一种铝铸锭表面质量缺陷在线自动检测技术

周德刚

(乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，广东 韶关 512721)

一种铝铸锭表面质量缺陷在线自动检测技术

周德刚

(乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，广东 韶关 512721)

铝铸锭在铸造和均热过程中，表面会不同程度出现各种表面缺陷和外观弯曲变形等维度缺陷，只有通过机械铣削的方法除掉铸锭表面外皮，才能有效地去掉或减少上述缺陷，保证铸锭轧制后的板材质量。通过铝铸锭表面质量缺陷在线自动检测系统精确测量出以上变形程度及尺寸形貌特征，可以精确铣除铸锭表面激冷层和变形量，保证产品质量和生产效率。

铸锭表面缺陷；测距仪测量；制作曲线；水平铣削深度；缺陷诊断

0 前言

铝铸锭在铸造和均热过程中，表面会不同程度地存在着疏松、缩孔、气孔、激冷层、夹渣、偏析瘤、冷隔等表面缺陷，只有通过机械铣削的方法除掉铸锭表面外皮，才能有效地去掉或减少上述缺陷，保证铸锭轧制后的板材质量。

传统的铸锭铣削深度都是单点测量，因此该点就代表整个板面的厚度以及水平铣削深度标准，如果出现大面弯曲，表面不规则或均热后的压痕，则该点很难具有代表性。铣削过深则增加成本，铣削过浅则无法有效去除表面缺陷。因此，如何在实现生产效益最大化的前提下又能保证成品率和质量，能否准确、高效地确定水平铣削深度就变的十分重要和关键。

本文通过对铸锭表面检测的升级改造满足了产品制造过程的监视和测量能力。

1 影响铣削深度的不良质量缺陷类型及常规检测方法

1.1 均热时铝铸锭放置弯曲缺陷

目前铝铸锭均热用炉大都采用平放铸锭方式进行，极少采用井式立放方式。平放时铸锭间采用隔条方式进行叠放（图1）。铸锭在高温均热后如果垫块不能全面支撑起铸锭本身重量则会发生弯曲下垂现象（图2）。不同合金下垂程度不同，纯铝系和温度高的下垂深些，同时纯铝系还会出现较深的垫块痕。

图1 铸锭正常放置方式

图2 铸锭均热后放置发生弯曲变形

1.2 铸造过程中垂直方向发生位移弯曲缺陷

铝铸锭在铸造机铸造过程中受机械磨损及安装精度影响，随着铸造长度的增加，自身重量引起的横向力矩增加，因此会产生大面弯曲缺陷。

1.3 常规诊断手段

目前常规的检测是用拉线测量法和端面画线法，通过在铸锭上拉一条直线，测量直线与铸锭最深距离即为弯曲缺陷判断依据。但这种方法费工费时，在批量生产中很难对每块铸锭进行实际操作。因此在实际运用中很少运用，许多存在的缺陷也很难被及时发现，易造成铣削深度不够（如图3）。

图3 常规检测方法缺陷

2 表面质量缺陷在线自动检测系统

由于常规检测方法都是通过人工测量方式进行的，不能实现批量自动检测，严重影响了生产效率及检测全面性。为此，我们改进开发了一种非接触式铝铸锭表面质量缺陷在线自动检测系统：通过设立基准点并在铣床入口侧安装两个高精测距仪，连续精准扫描大面的水平定位走势并将输出信号转换成曲线图，通过曲线走势能将以上缺陷有效检测出来。

2.1 在线自动检测系统工作原理及安装

使用三角形测量法检测RS-CMOS反射光的位置。通过检测该变化就能测量目标物的位置，见图4。

图4 检测原理

系统安装在铣床入口侧的刀盘上（如图5），并用金属防护罩包裹，防止铝屑飞入损坏仪表。安装好后上一块铸锭进行铣削到光滑平面，记下此时测距仪数值，然后采用常规“端面画线法”画好线并记录垂直线距离，测量实际铣削量再对比测距仪数值，即可将差值校正进去，完成数值校准。

图5 安装示意图

2.2 在线自动检测系统的硬件选型

从测距仪采用的调制对象上可以分为：光电测距仪、声波测距仪。光电测距仪按测距方法，又分为相位法测距仪和脉冲测距仪两种。测量距离较远，多用于户外的，一般选用脉冲测距仪；测量距离不长，环境光不复杂，精度要求达到毫米级别的，一般选用相位式激光测距仪。超声波测距仪测量的效果受环境影响较大，稳定和方向性较激光测距仪差，但价格相对便宜。根据现场工作环境及1mm级精度要求，选用相位式激光测距仪，若为得到高精度数据，需采用全反射棱镜配合。

2.3 在线自动检测系统

如图5安装说明所示，将测距仪安装在铣床进刀前位置，当铸锭在铣削行进到刀盘入口侧前就测量出铸锭外表面与测距仪的距离，并采用数据采集软件一直连续记录到铸锭结束就可以形成一条铸锭水平定位走势图。图6是铸锭的扫描曲线，曲线所示的形状就是铸锭外表面的形貌。经过简单的方位换算及处理即可以完整反映出当前铸锭大面的纵向形貌，见图7。利用最初的水平基准点并结合曲线图，就可以得出铸锭缺陷深度的最高点和最低点并实时在线反馈给铣削控制系统（见图8、图9所示）。PLC根据最低点缺陷深度加上不同产品的工艺铣削标准来制定最佳目标铣削量和铣削次数，控制铣床刀盘的进给量，真正将铸锭表面不良缺陷铣除。

图6 自动检测扫描

图7 根据扫描图还原铸锭形貌

图8 Y1面检测

图9 Y2面检测

3 在线自动检测系统的功能

（1）缺陷原因快速查找分析。把两条曲线放在一起做成铸锭形貌还原，能快速诊断出前工序不良缺陷的程度及可能发生状况。如从图6和图7中可看出，左侧存在铸锭大面弯曲缺陷。如弯曲程度超出标准则要求铸造机进行快速调整以消除或减少弯曲程度，这样既可以提高成材率，又可以及时阻止不良品流出。

（2）铣削深度及表面形貌数据保存。通过检测数据的自动记录保存为后工序产品缺陷追溯和研究提供准确详细的数据依据。

4 结论

通过以上铝铸锭表面检测方法的检测就可以很好地诊断出铸锭表面质量。其中大部分的铸锭表面缺陷运用在线自动检测系统都可以实现，仅横向结晶器磨损引起的中凸度变化检测则可以通过端面画线法即可实现。

铲齿型PTC加热器用铝管的制备方法

中国专利 CN105666055A

本专利介绍了一种铲齿型PTC加热器用铝管的制备方法。该方法主要包括以下步骤：步骤一，通过挤压成型制作金属铝型材，金属铝型材为具有设定长度的棱柱结构，金属铝型材沿其长度方向设置有中空腔室；步骤二，将制成的金属铝型材进行时效处理，使得其韦氏硬度控制在6～12之间；步骤三，将时效处理后的的金属铝型材的上表面和下表面上间隔设定距离削出设定厚度的薄片，同时向上翻折成直立状态形成一个鳍形齿，最终形成铲齿型PTC加热器用铝管。

可时效硬化铝合金的热处理

美国专利US7025839

本专利介绍了一种可时效硬化铝合金的热处理工艺，其步骤主要包括：在高温（TA）下较短时间里静置合金的阶段，适于时效合金；快速冷却合金到一个较低温度，以便阻止溶解元素的最初析出；在一定温度（TB）下静置该合金，以足够获得一个适当水平的二次成核或溶解元素的连续析出；将该合金加热到一定温度（充分接近或高于温度TA），并在一定温度（TC）下静置更充足的时间，以获得最大强度。

压缩机结构件用的压铸铝合金

欧洲专利US9038704

本专利提供一种流动性好、伸长率高的压铸铝合金，该合金在压铸时不会出现融合现象，特别适合于压力铸造各种结构件。该合金的主要化学成分如下（质量分数，%）：8～11Si、0.8～1.9Mn、0.1～0.5Fe、0.2～0.7Mg、0.002～0.15B、0.006～0.017Sr、≤0.25Cu、≤0.35Zn、≤0.25Ti，余下为Al。该合金的伸长率≥9%,抗拉强度≥250kg/cm2。该合金可用来生产压缩机、冷冻机、加热通风和空气调节等装置所需的各种结构件。

铝基滑动轴承材料

德国专利 19750740

本发明推荐一种含10%～25%Zn(10%～15%最理想)的铝基滑动轴承合金。该合金具有很好的承重能力和变形能力，这主要是因为添加了0.2%～2%(0.7%～1.3%最理想)的Mn和Si所致，Mn与Si的比例为0.6～1.5(0.8～1.2最理想)。合金因析出Mn3Si2Al15相固体金属间化合物而发生强化，由此可用作轴承材料。

App lication of Surface Deformation Defect Detection and On-line Automatic Detection Technology for Alum inum Ingots

ZHOU De-gang
((Ruyuan Dongyangguang UACJFine Alum inum Foil.Co.,Ltd.,Shaoguan 512721,China)

Various defects on surface of alum inum ingots during casting and homogenizing can be elim inated by m illing.Deforma⁃tion degree and size,morphology characteristicsof productscan bemeasured by aid of surface deformation defect detection and online automatic detection technology for alum inum ingots,thusalum inum ingot surface chilling layer can bemilled accurately,to en⁃sure productquality and production efficiency.

ingot surface defect;detection of diastimeter;curve preparation;horizontalm illing depth;defectdiagnosis

TG292

：B

：1005-4898(2017)04-0050-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.04.12

低碳法车辆用高强铝合金板带关键技术成果转发资助项目（2013B09020008）；广东省铝板带箔加工研究院资助项目（2014B090903012）。

周德刚（1980-），男，浙江东阳人，主要研究方向为铝合金熔铸与热轧装备自动化改造。

2017-05-26