一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统及方法技术方案

一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，包括图像采集单元，铸流跟踪单元，分析处理单元，报警显示单元和存储记录单元，其特征在于，图像采集卡用于对视频信号进行高速采样并完成数字化转换，形成分析处理单元可处理的数字化图像信息。利用本发明专利技术所提供的技术方案，具有预警的及时性有效性强，运行可靠成本低，不受氧化铁皮等伪信号干扰的特点，可在连铸方坯角部缺陷形成的早期实现自动预警，为铸机状态的异常监测和快速处理提供了一种有效手段；能有效降低连铸坯批量性角部质量缺陷的发生风险，有助于提高成材率，减少产品质量损失。

An automatic warning system and method for the corner defect of continuous casting billet

A continuous casting billet corner defects automatic early warning system, including image acquisition unit, strand tracking unit, processing unit, alarm display unit and storage unit, which is characterized in that the image acquisition card is used for video signal sampling and digital high speed transfer, the formation of digital image information processing unit can processing. The technical scheme provided by the invention has the timeliness and effectiveness of early warning, reliable operation and low cost, is not affected by the characteristics of iron oxide and other pseudo interference signal, can realize the automatic early warning in the early stage of continuous casting billet corner defect formation, abnormal state monitoring of casting machine and quick processing provides an effective means; it can effectively reduce the risk of batch billet corner quality defects, help to improve the success rate, reduce the loss of product quality.

【技术实现步骤摘要】
一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统及方法
本专利技术涉及钢铁行业连铸过程监测与控制
，具体地，本专利技术涉及一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统及方法。
技术介绍
钢流在连铸机内的冷却凝固过程是形成高质量连铸坯的关键。在炼钢连铸工艺中，液态钢水通过结晶器的一次冷却和二冷室喷淋架的二次冷却，凝结成具有一定坯壳厚度和形状的铸坯。在连铸实际生产过程中，由于受铸机工况条件的影响，如结晶器磨损，喷淋架漏水，喷嘴堵塞等因素影响，高温钢流在经过结晶器和喷淋系统时，会由于冷却不均而产生裂纹等表面质量缺陷。对于断面形状为方形的连铸坯来说，由于角部区域凝固速度较快，铸坯角部容易过冷收缩产生张应力，若此时铸机中有漏水等因素影响，连铸坯在角部区域就容易发生裂纹等质量缺陷。连铸坯在连续铸造生产过程中形成的角部缺陷，若无法及时被检测和发现，将很容易产生批量性质量缺陷，并且会在毫无察觉中流入下道工序进行轧制，严重影响到轧后产品的成材率和产品质量，造成钢厂批量性的产品质量损失。目前，连铸坯表面缺陷的监测分为人工监测和自动监测。由于在线连铸坯温度很高，人工监测只能对下线坯进行离线目检，不仅劳动效率低、漏检率高，而且滞后时间长，容易造成批量性质量缺陷爆发的风险。而连铸坯表面缺陷的自动监测在世界范围内仍是一大难点，主要困难在于：1)在线铸坯表面达500-1000度高温，传统超声、涡流等探伤设备难以近距离连续工作；2)连铸坯表面常有大量氧化铁皮或保护渣残留物覆盖，造成表面缺陷难以有效识别；3)连铸机受到流间距局限，检测设备安装布置受到限制；4)连铸坯的表面缺陷形貌往往在冷却过程中逐渐显现，有时甚至在轧制时才会暴露，造成在线监测有效性比较低；目前一些研究集中在对铸坯表面缺陷形成后的形态和深度识别上，例如，检索到的专利号为CN201210041430.9的一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置，提出了用高压氩气除鳞装置、结构光激光发生器、面阵CCD摄像机、铸坯检测装置小屋组成的检测装置，来对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测；专利号为CN200910190875.1的高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法，提出通过安装多台激光干涉成像仪，连续地对运动的高温铸坯横向方向进行干涉成像，获得距离点阵HSB二维图；通过对距离点阵HSB二维图进行图像处理，完成高温铸坯表面缺陷形态及深度的在线测量。以上研究均侧重于对铸坯表面缺陷形成后的形态和深度进行识别和判断，以降低氧化铁皮等伪信号干扰的影响；然而由于铸坯表面的覆盖物不能完全去除，铸坯表面缺陷形貌显现存在不确定以及方案本身的局限性，造成目前在线检出连铸坯表面缺陷的及时性和有效性普遍较低。以上检索到的公开专利均与本申请方案中的技术方案不同，目前尚未发现和检索到同本申请技术方案类似的公开文献和应用报道。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种连铸方坯角部缺陷的早期自动预警系统及方法，以解决现有技术无法对连铸方坯角部缺陷进行早期预警的问题，从而为降低连铸坯批量性角部质量缺陷发生风险，提高成材率，减少产品质量损失提供保障。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，包括图像采集单元，铸流跟踪单元，分析处理单元，报警显示单元和存储记录单元，其特征在于，图像采集卡用于对视频信号进行高速采样并完成数字化转换，形成分析处理单元可处理的数字化图像信息；所述铸流跟踪单元，包括铸长检测模块和过程跟踪模块；所述铸长检测模块，是通过与拉矫机传动辊电机轴相连接的脉冲发生器来进行浇铸长度检测，并将实时检测到的浇铸长度传送给过程跟踪模块；所述过程跟踪模块，用于跟踪采集浇铸状态、浇铸长度和过程参数，自动控制分析处理单元进入相应的监测状态，并向分析处理单元提供报警记录所需的信息；所述分析处理单元分别同图像采集单元和铸流跟踪单元相连接，用于实时接收图像采集单元送来的铸坯图像信息，根据铸流跟踪单元发出的监测指令，自动对设定检测窗口内的图像进行分析处理；对识别出的铸坯角部缺陷征兆，自动向报警显示单元发出异常报警信号，并向存储记录单元报告和记录铸坯角部缺陷征兆发生的位置和浇铸状态信息。根据本专利技术所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，其特征在于，所述图像采集单元，包括工业CCD摄像机和图像采集卡；工业CCD摄像机配有1个带视窗的防尘保护盒，和一个三维可调式云台支架；摄像机装在防尘保护盒内，固定在云台支架上，用于连续采集高温铸坯的图像，并形成视频信号输出；根据本专利技术所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，其特征在于，所述报警显示单元包括显示器和声音报警器，显示器用于显示采集到的铸坯图像和异常报警指示；声音报警器器用于在收到报警信号时向监控室人员发出声音提示；根据本专利技术所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，其特征在于，所述存储记录单元用于将触发异常报警时的铸坯图像和异常信息，记录到图像文件和数据文件中，存储在大容量硬盘中，用于历史报警的检索和查询。本专利技术又提供一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，包括以下步骤：6)通过图像采集单元对设定视场区间内的铸坯图像进行连续采集，并将图像信息送入分析处理单元；7)通过铸流跟踪单元中的铸长检测模块实时检测铸坯在铸机中的浇铸长度，并将其传送给过程跟踪模块；8)通过铸流跟踪单元中的过程跟踪模块实时跟踪采集浇铸状态、浇铸长度和过程参数，自动控制分析处理单元进入相应的监测状态，并向分析处理单元提供报警记录所需的信息；9)分析处理单元实时接收图像采集单元送来的铸坯图像信息，根据铸流跟踪单元发来的监测指令，自动对每流轨道上所设检测窗口内的铸坯图像进行分析处理；10)当分析处理单元识别出缺陷征兆时，自动向报警显示单元发出异常报警，并在存储记录单元中记录保存异常信息。根据本专利技术一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤1)的设定视场区间，包括纵向视场区间和横向视场区间，可通过图像采集单元中的摄像机的安装位置和焦距大小来设定；纵向视场区间包括连铸二冷室出口和拉矫机之间的一段铸坯图像；横向视场区间包括每流铸坯的左右边角图像。根据本专利技术一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤2)中的铸长检测模块是根据开浇后拉矫机拉坯时脉冲发生器发出的脉冲数，以及拉矫机传动辊的速比和辊径，来跟踪计算铸机每流浇铸坯的生成长度；设脉冲发生器的分辨率为R，传动辊的速比为G，辊径为D，所收到的脉冲数为N，则每流铸坯的浇铸长度L为：L＝N*R*(πD/G)。根据本专利技术一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤3)的过程跟踪模块，是根据铸机的浇铸状态和浇铸长度所代表的铸坯头尾位置来自动控制分析处理单元启动和停止缺陷监测，缺陷监测启停控制步骤如下；3.1)当连铸开浇后，累计浇铸长度的变化量ΔLhead；3.2)当铸坯头部经过图像采集单元所设的纵向视场区间位置后，即ΔLhead≥S1，则过程跟踪模块自动向分析处理单元发出监测启动指令；其中S1表示开浇位至纵向视场区间末端的长度；3.3)当连铸终浇后，累计浇铸长度的变化量ΔLtail；3.4)当铸坯尾部到达图像采集单元所设的视场区间位置时，即ΔLtail≥S2，则过程跟踪模块自动向分析处理单元发出监测停止指令；其中S2表示开浇位至纵向视场区间首端的长度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，包括图像采集单元，铸流跟踪单元，分析处理单元，报警显示单元和存储记录单元，其特征在于，图像采集卡用于对视频信号进行高速采样并完成数字化转换，形成分析处理单元可处理的数字化图像信息；所述铸流跟踪单元，包括铸长检测模块和过程跟踪模块；所述铸长检测模块，是通过与拉矫机传动辊电机轴相连接的脉冲发生器来进行浇铸长度检测，并将实时检测到的浇铸长度传送给过程跟踪模块；所述过程跟踪模块，用于跟踪采集浇铸状态、浇铸长度和过程参数，自动控制分析处理单元进入相应的监测状态，并向分析处理单元提供报警记录所需的信息；所述分析处理单元分别同图像采集单元和铸流跟踪单元相连接，用于实时接收图像采集单元送来的铸坯图像信息，根据铸流跟踪单元发出的监测指令，自动对设定检测窗口内的图像进行分析处理；对识别出的铸坯角部缺陷征兆，自动向报警显示单元发出异常报警信号，并向存储记录单元报告和记录铸坯角部缺陷征兆发生的位置和浇铸状态信息。

【技术特征摘要】
1.一种连铸方坯角部缺陷自动预警系统，包括图像采集单元，铸流跟踪单元，分析处理单元，报警显示单元和存储记录单元，其特征在于，图像采集卡用于对视频信号进行高速采样并完成数字化转换，形成分析处理单元可处理的数字化图像信息；所述铸流跟踪单元，包括铸长检测模块和过程跟踪模块；所述铸长检测模块，是通过与拉矫机传动辊电机轴相连接的脉冲发生器来进行浇铸长度检测，并将实时检测到的浇铸长度传送给过程跟踪模块；所述过程跟踪模块，用于跟踪采集浇铸状态、浇铸长度和过程参数，自动控制分析处理单元进入相应的监测状态，并向分析处理单元提供报警记录所需的信息；所述分析处理单元分别同图像采集单元和铸流跟踪单元相连接，用于实时接收图像采集单元送来的铸坯图像信息，根据铸流跟踪单元发出的监测指令，自动对设定检测窗口内的图像进行分析处理；对识别出的铸坯角部缺陷征兆，自动向报警显示单元发出异常报警信号，并向存储记录单元报告和记录铸坯角部缺陷征兆发生的位置和浇铸状态信息。2.一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，包括以下步骤：1)通过图像采集单元对设定视场区间内的铸坯图像进行连续采集，并将图像信息送入分析处理单元；2)通过铸流跟踪单元中的铸长检测模块实时检测铸坯在铸机中的浇铸长度，并将其传送给过程跟踪模块；3)通过铸流跟踪单元中的过程跟踪模块实时跟踪采集浇铸状态、浇铸长度和过程参数，自动控制分析处理单元进入相应的监测状态，并向分析处理单元提供报警记录所需的信息；4)分析处理单元实时接收图像采集单元送来的铸坯图像信息，根据铸流跟踪单元发来的监测指令，自动对每流轨道上所设检测窗口内的铸坯图像进行分析处理；5)当分析处理单元识别出缺陷征兆时，自动向报警显示单元发出异常报警，并在存储记录单元中记录保存异常信息。3.如权利要求2所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤1)的设定视场区间，包括纵向视场区间和横向视场区间，可通过图像采集单元中的摄像机的安装位置和焦距大小来设定；纵向视场区间包括连铸二冷室出口和拉矫机之间的一段铸坯图像；横向视场区间包括每流铸坯的左右边角图像。4.如权利要求2所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤2)中的铸长检测模块是根据开浇后拉矫机拉坯时脉冲发生器发出的脉冲数，以及拉矫机传动辊的速比和辊径，来跟踪计算铸机每流浇铸坯的生成长度；设脉冲发生器的分辨率为R，传动辊的速比为G，辊径为D，所收到的脉冲数为N，则每流铸坯的浇铸长度L为：L＝N*R*(πD/G)。5.如权利要求2所述一种连铸方坯角部缺陷自动预警方法，其特征在于，所述步骤3)的过程跟踪模块，是根据铸机的浇铸状...

【专利技术属性】
技术研发人员：金国平，孟庆玉，刘俊江，顾文兵，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31