一種板坯低倍質量等級自動評定系統及評定方法與流程
2024-03-23 21:47:05
本發明涉及一種板坯低倍缺陷評級系統及評定方法，尤其涉及一種板坯低倍質量等級自動評定系統及評定方法。
背景技術：
在諸多種板坯內部質量缺陷中，中心偏析和中心疏鬆是最為常見的兩種缺陷。通常，這兩種缺陷會導致終軋板材產品拉伸性能不合、低溫衝擊不合、斷口分層等一系列問題，從而給產品的力學性能造成嚴重的影響。導致板坯中心產生偏析、疏鬆缺陷的主要原因是：板坯在二次冷卻凝固過程中，由於噴水冷卻不均，柱狀晶生成不規則，產生了「搭橋」現象，上面的鋼水不能流下來補充下面鋼水的凝固收縮，使橋下面鋼水凝固後有明顯的縮孔和疏鬆；同時橋下面鋼水的凝固收縮力把周圍樹枝晶間的富集S、P的液體吸入，使中心偏析明顯增加。
為避免中心偏析、疏鬆缺陷較為嚴重的板坯流入軋鋼工序，通常連鑄現場會對相關澆次的板坯內部進行低倍檢驗，根據檢驗結果及時調整連鑄工藝參數；國家低倍檢驗標準為1997年頒發的YB/T 4003-1997《連鑄鋼板坯低倍質量缺陷評級圖》，但隨著國內各鋼鐵企業連鑄技術水平的提升以及高端產品開發的需求，現有的YB/T 4003-1997標準已不能滿足各企業產品開發的需要，目前各企業根據自身煉鋼生產線的不同推出了更加嚴格的低倍質量評級標準，雖然評級標準不同，但常用的低倍檢驗方法以及低倍質量等級的分類數量和稱謂基本一致，主要包括：
（1）任意抽取當前澆次第二爐鋼水澆鑄出的一塊板坯；
（2）垂直於拉坯方向用火焰切割槍從所選取的板坯上切下一部分通寬板坯，並將所切割下的板坯靜置在空氣中進行冷卻；
（3）待所切割下板坯的溫度降至室溫時，將該板坯放置在銑床上，對該板坯的火切表面進行機械加工處理，即將火切表麵皮下至少20mm深度的金屬全部銑掉，確保加工表面的粗糙度達到0.4；
（4）用1:5的過硫酸銨溶液對加工完畢的表面進行腐蝕；
（5）當板坯表面的中心區域出現一條較為明顯的黑色或灰色的偏析痕跡時，用照相機對該偏析痕跡進行拍照；
（6）在完成上述的一系列操作後，現場技術人員會對照片上的偏析痕跡進行分析，根據自身的低倍質量評級標準得出該板坯的偏析、疏鬆等級，進而判斷出同一澆次的板坯內部質量能否滿足後續軋制產品的要求，並決定是否需要對連鑄工藝參數進行調整。
（7）板坯內部的偏析程度分為三類：A類、B類、C類，其板坯內部偏析缺陷的嚴重程度從輕到重依次是：C類＜B類＜A類；板坯內部的疏鬆程度分為6個級別：0.5級、1.0級、1.5級、2.0級、2.5級、3.0級，其板坯內部疏鬆缺陷的嚴重程度從輕到重依次是：0.5級＜1.0級＜1.5級＜2.0級＜2.5級＜3.0級。通常，偏析和疏鬆缺陷是同時進行評級的。其判斷原則是：當偏析痕跡的顏色越淺，偏析痕跡越細，偏析痕跡越呈點狀存在且越稀疏，則板坯內部的偏析、疏鬆缺陷就越輕微；當偏析痕跡的顏色越深，偏析痕跡越粗，偏析痕跡越呈越呈線狀存在，則板坯內部的偏析、疏鬆缺陷就越嚴重。但是上述的判斷工作都是現場技術人員通過肉眼觀察來完成的。
上述板坯偏析、疏鬆等級的傳統判斷方法是依靠現場技術人員的長期工作經驗，通過肉眼觀察照片上偏析痕跡不同位置斑點的形狀、顏色以及面積大小等諸多特徵信息來得到判定結果；這種方法受評定者的主觀因素影響較大，評定結果因不同的評定者而存在較大的差異，其精確率只能達到70%左右；為解決上述問題，現場的處理方法主要是加強技術培訓，提高現場人員的技術水平，並儘量固定較少的人去完成板坯低倍等級的判定工作；但這種處理方法存在著以下缺點：（1）由於上述的評定方法主要來自於現場技術人員的工作經驗，因此在傳授方面存在較大的困難；（2）會增大專門負責板坯低倍評級技術人員的工作強度，間接影響板坯低倍評級的準確率，進而影響後續的連鑄生產。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種板坯低倍質量等級自動評定系統及評定方法，可以取代人工，實現對板坯內部低倍質量等級的自動評級，從而避免人工幹擾，解決背景技術缺陷。
解決上述技術問題的技術方案是：
一種板坯低倍質量等級自動評定系統，包括板坯輸送裝置、照相裝置和評估過程控制系統；
所述的板坯輸送裝置包括輸送小車、小車軌道和安裝於小車軌道上的接觸開關；
所述照相裝置包括相機託架和照相機，照相裝置位於輸送小車和接觸開關之間的小車軌道上方；
所述的評估過程控制系統包括計算機、分別與計算機連接進行數據通訊的照相機數據採集卡、輸送小車控制PLC、接觸開關反饋PLC和照相機控制PLC；其中，照相機分別與照相機數據採集卡和照相機控制PLC相連，輸送小車控制PLC與輸送小車相連，接觸開關反饋PLC與接觸開關相連。
上述的一種板坯低倍質量等級自動評定系統，所述照相裝置還包括安裝於相機託架上的2臺步進電機和安裝於步進電機軸上的傳送帶，照相機安裝於傳送帶上；當板坯輸送小車與接觸開關接觸時，板坯位於照相裝置下方，照相機鏡頭中心點在板坯上表面的投影位於板坯寬度中心線上；
所述評估過程控制系統還包括與計算機連接進行數據通訊的步進電機控制PLC，步進電機控制PLC同時與步進電機連接。
一種板坯內部低倍質量等級自動評定方法，包括如下步驟：
步驟1：通過輸送小車控制PLC控制輸送小車，將表面已銑好的板坯沿小車軌道向照相裝置方向移動；
步驟2：當輸送小車觸碰到接觸開關後，輸送小車停止，此時，照相機鏡頭中心點在板坯上表面的投影位於板坯寬度中心線上；計算機通過照相機控制PLC自動啟動照相機；
步驟3：照相機通過照相機數據採集卡實時將板坯上表面的圖像傳送到計算機；
步驟4：通過步進電機控制PLC啟動兩臺步進電機，使步進電機上的傳送帶開始移動，帶動照相機沿板坯長度方向移動，對板坯上表面不同位置進行拍照；通過照相機數據採集卡將照片傳送回計算機；
步驟5：計算機根據內置程序，自動對所拍攝的圖像進行分析後，得出板坯低倍質量等級；
步驟6：計算機從所拍攝的若干張照片中，自動挑選出所判定的最低的一個等級作為整個板坯的低倍質量等級。
上述的一種板坯低倍質量等級自動評定方法，所述步驟5計算機對板坯低倍質量等級的評定方法通過計算機內置程序完成，具體包括以下步驟：
（1）、計算機通過內置程序，自動對照片上板坯寬度中心線兩側10mm範圍內的像素點進行保留，刪除其它像素點，在消除照片上幹擾因素的基礎上，降低後續計算機的運算量，縮短相關分析時間；
（2）、計算機自動得出所保留像素點的灰度值，然後對相關灰度值進行均方化處理，消除外界光線對照片拍攝質量的影響；
（3）、計算機對所保留的所有像素點的灰度值進行歸一化處理，使所有像素點的相對灰度值保持在0～1.0範圍內；
（4）、計算機對保留的所有像素點的相對灰度值進行求和處理，得到像素點灰度值總和；然後通過該值對板坯低倍質量等級進行評定，即：
當0.01a＜≤12a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類0.5；
當12a＜≤17a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類1.0；
當17a＜≤25a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類1.5；
當25a＜≤36a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類2.0；
當36a＜≤53a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類2.5；
當53a＜≤78a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類3.0；
當78a＜≤116a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類0.5；
當116a＜≤173a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類1.0；
當173a＜≤258a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類1.5；
當258a＜≤386a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類2.0；
當386a＜≤579a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類2.5；
當579a＜≤867a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類3.0；
當867a＜≤1299a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類0.5；
當1299a＜≤1948a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類1.0；
當1948a＜≤2921a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類1.5；
當2921＜≤4381a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類2.0；
當4381a＜≤6570a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類2.5；
當6570a＜≤9855a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類3.0。
式中，a為評定相關係數，。
上述的一種板坯低倍質量等級自動評定方法，所述步驟（1）中計算機自動對照片上板坯寬度中心線兩側10mm範圍內的300×40個像素點進行保留，刪除其它像素點。
上述的一種板坯低倍質量等級自動評定方法，所述步驟（4）中評定相關係數a根據不同煉鋼生產線而調整，其調整方法為：將煉鋼生產線所積累的300張以上的板坯低倍質量照片及根據自身低倍質量評級標準而確定的質量等級信息輸入到計算機中，計算機根據內置程序自動對上述信息進行分析後，自動得出評定相關係數a。
為適應不同的煉鋼生產線，提高低倍質量評級的準確率，在應用本發明進行低倍質量等級評定前，需要將最近1-2個月內在連鑄生產過程中拍攝積累的300張以上的板坯低倍質量照片以及根據自身的低倍質量評級標準而確定的低倍質量信息輸入至計算機中，計算機根據內置程序自動對上述信息進行分析後，自動調整本發明所提到的評定相關係數a；通過調整評定相關係數a，使本發明的系統能夠適應國內各家鋼鐵企業的板坯低倍質量評級標準，確保判斷準確率能夠達到90%以上；
本發明計算機自動對照片上板坯寬度中心線兩側10mm範圍內的300×40個像素點進行保留，是基於計算機判斷精度和計算量大小的雙重考慮；通過現場測試表明：當計算機所選取的像素點數量小於300×40個時，其判斷準確率將會受到較大的影響；而當計算機所選取的像素點數量大於300×40個時，計算機在對照片進行分析和判斷時，計算量會明顯增大，延長了分析時間，不能滿足連鑄現場的需要。因此本發明將所要保留的照片像素點設定為300×40個；此外，計算機在選取像素點時，會自動根據照片的寬幅進行自動選取，從而最大限度的保留照片上的有用信息，剔除幹擾，確保判斷的準確率。
本發明的有益效果是：
本發明能夠完全取代人工，實現對板坯內部低倍質量等級的自動評級，從而避免人工幹擾，提高了板坯內部低倍質量等級的判定準確率，進而為後續的生產準備及工藝優化，提升終軋產品質量打下了堅實的基礎，並能夠大幅降低現場技術人員的勞動強度；本發明對於提高板坯內部質量，確保終軋產品質量起到至關重要的作用，具有顯著的經濟效益，在行業內有極大的推廣使用價值。
附圖說明
圖1為板坯輸送裝置和照相裝置位置及結構示意圖；
圖2為過程控制系統示意圖；
圖中標記為：輸送小車1、板坯2、相機託架3、步進電機4、傳送帶5、照相機6、接觸開關7、小車軌道8、計算機9、照相機數據採集卡10、輸送小車控制PLC 11、接觸開關反饋PLC 12、步進電機控制PLC 13、照相機控制PLC 14。
具體實施方式
圖1和圖2顯示，本發明一種板坯低倍質量等級自動評定系統，包括板坯輸送裝置、照相裝置和評估過程控制系統；板坯輸送裝置包括輸送小車1、小車軌道8和接觸開關7，小車軌道8安裝在地面上，輸送小車1可沿小車軌道8行走，接觸開關7安裝在小車軌道8上；照相裝置位於輸送小車1和接觸開關7之間的小車軌道8的上方，包括相機託架3、2臺步進電機4、傳送帶5和照相機6，2臺步進電機4安裝在相機託架3上，傳送帶5安裝在2臺步進電機4的電機軸上由電機驅動，照相機6安裝在傳送帶5上，當輸送小車1與接觸開關7接觸時，板坯2位於照相裝置下方，照相機6的鏡頭中心點在板坯2上表面的投影位於板坯2寬度的中心線上，確保相機拍攝照片的清晰度；評估過程控制系統包括計算機9、分別與計算機9連接進行數據通訊的照相機數據採集卡10、輸送小車控制PLC 11、接觸開關反饋PLC 12、步進電機控制PLC 13和照相機控制PLC 14，其中，照相機6分別與照相機數據採集卡10和照相機控制PLC14相連，計算機9通過照相機控制PLC14控制照相機6進行照片的拍攝，照相機6將拍攝的照片通過照相機數據採集卡10傳送給計算機9；輸送小車控制PLC 11與輸送小車1相連，計算機9通過輸送小車控制PLC 11控制輸送小車1的啟停；接觸開關反饋PLC 12與接觸開關7相連，當輸送小車1與接觸開關7觸碰時，接觸開關7將信號通過接觸開關反饋PLC 12傳給計算機9，計算機9通過接觸開關反饋PLC 12控制輸送小車1停止運行；步進電機控制PLC 13與步進電機4相連，計算機9通過步進電機控制PLC 13控制步進電機4的啟停。
本發明一種板坯低倍質量等級自動評定方法，包含以下步驟：
步驟1：首先將表面已銑好的板坯2放置在輸送小車1上，然後控制計算機9通過輸送小車控制PLC 11向輸送小車1發出啟動信號，使輸送小車1向照相裝置方向移動；
步驟2：當輸送小車1觸碰到接觸開關7後，接觸開關7會通過接觸開關反饋PLC 12向計算機9發出信號，計算機9接收到信號後向輸送小車控制PLC 11發出停止信號，輸送小車1停止運行；此時，照相機6的鏡頭中心點在板坯2上表面的投影位於板坯2寬度中心線上；計算機9通過照相機控制PLC14自動啟動照相機6；
步驟3：照相機6通過照相機數據採集卡10實時將板坯2表面的圖像傳送到計算機9，現場技術人員根據圖像的質量，通過計算機9向照相機控制PLC 14發出信號，實時調整照相機6的鏡頭焦距，使照片保持清晰；
步驟4：利用計算機9向步進電機控制PLC 13發出信號，啟動兩臺步進電機4，使步進電機4上的傳送帶5開始移動，並帶動照相機6沿板坯2長度方向移動；現場技術人員不斷從計算機9上觀測照相機6所拍攝的板坯表面；當移動到所要拍攝照片的位置後，技術人員利用計算機9向步進電機控制PLC 13發出信號，停止運行2臺步進電機4，從而使照相機6穩定在板坯2的上方，然後通過計算機9向照相機控制PLC 14發送信號，控制照相機6拍攝下板坯2該表面位置的照片，再通過照相機數據採集卡10，將其傳送回計算機9；如此重複，對板坯2表面不同位置進行拍照，並實時傳送回計算機；
步驟5：計算機9根據內置程序，自動對所拍攝的照片進行分析後，得出板坯低倍質量等級，具體方法是：
（1）、計算機9通過內置程序，自動對照片上板坯寬度中心線兩側10mm範圍內平均分布的300×40個像素點進行保留，刪除照片上的其他像素點，從而在消除照片上幹擾因素的基礎上，降低後續計算機的運算量，縮短相關分析時間；
（2）、 計算機9自動得出所保留像素點的灰度值，然後對相關灰度值進行均方化處理，消除外界光線對照片拍攝質量的影響；
（3）、計算機9對所保留的所有像素點的灰度值進行歸一化處理，使所有像素點的相對灰度值保持在0～1.0範圍內；
（4）、計算機9對保留的所有像素點的相對灰度值進行求和處理，得到像素點灰度值總和。然後通過該值對板坯2的低倍質量等級進行評定，即：
當0.01a＜≤12a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類0.5；
當12a＜≤17a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類1.0；
當17a＜≤25a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類1.5；
當25a＜≤36a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類2.0；
當36a＜≤53a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類2.5；
當53a＜≤78a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為C類3.0；
當78a＜≤116a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類0.5；
當116a＜≤173a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類1.0；
當173a＜≤258a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類1.5；
當258a＜≤386a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類2.0；
當386a＜≤579a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類2.5；
當579a＜≤867a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為B類3.0；
當867a＜≤1299a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類0.5；
當1299a＜≤1948a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類1.0；
當1948a＜≤2921a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類1.5；
當2921＜≤4381a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類2.0；
當4381a＜≤6570a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類2.5；
當6570a＜≤9855a時，計算機將板坯低倍質量等級評定為A類3.0。
式中，a為評定相關係數，；
評定相關係數a根據不同煉鋼生產線而調整，其調整方法為：將煉鋼生產線最近1-2個月內所拍攝積累的300張以上的板坯低倍質量照片及根據自身低倍質量評級標準而確定的質量等級信息輸入到計算機中，計算機根據內置程序自動對上述信息進行分析後，自動得出評定相關係數a；
步驟6：計算機9從之前所拍攝的若干張照片中，自動挑選出所判定的最低的一個等級作為整個板坯2的低倍質量等級，以此來指導連鑄工藝參數的調整。
為適應不同的煉鋼生產線，提高低倍質量評級的準確率，在應用本發明進行低倍質量等級評定前，需要將最近1-2個月內在連鑄生產過程中拍攝積累的300張以上的板坯低倍質量照片以及根據自身的低倍質量評級標準而確定的低倍質量信息輸入至計算機中，計算機根據內置程序自動對上述信息進行分析後，自動調整本發明所提到的評定相關係數a；通過調整評定相關係數a，使本發明的系統能夠適應國內各家鋼鐵企業的板坯低倍質量評級標準，確保判斷準確率能夠達到90%以上；
本發明計算機自動對照片上板坯寬度中心線兩側10mm範圍內的300×40個像素點進行保留，是基於計算機判斷精度和計算量大小的雙重考慮；通過現場測試表明：當計算機所選取的像素點數量小於300×40個時，其判斷準確率將會受到較大的影響；而當計算機所選取的像素點數量大於300×40個時，計算機在對照片進行分析和判斷時，計算量會明顯增大，延長了分析時間，不能滿足連鑄現場的需要。因此本發明將所要保留的照片像素點設定為300×40個；此外，計算機在選取像素點時，會自動根據照片的寬幅進行自動選取，從而最大限度的保留照片上的有用信息，剔除幹擾，確保判斷的準確率。