基于掃描式高溫計的寬厚板軋件頭部形狀提取模型

祝夫文，郭懷兵

我國寬厚板生產(chǎn)產(chǎn)量巨大，在國家大力提倡減少單位GDP碳排放的大背景下，提高寬厚板生產(chǎn)成材率，不僅對于企業(yè)的經(jīng)濟效益具有實實在在的現(xiàn)實意義，而且對于可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護也具有積極意義。切頭切尾是影響寬厚板成材率的重要因素。一般采用MAS軋制對軋件頭尾缺陷的長度進行控制，其控制原理如圖1所示。其主要思想是，通過展寬階段最后一道次預留的突起，彌補縱向延伸軋制階段兩側的延伸率差異，以此達到提高產(chǎn)品矩形化的目的。

圖1 展寬階段MAS軋制原理圖

在上述問題中，影響MAS控制效果（產(chǎn)品的矩形化程度）的主要因素是參數(shù)IG、IH。為了提高控制精度，需要找到GH、IG與頭部缺陷大小的關系。但由于現(xiàn)場原料規(guī)格各種各樣，目標產(chǎn)品的厚度和寬度也千變?nèi)f化，因此，要找到GH、IG與頭部缺陷大小的關系并不容易。實際生產(chǎn)中，國內(nèi)外研究者一般采用2種方法進行尋找：（1）有限元模擬法。通過設置不同的軋制條件，可以利用有限元模擬的方法，進行軋件頭部缺陷的長度的預測。他們往往是以平面形狀控制的名義進行研究的，其模擬研究同時包含邊部和頭部的有限元模擬［1-4］。該方法耗時較長，隨著規(guī)格尺寸及工藝條件的變化，有限元模擬的數(shù)量可以達到千種，另外該方法得出的結論通用性不佳。（2）CCD照相檢測法。該方法是采用光學成像方式對軋件整個形狀直接進行提取。一方面可以應用于頭尾缺陷長度的統(tǒng)計，另一方面重點用于鐮刀彎的檢測及閉環(huán)控制。CCD照相檢測法主要是在機架前后架設高空攝像機，通過對圖像進行分析，實時抽取鋼板形狀，隨后根據(jù)鐮刀彎的方向，調(diào)整軋輥傾斜，進行逆向控制，從而維持鋼板的板形［5-6］。該方法具有速度快、精度高、安全快捷等優(yōu)點，能夠大大提高工作效率。但該系統(tǒng)的一個較大難點在于照相系統(tǒng)的維護，另外也需要增加投資。

寬厚板生產(chǎn)線一般設置有掃描式高溫計，其一般布置在生產(chǎn)線的層流冷卻的后面，用于檢測鋼板的表面溫度分布情況，鋼板的溫度會直接以不同的顏色顯示出來。利用該設備獲取的鋼板形狀，同樣可以通過圖像處理技術，獲取鋼板的邊界形狀，從而得到鋼板的頭部缺陷尺寸大小。本文嘗試研究基于掃描式高溫計的鋼板頭部缺陷尺寸大小的自動檢測，從而在不增加設備投資的情況下，為相關企業(yè)的MAS控制參數(shù)的設定提供一定的參考。

1 二值化處理圖形邊界提取模型

本模型采用動態(tài)閾值進行二值化處理，即閾值不是固定值，而是根據(jù)具體的圖像自動計算出來的。對現(xiàn)場抽取的圖像，模型首先采用

對彩色圖像的各點進行灰度轉換計算，隨后模型采用直方圖方法進行二值化閾值尋找，即用整幅圖像的灰度平均值作為二值化的閾值，其具體原理如下：

式中，i為 0～255 各灰度值的序號；G（i）為圖片中 0～255各灰度值對應的點的個數(shù)，Y為二值化閾值。得到圖像的閾值后，即對圖像進行二值化處理，處理方法為：從左到右，從上到下，從下到上，當各像素點的灰度小于閾值時，設該點為黑色（灰度設為0）；當灰度值大于閾值時，則設為白色（灰度設為255）。值得一提的是，為了便于觀察，這里在從左到右、從上到下、從下到上搜索時，均設搜到的第一個大于閾值的點為白色，其他均為黑色（即只令鋼板邊界為白色）。

2 頭部缺陷長度的三點式保存

為了便于技術人員的分析及大量的數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計，這里采用三點式計算法確定每一個頭部缺陷的尺寸，如圖2所示。

圖2 頭部缺陷的三點式保存法

在圖2中，設A點為鋼板寬度方向（圖像的高度方向）上的中線L1與頭部輪廓的交點。另外分別在距離兩邊40 mm的位置（40 mm為單側切邊量，可以根據(jù)具體企業(yè)的實際數(shù)據(jù)自行設置）作中線平行線L2和L3，B點及C點分別為L2和L3與頭部輪廓的交點。

根據(jù)頭部曲線中的A、B、C三點的位置，可以獲取點A和點B的水平距離,同時可以獲取點A和點C的水平距離，比較二者大小，取較大者為缺陷長度；且定義中間凸出者為正，中間凹陷者為負。另外，在水平投影中，若出現(xiàn)A點在B點和C點中間時，則存儲BC的水平投影長度。各種典型頭部缺陷的長度定義如圖3所示。

圖3 典型頭部缺陷的長度定義

3 頭部形狀的提取效果

圖4為鋼板頭部邊界提取效果示意圖。實際應用表明，上述模型可以較好地實現(xiàn)軋件頭部缺陷的提取，從而為相關系統(tǒng)的開發(fā)提供參考。以本模型自動提取的邊界形狀為基礎，可以為軋件端部缺陷與展寬比、壓縮比、輥凸度、開軋溫度、終軋溫度等參數(shù)的相關性的回歸提供大量的數(shù)據(jù)基礎，具有較好的應用前景和較高的實際應用價值。

圖4 基于掃描式高溫計圖像的邊界提取處理

4 結論

本文以掃描式高溫計圖像為圖像來源，分析了利用掃描式高溫計進行軋件頭部形狀提取的可能性，介紹了圖像的二值化及閾值的自動獲取方法和用于保存頭尾缺陷形狀的三點式保存法，進行了軋件端部缺陷圖像處理。結果表明，該模型可以獲得較為清晰的邊界圖像，具有較高的實用價值。

參考文獻：

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