天铁板坯红外定尺切割系统的应用与改进

肜景玉

（天津天铁冶金集团炼钢厂，河北涉县 056404）

天铁板坯红外定尺切割系统的应用与改进

肜景玉

（天津天铁冶金集团炼钢厂，河北涉县 056404）

介绍了板坯连铸机一次、二次火焰切割系统中红外定尺系统的工作原理及应用情况。对设备常出现的摄像机对准故障进行了分析，通过为二切定尺摄像机增加水冷系统、加装二切红外光源等改进措施，提高了定尺合格率，使生产效率和设备开机率明显提高，满足了生产的需求。

板坯 红外 定尺 切割 精度 系统 改进

1 引言

为了更好地适应市场上对高精度板坯的要求，达到节能降耗的目的，2005年12月，天铁在板坯建设投产之初，摈弃了之前的人工切割和碰球切割高强度、低精度的方法，采用了红外定尺非接触式自动切割系统。经过几年的实践，证明该方法有效降低了岗位工人的劳动强度，提高了切割精度和成材率。因此，建设二次切割时也选用了红外定尺自动切割系统。尽管基本工作原理相同，但是一次切割和二切的红外定尺设备厂家不同，性能存在先天差异。同时，由于工作环境的不同，也使得生产过程中两者产生了不同的故障问题。经过总结分析，改进了维护维修方法，实施了改进措施。

2 红外定尺控制系统组成及工作原理

2.1 一次切割红外定尺控制系统

2.1.1 一次切割红外定尺控制系统组成

在一次切割处采用的BoardCut板坯切割系统，这套BC系统由2台黑白摄像机、1台工业控制机、1台控制器和PLC模块为主要部件构成。该套定尺系统安装了2台摄像机，其中1号摄像机取像范围为4～7 m，2号摄像机取像范围为7～10 m。2台摄像机可由出坯室操作人员根据坯长随时切换。板坯车间主要生产坯长为5 400、6 000和6 600 mm的产品，因此日常生产中通常仅使用1号摄像机。现场系统分布见图1。

2.1.2 一次切割火焰切割系统的工作原理及应用

2.1.2.1 非接触式定尺切割方法

其原理为：通过红外定尺摄像机作为传感器对铸坯进行远距离图像采集，将采集到的实时图像数字化处理后传输给CPU，对铸坯的光谱、位置特性进行分析，CPU经模式识别算法确认热铸坯头，按照设定的定尺长度给切割系统PLC发出切割指令，从而实现对切系列割动作的精准控制。

图1 一次切割定尺系统示意图

2.1.2.2 BoardCut板坯系统操作分析

BoardCut板坯系统根据是否接受切割车的位置信号分为A、B两个版本。

A版本为接受切割车位置信号版本，必须将切割车位置信号输入到BoardCut系统中，否则系统可能无法正常使用。

B版本为不接受切割车位置信号版本，切割车在每次切割完成后必须自己比较准确的回到原始位置，否则将影响下一根的切割精度。

一次切割处所使用的BC系统版本为B版，在一次切割处火切机大车根据停车限位、减速限位、过辊限位和终点限位来运行。生产运行五年以来，性能稳定，精确度良好。

2.2 二次切割红外定尺控制系统

2.2.1 二次切割红外定尺控制系统组成

在二切处采用的JY3001非接触自动定尺切割系统采用红外远程摄像技术实时采集钢坯的图像信息。从而对钢坯长度实现实时测量和显示。其中，定尺调节范围：2～18 m任意可调；检测精度：5 mm；切割总体精度：＜15 mm；数据更新率：20 ms。本系统与切割机配套使用，可按照用户设定的各种定尺进行高精度的自动切割。这样有助于钢铁企业在连铸生产中提高成材率，降低维护费用，提高经济效益，并可提高生产的自动化程度，降低工人的劳动强度。

2.2.2 二次切割火焰切割系统的工作原理

参见一次切割火焰切割系统的工作原理。

2.2.3 系统特点

以应用先进的Image CoreTM图像处理技术对钢坯头部进行精确识别，技术先进。其测量精度高，系统测量误差小于5 mm，在切割机构工作正常时，总体误差小于15 mm；抗干扰能力强，系统引入了多种抗干扰算法，能够抗御生产现场的各种光电干扰；配置灵活，既可完成板坯的定尺切割，也可完成多流方坯的定尺切割；具有灵活的在线定尺修正功能，从而确保在任何定尺下系统都具有足够的精度；运行稳定、可靠，无需日常维护；全中文操作界面简单明了，便于操作工掌握、使用；安装灵活。

3 工作中出现的主要问题及改进措施

3.1 摄像机对准问题

摄像机对准功能主要用途在于判断摄像机是否移动了位置或焦距是否发生了改变。在生产现场，一切、二切各两个摄像机均安装在出坯室房顶，房顶区域放置有检修备件，如电机、电缆等，另外还铺设有循环水路管道、电缆管道。尽管摄像机安装在房顶围栏外沿，实际生产过程中仍有可能在工人取备件，天车吊运备件撞击，或者现场长期的震动，造成摄像机发生偏移，或摄像机焦距发生变化（如外界电子干扰、人为因素等）。以上情况发生时，将严重影响切割的精度，甚至破坏系统，所以在每次使用系统前最好能检查一下摄像机对准情况。其具体情况为：

（1）两个对准点光标是否和地面上的对准点重合，摄像机正常。其中a、b两点是前一次的标定过程中标定者根据现场环境自己选择的醒目固定点，并非规定，见图2。

图2 定尺摄像机对准点

（2）a、b两个对准点中的一个或两个发生了偏移，摄像机可能被移动了或焦距发生了变化。一旦出现摄像机被移动或焦距变化，如果对准点偏移量很小，则可以通过设置定尺误差补偿来实现补偿；但如果偏移量比较大，则需要人工调整相应的摄像机来强行对准；如果调整摄像机还不能解决问题，则需要重新进行此摄像机的全程标定，重新进行摄像机对准。

3.2 其它故障

解决了摄像机对准这一关键技术问题后，出现的故障及解决方法如下。

（1）一次切割出坯室出现定尺无跟踪，检查发现是现场光线不足，摄像机采集不到图像造成的，应用BC系统的修改程序或者使用控制云台的亮度调节按钮将亮度调亮解决了该问题。

（2）在生产过程中发现二切定尺系统存在以下问题：二切地方狭小，摄像机距离铸坯比一切处缩短了两倍，高温的烘烤直接影响了定尺系统的稳定性，因此给二切处两个摄像机增加了水冷箱装置加以保护。二切火切机正处于地下辊道入口处，通道上方有厂房大门遮蔽，在生产中遇到需要切割冷却后坯子的情况，这时坯子温度较低加上现场光线不足，摄像机采集图像不准确，据此给切割冷坯需用到的2号摄像机平行20 cm处，加装了一台红外光源，操作工根据需要开启，效果理想。通过这些小改造使该系统的性能又有了更进一步的提高。

（3）经现场维护使用中发现，生产中还应注意以下问题：首先，在自动切割过程中，严禁其他检修人员进行现场电焊、机械施工，以免造成对摄像机绝缘的损害，来自地的干扰信号会使摄像机图像抖动或无切割图像；其次，手持乙炔割枪操作时，远离定尺摄像机，避免产生强光干扰系统造成误动作；第三，摄像机固定时安装支架要牢固，避免松动，安装好后，将摄像机后部视频线接头紧固结实，并做防护处理，防止现场蒸汽侵蚀；最后，二切摄像机由于距铸坯较近，寒冷天气应经常擦拭镜头，进行防蒸汽处理。

4 结论

通过为二切定尺摄像机增加水冷系统，改善了摄像机的作业效果和使用寿命。加装二切红外光源，解决了二切定尺系统采集图像不稳定的问题。以上改进措施提高了定尺合格率，也使生产效率和设备开机率明显提高，减轻了操作人员的劳动强度，满足了生产的需求。

Application and Improvement of Infrared Cut-to-length System of Tiantie Slab Caster

Rong Jingyu
(Steel-making Plant,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

The paper describes the working principle and application of infrared cut-to-length system of primary and secondary torch cutting systems at Slab Caster,and analyzes camera alignment fault which often occurs.Improvement measures of adding camera water cooling system and installing infrared light source at secondary cutting system improve cut-to-length qualification rate,obviously increase production efficiency and equipment availability and meet production requirement.

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肜景玉，2006年毕业于河南理工大学自动化专业，现在天津天铁冶金集团炼钢厂从事板坯连铸机电气维护工作。

（收稿 2012－03－10 编辑 潘娜）