王 璐

（山東國(guó)舜建設(shè)集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250000）

在鋼板軋制過程中，為滿足成品寬度的要求，往往需要增加鋼板展寬道次。操作員通過主令控制給出命令，PLC接收到命令后轉(zhuǎn)化為正負(fù)相反的速度給定，傳送給間隔排列的兩組錐形輥道變頻器，通過錐形輥道的反方向運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鋼板旋轉(zhuǎn)，操作員通過觀察判斷是否展寬結(jié)束。手動(dòng)轉(zhuǎn)鋼流程圖如圖1所示。

圖1 手動(dòng)轉(zhuǎn)鋼流程圖

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鋼展寬需要操作人員通過觀察確定鋼板停車位置，并通過主令控制轉(zhuǎn)鋼角度，手動(dòng)干預(yù)大大延緩了自動(dòng)軋制的節(jié)奏，增加軋制時(shí)間。操作人員難以匹配二級(jí)數(shù)據(jù)下發(fā)的鋼板咬入時(shí)間和軋制溫度，從而導(dǎo)致同一種鋼種由于不同人員操作出現(xiàn)軋制力不同，鋼板厚度受到影響。

隨著機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷成為一種可能。采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，根據(jù)判斷條件輸出結(jié)果。

1 鋼板自動(dòng)跟蹤定位和機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)轉(zhuǎn)鋼

1.1 鋼板的物料跟蹤

1）軋鋼區(qū)域輥道采用西門子6SE70系列變頻器控制，控制方式為帶速度編碼器的矢量控制，6SE70變頻器接受一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的命令，并將實(shí)際速度反饋到一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)，輥道線速度在時(shí)間上的積分作為物料跟蹤的依據(jù)。

2）鋼板物料跟蹤的修正。為了避免鋼板在輥道上運(yùn)輸時(shí)由于打滑等原因出現(xiàn)跟蹤誤差，利用熱金屬檢測(cè)器對(duì)鋼板的實(shí)際位置進(jìn)行修正，由于熱金屬檢測(cè)器的位置是固定的，每次修正后重新對(duì)鋼板位置從時(shí)間t0進(jìn)行積分，以達(dá)到更新鋼板位置的作用。經(jīng)過熱金屬檢測(cè)器修正后的位置即認(rèn)為是鋼板頭部的實(shí)際位置。再根據(jù)二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)傳送的鋼板長(zhǎng)度，可算出鋼板展寬前的中心位置。物料跟蹤系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 鋼板跟蹤定位示意圖

1.2 基于機(jī)器視覺的圖像采集及處理系統(tǒng)

機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊[1]。機(jī)器視覺系統(tǒng)最基本的特點(diǎn)就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度[2]。

本文中的圖像采集及處理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)鋼和展寬軋制的關(guān)鍵部分，硬件部分由CCD攝像機(jī)、LED線性光源、視頻采集卡、圖像處理器和輸入輸出設(shè)備組成，如圖3所示。

圖3 圖像采集及處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在軋機(jī)機(jī)前錐形輥道入口處和機(jī)后錐形輥道出口處設(shè)CCD攝像機(jī)，采集轉(zhuǎn)鋼前后的鋼板位置圖像，利用邊緣檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)鋼板邊緣輪廓，在攝像機(jī)坐標(biāo)下采集鋼板的邊緣信息，并擬合出鋼板邊緣線段的斜率。通過判斷處理將展寬道次結(jié)束信號(hào)反饋給軋鋼自動(dòng)化系統(tǒng)。

具體算法如下：

1）Canny邊緣檢測(cè)一共分為四個(gè)步驟：對(duì)原圖像進(jìn)行高斯濾波平滑；對(duì)高斯平滑后的圖像用Sobel算法進(jìn)行邊緣檢測(cè)，即幅度和方向計(jì)算；對(duì)檢測(cè)后的圖像進(jìn)行非極大抑制，僅僅得到全局的梯度并不足以確定邊緣，因此為確定邊緣，必須保留局部梯度最大的點(diǎn)，而抑制非極大值[3]；連接邊緣點(diǎn)進(jìn)行滯后閾值處理，對(duì)非極大值抑制圖像作用兩個(gè)閾值th1和th2后的圖像1和圖像2，以圖像2為基礎(chǔ)，以圖像1為補(bǔ)充來連結(jié)圖像的邊緣。

2）最小二乘法說明。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)方法研究中，往往要從一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi）中尋找出自變量x和因變量y之間的關(guān)系y＝ax+b。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)往往不準(zhǔn)確，因此并不要求y＝f（x）經(jīng)過所有的點(diǎn)（xi，yi），而只要求在給定的點(diǎn)xi上誤差?＝f（xi）－yi按照某種標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到最小，通常采用歐氏范數(shù)?^2作為誤差量度的標(biāo)準(zhǔn)。這就是所謂的最小二乘法。

判斷依據(jù)為當(dāng)斜率值變化90°（誤差5%）時(shí)，判定鋼板展寬結(jié)束，輸出展寬結(jié)束信號(hào)給軋機(jī)PLC系統(tǒng)，作為推床對(duì)正的觸發(fā)信號(hào)。

1.3 圖像采集及處理系統(tǒng)與一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊

鋼板圖像采集及處理系統(tǒng)與軋鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊可以有兩種方式：一是圖像采集及處理系統(tǒng)的輸入輸出單元通過線路直接連接到一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的輸入輸出模塊；二是將圖像采集及處理系統(tǒng)接入一級(jí)自動(dòng)化工業(yè)系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)。二者之間的通訊主要包括以下數(shù)據(jù)交換：

1）鋼板圖像采集及處理系統(tǒng)發(fā)送到軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：系統(tǒng)狀態(tài)、轉(zhuǎn)鋼允許、鋼板轉(zhuǎn)鋼展寬完畢。

2）軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送到鋼板圖像采集及處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：鋼板到達(dá)展寬位置信號(hào)、推床打開狀態(tài)信號(hào)、推床打開狀態(tài)及對(duì)正狀態(tài)信號(hào)。

自動(dòng)展寬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 自動(dòng)展寬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 應(yīng)用情況

在實(shí)際應(yīng)用過程中，板坯停車位置準(zhǔn)確，經(jīng)過錐形輥道轉(zhuǎn)鋼后角度偏差10°左右即不對(duì)推床的動(dòng)作造成影響。為解決運(yùn)行中由于高溫輻射導(dǎo)致攝像機(jī)死機(jī)問題，增加攝像機(jī)壓縮空氣冷卻，同時(shí)為解決高壓水除磷和軋輥輥身冷卻系統(tǒng)造成的水蒸氣問題，增設(shè)軸流風(fēng)機(jī)吹掃。自動(dòng)轉(zhuǎn)鋼效果示意圖見圖5。

圖5 自動(dòng)轉(zhuǎn)鋼效果示意圖

3 結(jié)語

本文給出了一種在鋼板軋制過程中全自動(dòng)展寬技術(shù)解決方案，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和判斷，運(yùn)行過程中系統(tǒng)穩(wěn)定、故障率低、抗干擾能力強(qiáng)，解決了鋼板在全自動(dòng)軋制過程中人工干預(yù)的問題，對(duì)于軋鋼溫控系統(tǒng)、軋鋼輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行起到良好的改善作用。

[1]朱明，魯劍鋒.基于DSP+FPGA結(jié)構(gòu)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2004（9）：866-867.

[2]邢青青，羅新斌.基于機(jī)器視覺的對(duì)中控制系統(tǒng)[J].有色金屬加工，2009（4）：45-47.

[3]余洪山，王耀南.一種改進(jìn)型Canny邊緣檢測(cè)算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004（20）：27.