在線自動計(jì)數(shù)分鋼復(fù)檢系統(tǒng)在棒材產(chǎn)線的應(yīng)用研究

中圖分類號：TP391.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）08-0190-05

Abstract： The paper provides a detailed explanation of the research and application of automatic counting，steel separation，andre-inspectionsystems forrebarbarsinthecontextof thecurrentdeepening ofsmart manufacturinginthe steel industry.Inorder to improve the accuracyof rebar counting technology，through comprehensive researchand applicationof imag recognition，intellgent calculationandother technologies，thesystem hasachieved the functions ofonline automatic real-timecountingofthenumberofbars inthe productionprocessofrebarbars，automaticallysortingtheproducts basedon the countingresults，nd performingbundlere-inspectiononthepackagedfinished steelproducts.This ensures thattheonline automatic counting accuracy of bars is over 9 9 % ，providing strong technical support and assurance for the delivery of finished rebar counting.

Keywords： counting; steel separation; re-inspection

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量等方面都取得了顯著進(jìn)步。然而，在螺紋鋼棒材生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)和分揀方法已逐漸無法滿足高效、精準(zhǔn)、安全的生產(chǎn)需求。

廣東中南鋼鐵股份有限公司的棒一2工序是一條全連續(xù)式的小型棒材重點(diǎn)生產(chǎn)線，具備年產(chǎn)90萬噸螺紋棒材的能力。該產(chǎn)線使用成品鋼材計(jì)數(shù)分鋼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)螺紋鋼直條棒材的計(jì)數(shù)、分揀功能。該計(jì)數(shù)分鋼系統(tǒng)投入運(yùn)行已超過10年，部分零部件老化嚴(yán)重。隨著螺紋鋼新國標(biāo)GB1499.2—2024的實(shí)施，螺紋鋼生產(chǎn)工藝調(diào)整，高等級 5 0 0M P a 螺紋鋼直條棒材的截面顏色出現(xiàn)發(fā)藍(lán)發(fā)黑的現(xiàn)象，現(xiàn)有的分鋼系統(tǒng)無法準(zhǔn)確識別鋼材成品支數(shù)，造成成品鋼材支數(shù)計(jì)數(shù)精度下降，采用定尺理計(jì)交貨的成捆產(chǎn)品的支數(shù)經(jīng)常出錯，產(chǎn)生大量的鋼材返工處理工作，增大了生產(chǎn)工人的日常工作量，嚴(yán)重影響產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，同時還增加了質(zhì)量異議的風(fēng)險(xiǎn)，對公司的產(chǎn)品形象造成了不利影響。

本研究旨在通過對圖像識別、智能計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用研究，解決產(chǎn)線現(xiàn)有的自動分鋼系統(tǒng)在螺紋鋼新國標(biāo)背景下，因高強(qiáng)度螺紋鋼棒材表面顏色變化而導(dǎo)致的計(jì)數(shù)困難和準(zhǔn)確率下降的問題，為螺紋鋼生產(chǎn)提供有力的自動控制技術(shù)保障。

1 研究內(nèi)容

螺紋鋼新國標(biāo)實(shí)施后， 5 0 0 M P a 螺紋鋼棒材截面發(fā)藍(lán)發(fā)黑，導(dǎo)致原有計(jì)數(shù)系統(tǒng)計(jì)數(shù)精度下降，為了解決這一生產(chǎn)難題，提高計(jì)數(shù)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)精度，滿足螺紋鋼棒材理計(jì)交貨的需求，需要對舊的計(jì)數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行全面升級和換代。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求，本項(xiàng)目進(jìn)行了廣泛深入的研究，主要包括：

1）系統(tǒng)硬件設(shè)備裝置升級，更換型號老舊的設(shè)備，在滿足系統(tǒng)功能需求的同時提升設(shè)備的運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性；增加自動翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整棒材位

置的功能。

2）采用圖像識別技術(shù)和智能算法相融合，提高計(jì)數(shù)系統(tǒng)對不同顏色、不同形狀螺紋鋼棒材的識別能力的魯棒性，從而提升鋼材支數(shù)的計(jì)數(shù)精度。

3）增加高精度螺紋鋼材成捆復(fù)檢系統(tǒng)，對每捆成品鋼材支數(shù)進(jìn)行二次在線復(fù)核，確保最終計(jì)數(shù)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免因計(jì)數(shù)錯誤導(dǎo)致的產(chǎn)品返包處理，提高鋼材生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品質(zhì)量異議。鋼材成捆復(fù)檢系統(tǒng)記錄每次的復(fù)核數(shù)據(jù)，便于后續(xù)分析和改進(jìn)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

通過以上措施，不僅可以有效解決現(xiàn)有計(jì)數(shù)系統(tǒng)在新國標(biāo)背景下的計(jì)數(shù)難題，還能顯著提高系統(tǒng)的計(jì)數(shù)精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量，避免質(zhì)量異議的產(chǎn)生，提升公司產(chǎn)品的市場競爭力和品牌形象。

1.1在線自動計(jì)數(shù)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

在線自動計(jì)數(shù)[系統(tǒng)采用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)識別、目標(biāo)追蹤，實(shí)現(xiàn)被檢測鋼材產(chǎn)品的自動定位[3]、自動計(jì)數(shù)棒材數(shù)量。系統(tǒng)通過現(xiàn)場高清攝像機(jī)連續(xù)采集鏈床上運(yùn)動的棒材圖像，實(shí)時傳送至上位機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行螺紋鋼產(chǎn)品圖像識別、目標(biāo)跟蹤后，生產(chǎn)模擬的螺紋鋼材斷面點(diǎn)圖，根據(jù)模擬的產(chǎn)品斷面圖像信息，自動計(jì)算圖像中的斷面點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)棒材生產(chǎn)過程的實(shí)時計(jì)數(shù)功能；當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到每捆鋼材的設(shè)定值后，數(shù)據(jù)傳輸至自動分鋼系統(tǒng)，指導(dǎo)自動分鋼系統(tǒng)完成分鋼工作。

具體工作流程如下：

1）圖像采集。系統(tǒng)通過安裝在鏈床上的高清攝像頭，實(shí)時采集運(yùn)動中的螺紋棒材端面圖像，圖像數(shù)據(jù)被連續(xù)捕捉并傳輸至上位機(jī)進(jìn)行處理。

2）圖像處理與識別[4。上位機(jī)接收到圖像數(shù)據(jù)后，使用圖像處理算法對圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、增強(qiáng)對比度等，突出螺紋鋼材端面的可分辨性。通過深度學(xué)習(xí)識別技術(shù)，對圖像中的螺紋鋼斷面識別點(diǎn)進(jìn)行對比，能夠準(zhǔn)確識別出每根棒材的位置和狀態(tài)。

3）目標(biāo)追蹤。系統(tǒng)利用DeepSort目標(biāo)追蹤算法，使用卡爾曼濾波器進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和預(yù)測，結(jié)合匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，連續(xù)地跟蹤螺紋鋼棒材端面的運(yùn)動和變化情況，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)跟蹤每根棒材的移動軌跡，確保在生產(chǎn)過程中的動態(tài)環(huán)境中也能精確計(jì)數(shù)。

4）實(shí)時計(jì)數(shù)。經(jīng)過圖像識別和目標(biāo)追蹤處理后，系統(tǒng)能夠?qū)崟r計(jì)數(shù)棒材的數(shù)量，并在上位機(jī)界面上顯示當(dāng)前計(jì)數(shù)值，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到每捆鋼材的設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會生成相應(yīng)的控制信號。

5）數(shù)據(jù)傳輸與分鋼控制[5]?？刂菩盘柾ㄟ^網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ㄐ沤涌趥鬏斨磷詣臃咒撓到y(tǒng)。自動分鋼系統(tǒng)接收到控制信號后，按照設(shè)定的規(guī)則完成分鋼工作，確保每捆鋼材的數(shù)量準(zhǔn)確無誤。通過這一系列步驟，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)棒材生產(chǎn)過程的實(shí)時計(jì)數(shù)和精準(zhǔn)分鋼，減少人為誤差，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。其工作流程如圖1所示。

1.2 自動分鋼功能設(shè)計(jì)

1.2.1 自動分鋼系統(tǒng)

自動分鋼系統(tǒng)在自動計(jì)數(shù)系統(tǒng)精確計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行目標(biāo)識別、目標(biāo)追蹤[、自動分離計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)將鋼筋自動分隔。當(dāng)自動計(jì)數(shù)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)值達(dá)到每捆設(shè)定值后，控制鏈床停止，指示自動分鋼位置，自動分鋼系統(tǒng)根據(jù)視覺檢測[模塊反饋的棒材分布信息，進(jìn)行分鋼動作決策，選擇合適的分鋼動作，由分鋼控制模塊控制分鋼機(jī)械動作，完成自動分鋼工作。自動分鋼工作流程如圖2所示。

1. 2.2 分鋼控制

當(dāng)鋼材計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，輸出相應(yīng)的信號控制前端鏈床停止繼續(xù)運(yùn)行，同時判斷分鋼點(diǎn)位置，再將端分機(jī)所在位置和分鋼點(diǎn)位置的差距值轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)需要轉(zhuǎn)動的圈數(shù)和脈沖數(shù)，通過伺服驅(qū)動器以控制伺服電機(jī)，從而移動端分機(jī)。在判斷分鋼點(diǎn)位置時，需要注意的是根據(jù)達(dá)到計(jì)數(shù)要求的最后一根鋼材和未計(jì)數(shù)的第一根鋼材圓心橫坐標(biāo)的差距得到的是指圖像中的分鋼點(diǎn)，而非實(shí)際分鋼點(diǎn)。圖像中最小單位是像素，而實(shí)際需要的值是長度單位，因此這里存在一個轉(zhuǎn)換關(guān)系。

對于鋼材單層分布的情況，分鋼較為容易。但是對于分鋼點(diǎn)位置有雙層分布的情況，簡單的端分機(jī)直接動作會導(dǎo)致錯誤分鋼。當(dāng)分鋼點(diǎn)位置有雙層分布時，先將端分機(jī)運(yùn)動到分鋼點(diǎn)位置，然后將端分機(jī)稍向上移動，使重疊的鋼材分開，這時再進(jìn)行一次分鋼點(diǎn)位置的判斷，將端分機(jī)再運(yùn)動到新的分鋼點(diǎn)。端分機(jī)上升分開鋼材前端，使鋼材將差距擴(kuò)大，中分機(jī)隨之逐個動作，最后完成分鋼。

1.2.3 分鋼機(jī)械裝置設(shè)計(jì)

分鋼機(jī)械裝置是分鋼工作的執(zhí)行單元，負(fù)責(zé)執(zhí)行精準(zhǔn)分鋼工作。分鋼機(jī)械裝置由控制單元、液壓機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等單元組成?？刂茊卧邮芊咒摽刂葡到y(tǒng)的控制信號，驅(qū)動液壓機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，液壓機(jī)構(gòu)的液壓桿推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，從而將控制鏈床上的螺紋鋼材進(jìn)行分隔。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分鋼功能，分鋼裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成三角形，沿著鋼材方向順序排列，能夠準(zhǔn)確地將鋼材分隔開，執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 計(jì)數(shù)分鋼系統(tǒng)

原有的計(jì)數(shù)分鋼系統(tǒng)設(shè)備已使用多年，已逐漸顯露出老化的跡象，須進(jìn)行硬件設(shè)備更新，軟件系統(tǒng)升級，引入更加高效、穩(wěn)定的處理器，優(yōu)化算法，以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)螺紋鋼棒材計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、分鋼功能可靠。

2.1.1 硬件升級

系統(tǒng)更換采用新一代特殊光源，遠(yuǎn)紅外偏振噪影光源（簡稱光影），配合高端進(jìn)口紅外相機(jī)，作為整個升級體系使用的核心，配以改進(jìn)算法顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而徹底解決了現(xiàn)場面臨的三大難題：

1）陽光與環(huán)境光的干擾問題。在產(chǎn)線生產(chǎn)環(huán)境中，陽光和環(huán)境光往往難以避免，它們會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成干擾，導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。而光影光源的特殊性質(zhì)，使其能夠有效過濾這些干擾光，確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.3成捆棒材復(fù)檢計(jì)數(shù)功能設(shè)計(jì)

成捆棒材復(fù)檢計(jì)數(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成捆鋼材支數(shù)的復(fù)核和計(jì)數(shù)。當(dāng)成捆棒材到達(dá)復(fù)檢位置時，系統(tǒng)圖像傳感器拍攝成捆棒材端面圖像，系統(tǒng)應(yīng)用軟件利用模板匹配[8]技術(shù)，能夠迅速找到并準(zhǔn)確識別出棒材端面的特征；分割識別技術(shù)將復(fù)雜的圖像切割成一個個清晰可辨的小塊；場景自學(xué)習(xí)技術(shù)使軟件具備了自我優(yōu)化的能力，它能夠根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，不斷提升識別的準(zhǔn)確率和效率。通過這些技術(shù)的融合應(yīng)用，對拾取的圖像進(jìn)行識別分析[9]，經(jīng)過這一系列精密的計(jì)算和分析，軟件最終能夠得出成捆鋼材的準(zhǔn)確支數(shù)，然后將計(jì)算識別結(jié)果顯示給操作人員，與成捆棒材額定支數(shù)進(jìn)行核對，當(dāng)復(fù)檢計(jì)數(shù)結(jié)果與額定支數(shù)有偏差時，系統(tǒng)實(shí)時報(bào)警提示人工復(fù)核，同時系統(tǒng)將上述信息生成存儲信息記錄備查。成捆棒材復(fù)檢功能流程如圖4

2）藍(lán)黑切頭及剪切質(zhì)量不佳的問題也得到了很好的解決。螺紋鋼新國標(biāo)實(shí)施后，在螺紋鋼鋼材生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)藍(lán)黑切頭以及剪切截面不規(guī)則等問題，它同樣會引起計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。而改進(jìn)后的算法和光影光源的配合，使得系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)地識別和處理這些切頭，從而提高計(jì)數(shù)準(zhǔn)確率。

3）原有的計(jì)數(shù)系統(tǒng)需要遮擋陽光，從而帶來的設(shè)備和廠房美觀問題。光影光源的設(shè)計(jì)考慮到了這一點(diǎn)，它能夠靈活調(diào)整光照角度和強(qiáng)度，確保在滿足功能需求的同時，也能兼顧美觀和環(huán)保要求。

2.1. 2 軟件算法更新

在棒材生產(chǎn)過程中，端面位置的識別一直是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了提升這一環(huán)節(jié)的識別精度，引入了先進(jìn)的升級策略。棒材端面位置老程序采用二值化來區(qū)分，新升級棒材計(jì)數(shù)系統(tǒng)采用切面的灰度值自適應(yīng)來判斷棒材的端面，有效改善剪切斷面不規(guī)則引起的識別不準(zhǔn)確問題；新升級程序采用面積加周長的數(shù)據(jù)處理作為基礎(chǔ)，有效剔除干擾，提高識別的準(zhǔn)確率。增加“濾波算法”，面積小于半徑平方的干擾都可以去除，將“聚集算法”與“匹配算法”結(jié)合，使得聚集的點(diǎn)更加集中，去除干擾點(diǎn)。增加“重構(gòu)算法”“檢索算法”，對漏識別棒材進(jìn)行第二次識別。“跟蹤算法”[0]使用原始圖像進(jìn)行跟蹤，使得跟蹤更加準(zhǔn)確。自動計(jì)數(shù)系統(tǒng)現(xiàn)場可視化如圖5和圖6所示。

系統(tǒng)采用 C++ 高級編程語言完成圖像采集、分析和技術(shù)功能，達(dá)到了產(chǎn)線生成的技術(shù)要求，具體內(nèi)容如下：

1）適應(yīng) 5 0 0 M P a 棒材顏色發(fā)藍(lán)發(fā)黑現(xiàn)象。2）棒材在線自動計(jì)數(shù)分鋼系統(tǒng)各規(guī)格鋼筋技術(shù)指標(biāo)為： Φ 1 0 m m （含）以上棒材計(jì)數(shù)誤差按照支計(jì)算小于等于 。3）對于堆疊不超過2層的鋼筋，端頭平均分離時間 ? 5 s 。4）對于堆疊超過2層的鋼筋，系統(tǒng)具有糾錯功能。5）對于交織疊層嚴(yán)重情況無法分開時，系統(tǒng)提示報(bào)警人工干預(yù)。6）系統(tǒng)自動給出分鋼線，提示分鋼位置；任意設(shè)置每捆支數(shù)，支持額定支數(shù)計(jì)量打包。

2.2成捆棒材復(fù)檢系統(tǒng)

系統(tǒng)采用C#.NetFramework框架進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，計(jì)算模塊通過 加載基于OpenCV的深度學(xué)習(xí)算法接口，應(yīng)用預(yù)訓(xùn)練的模型庫對棒材端面進(jìn)行復(fù)核識別和統(tǒng)計(jì)。復(fù)核系統(tǒng)適用螺紋鋼 Φ 1 2 ～ Φ 4 0 m m 主要用于在線計(jì)數(shù)系統(tǒng)的二次校驗(yàn)，按捆數(shù)計(jì)算，成捆棒材準(zhǔn)確率大于等于 9 8 % 。系統(tǒng)計(jì)數(shù)過程由人工參與計(jì)數(shù)復(fù)核，計(jì)數(shù)誤差經(jīng)人工修正后，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確率9 9 . 9 % 以上。

系統(tǒng)自動生成每班日報(bào)表、月報(bào)表數(shù)據(jù)。各報(bào)表包含班次、時間、捆號、每捆額定支數(shù)、實(shí)際支數(shù)等數(shù)據(jù)，成捆棒材視覺復(fù)核系統(tǒng)工作可視化如圖7所示。

為使復(fù)檢系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)場使用工藝規(guī)范與要求：

1）成捆棒材端面平齊度好，縮進(jìn) ? 5 0 m m 、凸出 ? 5 0 m m 。2）棒材端頭截面不低于鋼筋規(guī)格的 60 % 。3）棒材端頭之間相互不遮擋，剔除尖頭。4）成捆棒材停在計(jì)數(shù)窗口內(nèi)。5）棒材在定尺剪切時盡量保持單排剪切，以消除棒材彎頭。棒材端部彎曲度， 3 0 m m 內(nèi)不得超過1倍直徑。

3 應(yīng)用展望

系統(tǒng)更換采用新一代特殊光源，使用直射光的明視場照明法，配以改進(jìn)算法顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在線自動計(jì)數(shù)分鋼復(fù)檢系統(tǒng)在螺紋鋼棒材產(chǎn)線的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢和廣闊的前景。通過對該系統(tǒng)的深入研究和持續(xù)優(yōu)化，有望進(jìn)一步提高棒材生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力。

展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的變化，在線自動計(jì)數(shù)分鋼復(fù)檢系統(tǒng)將在以下幾個方面發(fā)揮更大的作用：

1）智能化升級。結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化升級，提高對復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理和分析能力。

2）靈活性拓展。根據(jù)不同棒材產(chǎn)品的特點(diǎn)和生產(chǎn)需求，定制化開發(fā)系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

3）遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，提高生產(chǎn)管理的便捷性和高效性。

4）安全與可靠性提升。進(jìn)一步完善系統(tǒng)的安全防護(hù)措施，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保生產(chǎn)過程的安全有序進(jìn)行。

4結(jié)論

在線自動計(jì)數(shù)分鋼復(fù)檢系統(tǒng)投入運(yùn)行，經(jīng)過一段時間的使用，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確辨識斷面顏色發(fā)藍(lán)、發(fā)黑棒材，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)螺紋鋼棒材的自動計(jì)數(shù)、分揀和復(fù)檢，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確率提升 6 % 以上，棒材計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度 9 9 . 9 % ，棒一2工序的螺紋鋼棒材生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率得到了顯著提升，減少了人工干預(yù)，降低了勞動強(qiáng)度，滿足生產(chǎn)使用要求。

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作者簡介：張志標(biāo)（1985.04—），男，漢族，廣東清遠(yuǎn)人，工程師，本科，研究方向：鋼鐵制造全流程溫度、壓力、流量檢測與控制、智能儀表應(yīng)用、智能檢定。