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冷轧带钢课程设计
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冷轧带钢课程设计
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冷轧带钢表面质量检测方法的研究
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来源：中国自动化网
引言冷轧带钢表面的质量问题,已经引起了越来越多钢铁企业的关注,目前大部分冷轧厂仍是通过肉眼来检测冷轧带钢的表面质量情况,这种方式存在很多问题,远远不能满足企业对带钢的表面质量要求,带钢表面质量自动检测...
冷轧带钢表面的质量问题,已经引起了越来越多钢铁企业的关注,目前大部分冷轧厂仍是通过肉眼来检测冷轧带钢的表面质量情况,这种方式存在很多问题,远远不能满足企业对带钢的表面质量要求,带钢表面质量自动检测系统的研究和开发已经是带钢企业与科研院所共同关心的课题。国外已在冷轧生产线开发了带钢表面质量自动检测系统,国内在这一领域的研究,虽然也有一些报道,但这些研究基本上还停留在实验室研究阶段,而不能在生产线得到实际应用[1]。
早在20世纪70年代,日本新日铁公司、千叶、八幡和其他企业,在冷轧涂层板和电工钢板材生产线采用激光扫描表面缺陷监测系统。90年代以来,由于CCD技术的发展,线阵CCD相机和面阵CCD相机在表面缺陷检测中被广泛应用。CCD相机对带钢表面进行连续扫描,以实现带钢的表面缺陷在线检测和认可,CCD扫描器的实时图像处理技术是冷轧钢板表面缺陷检测领域中最先进、最实用的方法。国外有这方面的产品和多条生产线,但目前在这一领域的研究,仍然有许多不足之处,如缺陷的检出率不高,检测速度慢,不能满足有高速测试要求的生产线,不锈钢不能检测等。利用光源和不同的钢板表面的光反射性能,表面缺陷检测有两种方法:“明场模式和暗场模式”。“明场模式”可用于碳钢表面检测,“暗场模式”可用于检测不锈钢表面缺陷,同时利用“实时处理”和“准确处理”两种数据处理方法,以确保缺陷检测算法的实时性[2]。
2& 硬件设计及其工作原理
2.1& 硬件设计
系统由检测装置、计算机系统、服务器、摄像头组成,为了提高系统的检测精度和检测宽度,采用多个面阵CCD摄像头同步采集图像的方式,摄像头的数目由检测精度和检测宽度决定,由摄像头摄取的视频图像信号传送给计算机系统,并由计算机系统对图像进行处理和分析,得到缺陷检测和识别的结果,同时还可通过检测到的钢带运动速度来调整图像采集速度,保证采集到的表面图像不重叠。通过服务器中缺陷检测和识别的结果,以便生产人员采取相应策略,避免表面缺陷的继续产生[3]。
光源采用高亮度LED面,发光二极管密集排列在一起组成光源,整个光源所发出的光类似于平行光,光强分布均匀。摄像机是通过采集带钢表面的反射光来获得钢带的表面图像,反射光由光源提供,所以该光源在表面缺陷检测中发挥了非常重要的作用。理想板表面图像的光强分布是均匀的,背景图像和缺陷区域在灰度级上有着明确区分。这个图像是非常有利的,在随后的表面缺陷检测过程中可以降低算法的复杂度并提高缺陷的检出率[2]。
2.2& 带钢表面光的反射特性
光的反射有两种:镜面反射和漫反射。光在光滑表面进行的是镜面反射,在粗糙表面进行的是漫反射。在进行表面缺陷检测时,首先要考虑光在被检测物质表面进行的是哪种类型反射。
表面缺陷可分为两类,一类是“划痕”、“辊印”、折印”等使表面产生形貌变化的缺陷,称为三维缺陷;而另一类是“压入氧化铁皮”、“乳化液斑痕”、“锈痕”等有色缺陷,这些缺陷没有使表面产生形貌变化,称为二维缺陷。由于三维缺陷造成了表面形貌的变化,因此光在三维缺陷区域的反射性质将会发生变化;而由于二维缺陷没有造成表面形貌的变化,因此光在二维缺陷区域的反射性质不发生变化。
3& 系统软件设计与应用
3.1& 系统软件设计
系统的数据处理通过“实时处理”与“准时处理”两种方式来进行,这两种处理方式在两个不同级别的线程中实现,其中“实时处理”的线程级别高,需要CPU实时处理,而“准时处理”的线程级别低,可在CPU空闲时间进行处理[2]。
“实时处理”方式包含2个步骤:“图像数字化”和“目标检测”,“图像数字化”的目的是将摄像头采集到的视频图像通过采样和量化转化为数字图像,并传送给CPU进行处理。“目标检测”目的是检测图像中是否存在缺陷,以便决定该图像是否需要进一步处理。如果图像中不存在缺陷,就不需要对网像作进一步处理;如果图像中存在缺陷,就把这幅图像放入计算机的缓冲区中。“图像数字化”和“目标检测”2个步骤需要实时完成,因此它们被放置在“实时处理”线程中。“目标检测”算法比较简单,只是检测网像中是否存在缺陷．放入缓冲区中的图像做进一步处理,以确定缺陷所在的区域,并对缺陷进行分类和分级,这些通过“缺陷检测”和“缺陷识别”两个步骤实现。由于这些图像被放入缓冲区中,只要缓冲区不溢出,就可随时调出图像处理．因此“缺陷检测”和“缺陷识别”两个步骤不需要实时完成,可在CPU空闲时间进行,这两个步骤可放置在“准时处理”线程中。为了保证系统对缺陷有高的检出率和识别率,系统中所用的缺陷检测和缺陷识别算法比较复杂,所需的处理时间比较长．但是整个带卷上存在缺陷的区域所占比例很小,一般在5％以下,“准时处理”的数据量比“实时处理”的数据量少很多．所以“准时处理”线程和“实时处理”线程所占的CPU基本相等,通过“实时处理”与“准时处理”两种方式,既可满足系统的在线监测要求,又能保证系统具有高的缺陷检出率与识别率[3]。
3.2& 系统功能设计
该功能设计在软件中设计了两个功能块:在线检测和离线分析。(1)在线检测模块用于对缺陷进行在线检测与信息存档,是系统的核心模块。在线检测模块中有一个带卷列表,将要生产的带卷信息(包括带卷号、带卷规格、钢种、轧制时间等)填入。用户只需在开始轧钢时点击“检测开始”按钮,系统就处于检测状态,自动判断有没有带卷的加入。如果新来了一个带卷,那么系统从带卷列表中获取当前带卷的信息,并开始对当前带卷进行检测。用户可以在线观察缺陷在带卷上的分布情况,以及缺陷的统计情况。当一个带卷生产完成后,系统自动停止对当前带卷的检测,并根据缺陷的检测结果评估带卷的表面质量,将评估结果写入数据库,等待下一带卷的进入。点击“检测停止”按钮就终止检测状态,系统不再判断有没有带卷的加入。在检测状态下,为了保证系统把资源完全用于缺陷的在线检测,不允许切换到其它模块,也不允许进行其它的操作。如果用户需要进行其它操作,可以点击“检测暂停”按钮。系统处于检测暂停状态,用户就可以切换到其它模块。在线检测模块中还设有报警机制,如果出现一些周期性缺陷下来,了解缺陷产生的原因,避免缺陷的继续产生。
离线分析模块主要用于从数据库中调出缺陷检测的历史记录数据,并对历史数据进行统计和分析。可通过带卷号或生产时间查询带卷,获取某一带卷的缺陷统计结果,并自动生成检测报表,用于打印和存档。此外,还可浏览带卷上每一缺陷的所有信息,包括缺陷图像,从而能检验结果是否正确。
3.3& 分析应用
(1) 可检测的缺陷类型。虽然系统主要用于检测三维缺陷,但在使用过程中发现,由于图像的背景也有相对的亮度,而二维缺陷(主要是一些有色缺陷,如乳化液斑、黑带、表面夹杂等)的灰度值要比背景的灰度值小,因此系统也可用于检测二维缺陷,但二维缺陷的检测效果不如三维缺陷。
(2) 在“明场模式”中,摄像头放置在反射光的光路上。如果表面没有缺陷的话,反射光在摄像头各个区域上的照度应该是分布均匀的。但是,如果表面出现缺陷的话,那么反射光在摄像头上的照度将发生变化:对于三维缺陷,光在缺陷区域反射性质将会发生变化,造成了反射光在摄像头上的照度将会比没有缺陷时候小。因此,采用“明场方式”采集到的缺陷图象,背景区域是亮的,而缺陷区域则是暗的;对于二维缺陷,虽然光在二维缺陷上的反射性质没有发生变化,但是由于二维缺陷基本上是一些有色缺陷,因此这些缺陷对光的吸收比较多,反射光的强度减小了,这样也造成了反射光在摄像头上的照度的减小。因此,与三维缺陷一样,采用“明场模式”采集到的缺陷图象,背景区域是亮的,而缺陷区域是暗的。
(3) 采用“暗场方式”检测不锈钢的表面缺陷。由于入射角的变化对于反射光在摄像头上的照度影响很大,因此“明场方式”不适用于不锈钢表面的在线检测。在“暗场方式”中,摄像头放置在与入射光几乎平行的方向上。这样,在不锈钢表面无缺陷的情况下,摄像头采集不到反射光。并且在不锈钢表面有波动的情况下,摄像头基本上也采集不到反射光。但是,如果不锈钢表面产生三维缺陷的话,缺陷区域将产生漫反射,摄像头就可以采到漫反射过来的光。因此,通过“暗场方式”采集到的缺陷图象,背景区域是暗的,而缺陷区域是亮的。因此,可通过“暗场模式”在线检测不锈钢表面的三维缺陷[2]。
为满足用户对冷轧产品表面高质量的要求,目前冷轧生产线采用在线检测设备对表面缺陷的形成、种类、位置进行精确的识别,并采取相应的措施进行控制,但由于其生产工艺复杂、流程较长,一些表面缺陷形貌和性质随着工艺流程会不断地发生变化,缺陷的识别和控制具有极大难度。因此,不断地总结经验,正确识别各种表面缺陷,加强对缺陷的检测和分析以及采取相应的控制措施以提高表面质量,成为冷轧带钢表面质量改进的方向[4]。
[1] 艾永好,徐科.钢板表面在线检测技术的发展和展望[J].金属世界-39.
[2] 徐科,徐金梧.基于图象处理的冷轧带钢表面缺陷在线检测技术[J].钢铁,)61-63.
[3].徐科,徐金梧,陈雨来.冷轧带钢表面缺陷在线监测系统[J].北京科技大学学报,(3):229-331.
[4].李峰,叶学卫,姜正连,黄健.冷轧带钢表面缺陷识别与控制[J].冶金设备,.
作者简介:边芳(1978-),女,工程师,学士,从事自动化控制方面工作。
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冷轧带钢和薄板一般厚度为0.1～3mm,宽度为100～2000mm；均以或钢板为原料，在常温下经轧制成材。
冷轧带钢简介
冷轧带钢带钢冷轧
带钢和薄板一般厚度为0.1～3mm,宽度为100～2000mm；均以或钢板为原料，在常温下经轧制成材。冷轧带钢和薄板具有表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好等优点，产品大多成卷，并且有很大一部分经加工成出厂。成卷冷轧薄板生产效率高，使用方便,有利于后续加工。因此应用广泛,已逐渐取代同样厚度的热叠轧薄板。只有少量的特殊用途的冷轧合金钢板采取单片轧制。冷轧带钢和薄板的产量在工业发达国家已占钢材总产量的30%左右。除普通碳钢外，还有、不锈钢和合金结构钢等。
冷轧带钢外形
当波浪长度不小于200mm时，对于公称宽度小于1500mm的钢板，波浪高度应小于波浪长度的1%，对于公称宽度不小于1500mm的钢板，波浪高度应小于波浪长度的1.5%。 当波浪长度小于200mm时，波浪高度应小于2mm。[1]
钢板和钢带的镰刀弯在任意2000mm长度上应不大于5mm，钢板的长度不大于2000mm时，镰刀弯应不大于钢板实际长度的0.25%。宽度小于600mm的纵切钢带的镰刀弯在任意2000mm长度上应不大于2mm。[1]
钢板应切成直角，切斜应不大于钢板宽度的1%。[1]
钢带应牢固地成卷，其一侧塔形高度不得超过如下规定。
可供牌号、供货标准及用途
供货尺寸 （宽度mm
广泛用于工程机械、交通运输机械、建筑机械、起重机械、农用机械及轻工民用等行业的一般结构件与
尺寸及外形允许偏差
牌号：、、Q235-B
执行的相应标准：GB/T709
化学成分（Wt%）
0.02～0.80
0.15～0.30
0.06～0.12
0.25～0.50
0.12～0.20
0.30～0.70
冷轧带钢优点：
能得到热轧方法很难得到的极薄(薄达0.001mm)；
能使产品具有很高且范围很广的力学性能及工艺性能；
能保证获得高精度尺寸、厚度偏差小、沿带钢的宽度及长度方面的厚度均匀，板形良好、表面光洁的各种带钢；
成本低、收效率高；
轧制速度快，具有很高的生产率。
冷轧带钢工艺特点：
带钢在冷状态下轧制时，由于带钢，则必须经过使之重新软化，并恢复塑性，以便继续轧制；[2]
带在轧制前必须清除表面，从而保证了，并减少了的磨损；
采用张力轧制，保证了带钢的良好板形，控制了带钢厚度偏差，并减小，有利于轧制薄规格产品。
采用工艺冷却和润滑，便于控制轧辊与带钢的温度，减少轧辊与带钢间的摩擦并降低轧制压力，有利于并防止了带钢的粘辊。
1553年法国人布律列尔(Brulier)制成一台,轧制造币用的金板和银板。最早的是二辊式，以后采用辊径较小而刚性较大的四辊轧机。为了轧制更薄和更硬的，又发展出工作辊辊径更小而刚性更大的六辊、十二辊、二十辊和偏八辊（M.K.W.式）等轧机。单片轧制时没有,轧制的产品较厚(&1mm)，速度较低(&2m/s)，仅用于生产少量特殊用途的钢板。
冷轧带钢生产采用成卷轧制，使用张力卷取和开卷装置,速度高（达42m/s）,道次大,板形平直。有单机可逆式和连续式两种。
单机架可逆式四辊适合于生产多品种、小批量、厚度 0.2mm以上的普通碳钢或。轧制、不锈钢等高合金多采用二十辊或偏八辊轧机。
由3～6个机架组成。机架数愈多，愈大,产品厚度薄；轧制速度愈快，产量愈大;适用于产量大、品种规格少的普通碳钢、、等。
机器设备全连续冷轧带钢轧机
70年代已发展出少量全连续冷轧机（图2）,卷在进入轧机前，前一卷尾与后一卷头焊接，利用活套贮存足够的带钢，保证在焊接时仍继续轧制。由计算机控制轧制过程，在动态中即可改变规格。轧后由切断、分卷。全连续轧机轧制每卷带钢时无需穿带和甩尾，节省了换卷间隙时间。全连续轧机每台年产量达 200万吨。消除了钢卷头尾厚度超出公差的废品，提高了带材轧制精度和收得率。
冷轧带钢轧机现状
1980年世界上的辊身长度大于860mm的机共有466台,其中可逆式四辊轧机161台，可逆式108台，197台。中国有9台，其中可逆式四辊轧机4台，可逆式3台，偏八辊轧机1台，连续式轧机1台。图3为公司1978年建成的冷连轧机。表2是这台主要性能规格。
冷轧带钢工艺流程
根据原料和产品的品种、规格，稍有差异
工艺流程酸洗
当轧完的钢卷放置时，如果不经处理，很容易与空气形成氧化铁，因为空气是带有湿度的，时间一长就会产生锈。所以须用连续酸洗机组去除热轧带卷的表面氧化铁鳞。酸液过去用硫酸，现在多用盐酸。酸洗前先行焊接并卷，有的还经连续“黑退火”。酸洗后进行清洗、烘干和、分卷。
酸洗后的带坯在上轧制到成品厚度，一般不经。五机架连轧机冷轧一般为60～80%，主要轧制厚度0.3～3mm的汽车板、板和板。六机架连轧机主要轧制厚度 0.15～0.5mm的薄板，冷轧总压缩率一般为70～90%。轧制中各机架（或道次）压下量分配根据答应的压力、功率和速度，考虑到产量、质量等因素综合制定。
起润滑和冷却作用。一般用冷却性能好的乳液，轧制薄或硬的金属时用润滑性能好的纯油润滑剂，例如轧制镀锡薄板或不锈钢用棕榈油等。
目的在于消除冷轧，使钢板，具有良好的塑性。退火方式有用成卷退火和用连续炉退火。成卷退火分为紧卷退火和松卷退火；连续炉退火分为立式连续炉退火和卧式连续炉退火。炉内一般均通入。目前大多采用罩式炉退火，虽然处理周期长[2]
，但因炉子数量多，使用灵活，投资节省。连续炉退火产量大，其中卧式连续炉退火仅用于处理产量少的非凡钢，如硅钢的退火等。
目的在于避免退火后的钢板在冲压时产生塑性失稳和提高钢板的质量（和表面状况）。平整有单机架可逆式和双机架两种,平整为0.5～4%。双机架平整轧机效率高,压缩率大，可同时兼作用，进一步轧;如与五机架连轧机配合,可生产0.10～0.15mm的带卷。
镀层、剪切和包装
需镀层的钢板送镀锌、或有机涂层机组加工。
一般于平整后剪切。有纵剪和横剪，纵剪是剪边或按需要的宽度分条，横剪是将带卷按需要长度切成单张板。剪切好的成品板带，经检查分类后，涂防锈油包装出厂。
技术发展提高生产率
主要为提高连轧机速度和单卷重量，轧制速度历年提高的情况见图5 [年冷连轧机最高轧制速度]，单卷重量由50年代的20吨提高到70年代的40～60吨。由于采用高效率循环供油及设备上的一些改进，1971年日本的一组六机架冷连轧机轧制速度可达2500m/min。为便于控制和保证质量,一般轧机实际速度仍为m/min。在60年代后期开始实现了计算机控制的压下规程制定和轧机参数设定、调整，穿带和脱尾、上卷和卸卷、换辊等的自动化，提高了轧机效率。
提高产品质量
60年代后期普遍装设了厚度(AGC),70年代新建的多采用响应速度快和精度高的，使冷轧带材公差缩小到±0.005mm。在上普遍采用液压弯辊调整装置，并发展出多种板形检测仪和多种辊型调整装置组成自动板型控制系统缩短 要害在于使各工序连续化。
缩短生产周期
关键在于使各工序连续化。1971年日本建立了第一台全连续。80年代初，又建立连续酸洗与全连续轧机相衔接，连续退火线与连轧机等相联合的作业线。为缩短产品在各工序间的存放时间，加快，实现流程连续化，正在建立计算机计划、调度、设备诊断修理等系统。
．百度文库[引用日期]
．冷轧带钢的成份性能参数[引用日期]
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