用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的装置和方法

摘要

提供一种用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的装置和方法。具体而言，提供一种用于在无头热轧过程中准确地检测钢带的接合部分的装置和方法。该用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的装置包括：一个图像信号采集块，其接收来自一个电荷耦合器件(CCD)摄影机的图像信号，每个图像信号都具有关于钢带的灰度级像素的信息；一个边缘线检测块，其接收来自图像信号采集块的图像信号以检测该钢带的边缘线；一个板形计算块，其接收来自边缘线检测块的关于边缘线检测的信息，以在边缘线被边缘线检测块检测到时，计算直到一个沿钢带横向方向的该钢带的边缘线的灰度级的总和；一个接合部分判断块，其接收来自板形计算块的、显示当前板形值的关于灰度级的总和的信息，以在当前板形的平均值和之前板形的平均值的比值低于一个预定值时，判断该边缘线是接合部分；以及一个输出块，其接收来自接合部分判断块的关于判断该边缘线是接合部分的信息，以在该边缘线被判断是接合部分时输出一接合部分检测信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在无头热轧过程(endless hot rollingprocess)中检测钢带的接合部分(joint parts)的装置和方法，更具体地，涉及一种用于在无头热轧过程中准确地检测钢带的接合部分的装置和方法。

背景技术

无头热轧过程具有的一个优点在于制造时间可以被显著缩短，例如，在1秒内轧制一个钢板。因此，与从一个热轧材料在粗轧机中被轧制到下一个热轧材料在粗轧机中被轧制持续几十秒时间的常规轧制过程相比，期望的是，无头热轧过程被不仅用于防止各种设备事故，还用于提高生产率以及改进钢板的产品质量。同时，无头热轧过程具有的多个优点在于，在卷取过程(coiling process)期间可减少关于卷材(coil)和废料损失的低质量的前端和后端，且可生产具有这样宽度和厚度的钢板——其在一般热轧机厂中很难轧制钢板。

图1是图解了常规无头热轧机设备的结构图。参考图1，一个在粗轧机1中轧制的热轧材料被卷取在带卷箱(coil box)2中，且一个卷材在前一卷材材料的后端和后一卷材材料的前端之间使用一料头切割机(crop cutter)3被切割，所述前一卷材材料和后一卷材材料从带卷箱2中被拉出。接着，后一卷材材料的牵拉被加速，以使得该后一卷材材料的前端可以与前一卷材材料的后端重叠，且该重叠区域通过接合机4被接合。然后，该被接合的卷材在精轧机5中被精轧，且接着被布置在卷取机7之前的高速切割机6切割，由此生产出一最终产品。

当接合部分被无头热轧机设备的高速切割机6切割时，重要的是确保对接合部分的准确跟踪和减小切割长度(在一接合部分和一切割点之间的距离)的误差，这导致最终产品的实际产量的增加。因此，一直需要一种检测在无头轧制材料中的接合处(junctions)的技术。

在用于检测无头轧制材料的接合处的常规方法中，有多种已知的方法，例如一种方法包括：通过将轧制材料的重叠区域接合而在轧制材料中生成一接合处，以及利用轧制速度和在精轧机的一个输入和一个输出处测得的钢带的厚度差来跟踪相应的接合处(韩国专利No.0231980)；一用于检测接合部分的方法包括：利用轧制材料负载的变化或厚度方向的变化来检测前一卷材材料和后一卷材材料的接合部分(韩国专利No.0543258)，以及其它方法。

在这些方法的情况下，通过计算板材压力和在精轧机的输出处的一机架(strand)的机架轧制速度，来确定接合部分的位置。即使当接合部分从一布置在接合机4或精轧机5上部区域的、轧制力变化的机架(例如，第一或第二机架)被准确地检测到时，该接合部分的位置也通过计算板材压力和布置在精轧机5下部区域的机架(例如，第三至第八机架)的机架轧制速度来确定。因此，在该接合部分的位置中的误差从精轧机5输出处的最终机架处出现。

另外，有一种利用无头接合部分的不一致(out-of-line)的板材宽度和裂纹长度来确定接合部分的方法。然而，由于当具有相同宽度的卷材材料彼此准确地重叠和接合时，或在接合部分的边缘处存在足够大的接合强度时，板材宽度可能不会不一致，以及可能不产生裂纹，所以这一方法在确定接合部分时有其局限性。

发明内容

技术问题

本发明被设计用于解决现有技术中的问题，因此，本发明的一个目的是提供一种通过在无头热轧过程中检测钢带的边缘线能够准确地检测钢带在前一卷材材料和后一卷材材料之间的接合部分的装置和方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的装置。在此，该装置包括：一个图像信号采集块(block)，其接收来自一个电荷耦合器件(CCD)摄影机的图像信号，每个图像信号都具有关于钢带的灰度级像素的信息；一个边缘线检测块，其接收来自所述图像信号采集块的所述图像信号以检测所述钢带的边缘线；一个板形计算块，其接收来自所述边缘线检测块的关于所述边缘线检测的信息，以在所述边缘线被所述边缘线检测块检测到时，计算直到一个沿钢带横向方向的该钢带的边缘线的灰度级的总和；一个接合部分判断块，其接收来自所述板形计算块的、显示当前板形值的关于所述灰度级的总和的信息，以在当前板形的平均值与之前板形的平均值的比值低于一个预定值时判断该边缘线是接合部分；以及一个输出块，其接收来自所述接合部分判断块的关于判断该边缘线是接合部分的信息，以在该边缘线被判断是接合部分时输出一接合部分检测信号。

根据本发明的另一方面，提供一种用于在无头热轧过程中检测接合部分的方法。在此，该方法包括：在图像信号采集块接收来自CCD摄影机的关于钢带图像的图像信号，该图像具有灰度级像素；在边缘线检测块接收来自所述图像信号采集块的所述图像信号以检测所述钢带上的边缘线；在板形计算块接收来自所述边缘线检测块的关于该边缘线检测的信息，以在该边缘线被所述边缘线检测块检测到时，计算直到一个沿钢带横向方向的该钢带的边缘线的灰度级的总和；在接合部分判断块接收来自所述板形计算块的、显示当前板形值的关于所述灰度级的总和的信息，以在当前板形的平均值和之前板形的平均值的比值低于一个预定值时判断该边缘线是接合部分；以及在输出块接收来自所述接合部分判断块的关于判断该边缘线是接合部分的信息以输出一接合部分检测信号。

有益效果

如上所述，根据本发明的一个示例性实施方案的所述用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的装置和方法，通过跟踪钢带的前一卷材材料和后一卷材材料之间的接合部分的位置以测量一个板形值在误差范围内的钢带的图像以及通过使用直到所述边缘线的灰度级的总和，可用于快速且准确地判断定位在钢带的前一卷材材料和后一卷材材料之间的接合部分，而不受噪声的影响。

附图说明

图1是图解了常规无头热轧机设备的结构图。

图2是图解了根据本发明一个示例性实施方案的用于检测钢带的接合部分的无头热轧机设备的结构图。

图3是图解了图2中所示的接合部分检测系统的框图。

图4是图解了图2中所示的CCD摄影机接收来自光源的图像信号的状态图。

图5是图解了根据本发明一个示例性实施方案的一个接合部分的图像和一个在钢带中横向方向上的板形值(profile value)的图表。

图6是图解了根据本发明一个示例性实施方案的计算钢带的板形值的操作的图表。

图7是图解了根据本发明一个示例性实施方案的被接合且经受无头热轧过程的钢带的三个接缝的整个板形的长度的图表。

图8是图解了根据本发明一个示例性实施方案的一种用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的方法的流程图。

<附图中主要部件的简要说明>

10：粗轧机        20：带卷箱

30：料头切割机    40：接合机

50：精轧机        60：高速切割机

70：卷取机        80：CCD摄影机

85：滤光器        90：光源

95：跟踪单元

100：接合部分检测系统

110：图像信号采集块

120：边缘线检测块

130：板形计算块

140：接合部分判断块

150：输出块

具体实施方式

在下文中，现将参考附图详细描述本发明的示例性实施方案。然而，应理解的是，在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以对其进行其他等价变换和变型。同时，认为是，在附图中具有相似或基本等同功能和效果的部件具有相同的参考标记。

图2是图解了根据本发明一个示例性实施方案的用于检测钢带的接合部分的一个无头热轧机设备的结构图。参考图2，一个在粗轧机10中轧制的热轧材料被卷取到带卷箱20中，且一个卷材在前一卷材材料的后端和后一卷材材料的前端之间利用一个料头切割机30被切割，所述前一卷材材料和后一卷材材料都从带卷箱20中被拉出。接着，后一卷材材料的拉出被加速，使得后一卷材材料的前端可与前一卷材材料的后端重叠，且该重叠区域用接合机40接合。然后，该接合的卷材在精轧机50中被精轧，且接着被布置在卷取机77之前的高速切割机60切割，由此生产出一最终产品。

根据本发明一个示例性实施方案的用于在无头热轧过程中检测钢带上的接合部分的装置包括一CCD摄影机80、一滤光器85、一光源90、一跟踪单元95以及一接合部分检测系统100。

CCD摄影机80被安装在精轧机50的最终机架输出(final strandoutput)处。然而，由于该最终机架输出的卷材温度根据钢带的种类而变化，且由于卷材的边缘温度比该卷材其他区域的温度低而很难检测到边缘线，所以通过在精轧机50的工作轧辊(work roll)的下部处安装一个光源90而以高检测频率来检测该卷材的边缘线。

滤光器85被安装在CCD摄影机80的下部以透射一个波长的光源，由此以大于或等于一预定亮度的亮度在CCD摄影机80上显示该光透射区域(light-transmitted region)。

跟踪单元95跟踪钢带上接合部分的位置以产生用于接合部分检测区域的信号，且将该产生的信号传输至接合部分检测系统100。当钢带的中间区域由于不正常因素——诸如在粗轧、带卷箱、除锈(descaling)和精轧过程中冷却水的错误控制——而使温度降低时，图像的灰度级变暗。因此，有可能将一边缘线错误判断为接合部分。为了解决上述问题，跟踪单元95将一个用于接合部分检测区域的信号传输至接合部分检测系统100。该跟踪单元95基本跟踪接合部分的位置，但具有一定跟踪误差。这一跟踪信息是不准确的，但在接合部分检测系统100中可以被用作关于检测一个接合部分的监测区段的信息。例如，当跟踪单元95中可引起的最大跟踪误差范围是14m，且精轧机上多个机架之间的距离是5m时，一个接合部分在一个自最终机架起的第三个机架的位置处被跟踪。在这种情况下，该跟踪单元95开启接合部分监测信号，然后当判断出该接合部分监测信号通过了CCD摄影机80时，关闭该接合部分监测信号。因此，该跟踪单元95的跟踪信息可以被用作关于接合部分检测系统100的检测区域的信息。

该接合部分检测系统100检测钢带上的接合部分。当钢带上的接合部分被接合部分检测系统100检测到时，该接合部分通过高速切割机60被切割。无头热轧钢带的牵拉速度为约10至20m/s，且从当高速切割机60切割卷材的时间到当它接收一个作业准备和一个切割指示的时间，存在一个延迟时间。因此，考虑到上述情况，该接合部分检测系统100被定位在精轧机50的最终机架和高速切割机60之间。该接合部分检测系统100的详细配置参考图3更详细说明。

图3是图解图2中示出的接合部分检测系统的框图。参考图3，该接合部分检测系统100包括一图像信号采集块110、一边缘线检测块120、一板形计算块130、一接合部分判断块140和一输出块150。

该图像信号采集块110接收来自CCD摄影机80的钢带图像的图像信号，该图像具有灰度级像素。

该边缘线检测块120接收来自图像信号采集块110的图像信号以检测钢带上的边缘线。

该板形计算块130接收来自边缘线检测块120的关于边缘线检测的信息，且当边缘线被边缘线检测块120检测到时，计算直到沿钢带的横向方向的该钢带的边缘线的灰度级的总和。

该接合部分判断块140接收显示一个当前板形值的、来自板形计算块130的关于灰度级总和的信息，并且在当前板形的平均值与之前板形的平均值的比值小于一个预定值时，判断该边缘线是接合部分。该当前板形的平均值是一个包括在纵向方向上该边缘线的当前位置的当前板形的平均值，且优选地是一个与在钢带的纵向方向上的图像的接合部分区段中的所述线的1/10那样多的板形的平均板形值。另外，所述之前板形的平均值是指一个包括与在钢带的纵向方向上的接合部分区段的长度相对应的线的数量的之前板形的平均值。一个用于判断接合部分的预定值——也即，当前板形的平均值与之前板形的平均值的比值——的范围为0.5至0.7。

该输出块150接收来自接合部分判断块140的关于接合部分的判断的信息，且当边缘线被判断为接合部分时输出一接合部分检测信号。

图4是图解了图2中所示的CCD摄影机从光源接收图像信号的状态图。参考图4，光源90被安装在精轧机轧辊的下部以提高对在钢带9上的边缘线的检测，且安装有一滤光器85来拦截一个红外线波长范围，通过利用钢带9图像的灰度级，从而检测在钢带上的接合部分。

通常，仅透射光源90的波长范围的滤光器85被用于加强边缘线的检测，因此，该光源透射区域被明亮地显示在CCD摄影机80上，而钢带9被灰暗地显示在摄影机80上。因此，该光和影在钢带9的中央区域并没有彼此区分开。在800℃或以上温度被热轧的钢带强烈地发射出不仅具有可见光波长范围而且还具有红外线波长范围的光，且该CCD摄影机80也对具有红外线波长范围的光强烈敏感。因此，当使用可以拦截红外线波长范围的滤光器85时，光源90被透射穿过CCD摄影机80以区分钢带9的边缘线，且同时获得光和影在钢带9的表面上被区分开的图像。

图5是图解了根据本发明一个示例性实施方案的一个接合部分的图像和一个在钢带的横向方向上的板形值的图表。参考图5，在钢带9的横向方向上的板形值是钢带9的直到沿钢带9横向方向的一边缘线(9a)的图像的灰度级的总和。因此，板形“y”可以由以下的方程式1表示，作为在钢带纵向方向上的一位置y处的在横向方向上的板形值。

方程式1

在该接合部分中前一卷材材料和后一卷材材料在无头热轧过程中彼此重叠且利用一个大形变剪切接合方法(super deformation sbearjoining method)彼此接合，由于该接合部分具有比其他区域更小的厚度，该图像的灰度级随着精轧过程期间的温度降低而变得更暗。根据本发明，由于钢带的接合部分显示为比钢带的其他区域更暗，该整个接合部分在横向方向上具有更低的灰度级。参考钢带的这一特性，在钢带9的横向方向上的灰度级而不是在钢带9的一定区域内像素的灰度级的总和被用于检测钢带9的接合部分，由此消除了钢带9的应变(strains)或在横向方向上的噪声的影响。

为了判断位于相应钢带9上的接合部分，将钢带9当前板形的平均值与钢带9之前板形的平均值进行比较。

图6是图解了根据本发明一个示例性实施方案的计算钢带的板形值的操作的图表。参考图6，上面的图表显示了钢带的平均板形值，下面的图表显示了放大的钢带接合部分区段。

由于具有减小的板形值的接合部分区段的长度在一个图像中少于500条线，该钢带当前板形的平均值是包括作为对比的当前线‘y’的50条线的平均板形值，并且作为对比标准的该钢带之前板形的平均值是自当前线‘y’起的第500条线之前的1000条线的平均板形值。优选地，作为对比标准的该钢带之前板形的平均值是与自当前线‘y’起的接合部分区段的长度相对应的线之前的、该接合部分区段的长度的两倍的线的板形平均值，并且所述当前板形的平均值是一个包括当前线‘y’的、与接合部分区段的长度的1/10相对应的板形的平均值。

由于需要大量的时间来计算整个钢带的平均板形值，所以用钢带的1000条边缘线的平均板形值来代表整个钢带的平均板形值。并且，由于钢带的平均板形值在接合部分区段附近减小以影响整个钢带的平均板形值，因此计算自当前边缘线起500条边缘线之前的1000条边缘线的平均板形值。

之前板形的平均值可以由以下的方程式2来表示，其中之前板形的平均值代表在纵向方向上的位置‘y’处的整个钢带的平均板形值。

方程式2

为了判断接合部分，计算包括当前线的50条在前的线的板形平均值以作为当前板形的平均值，并与之前板形的平均值比较，所述包括当前线的50条在前的线用来去除在横向方向上由于噪声引起的一些板形波动对检测接合部分产生的影响。优选地，所述当前板形的平均值是与包括当前线的接合部分区段的长度的1/10相对应的板形的平均值。

由于钢带在横向方向上的板形值根据粘合剂的宽度和温度而变化，当钢带的当前板形的平均值与之前板形的平均值的比值小于一个预定值时，该边缘线被判定为接合部分。例如，该预定值的范围为0.5至0.7。

图7是图解根据本发明一个示例性实施方案的被接合且经历无头热轧过程的钢带的三个接缝的整个板形的长度的图表。参考图7，当钢带的三个接缝经历无头热轧过程时，可以看出，在钢带上产生了两个接合部分，且板形值减小的位置处是一接合部分。

图8是图解了根据本发明一个示例性实施方案的一种用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的方法的流程图。参考图8以及图2和3，来描述这种用于在无头热轧过程中检测钢带的接合部分的方法，如下所述。

首先，跟踪单元95跟踪钢带上的接合部分的位置以产生一用于接合部分检测区域的信号，且将该产生的信号传输至边缘线检测块120(S100)。当钢带的中间区域由于不正常因素——诸如粗轧、带卷箱、除锈和精轧过程中冷却水的错误控制——而使温度降低且因此图像的灰度级变暗时，有可能将一边缘线错误判断为接合部分。为了解决上述问题，跟踪单元95将一个用于接合部分检测区域的信号传输至接合部分检测系统100。

然后，图像信号采集块110接收来自CCD摄影机80的关于钢带图像的图像信号，该图像具有灰度级像素(S200)。

接着，边缘线检测块120接收来自图像信号采集块110的图像信号以检测在钢带上的边缘线(S300)。

随后，板形计算块130接收来自边缘线检测块120的关于边缘线检测的信息，以判断是否边缘线被边缘线检测块120检测到(S400)。在板形计算块130判断边缘线是否被边缘线检测块120检测到(S400)后，当该边缘线被边缘线检测块130检测到时，该板形计算块130计算直到沿钢带横向方向的钢带边缘线的灰度级的总和(S 500)。

然后，接合部分判断块140接收来自板形计算块130的、显示一个当前的板形值的关于灰度级总和的信息，以判断当前板形的平均值和之前板形的平均值的比值是否小于预定值(S600)。在当前板形的平均值与之前板形的平均值的比值小于预定值时，该接合部分判断块140判断该边缘线是接合部分(S700)。

最后，输出块150接收来自接合部分判断块140的关于该边缘线为接合部分的判断信息以输出一接合部分检测信号(S800)。

如上所述，参考附图已详细描述了本发明的示例性实施方案。然而，在此提出的说明仅作为出于说明目的的一个优选实施例，并不旨在限制本发明的范围，所以应理解的是，如对于本领域内技术人员明显的是，在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以做出其他的等价变换和变型。