彭鐵根,何永輝,蘇惠超

(寶山鋼鐵股份有限公司1.中央研究院,上海 201999; 2.鋼管條鋼事業(yè)部,上海 201900)

1 概述

寶鋼無(wú)縫鋼管φ140 mm機(jī)組于1985年11月投產(chǎn)。在1993年達(dá)產(chǎn)的基礎(chǔ)上,產(chǎn)量步步攀升,2002年產(chǎn)量達(dá)到80萬(wàn)t,最高年產(chǎn)量達(dá)到84.5萬(wàn)t,創(chuàng)國(guó)際同類(lèi)連軋管機(jī)組最高水平[1]。通過(guò)多年來(lái)的生產(chǎn)以及攻關(guān)、改造與更新,對(duì)工藝裝備的持續(xù)改進(jìn)和更新,連軋管機(jī)組達(dá)到同類(lèi)機(jī)組國(guó)際先進(jìn)水平,油井管加工和高壓鍋爐管精整的工藝裝備達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

與生產(chǎn)工藝技術(shù)提升相矛盾的是,國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家的無(wú)縫鋼管廠在熱軋線(xiàn)軋制后外表檢測(cè)方面還停留在僅依靠人工取樣和人工目測(cè)巡檢等傳統(tǒng)模式,缺陷檢測(cè)技術(shù)能力得不到有效提升。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段受限于人工取樣頻度,勞動(dòng)強(qiáng)度大,加之外表巡檢目測(cè)所在的冷床位置溫度很高,具有較大的安全隱患。另外,無(wú)縫鋼管外表缺陷發(fā)生后,當(dāng)班生產(chǎn)時(shí)經(jīng)常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軋制批量缺陷,更不能發(fā)現(xiàn)零星軋制缺陷,給生產(chǎn)廠造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,因此迫切需要具備實(shí)時(shí)進(jìn)行熱態(tài)鋼管表面質(zhì)量檢測(cè)的手段。在熱態(tài)棒、線(xiàn)材表面缺陷視覺(jué)檢測(cè)方面,國(guó)際上目前只有較少的幾家單位進(jìn)行這類(lèi)產(chǎn)品的研發(fā),如OG公司、達(dá)涅利公司等,但相關(guān)技術(shù)還不成熟。

從1998年開(kāi)始,寶鋼股份中央研究院BaoVision項(xiàng)目組就開(kāi)始從事鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用,目前已開(kāi)發(fā)冷軋、涂鍍、熱軋、硅鋼、厚板、高線(xiàn)等多個(gè)系列的在線(xiàn)檢測(cè)裝備[2-4]。2015年,BaoVision項(xiàng)目組聯(lián)合寶鋼無(wú)縫鋼管廠進(jìn)行了熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的立項(xiàng),開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)一種分體式架構(gòu)的熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng),該設(shè)備于2018年10月正式上線(xiàn)運(yùn)行,系統(tǒng)性能具有國(guó)際先進(jìn)水平。

圖1為熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

圖1 熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

2 自動(dòng)對(duì)焦成像模型

為了實(shí)現(xiàn)熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè),在熱態(tài)鋼管進(jìn)入冷床拋料之前的位置設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。為了將檢測(cè)設(shè)備嵌入輸送輥道,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸送輥道進(jìn)行了改造。檢測(cè)設(shè)備采用分體式結(jié)構(gòu),在輸送輥道兩側(cè)錯(cuò)位布置,以便于日常檢修和維護(hù)。圖2為設(shè)備安裝示意圖。

圖2 檢測(cè)設(shè)備安裝示意圖

針對(duì)不同管徑的鋼管,需要自動(dòng)進(jìn)行對(duì)焦調(diào)整。該檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)無(wú)縫熱軋鋼管表面檢測(cè)提出的一種表面檢測(cè)裝置自動(dòng)對(duì)中對(duì)焦調(diào)整方法,根據(jù)鋼管直徑規(guī)格自動(dòng)實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)。與變焦成像系統(tǒng)不同,該對(duì)中對(duì)焦調(diào)整方法不改變成像系統(tǒng)的分辨率。

基于分體式視覺(jué)檢測(cè)架構(gòu),根據(jù)鋼管直徑分別計(jì)算對(duì)中和對(duì)焦調(diào)整參數(shù),應(yīng)用PLC對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制,自動(dòng)完成對(duì)中調(diào)整和對(duì)焦調(diào)整。鋼管在斜輥道上運(yùn)行時(shí),因鋼管自重的影響,鋼管將落在斜輥道斜面和輥面之間。當(dāng)鋼管直徑規(guī)格變化時(shí),鋼管中心將沿斜輥道斜面和輥面之間的角平分線(xiàn)進(jìn)行變化,如圖3所示。

圖3 對(duì)中對(duì)焦示意圖

分體式檢測(cè)裝置1內(nèi)含3組成像單元,3組成像單元的移動(dòng)軌道通過(guò)同一圓心,相互夾角60°,完成鋼管3一半表面的檢測(cè),另外一半由交錯(cuò)布置的另一分體式檢測(cè)裝置完成。下面將以分體式檢測(cè)裝置1的對(duì)中對(duì)焦調(diào)整為例進(jìn)行說(shuō)明,另一分體式檢測(cè)裝置與此類(lèi)同。假設(shè)成像距離(成像單元的CCD靶面至被測(cè)對(duì)象表面)為R,以斜輥道4的輥面5斜面6之間的交點(diǎn)O為圓心,以半徑R畫(huà)圓,若分體式檢測(cè)裝置1與該圓的距離為D(中間相機(jī)CCD靶面到該圓距離),則可將分體式檢測(cè)裝置1沿水平方向移動(dòng)距離D,并在高度方向上進(jìn)行調(diào)整,最終使3組成像單元的中心與O點(diǎn)重合,到達(dá)基準(zhǔn)位置,效果如圖4所示。分體式檢測(cè)裝置1與斜輥道之間的高度可在設(shè)備安裝前調(diào)整到位。當(dāng)生產(chǎn)不同管徑的鋼管時(shí),均以基準(zhǔn)位置為起點(diǎn)進(jìn)行對(duì)中對(duì)焦調(diào)整。

圖4 分體式檢測(cè)裝置與斜輥道之間的位置關(guān)系

當(dāng)鋼管直徑變化時(shí),分體式檢測(cè)裝置1沿鋼管中心線(xiàn)方向進(jìn)行調(diào)整,設(shè)鋼管半徑為r,斜輥道輥面與斜面之間的夾角為α,則分體式檢測(cè)裝置1沿鋼管中心線(xiàn)方向調(diào)整的距離為r/sin(α/2),中間成像單元從C1點(diǎn)移動(dòng)到C2點(diǎn),C1C2O1O為平行四邊形,如圖5所示。

圖5 對(duì)中對(duì)焦調(diào)整示意圖

為保證成像距離為R,對(duì)于直徑為2r的鋼管,各成像單元需沿各自的滑動(dòng)軌道向外側(cè)移動(dòng)r的距離,以完成對(duì)焦調(diào)整,如圖5(c)所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年底,基于分體式的熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上線(xiàn)安裝,圖6為現(xiàn)場(chǎng)安裝情況。

圖6 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝

設(shè)備上線(xiàn)后,項(xiàng)目組進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的熱防護(hù)改進(jìn)及軟件功能完善,最終得到了滿(mǎn)意的檢測(cè)效果。圖7為熱態(tài)鋼管表面成像效果,圖8和圖9為兩個(gè)應(yīng)用案例。

圖7 熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)系統(tǒng)成像效果

圖8 輥面出現(xiàn)異常磨損

圖9 A輥倒角損壞

案例1:2018年8月8日夜丁班,φ139.7 mm×9.4 mm套管張減機(jī)開(kāi)軋300支左右,5#機(jī)架輥面出現(xiàn)異常磨損,并逐漸加深,管子外表呈波浪狀“壓痕”。該架機(jī)架下線(xiàn)后報(bào)廢停用。

案例2:2018年9月27日早乙班,批量生產(chǎn)φ52.4 mm×6.5 mm鉆探管,爐號(hào)18326336,操作工通過(guò)檢測(cè)畫(huà)面發(fā)現(xiàn),開(kāi)軋30支后管子外表有規(guī)律性間距800 mm的“壓痕”缺陷,停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)φ52.4 mm張減輥成品倒數(shù)第二架A輥倒角壞,及時(shí)更換后管子質(zhì)量正常。

4 結(jié)論

由寶鋼BaoVision項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的一種分體式熱態(tài)無(wú)縫鋼管表面質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)在寶鋼無(wú)縫廠φ140 mm機(jī)組得到成功應(yīng)用,該系統(tǒng)基于輥道參數(shù)建立的自動(dòng)對(duì)中對(duì)焦模型,可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格熱態(tài)鋼管的清晰成像。該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用兩年多來(lái),通過(guò)缺陷檢測(cè)報(bào)警、在線(xiàn)缺陷處理,不僅大幅減少了外表缺陷批量廢次發(fā)生次數(shù)、降低了外表缺陷廢發(fā)生率,而且減少了外表質(zhì)量缺陷處理的停機(jī)時(shí)間,為軋管線(xiàn)外表質(zhì)量控制提供了強(qiáng)有力支撐。