劣工況下（高溫、高濕、灰塵等）使用，具有測(cè)量精度高、頭部響應(yīng)速度快、掃描速率高、標(biāo)定方便等特點(diǎn)。相較于其它公司測(cè)寬儀，熱軋廠(chǎng)選用KELK 測(cè)寬儀具有精度高、技術(shù)成熟可靠、備件通用等明顯優(yōu)勢(shì)。因此本項(xiàng)目擬引進(jìn)一套KELK 公司的第6 代ACCUBAND C965B 測(cè)寬儀。該測(cè)寬儀主要性能參數(shù)如下：

測(cè)寬儀主要由以下單元構(gòu)成：（1）掃描組件：掃描組件包括兩個(gè)電子攝像頭和一塊電路板卡盒被安裝在輥道上方3～5 米高位置的一個(gè)防震的密封金屬箱內(nèi)。攝像頭橫向掃描帶鋼寬度，并把亮度數(shù)據(jù)送給掃描器的處理器，處理器再依據(jù)此數(shù)據(jù)鑒別帶鋼的邊緣。密封金屬箱內(nèi)安裝了水冷回流裝置用于平衡設(shè)備溫度。（2）氣室：氣室的作用是支撐整個(gè)掃描器，并為照相機(jī)的鏡頭提供一個(gè)始終是正壓的環(huán)境，防止灰塵沉積在玻璃上。（3）吹掃噴嘴：安裝在氣室下方，通過(guò)產(chǎn)生連續(xù)向下的氣流去保持照相機(jī)窗口的干凈，并且可以驅(qū)除霧氣，保證照相機(jī)和帶鋼之間的光學(xué)路線(xiàn)處于干凈工作環(huán)境。（4）標(biāo)定器：標(biāo)定器及其支架用于在測(cè)寬儀安裝后對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。（5）背光源：冷的帶材產(chǎn)生的紅外線(xiàn)輻射無(wú)法被攝像頭檢測(cè)到時(shí)，通過(guò)背光形成外形輪廓。

測(cè)寬儀系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

3.1.2 測(cè)量原理

3.1.2.1 帶鋼邊部確定

圖1 測(cè)款儀系統(tǒng)原理圖

熱金屬帶材(600°C - 1280°C) 產(chǎn)生的紅外線(xiàn)輻射能夠被攝像頭檢測(cè)到，而冷的帶材則可以通過(guò)背光形成外形輪廓。每一種方法，光強(qiáng)從暗到亮的位置點(diǎn)都顯示了邊緣的位置。為了實(shí)現(xiàn)這一檢測(cè)，攝像頭掃描帶鋼寬度方向上1×2048 像素的線(xiàn)型陣列，形成一系列一定間隔的模擬亮度讀數(shù)，每個(gè)代表一個(gè)像素。這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的形式，邊緣確定電路檢查相鄰像素在幅值上的變化。邊緣的一側(cè)像素定義為“亮區(qū)”，而另一側(cè)則定義為“暗區(qū)”，邊緣位置就可以確定了。儀表以外的一些因素如帶鋼本身以及軋制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境所產(chǎn)生的光學(xué)噪聲都會(huì)減少邊緣的分辨率。氧化鐵皮，反射，鋸齒形邊緣，側(cè)向移動(dòng)，帶鋼的溫度梯度以及水汽都會(huì)造成光強(qiáng)上的影響，導(dǎo)致邊緣的模糊。邊緣處理電路首先隔離計(jì)算兩個(gè)攝像頭的兩個(gè)邊緣（一左一右），一共四個(gè)邊緣。然后，每一個(gè)邊緣被定位到最接近的一個(gè)像素，并被插值計(jì)算到最接近的1/16 個(gè)像素。四個(gè)內(nèi)插的邊緣位置從掃描器傳輸?shù)诫娮友b置進(jìn)行三角形計(jì)算，產(chǎn)生寬度和中心線(xiàn)偏移等數(shù)據(jù)。

3.1.2.2 三角計(jì)算

ACCUBAND-6 帶鋼測(cè)寬儀依靠雙攝像頭的掃描器可以克服帶鋼的傾斜，跳動(dòng)以及中心線(xiàn)的偏移。一個(gè)單攝像頭系統(tǒng)檢測(cè)的帶鋼是一個(gè)二維的成像，因而近處的物體顯得大，而遠(yuǎn)處的物體顯得小一些。這樣的系統(tǒng)無(wú)法判別是帶鋼變寬了，還是更靠近攝像頭的情況。雙攝像頭系統(tǒng)則可以形成更多的檢測(cè)信息，從而有效防止由于這一原因造成的寬度測(cè)量誤差。一個(gè)邊緣被兩個(gè)不同角度的攝像頭同時(shí)檢測(cè)到。這樣，通過(guò)三角形計(jì)算，就可以精確計(jì)算出距離掃描器的距離，并修正相應(yīng)的邊緣位置。兩個(gè)帶鋼邊緣位置之間的直線(xiàn)長(zhǎng)度定義為帶鋼的寬度。中心線(xiàn)偏移的位置可以用兩個(gè)邊緣位置的相加（它們由儀表在一個(gè)公共的網(wǎng)格中進(jìn)行記錄），并除以二來(lái)計(jì)算出來(lái)。這一平均值計(jì)算給出了帶鋼的中心點(diǎn)位置。按照儀表在校準(zhǔn)時(shí)獲得了實(shí)際軋機(jī)中心線(xiàn)，兩個(gè)位置的相減之差就是“中心線(xiàn)偏移”。

3.1.2.3 數(shù)據(jù)過(guò)濾

寬度和中心線(xiàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)并不適合一計(jì)算出來(lái)就供軋機(jī)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，因?yàn)檫@只是對(duì)通過(guò)的帶鋼的一次快照。一次視野范圍的掃描需要大約800μs，這一瞬時(shí)寬度記錄可能是一個(gè)不具代表性的值。為了保證儀表輸出的可靠，測(cè)量數(shù)據(jù)將會(huì)與先前掃描的結(jié)果進(jìn)行比較，以消除反常的測(cè)量，最后才將濾波輸出送到軋機(jī)計(jì)算機(jī)。

3.2 設(shè)備布置及現(xiàn)場(chǎng)改造內(nèi)容

3.2.1 測(cè)寬儀掃描器、氣室、吹掃噴嘴及現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)箱等安裝在現(xiàn)有表檢平臺(tái)上，掃描器的中心位于281#輥和282#輥的中間。對(duì)表檢平臺(tái)進(jìn)行局部開(kāi)孔，開(kāi)孔尺寸約1500mm×250mm，以滿(mǎn)足掃描組件安裝要求，同時(shí)需要將原有的平臺(tái)拓寬、熱檢攝像頭移位。表檢平臺(tái)如圖2 所示。

圖2 表檢平臺(tái)改造圖

3.2.2 背光源安裝在掃描器正下方的公共輥道座下，該公共輥道座為14 組輥道共用為焊接型鋼框架。為確保背光源有足夠的安裝和檢修空間，需要將公共輥道座在放置背光源處的281#輥和282#輥中間打斷，公共輥道座下翼緣板打斷寬度約320mm。上翼緣板打斷寬度約50mm，確保背光源和掃描器攝像頭之間光線(xiàn)無(wú)遮擋。打斷后，原公共輥道座變?yōu)楠?dú)立兩部分。帶鋼入口側(cè)的輥道座需要加固并開(kāi)孔植入地腳螺栓固定。測(cè)寬儀安裝布局圖如圖3 所示。

圖3 測(cè)寬儀安裝布局圖

3.2.3 原各輥道底座與公共輥道座之間采用卡槽壓板固定方式，因281#輥和282#輥的輥道公共輥道座被打斷，281#輥和282#輥之間一組固定壓板無(wú)法使用，需要將281#輥和282#輥道底座與公共底座之間的的固定方式改為螺栓連接固定。

3.2.4 輥道兩側(cè)側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行開(kāi)槽，槽寬50mm，確保掃描組件攝像頭光線(xiàn)區(qū)域無(wú)遮擋。

3.2.5 操作側(cè)兩路干油主管路（?60.3）局部改向。

4 改造效果

改造前，1422 產(chǎn)線(xiàn)因帶鋼頭部拉窄造成的廢次降為0.05%，返修率約為0.25%。改造后，廢次降降低至0.02%，返修率降低至0.1%，取得了良好技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。