自动逐支跟踪系统在石油套管生产中的应用

自动逐支跟踪系统在石油套管生产中的应用

对于要求按炉批号和/或批号进行试验并证实其符合规范要求验收时，制造厂应制定并遵循一套保持炉批号和/或批号识别系统的程序。目前国内的钢管生产线，基本都是采用基于PLC和人工参与的方式实现可追溯的要求，实现的都是按炉/或批的追溯要求。对于逐支跟踪要求，由于钢管生产过程中的下线或者吊运等问题产生的顺序号混乱，这种方式实现起来存在很多技术难点。随着目前客户日益提高的要求和解决售后质量异议等服务难点，更高要求的逐支跟踪的需求也随之产生。

钢管逐支跟踪系统就是基于上述目标和趋势而提出的，本项目旨在通过对钢管喷码（编码），以便在后续加工中进行实时识别，判断出钢管的身份，进行物料跟踪。同时根据信息化的要求，将热处理生产线及套管生产线的上的生产信息，结合钢管识别及识别系统将各个生产设备的生产数据上传或下载到单体设备上，实现车间级的信息传递和信息收集，采用钢管逐支跟踪系统对钢管生产过程进行跟踪管理。

逐支跟踪方案

要求对NDE、车丝、拧接、水压、测量点共计五个岗位（即产生记录的工序），做到逐支跟踪。规定如下：

在NDE后，逐支跟踪标识岗位，距钢管两端至少500mm处开始，沿轴向标识条形码和钢管代号（条形码仅代表炉号后三位和管号，便于设备识别；钢管代号便于人工识别，钢管代号包括炉号、批号和管号。管号以炉为单位由001开始按批顺序排列，更换炉重新编排。具体要求见钢管标记示意图），当带有条形码和钢管代号的钢管经过车丝、拧接、水压、测量点时，自动读取并在图形上或尺码单上做到实时记录，具体要求见可追溯性流程图。

1 接箍拧接逐支跟踪规定：

接箍拧紧后，在扭矩图形上，自动记录下管号，不合格原因（包括扭矩和J值）实时在图形记录上注明。

2 水压机逐支跟踪规定：

水压实验时，在水压图形上，自动记录下管号，不合格原因实时在图形记录上注明。

3 NDE探伤逐支跟踪规定：

正常探伤时，在探伤记录上的大排行序号与后续逐支跟踪标识的大排行管号一一对应。

复探时，实时记录下复探管号和复探顺序，并且复探记录与复探管号一一对应。

探伤绝废钢管的管号与探伤记录要一一对应并保存。

4 车丝机逐支跟踪规定：

按规定频次检查螺纹参数并记录，要求记录与实际检查的钢管的管号一一对应。

5 测量点逐支跟踪规定：

在尺码单上，自动记录下管号。长短尺重新生产时，也要实时记录下管号。

6 返线管生产

返线管切头后，若影响到逐支跟踪标识读取，需要重新补喷钢管代号，重新生产时按照以上要求执行。

钢管喷码系统

钢管喷码的颜色为白色，其中喷码最大可以到24道，其中起始码2道，检验码两道，10道为炉号中的3位数字，10道为管号，10位二进制数喷码一共可以表达1024个值。管号在标识计算机上以炉号大排行，在NDE后生成。

技术参数如下：

标识内容：条码+数字+校验符，白色，快干。

条码高度：100MM以内。

钢管喷码识别系统

整个视觉系统包括光源、工业Gig-E高速CCD相机、DSP数字图像采集与预处理板、工业紧凑型嵌入式PC、以及外设接口等。

1 识别难点

由于本系统应用于环境复杂的工厂车间中，光照条件的变化和波动较大，所以相机拍摄所得的图像中，背景区域较为繁杂，目标区域容易受到噪声的污染，这将对喷标的定位和提取造成一定程度上的干扰。而将背景统一设置为单一色显然也是难以实现的，所以复杂的场景是本系统算法设计的主要难点之一。

另外，在钢管喷标、传送以及后续加工过程中，标识有可能会出现缺失、粘连、污染、磨损等情况，这会对识别精度造成一些影响。钢管表面邻近喷标位置的其他无关标识，如色带、字符也会对喷标的定位和识别产生干扰。

此外，钢管运动方式的变化、钢管表面曲率造成的目标畸变等因素也会给喷标的准确识别带来一定的困难。

2 拟采用的算法

针对以上难点，我们拟采用基于多种特征的搜索定位和识别算法来检测喷标。编码识别系统包含3个主要部分：预处理，编码定位，特征提取与识别。其中，考虑到钢管编码在生产线上易受到传动磨损及生产工艺等外部因素的影响，为了保证识别可靠率和响应时间，达到实际应用的要求，系统集成了多种编码特征，包括：1）Kirsch算子提取的加权LDA方向特征；2）HOG描述子辨识的数字特征；3）基于形态学的CCN联通元描述特征。

首先，识别系统通过学习输入图像的光照强度及分布情况，动态地调节相机的曝光时间和增益等参数，保证输入图像灰度分布的稳定性和均衡性，运用相机参数对光照条件的自适应性，将场景的复杂度有效地限定在一个较小的范围之内。

其次，对于输入的图像，识别系统进行滤波和降噪等预处理，并统计图像在若干方向上的灰度投影，通过分析、聚类和搜索所得灰度投影数组的数值分布特征，获得图像中的有效目标区域，实现喷标的粗定位。图像的灰度投影特征对于标识的污染和磨损等情况具有一定的鲁棒性，当标识被严重磨损时，算法依然可以保持良好的性能。最后，结合多种特征分析方法，细化喷标区域的局部像素特征和整体分布特征，精确定位喷码位置，并根据预先制定的规则进行读数，输出结果，将过程参数作为反馈输入系统，进行下一帧图像的识别。

3 系统特点

除了识别出钢管ID外，编码识别系统同时作为信息管理系统的一个基站，用于采集现场设备的信息，将识别内容与生产信息进行对应，完成后传输到钢管信息管理软件系统。系统还具备人工干预功能，用于修正无法识别的钢管信息，最终实现100％的钢管信息对应。

该方案在天津钢管集团股份有限公司位于美国德克萨斯州的美国公司管加工厂中的生产线中应用近半年来，随着不断的改进和完善，日渐成熟。经过统计一次识别成功率：>93％，人工干预后正确率：100％，取得了很好的效果。

(天津钢管集团股份有限公司吴国强王小刚刘光运)