棒材生产中计数问题

第31卷　第1期河北理工大学学报(自然科学版)Vol131　No11 2009年2月Journa l of Hebe i Polytechn ic Un iver sity(N atur a l Science Editi on)Feb.2009
文章编号:167420262(2009)0120024205
棒材生产中计数问题
李志杰,任吉堂,王素芬
(河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063009)
关键词:棒材计数装置;传感器;CCD摄像
摘　要:本文对现有的棒材在线计数装置进行了介绍,分析比较了各种计数装置的特点,并阐
述了该课题的发展趋势。

中图分类号:TG33516　文献标志码:A
0　引言
螺纹钢筋(棒材类)的自动计数是国内尚未完全解决的一重要课题,也是钢厂生产实践中迫切需要解决的难题之一。

随着棒材轧制的尺寸精度和性能预报的准确程度的大幅提高,用户和经销商要求轧钢企业按负公差交货[1]的要求已经迫在眉睫。

负公差交货是指棒材按理论计重出厂计价。

棒材的实际质量是由电子计量称量得到的实际数据,而理论质量则是根据产品不同规格的标准几何尺寸和支数进行理论计算得到的,即:理论质量=相应规格钢材的标准横截面积×标准定尺长度×钢材密度×棒材支数,其中棒材的标准几何尺寸和棒材密度是约定已知的,因此获得一捆棒材的准确棒材支数是确定其理论质量和实现定支数包装的关键。

按照G B1499-1998要求,棒材实际重量与理论重量的允许偏差在±(7%～4%)之间,所以企业按负公差交货给生产企业、供应商和用户所带来的好处是显而易见的。

目前国内棒材生产厂家对此主要采用人工方法。

由于人工计数方法劳动强度大、准确性低、生产效率低下不能满足棒材生产行业激烈竞争的要求。

1　棒材计数器的分类
目前,供热轧棒材生产线使用的棒材计数器主要存在着两种基本类型:(1)机械-光电/摄像/霍尔元件-工控机系统;(2)CCD摄像-图像采集卡-计算机分析处理系统。

111　机械-光电/摄像/霍尔元件-工控机系统
该种计数装置由机械、光电/霍尔元件/摄像、工控机三部分组成。

现分别对各部分介绍如下:
(1)机械部分:机械部分的主要功能是将传输链上杂乱排布的棒材进行整理,消除棒材的重叠、交叉等现象,为后续电气元件计数做准备,并在计数后将棒材按照计数结果进行分割,从而实现定支打捆。

基本有两种形式:(a)传输链-丝杠-同步落料装置,见图1(b)计数轮-排队定位挡块装置[2],见图2。

(2)光电/霍尔元件/摄像部分:该部分主要是对棒材进行检测,并根据检测结果发出信号。

光电器件种类很多,包括光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光控可控硅、集成光敏器件等等,但其基本原理均是利用半导体的光电效应制成的光敏传感器。

利用光电器件实现计数目标的电路原理图如图3所示。

其核心是由发光体和受光体组成。

当发光体与受光体之间没有棒材通过时,受光体导通,经反向器反向、整形输出低电平;而有棒材通过时,棒材阻断光路,受光体不导通,经方向器反向输出高电平。

我们通过记录高电平的次数,而达到棒材打捆计数的目的。

收稿日期252
:2008027
霍尔元件为利用霍尔效应制成的一种磁敏元件[3],而集成霍尔元件则是采用集成电路工艺,将霍尔元件和信号放大、整理、输出电路集成在一起的集成电路。

集成霍尔元件共有四个电极,一对极提供偏置电流,当垂直于霍尔元件表面的磁场变化时,另一对极输出霍尔电压。

霍尔元件典型应用之一就是实现圆柱体计数。

其原理就是利用铁磁物质通过霍尔元件上方时,会导致磁场变化,使霍尔元件的磁阻变化,而引发霍尔元件端电压发生变化,通过对记录这些电压变化实现计数目的,如图所示。

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2　第1期 李志杰,等:棒材生产中计数问题4
图4　霍尔元件计数装置 图5　摄像计数装置
摄像机可选用黑白工业用面阵CC D 摄像头,在摄像区位置下架设辅助照明装置作为背光可增强对比度。

这样,当没有物料通过时,摄像所得结果全部为白色亮区,照明亮度可以通过上位机进行适当调节;当有棒料通过时,虽然棒材排列的比较紧,由于光的衍射效果比较强,也会有光通过,得到明暗不同的图像,我们通过测算暗条纹的数量来达到计数的目的。

摄像计数装置示意图如图5所示。

(3)工控机部分:该部分主要负责对传感器等电子元件发来的信号进行接受、处理和运算,并按照程序发出指令对各种执行机构进行控制,使设备按照程序要求运行,相当于整套设备的大脑。

现一般采用P LC 可编程控制器进行控制。

112　CCD 摄像-图像采集卡-计算机分析处理系统
CCD 摄像-图像采集卡-计算机分析处理系统[4]是近年来研究较多的棒材计数器,包括:CC D 摄像机、计算机图像处理和图像分析环节,如图6所示。

CC D 摄像机主要在捆扎后完成端面的图像拍摄。

图像采集卡主要功能:①计算机接口,即采集卡与计算机间数据交换;②视频输入接口,即采集卡与CC D 摄像机间的数据交换;③高速A /D 转换,即将视频信号转换为数字图像;④D /A 转换,即将计算机处理后的数字图像转换成模拟图像在显示器上的输出。

计算机系统主要是将A /D 转换把图像变成具有256个灰度级的数字图像并存入内存,对其进行分割、去粘连、计数及输出。

此外,对于图像的处理还可采用多种方法,比如用阈值化和基于边界的方法对图像进行初始分割,最后进行融合、去粘连及计数,或者用数学形态学的腐蚀膨胀操作使钢筋截面图像清晰,并使用扫描方法进一步剥离重叠的钢筋截面图像来进行粗分离,然后根据粗分离的结果求出象素间的棋盘距离以判别计数。

采用这类计数系统的最大问题是只能识别每捆数量,其准确性尽管也能达到约99.5%以上,但由于不能按着设定根数打捆,不能满足用户定量打捆的要求,因此也就失去了其实用价值。

图6　图像处理系统的硬件基本组成
2　国内现状和发展趋势
目前,国内外棒材计数系统型式很多,其基本原理也属于上述两种类型。

其中机械-光电/摄像/霍尔元件工控机系统是主流型式。

在棒材设备生产水平处在国际领先的几大公司都是这类计数系统。

我国的唐钢、石钢、宣钢、八一、通化等钢铁企业都在引进棒材生产线的同时,捆绑购入这类设备。

可是目前这些计数设备无一在线使用,且已被拆除。

例如石钢棒材连轧车间于年投产运行,配套的泊米尼公司的棒材打62 河北理工大学学报(自然科学版) 第31卷　-:2000
捆计数系统是一套笨重的机械计数装置,设备安装后一直没有调试成功。

主要问题是:现场恶劣的环境条件导致测量信号噪音多;因分批不准确而导致计数误差大。

同时,在计数区间内,当棒材出现乱排问题时必须通过人为干预来解决。

其他企业的同类设备不论是从西马克还是达涅利引进的也都存在着类似问题而不能正常运行。

莱芜钢铁公司棒材厂试用过的CCD 摄像-图像采集卡-计算机分析处理计数系统的CCD 摄像机,主要完成在线拍摄捆扎后棒材端面的功能。

图像采集卡主要的功能:①计算机接口实现采集卡与计算机间数据交换;②视频输入接口实现采集卡与CC D 摄像机间的数据交换;③高速A /D 转换卡将视频信号转换为数字图像;④D /A 转换卡将计算机处理后的数字图像转换成模拟图像并在显示器上输出。

计算机分析处理系统进行图像处理与图像分析,同时进行存储和统计。

该计数系统的精度通过对图像滤噪、识别结果处理和信息融合技术,完成棒材成捆后端面图像的分割、去粘连及计数工作,从而使定支数的准确性达到了100%。

但由于不能按着设定支数打捆,仍不能满足用户的要求。

各种棒材计数装置它们的形式多样,原理各异,各自具有自己的优点和缺点。

目前轧钢生产中利用数字图像处理技术进行棒材自动计数具有速度快、精度高、可实现非接触式测量等优点,但是由于不能达到事前计数、定支打捆的目的,所以也就失去了使用价值。

常用的机械式和光电脉冲式计数装置,由于工艺条件下一束或一捆棒材在通过此类计数装置时是连续向前移动的并且存在抖动或者交叉重叠现象,计数装置受自身的组成机构和工作机理制约,对棒材空间位置的分辨能力和时间响应能力均不理想,因此计数误差很大。

基于上述情况,未来棒材计数装置研究的关键仍在于机械方法上有所创新,重点应解决好分钢即棒材预处理的问题,通过棒材预处理使粘连的棒材完全分割开来从而达到完全分钢的目的,才能很好的实现棒材计数并按照计数结果将棒材分离开来。

对于棒材预处理阶段,我们可以研究探索使用新的分钢方法,例如:斜坡分钢法、抖动分钢法、丝杠螺旋分钢法、速度级差分钢法、挠钩法、设置挡钢轮、拨料轮、顶钢轮等方法。

同时,还可以探索多种分钢手段嵌套交叉并行使用和重复使用以实现棒料完全分开的功能,或者至少使棒材一端呈完全分开无重叠、粘连状态,以便于后续棒材计数和棒材分离功能的实现,从而真正解决困扰棒材计数装置的难题,提高机械-光电/摄像/霍尔元件-工控机系统的计数精度,使之满足现代化棒材生产的需要。

3　结束语
目前,轧钢生产过程中的棒材计数、定支数包装问题一直没有很好地解决,基本上采用人工点数或机械式点数,不但工人劳动强度大,容易出错、效率低,较大的计数误差也给企业带来巨大的经济损失。

更重要的是单纯按照钢材质量计量,无法满足销售市场上按理论质量交货的顾客要求,更无法根据二者之差实现对负公差轧制的精确控制。

每个包装单位的准确计数,是评价棒材计数是否具有实用性的必要条件。

在棒材生产中,棒材的计数、定支包装问题一直没有得到很好的解决,为此有必要对棒材计数装置进行进一步的研究,特别是对棒材计数装置中机械部分需要进一步有所创新,应当尝试多种分钢方法交叉并行,多管齐下使粘连、重叠的棒材完全分割开来,从而提高计数装置的精度,彻底解决棒材生产中的计数问题。

参考文献:
[1]　安海生,张为革建筑钢材理论重量交货与产品质量控制[J ]1现代质量,2001,(6):35-36.
[2]　余晓流,马欣艺,储刘火,等.一种新型棒材自动计数与控制装置的研究.冶金自动化,2006,(4):54～57.
[3]　梁元成.连轧棒材生产技术、装备和工艺[J ]1冶金管理,2002,(51):66-67.
[4]　张琳,岑豫皖,杜培明.一种基于边缘与分区的棒材端面图像的分割方法[J ]1安徽工业大学学报,2004,21(1):41-44.
[5]　崔艳.国内棒材生产线生产工艺及设备综述[J ]1重型机械科技,2004,(1):36-50.
R esea rch of C oun t i n g D evice O n l i n e for the Bar O bjects
L I Zhi 2jie,R EN Ji 2tang,WANG Su 2f en
(College of Metallury and Energy,Hebe i Polytechnic University,Tangshan Hebe i 063009,C hina )
K y ;;D ,f j ,x 2f 72　第1期 李志杰,等:棒材生产中计数问题e wor ds:bar steel counting device sensor CC -ph otograph
Abstrac t:this paper so me counting device online or the bar ob ec ts was intr oduced and co mpared and als o e pound the develo pment directi on o the counting device online .。