吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法

摘要

本发明公开了一种吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法。该方法包括：在钢卷水平吊运路线旁安置激光对射检测器，在钢卷吊运机吊运的钢卷到达激光对射检测器的位置之前，启动钢卷松卷检测过程，其中包括：对激光遮断行程长度进行估算，得出激光遮断行程长度的预估值；待钢卷吊运机吊运的钢卷离开激光对射检测器位置，并且激光对射检测器重新通光后，获取激光遮断行程长度实际值；通过比较得出激光遮断行程长度预估值与实际值之间的差值，若差值在预设的允许范围内，则判定钢卷正常，否则判定钢卷松卷。该方法采用激光对射检测器对钢卷松卷情况进行检测，能够准确判断钢卷松卷情况，避免钢卷的松卷带尾在吊运过程中对现场设备造成损害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种物流运输过程中的钢卷检测技术，尤其涉及一种吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法。

背景技术

热轧生产线上最后生产出来的热轧板带需要经过卷取机卷取捆扎形成钢卷，钢卷作为热轧成品进行物流运输。经过卷取机卷取捆扎后的钢卷要经过一个吊运转移过程，其中包括：钢卷从卷取机出来后先要在地下运输链上运输，待钢卷到达吊运转移位置后，钢卷吊运机自动地将钢卷从地下运输链处吊运至地面运输链上，然后地面运输链将钢卷运输至后续工序。

参见图1，图1示出的是钢卷吊运机自动将钢卷从地下运输链处吊运至地面运输链上的过程，钢卷2从卷取机出来后(图中未示出)，钢卷吊运机1将钢卷2从地下运输链3处垂直吊起，待钢卷2到达目标高度后，钢卷吊运机1横向水平移动至地面运输链4的上方，然后钢卷吊运机1将钢卷2垂直下降直至将钢卷2放置在地面运输链4上，然后地面运输链4将钢卷2运输至后续工序。钢卷的吊运路线如图1中点划线所示，其中，钢卷2从地下运输链3的上方横向水平移动至地面运输链4上方的水平路线为钢卷水平吊运路线。

然而，在地下运输链运输钢卷的过程中，有可能会出现钢卷捆扎带受损而松动或脱落的情况，从而导致钢卷松卷的状况发生。一旦出现钢卷松卷的状况，在进行钢卷吊运转移过程中，钢卷吊运机吊运的钢卷会有很长的松卷带尾，钢卷吊运机移动时，松卷带尾则会对经过之处的现场设备造成损害，比如，将光栅撞坏，将电缆、油管拉断，将地下运输链、地面运输链的链本体拉断，等等。现场生产设备的损坏往往很难在短时间内修复，由此导致了较长的停工时间，进而造成较大的经济损失。

综上所述，目前所要解决的技术问题是：钢卷在生产物流运输过程中可能会出现钢卷松卷的状况，在吊运松卷的钢卷时，钢卷的松卷带尾会对经过之处的现场设备造成损害。

中国专利(CN109816645A)公开了一种钢卷松卷的自动检测方法与流程，包括对钢卷表面采集深度数据，还包括以下步骤：将所述深度数据去噪后，将深度图映射为同等大小的灰度图像；对所述灰度图利用soble算子进行图像梯度检测；对边缘进行连通域分析，通过前景像素面积，去除噪声区域；在图像边缘区域，利用图像梯度，找到处于边缘处的梯度相反点对；利用点对之间距离，并结合深度信息，判断是否为松卷情况。然而，该方法采用视觉图像分析钢卷边缘来判断钢卷是否松卷，其实现过程需要较为复杂的视觉图像分析系统，并且需要大量的数据支撑，实现过程十分繁琐，不适合在生产现场大面积推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法，该方法采用激光对射检测器对钢卷松卷情况进行检测，能够准确判断钢卷松卷情况，避免钢卷的松卷带尾在吊运过程中对现场设备造成的损害。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法，在钢卷水平吊运路线旁安置激光对射检测器，所述激光对射检测器的激光发射器和激光接收器分别安置在钢卷水平吊运路线的两侧，激光发射器和激光接收器之间互为对射布置；

所述钢卷松卷检测方法包括如下步骤：

步骤1，在吊运起始位置处，钢卷吊运机将钢卷吊起并提升至目标高度；

钢卷在所述目标高度位置时，激光对射检测器的激光发射器向激光接收器发射的激光线的水平高度介于钢卷中心卷孔的最低位置和钢卷的最低位置之间；

步骤2，钢卷吊运机将吊运的钢卷沿着钢卷水平吊运路线朝向吊运目标位置水平移动；

步骤3，在钢卷吊运机吊运的钢卷到达激光对射检测器的位置之前，启动钢卷松卷检测过程；

所述钢卷松卷检测过程包括：

步骤3.1，激光对射检测器进行通光信号自检，若通光信号自检正常，则执行步骤3.2，否则，中断钢卷吊运机运行，并发出报警信号；

步骤3.2，对激光遮断行程长度进行估算，得出激光遮断行程长度的预估值；

所述激光遮断行程长度为：从钢卷开始遮断激光对射检测器时起，至钢卷离开后激光对射检测器重新通光时为止，钢卷吊运机水平移动的行程长度；

步骤3.3，待钢卷吊运机吊运的钢卷经过激光对射检测器的位置后，获取激光遮断行程长度的实际值；

步骤3.4，通过比较得出激光遮断行程长度的预估值与实际值之间的差值，若所述差值在预设的允许范围内，则判定钢卷正常，否则，判定钢卷松卷。

进一步地，所述激光对射检测器的激光发射器向激光接收器发射的激光线与钢卷的中轴线在水平面上的投影线之间设置有夹角。

进一步地，所述步骤3还包括：

对于钢卷松卷检测过程，设置检测行程窗口和检测计时窗口，当钢卷吊运机的行程位置处于检测行程窗口内，并且进入检测行程窗口后的计时时间处于检测计时窗口内时，则启动所述钢卷松卷检测过程，否则停止所述钢卷松卷检测过程；

所述检测行程窗口设置在钢卷水平吊运路线中激光对射检测器所在位置的上游侧；

所述检测计时窗口的计时开始行程点为检测行程窗口的起始行程点。

进一步地，所述步骤3还包括：所述检测行程窗口的起始行程点为激光对射检测器所在位置的上游侧3米处，所述检测行程窗口的终止行程点为激光对射检测器所在位置。

进一步地，所述步骤3还包括：所述检测计时窗口的计时时间设置为3秒。

进一步地，所述步骤3.2还包括：根据估算公式得出所述激光遮断行程长度的预估值，所述估算公式为：

式中，L为估算的激光遮断行程长度预估值，r为钢卷的半径，w为钢卷的宽度，θ为激光对射检测器的射出激光线与钢卷的中轴线在水平面上的投影线之间的锐角夹角，h为钢卷中轴线所在水平面与激光对射检测器射出激光线所在水平面之间的垂直距离，Δx为允许偏差值。

进一步地，所述步骤3.3还包括：获取激光对射检测器的激光遮断时间，获取钢卷吊运机的平均行进速度，将所述激光对射检测器的激光遮断时间与钢卷吊运机的平均行进速度相乘，得出的长度数值作为激光遮断行程长度的实际值。

进一步地，所述步骤3.4还包括：若判定钢卷松卷，则中断钢卷吊运机运行，并发出报警信号。

在本发明的钢卷松卷检测方法中，在钢卷水平吊运路线旁安置激光对射检测器，采用激光对射检测器对经过的钢卷进行检测，根据钢卷对激光对射检测器的遮光时间的长短来判断是否有钢卷松卷的情况发生，通过比较得出激光遮断行程长度的预估值与实际值之间的差值，若所述差值在预设的允许范围内，则判定钢卷正常，钢卷吊运机继续吊运钢卷朝向吊运目标位置移动，否则，判定钢卷松卷，中断钢卷吊运机运行，从而有效避免了钢卷在吊运过程中，因钢卷松卷导致的松卷带尾对现场设备造成的损害。为了防止激光对射检测器的意外遮光信号导致误判钢卷松卷，针对钢卷松卷检测过程还设置了检测行程窗口和检测计时窗口，只有当钢卷吊运机的行程位置处于检测行程窗口内，并且进入检测行程窗口后的计时时间也处于检测计时窗口内时，才会启动所述钢卷松卷检测过程，否则停止所述钢卷松卷检测过程。

本发明的钢卷松卷检测方法相对现有技术，其有益效果在于：在本发明的钢卷松卷检测方法中采用激光对射检测器对钢卷松卷情况进行检测，检测判断钢卷松卷的准确率较高，可靠性较好，从而有效避免了钢卷在吊运过程中因钢卷松卷导致的松卷带尾对现场设备造成的损害；此外，本发明的钢卷松卷检测方法，只需在原有设备的基础上，增加一个激光对射检测器即可实现对钢卷松卷的检测判断，实现起来简单方便，需要投入的设备成本较低。

附图说明

图1为现有技术条件下的生产现场中钢卷吊运机吊运钢卷从地下运输链至地面运输链的示意图；

图2为本发明吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法在生产现场实施的示意图，图中，在钢卷水平吊运路线上安置有激光对射检测器；

图3为图2中箭头B所指区域的俯视图；

图4为吊运中的钢卷的侧视状态与俯视状态对应的示意图，图中箭头F所指的虚线为激光对射检测器发射的激光线扫过的位置；

图5为本发明的钢卷松卷检测方法中激光遮断行程长度估算的示意图；

图6为本发明吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法的流程图。

图中：1-钢卷吊运机、2-钢卷、3-地下运输链、4-地面运输链、5-激光对射检测器、51-激光发射器、52-激光接收器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

参见图2至图6，本实施方式为一种吊运钢卷水平移动过程中的钢卷松卷检测方法，该方法能够对水平移动的钢卷进行检测并判断钢卷是否松卷，从而防止松卷的钢卷对现场设备造成损害。

需要说明的是，本实施方式的钢卷松卷检测方法只能适用于钢卷吊运机吊运钢卷水平移动方向与钢卷的中轴线垂直的情况。

参见图2和图3，在钢卷水平吊运路线旁安置激光对射检测器5，所述激光对射检测器5的激光发射器51和激光接收器52分别安置在钢卷水平吊运路线的两侧，激光发射器51和激光接收器52之间互为对射布置。

所述激光对射检测器5是一种现有的装置，其中包括有激光发射器51和激光接收器52，激光对射检测器5的功能是判断激光发射器51和激光接收器52之间是否有遮光物。具体来说，在运用激光对射检测器5时，将激光对射检测器5的激光发射器51和激光接收器52分别安置在目标检测区域的两侧，激光发射器51和激光接收器52之间互为对射布置，若在激光发射器51和激光接收器52之间没有遮光物时，激光发射器51发射出的激光能被激光接收器52接收到，则激光对射检测器5发出通光信号，若在激光发射器51和激光接收器52之间有遮光物时，激光发射器51发射出的激光无法被激光接收器52接收到，则激光对射检测器5发出遮光信号。在本实施方式中，在生产现场的计算机系统中，激光对射检测器5发出通光信号或遮光信号是用一位二进制码表示的，通光信号用“1”表示，而遮光信号用“0”表示，在具体的程序控制中则根据该二进制码来控制程序的走向。

所述激光发射器51和激光接收器52之间互为对射布置，是指，激光发射器51的激光发射端朝向激光接收器52，而激光接收器52的激光接收端朝向激光发射器51，在激光发射器51和激光接收器52之间没有遮挡物的情况下，激光发射器51发射的激光能完全被激光接收器52接收，从而使激光对射检测器5发出通光信号。

参见图2和图3，激光对射检测器5的激光发射器51和激光接收器52之间互为对射布置。在图2中，箭头H1所指示的虚线则是激光对射检测器5的激光发射器51向激光接收器52发射的激光线。在图3中，箭头H2所指示的虚线则是激光对射检测器5的激光发射器51向激光接收器52发射的激光线。

参见图3，优选地，所述激光对射检测器5的激光发射器51向激光接收器52发射的激光线与钢卷2的中轴线在水平面上的投影线之间设置有夹角，该夹角通常设置在15至30度之间，具体角度值可根据作业区域的场地环境而定。设置所述夹角的目的在于：1)防止钢卷松卷后激光从卷层间隙穿过导致检测错误；2)可以检测到钢卷拖尾，当钢卷拖尾后也会遮挡到激光使遮挡行程变长。

参见图6，本实施方式的钢卷松卷检测方法包括如下步骤：

步骤1，在作为吊运起始位置的地下运输链3处，钢卷吊运机1将钢卷2吊起并提升至预设的目标高度。

参见图2，所述目标高度需要预先设置，目标高度应与激光对射检测器5的安置高度相匹配。具体来说，钢卷2在目标高度位置时，激光对射检测器5的激光发射器51向激光接收器52发射的激光线的水平高度介于钢卷2的中心卷孔的最低位置和整个钢卷2的最低位置之间，如图2中箭头H1所指处的虚线，在这个高度位置上，钢卷2水平移动经过激光对射检测器5处时，钢卷2则能够正常顺利地对激光对射检测器5的通光信号进行遮挡。如果提升钢卷2的目标高度设定过高，激光对射检测器5的安置高度低于整个钢卷2的最低位置，则钢卷2水平移动经过激光对射检测器5处时，钢卷2无法对激光对射检测器5的通光信号进行遮挡。如果提升钢卷2的目标高度设定过低，激光对射检测器5的安置高度高于钢卷2的中心卷孔的最低位置，则钢卷2水平移动经过激光对射检测器5处时，一开始会使激光对射检测器5产生遮光信号，而当钢卷2的中心卷孔经过激光对射检测器5处时会产生通光信号，当钢卷2的中心卷孔离开激光对射检测器5处时则又产生遮光信号，由此使得激光对射检测器5的遮光信号不连续，在后续的步骤中则无法根据遮光信号来判断激光遮断行程长度。

步骤2，钢卷吊运机1将吊运的钢卷2沿着钢卷水平吊运路线朝向作为吊运目标位置的地面运输链4处水平移动。

步骤3，在钢卷吊运机1吊运的钢卷2到达激光对射检测器5的位置之前，启动钢卷松卷检测过程。

所述钢卷松卷检测过程包括：

步骤3.1，激光对射检测器5进行通光信号自检，若激光对射检测器5的通光信号正常，则执行步骤3.2，否则，中断钢卷吊运机1运行，并发出报警信号。

具体来说，所述通光信号自检就是判断激光对射检测器5是否处于通光状态，若是，则认为激光对射检测器5的通光信号正常，若否，则认为激光对射检测器5的通光信号异常。在通光信号异常的情况下，激光对射检测器5无法对钢卷2进行检测，因此需要中断钢卷吊运机1运行，并发出报警信号，待作业人员确认复位后再重新启动钢卷吊运机1运行。

步骤3.2，生产作业现场的计算机系统自动对激光遮断行程长度进行估算，得出激光遮断行程长度的预估值；

所述激光遮断行程长度是指：当钢卷吊运机1吊运的钢卷2从激光对射检测器5处经过时，从钢卷2开始遮断激光对射检测器5的通光信号时起，至钢卷2离开后激光对射检测器5重新通光时为止，钢卷吊运机1水平移动的行程长度。

在本实施方式中，所述激光遮断行程长度的预估值根据估算公式得出，所述估算公式为：

式中，L为估算的激光遮断行程长度预估值，r为钢卷的半径，w为钢卷的宽度，θ为激光对射检测器的射出激光线与钢卷的中轴线在水平面上的投影线之间的锐角夹角，h为钢卷中轴线所在水平面与激光对射检测器射出激光线所在水平面之间的垂直距离，Δx为允许偏差值。

在进行激光遮断行程长度预估值估算时所用到的钢卷2的半径r、宽度w，等钢卷相关参数信息均是生产现场的计算机系统自动地通过生产物流信息系统获取。

参见图4和图5，以下是关于激光遮断行程长度预估值的估算公式原由的具体说明：

参见图4，如前所述，钢卷2在目标高度位置时，激光对射检测器5的激光发射器51向激光接收器52发射的激光线的水平高度介于钢卷2的中心卷孔的最低位置和整个钢卷2的最低位置之间。当钢卷2经过激光对射检测器5处时，钢卷2的中心卷孔的最低位置和整个钢卷2的最低位置之间的部位则会对激光对射检测器5发射的激光线形成遮挡，从钢卷水平吊运路线的侧视方向来看，激光线在钢卷2的端面上扫过的位置如图4中箭头F所指示的虚线，从钢卷水平吊运路线的俯视方向来看，钢卷2上被激光线扫过位置的截面如图4中箭头G所指示的灰色区域。

参见图5，当钢卷2移动至激光对射检测器5处并刚刚遮挡激光线时，钢卷2的位置如图5中箭头D所指示，而当钢卷2离开后激光对射检测器5刚刚重新通光时，钢卷2的位置如图5中箭头E所指示。两个位置的钢卷2的中轴线的间距L’则可视为激光遮断行程长度，L′＝l

根据勾股定理可以得出：

根据三角函数原理可以得出：C

则

然后，设置一个Δx作为允许偏差值，在L’的基础上再加上一个Δx，将相加后的数值作为激光遮断行程长度的预估值L，即L＝L′+Δx，最终得出了激光遮断行程长度预估值的估算公式

步骤3.3，待钢卷吊运机1吊运的钢卷2经过激光对射检测器5的位置后，获取激光遮断行程长度的实际值。钢卷吊运机1吊运的钢卷2在到达激光对射检测器5的位置时，激光对射检测器5先被遮光，待钢卷2离开激光对射检测器5的位置时，激光对射检测器5重新恢复通光。

获取激光遮断行程长度实际值的过程包括：获取激光对射检测器5的激光遮断时间，获取钢卷吊运机1的平均行进速度，将所述激光对射检测器5的激光遮断时间与钢卷吊运机1的平均行进速度相乘，得出的长度数值作为激光遮断行程长度的实际值。

所述激光遮断时间为：激光对射检测器5开始被钢卷2遮断通光信号的时刻至钢卷2离开后激光对射检测器5重新恢复通光信号的时刻之间的时间差，该时间差可由生产现场的计算机系统通过软件获取。具体来说，可在计算机系统中设置一个软件计时器，当激光对射检测器5开始被钢卷2遮断通光信号时，所述软件计时器开始计时，当钢卷2离开后激光对射检测器5重新恢复通光信号时，则软件计时器停止计时，从而得出所述激光遮断时间。

所述钢卷吊运机1的平均行进速度可通过钢卷吊运机1的主控制器(通常为PLC控制器)获取。具体来说，生产现场的计算机系统与钢卷吊运机1的主控制器是电信号连通的，计算机系统可通过钢卷吊运机1的主控制器来获取钢卷吊运机1的运行数据，其中就包括了钢卷吊运机1的平均行进速度。

步骤3.4，通过比较得出激光遮断行程长度的预估值与实际值之间的差值，若所述差值在预设的允许范围内，则判定钢卷2正常，钢卷吊运机1继续吊运钢卷2朝向吊运目标位置移动，否则，判定钢卷2松卷。若判定钢卷2松卷，则中断钢卷吊运机1运行，并发出报警信号，所述报警信号为人机交互界面上发出声光报警信号。

在本实施方式中，所述人机交互界面为计算机画面，而在其它实施方式中，人机交互界面也可以是操作盘面。

进一步优化地，为了防止激光对射检测器5的意外遮光信号导致误判钢卷松卷，在步骤3中，针对钢卷松卷检测过程还设置了检测行程窗口和检测计时窗口。

所述检测行程窗口设置在钢卷水平吊运路线中激光对射检测器5所在位置的上游侧。在本实施方式中，所述检测行程窗口的起始行程点为激光对射检测器5所在位置的上游侧3米处，所述检测行程窗口的终止行程点为激光对射检测器5所在位置。

所述检测计时窗口的计时时间设置为3秒，并且将检测行程窗口的起始行程点作为检测计时窗口的计时开始行程点。也就是说，当钢卷吊运机1吊运钢卷2进入到检测行程窗口的同时，检测计时窗口则开始计时，待检测计时窗口计时达到3秒时则结束检测计时窗口。

在本实施方式中，只有当钢卷吊运机1的行程位置处于检测行程窗口内，并且进入检测行程窗口后的计时时间也处于检测计时窗口内时，才会启动所述钢卷松卷检测过程，否则停止所述钢卷松卷检测过程。也就是说，只要检测行程窗口和检测计时窗口中有一个窗口条件不成立，则钢卷松卷检测过程就不会启动。

设置检测行程窗口和检测计时窗口的目的是为了防止激光对射检测器5的意外干扰信号导致误判钢卷松卷。比如，当钢卷2不在检测行程窗口内时，或者计时时间不在检测计时窗口内时，则钢卷松卷检测过程不会被启动，即使有人经过激光对射检测器5处并造成激光线被遮挡，此时的遮光信号也不会被理睬，从而避免误判钢卷松卷。

在本实施方式的钢卷松卷检测方法中，在钢卷水平吊运路线旁安置激光对射检测器5，采用激光对射检测器5对经过的钢卷2进行检测，根据钢卷2对激光对射检测器5的遮光时间的长短来判断是否有钢卷松卷的情况发生，检测判断钢卷松卷的准确率较高，可靠性较好，从而有效避免了钢卷2在吊运过程中，因钢卷松卷导致的松卷带尾对现场设备造成的损害。此外，本实施方式的钢卷松卷检测方法，只需在原有设备的基础上，增加一个激光对射检测器5即可实现对钢卷松卷的检测判断，实现起来简单方便，需要投入的设备成本较低。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。