CN115069788A - 轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧辊表面图像拍摄装置，用以获取工作轧辊的辊面质量图像且设置为密闭结构；内有冷循环装置。本发明还公开了一种具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括轧辊表面图像拍摄装置以及设于其下方的伺服升降装置。本发明还公开了一种工作辊辊面在线检测***及方法，包括生产物流计算机、以及用以接收生产物流计算机发出信息的多功能卡，辊面检测***上位机用以接收多功能卡的轧制信息，并控制轧辊表面图像拍摄装置获取工作辊辊面图像；PLC控制器用以接收多功能卡的轧制信息，并控制伺服升降装置升降运动以及控制活门装置驱动摄像窗口护板启闭运动。本发明实现在空间狭小的热连轧机机架内，对工作辊辊面在线检测设备进行有效防护。

Description

轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***及方法

技术领域

本发明涉及热轧工作辊的辊面在线检测技术，更具体地说，涉及一种轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***及方法。

背景技术

轧辊作为轧钢工业的重要工具，是轧钢设备的最主要消耗部件，随着产钢量的增加，轧辊消耗量迅速增加，各大钢铁企业对于轧辊的检测也愈加重视。轧辊表面氧化膜的状态在线检测，对轧辊表面氧化膜的形成及剥落机理的研究及切合现场生产的工艺改进具有强有力的支持作用。另外，从过程阻断来讲，可以及时、有效发现轧辊表面氧化膜的恶化趋势，避免产生批量的带钢表面氧化铁皮压入缺陷造成质量损失。

目前，国内各大钢厂都开始了辊面检测，在目前的轧辊质量检测中，大多数是实现对冷轧辊面检测，采用的技术有超声波、涡流和视觉检测等方法，通过这些方法可以实现对轧辊面的裂纹等检测。

由于轧辊工作现场环境恶劣，工作温度又非常高(工作辊轧制温度高达1000℃)，而且现场又有高压水等，检测设备极易被损坏，不能正常工作和检测。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***及方法，实现在空间狭小且工作环境恶劣的热连轧机机架内，对工作辊的辊面在线质量检测设备进行有效防护，以保证检测***对工作辊正常测试。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种轧辊表面图像拍摄装置：

所述轧辊表面图像拍摄装置用以获取工作轧辊的辊面质量图像，

且为密闭结构，所述轧辊表面图像拍摄装置内设置有冷循环装置。

较佳的，所述轧辊表面图像拍摄装置进一步包括防护箱体、摄摄像机机、摄像窗口护板和活门装置；

所述摄像机安设于所述防护箱体内，所述防护箱体上开设有与工作轧辊相对的拍摄视窗；

所述摄像窗口护板覆盖于所述防护箱体与工作轧辊相对的所述拍摄视窗，并呈开启/关闭状态；

所述活门装置用以控制所述摄像窗口护板的启闭。

较佳的，所述防护箱体为密闭结构，

所述摄像机设计为一可从所述防护箱体内整体抽拉的结构；

所述冷循环装置用以对所述防护箱体、所述摄像机进行冷却。

较佳的，所述防护箱体采用不锈钢材质制成，其装配接合面之间均配有密封圈。

较佳的，所述密封圈的材质采用丁晴橡胶。

较佳的，所述冷循环装置采用水冷却和/或压缩空气冷却；

较佳的，所述拍摄视窗包括相机视窗和光源视窗。

较佳的，所述活门装置由PLC控制器控制，所述活门装置驱动所述摄像窗口护板的打开或关闭所述拍摄视窗。

较佳的，所述活门装置通过齿轮齿条摆动气缸驱动所述窗口护板的开起或闭合，所述护板的抬起角度为75°。

本发明还提供了一种具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括所述的轧辊表面图像拍摄装置，以及设于所述轧辊表面图像拍摄装置下方的伺服升降装置。

较佳的，所述伺服升降装置包括导轨和伺服电动缸；所述伺服电动缸用以驱动所述防护箱体沿所述导轨的升降运动。

较佳的，所述导轨为不锈钢圆柱导轨。

本发明再提供了一种工作辊辊面在线检测***，该工作辊辊面在线检测***基于所述的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括生产物流计算机、以及用以接收所述生产物流计算机发出信息的多功能卡；

辊面检测***上位机，用以接收所述多功能卡的轧制信息，并控制所述摄取装置获取工作辊的辊面图像；

PLC控制器，用以接收所述多功能卡的轧制信息，并控制所述伺服升降装置的升降运动，以及控制所述机械活门装置驱动所述护板的启闭运动。

较佳的，所述轧制信息包括轧制结束信号、待检测工作辊的辊径信息。

较佳的，所述辊面检测***上位机根据所述轧制结束信号，控制所述摄取装置；

所述PLC控制器根据所述轧制结束信号，控制所述机械活门装置；根据所述待检测工作辊的辊径信息，控制所述伺服升降装置。

本发明再提供了一种工作辊辊面在线检测方法：

当钢卷轧制完成一卷，高压水停止，此时由所述的工作辊辊面在线检测***中的所述生产物流计算机将所述轧制结束信号和所述待检测工作辊的辊径信息发送给所述多功能卡；

所述PLC控制器根据所述待检测工作辊的辊径信息，控制所述伺服升降装置将所述摄取装置移动至拍摄位置；

所述PLC控制器根据所述轧制结束信号，控制所述机械活门装置驱动所述护板打开；

所述辊面检测***上位机根据所述轧制结束信号，控制所述摄取装置拍摄获取工作辊的辊面图像；

所述工作辊的辊面图像获取结束后，由所述辊面检测***上位机停止所述摄取装置的拍摄，所述PLC控制器控制所述机械活门装置关闭所述护板，检测工作停止。

较佳的，所述摄取装置的拍摄周期t＝20(2πr/v)，t＜T；

上式中，20表示每次拍摄所述工作辊20周的图像，r表示所述工作辊的半径，v表示所述工作辊的转速，T表示两卷所述钢卷之间的间隔时间。

较佳的，所述摄取装置移动至拍摄位置，具体为所述摄取装置的拍摄点位于所述工作辊的中心线位置。

本发明所提供的一种轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***及方法，热轧辊面在线检测装置的防护***安装于生产现场，对生产线上的轧辊表面质量在线检测设备进行防护。在带钢轧制间隙，防护机构打开拍摄窗口，可以在保证没有高压水的情况下，拍摄出清晰的轧辊表面图像，实现对轧辊表面质量的精确检测。同时，还能有效防护现场的高温、水汽和油污，有效保护现场检测设备，提升产品使用质量和寿命。

附图说明

图1是本发明轧辊表面图像拍摄装置及***、辊面在线检测***的现场布置示意图；

图2是本发明轧辊表面图像拍摄装置中摄像窗口护板处于关闭状态的示意图；

图3是本发明轧辊表面图像拍摄装置中摄像窗口护板处于打开状态的示意图；

图4是本发明辊面在线检测方法中控制信息传输的示意图；

图5是本发明辊面在线检测***的使用方法的工作流程图；

图6是本发明辊面在线检测***及方法实施例5的示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1，请结合图1所示，本发明所提供的一种轧辊表面图像拍摄装置100，该轧辊表面图像拍摄装置100用以获取工作轧辊(见图1中上工作辊1和下工作辊2)的辊面质量图像，轧辊表面图像拍摄装置100整体设置为密闭结构，同时，轧辊表面图像拍摄装置内设置100有冷循环装置，在工作辊轧制现场能够防止水、油、汽污染、散热等不利条件。

本发明轧辊表面图像拍摄装置100进一步包括防护箱体3、摄像机、摄像窗口护板4和活门装置5。

摄像机用以获取工作轧辊的辊面质量图像，摄像机安设于防护箱体3内，防护箱体3用以防护摄像机，防护箱体3上开设有与工作轧辊相对的拍摄视窗7。

摄像窗口护板4覆盖于防护箱体3与工作轧辊相对的一外侧面，并呈开启/关闭状态。

活门装置5用以驱动摄像窗口护板4的开启或关闭。

防护箱体3设置为密闭结构，防止水、油、汽污染、散热等不利条件。

摄像机设计为一可从防护箱体3内整体抽拉的结构，能使摄像机从防护箱体3内整体抽出来进行调整和更换作业。

冷循环装置用以对防护箱体3、摄像机进行冷却防护。

防护箱体3采用不锈钢材质制成，其装配接合面之间均配有密封圈，密封圈采用丁晴橡胶的O型密封圈，能达到较佳的密封效果。

摄像机包括光源支架、以及设于光源支架上的照相机6。

请结合图2和图3所示，防护箱体3朝向工作轧辊的外侧面上设有拍摄视窗7，拍摄视窗7与照相机6的镜头位置对应，使得照相机6的镜头透过拍摄视窗7获取工作轧辊的辊面质量图像。

摄像窗口护板4用以防护拍摄视窗7，在轧制过程中，为了避免受到高达1000℃的带钢、具有腐蚀性的冷却水和脱落的氧化铁皮的影响，在非工作状态时，拍摄视窗7是被摄像窗口护板4防护起来的。

拍摄视窗7包括相机视窗和光源视窗。

活门装置5由PLC控制器14控制，活门装置5驱动摄像窗口护板4的打开或关闭拍摄视窗7。

活门装置5通过齿轮齿条摆动气缸驱动摄像窗口护板4的打开或关闭拍摄视窗7，只有当照相机6处于工作状态时，活门装置5驱动摄像窗口护板4抬起运动，照相机6拍摄和检测正常工作，摄像窗口护板4的抬起运动由活门装置5来驱动进行。

摄像窗口护板4的抬起角度可达到75°。

摄像窗口护板4内嵌有密封装置，在处于闭合的状态下将防护箱体3与外部的水、汽隔绝。只有当一卷带钢轧完后，需要检测工作辊的辊面缺陷时，活门装置5再驱动摄像窗口护板4抬起运动。

冷循环装置可采用水冷却8和/或压缩空气冷却。

水冷却8提供-10℃以下的循环冷却水，由冷水盘管对防护箱体3、照相机6进行有效冷却保护。

压缩空气冷却用以对光源支架进行冷却保护，确保光源支架稳定工作。

实施例2，再请参考图1，本发明还提供了一种具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括实施例1中的轧辊表面图像拍摄装置100、以及设于轧辊表面图像拍摄装置100下方的伺服升降装置200。

轧辊表面图像拍摄装置100包括防护箱体3、摄像机、摄像窗口护板4和活门装置5。

摄像机用以获取工作轧辊的辊面质量图像，摄像机安设于防护箱体3内，防护箱体3用以防护摄像机，防护箱体3上开设有与工作轧辊相对的拍摄视窗7。

摄像窗口护板4覆盖于防护箱体3与工作轧辊相对的一外侧面，并呈开启/关闭状态。

活门装置5用以驱动摄像窗口护板4的开启或关闭。

伺服升降装置200包括导轨9和伺服电动缸，伺服电动缸用以驱动防护箱体3沿导轨9的升降运动，从而控制防护箱体3内摄像机根据待测的工作辊实际辊径调节摄像机对应的高度。

工作轧辊主要包括上工作辊1和下工作辊2，带钢10从上工作辊1和下工作辊2指间穿过，根据***光路设计，摄取装置100的检测点位于上工作辊1的中线位置，因此，更换不同辊径的工作辊，需对应调节摄取装置100的检测点高度。

导轨9采用不锈钢圆柱导轨。

实施例3，再请参考图1至图4，本发明再提供了一种工作辊辊面在线检测***，该工作辊辊面在线检测***基于实施例2中的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括生产物流计算机11、以及用以接收生产物流计算机11发出信息的多功能卡12。

辊面检测***上位机13，用以接收多功能卡12的轧制信息，并控制轧辊表面图像拍摄装置100中的摄像机获取工作轧辊的辊面质量图像；

PLC控制器14，用以接收多功能卡12的轧制信息，并控制伺服升降装置200的升降运动，以及控制轧辊表面图像拍摄装置100中的活门装置5驱动摄像窗口护板4的打开或关闭拍摄视窗7。

轧制信息包括轧制结束信号、以及待检测工作辊的辊径信息。

辊面检测***上位机13根据轧制结束信号，控制轧辊表面图像拍摄装置100中的摄像机开设拍摄/停止拍摄。

PLC控制器14根据轧制结束信号，控制活门装置5驱动摄像窗口护板4的打开或关闭拍摄视窗7，使得拍摄视窗7处于打开或关闭状态；PLC控制器14根据待检测工作辊的辊径信息，控制伺服升降装置200的上升/下降运动，从而将轧辊表面图像拍摄装置100整体移动至与工作轧辊的辊径对应的拍摄位置，以保证摄像机能够拍摄到上工作辊1的辊面中线位置。

具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***包括实施例1中的轧辊表面图像拍摄装置100、以及设于轧辊表面图像拍摄装置100下方的伺服升降装置200。

伺服升降装置200包括导轨9和伺服电动缸，伺服电动缸用以驱动防护箱体3沿导轨9的升降运动，从而控制防护箱体3内摄像机根据待测的工作辊实际辊径调节摄像机对应的高度。

实施例4，请结合图4至图5所示，本发明还提供了一种工作辊辊面在线检测方法，采用实施例3中的工作辊辊面在线检测***，当生产物流计算机11发来工作轧辊的辊径调整信息时，PLC控制器14控制伺服升降装置200带动轧辊表面图像拍摄装置100整体移动，以保证摄像机中的照相机6能够拍摄到上工作辊1的辊面中线位置。

钢卷每轧制完成一卷，高压水会停止，此时可以对上工作辊1的辊面进行拍照，由生产物流计算机11把轧制结束信号和待检测工作辊的辊径信息发送给多功能卡12，再由多功能卡12将轧制结束信号和待检测工作辊的辊径信息分别发送指令至PLC控制器14和辊面检测***上位机13。

PLC控制器14控制活门装置5打开摄像窗口护板4，伺服升降装置200根据PLC控制器14发来的待检测工作辊的辊径信息带动轧辊表面图像拍摄装置100整体移动至拍摄位置。同时，辊面检测***上位机13接到轧制结束信号后，触发摄像机中的照相机6，进行拍照检测工作。考虑到两卷钢卷之间的间隔时间为T，设工作辊的半径为r，工作辊的转速为v，默认照相机6每次拍摄周期为t＝20(2πr/v)，t＜T；

即，每次拍摄工作辊旋转20周的图像进行检测，这样既可以保证照相机6工作时间小于间隔时间，又能保证得到充分多的防护控制。

当拍摄周期t到达后，辊面检测***上位机13发送停止拍照指令给照相机6，PLC控制器14控制活门装置5关闭摄像窗口护板4，本次检测停止。

工作辊辊面在线检测***基于实施例2中的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括生产物流计算机11、以及用以接收生产物流计算机11发出信息的多功能卡12。

辊面检测***上位机13，用以接收多功能卡12的轧制信息，并控制轧辊表面图像拍摄装置100中的摄像机获取工作轧辊的辊面质量图像；

PLC控制器14，用以接收多功能卡12的轧制信息，并控制伺服升降装置200的升降运动，以及控制轧辊表面图像拍摄装置100中的活门装置5驱动摄像窗口护板4的打开或关闭拍摄视窗7。

实施例5，请结合图6所示，将本发明工作辊辊面在线检测***应用于连续生产的热轧带钢生产线，将本发明工作辊辊面在线检测***布置两套分别对上工作辊1、下工作辊2进行成像，并对辊面质量图像进行处理和分析，以检测出辊面氧化膜脱落等质量问题。根据轧辊沿轴向的长度和每幅图像的尺寸，确定所需要的照相机6数量，保证照相机6能够对上工作辊1、下工作辊2全长范围内进行检测。例，拍摄一幅图像横向尺寸为D，上工作辊1/下工作辊2沿轴向长度为L，则共需要M＝L/D台照相机6。

本发明工作辊辊面在线检测方法过程具体如下：检测对象为上工作辊1、下工作辊2。当一块带钢轧制完毕，下块带钢尚未到来时，则是检测窗口期。当一卷钢轧制完毕后，由二级计算机***(L2)发送轧制结束信号给PLC控制器14，PLC控制器14控制活门装置5打开摄像窗口护板4，同时触发摄像机中的照相机6，照相机6对上工作辊1/下工作辊2的辊面进行全范围连续拍摄，并将辊面质量图像传输至图像采集单元15，图像采集单元15将采集到的辊面质量图像再送往图像处理单元16，图像处理单元16对图像进行处理和分析后，把图像缺陷信息送往存储和显示单元17，对缺陷图像进行存储，并将缺陷在界面终端显示出来。

综上所述，本发明针对热轧辊面检测，考虑到现场环境恶劣，安装空间比较小，采用具备足够刚度、强度、抗震性、温度调控功能的轧辊表面图像拍摄装置100。光源支架、照相机6等相关部件均被轧辊表面图像拍摄装置100中的防护箱体3密封冷却，只有当需检测工作辊的辊面时，让光源支架投射光照并让照相机6进行拍摄。因此，轧辊表面图像拍摄装置100能可靠、安全和正常地工作，具备防护功能，防止水、油、汽污染摄像机。

使用本发明可以实现在空间狭小的热连轧机机架内，对工作轧辊的辊面在线质量检测设备进行有效防护，保护相机和光源等光学***免于受到高温、水汽和乳化液的侵害。通过使用“眼皮”式摄像窗口护板4，并结合轧制信息利用PLC控制器14进行控制，做到及时打开和关闭，有效保护检测设备不受到高压水的困扰，并能准确检测出辊面缺陷。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (18)

1.一种轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：

所述轧辊表面图像拍摄装置用以获取工作轧辊的辊面质量图像，

且为密闭结构，所述轧辊表面图像拍摄装置内设置有冷循环装置。

2.根据权利要求1所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述轧辊表面图像拍摄装置进一步包括防护箱体、摄摄像机机、摄像窗口护板和活门装置；

所述摄像机安设于所述防护箱体内，所述防护箱体上开设有与工作轧辊相对的拍摄视窗；

所述摄像窗口护板覆盖于所述防护箱体与工作轧辊相对的所述拍摄视窗，并呈开启/关闭状态；

所述活门装置用以控制所述摄像窗口护板的启闭。

3.根据权利要求2所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述防护箱体为密闭结构，

所述摄像机设计为一可从所述防护箱体内整体抽拉的结构；

所述冷循环装置用以对所述防护箱体、所述摄像机进行冷却。

4.根据权利要求3所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述防护箱体采用不锈钢材质制成，其装配接合面之间均配有密封圈。

5.根据权利要求4所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述密封圈的材质采用丁晴橡胶。

6.根据权利要求1所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述冷循环装置采用水冷却和/或压缩空气冷却。

7.根据权利要求2所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述拍摄视窗包括相机视窗和光源视窗。

8.根据权利要求2所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述活门装置由PLC控制器控制，所述活门装置驱动所述摄像窗口护板的打开或关闭所述拍摄视窗。

9.根据权利要求8所述的轧辊表面图像拍摄装置，其特征在于：所述活门装置通过齿轮齿条摆动气缸驱动所述窗口护板的开起或闭合，所述护板的抬起角度为75°。

10.一种具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的轧辊表面图像拍摄装置，以及设于所述轧辊表面图像拍摄装置下方的伺服升降装置。

11.根据权利要求10所述的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，其特征在于：所述伺服升降装置包括导轨和伺服电动缸；所述伺服电动缸用以驱动所述防护箱体沿所述导轨的升降运动。

12.根据权利要求11所述的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，其特征在于：所述导轨为不锈钢圆柱导轨。

13.一种工作辊辊面在线检测***，其特征在于：该工作辊辊面在线检测***基于权利要求10所述的具有升降功能的轧辊表面图像拍摄***，包括生产物流计算机、以及用以接收所述生产物流计算机发出信息的多功能卡；

辊面检测***上位机，用以接收所述多功能卡的轧制信息，并控制所述摄取装置获取工作辊的辊面图像；

PLC控制器，用以接收所述多功能卡的轧制信息，并控制所述伺服升降装置的升降运动，以及控制所述机械活门装置驱动所述护板的启闭运动。

14.根据权利要求13所述的工作辊辊面在线检测***，其特征在于：所述轧制信息包括轧制结束信号、待检测工作辊的辊径信息。

15.根据权利要求14所述的工作辊辊面在线检测***，其特征在于：所述辊面检测***上位机根据所述轧制结束信号，控制所述摄取装置；

所述PLC控制器根据所述轧制结束信号，控制所述机械活门装置；根据所述待检测工作辊的辊径信息，控制所述伺服升降装置。

16.一种工作辊辊面在线检测方法，其特征在于：

当钢卷轧制完成一卷，高压水停止，此时由权利要求13-15任一项所述的工作辊辊面在线检测***中的所述生产物流计算机将所述轧制结束信号和所述待检测工作辊的辊径信息发送给所述多功能卡；

所述PLC控制器根据所述待检测工作辊的辊径信息，控制所述伺服升降装置将所述摄取装置移动至拍摄位置；

所述PLC控制器根据所述轧制结束信号，控制所述机械活门装置驱动所述护板打开；

所述辊面检测***上位机根据所述轧制结束信号，控制所述摄取装置拍摄获取工作辊的辊面图像；

所述工作辊的辊面图像获取结束后，由所述辊面检测***上位机停止所述摄取装置的拍摄，所述PLC控制器控制所述机械活门装置关闭所述护板，检测工作停止。

17.根据权利要求16所述的工作辊辊面在线检测方法，其特征在于：所述摄取装置的拍摄周期t＝20(2πr/v)，t＜T；

上式中，20表示每次拍摄所述工作辊20周的图像，r表示所述工作辊的半径，v表示所述工作辊的转速，T表示两卷所述钢卷之间的间隔时间。

18.根据权利要求16所述的工作辊辊面在线检测方法，其特征在于：所述摄取装置移动至拍摄位置，具体为所述摄取装置的拍摄点位于所述工作辊的中心线位置。

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