Заказчик – ОАО «Северсталь»

Год внедрения: 2010.

Назначение:

Система измерения геометрических параметров подката на стане 5000, ЛПЦ-3 "ShapeScanner 5000" предназначена для измерения длины, ширины и формы головной и хвостовой частей подката на участке подачи металла в клеть стана 5000. Целью данной системы является распознавание появления объекта в зоне контроля и автоматическое измерение необходимых геометрических параметров подката.

Основные функции:

• Измерение геометрических параметров подката (длина, ширина);
• Контроль максимального размера вписанного прямоугольника;
• Сигнализация оператору по достижению заданных размеров;
• Визуализация процесса контроля на посту оператора в режиме реального времени;
• Архивация результатов измерений в течение года;
• Интеграция информационных потоков в существующие локальные сети.

В состав АС входят следующие основные компоненты:

• Матричная камера IPX-11M5-G, пр-ва ф. Imprex;
• Стереоскопический модуль, на основе линейных камер VisioTrap5K, пр-ва ф. Lumenta;
• Линейная камера VisioTrap10K, пр-ва ф. Lumenta;
• Терморегулятор для поддержания постоянной температуры в стереоскопическом модуле SK 3110.000, SK 3101.200, SK 3102.000, SK 3118.000, пр-ва ф. Rittal;
• Пирометр Термоскоп-800-2С-ВТ0, пр-ва ф. Инфратест;
• Кабельные сигнальные линии, оборудование и линии питания, коммутационное оборудование.

Технические характеристики:

Параметр	Диапазон измерения
Минимальная ширина измеряемого подката, мм	1 000
Максимальная ширина измеряемого подката, мм	5 000
Минимальная длина измеряемого подката, мм	1 000
Максимальная длина измеряемого подката, мм	30 000
Точность измерения ширины подката, мм	± 2
Точность измерения длины подката, мм	± 3
Дискретность измерений, Гц	5

Технические характеристики отдельных компонентов системы:

Параметр	Диапазон измерения
Измерительный стереомодуль
Измерительная камера
Разрешение, пикселей	4 000 х 2 800
Рабочая зона, мм	5 000 х 3 500
Частота кадров, к/с	5
Экспозиция, с	1/50 …1/10000
Рабочий спектр, нм	750…950
Камеры стереометрии
Разрешение, пикселей	5 150 х 1
Рабочая зона, мм	5 000
Частота кадров, к/с	100
Экспозиция, с	1/50 …1/10000
Рабочий спектр, нм	750…950
Измеритель длины
Разрешение, пикселей	10 250 х 1
Рабочая зона, мм	30 000
Частота кадров, к/с	1 000
Экспозиция, с	1/50 …1/10000
Рабочий спектр, нм	750…950
Пирометр
Диапазон измерения, 0С	700…1500
Показатель визирования	100 : 1
Точность, %	0.5
Быстродействие, мс	20
Устройство терморегуляции
Наружная температура, 0С	-30…+80
Поддерживаемая температура, 0С	+15…+30

Принцип действия:

Измерение геометрических показателей подката, основано на использовании электронно-оптических методов контроля. Измерение осуществляется с использованием принципа стереометрии.

Измерительная аппаратура и устройство терморегуляции размещаются на существующем мостике на отметке + 28 м над подающим рольгангом, в термокожухе. (Рисунок 1). Кабельные линии связывают измерительную аппаратуру с вычислительным комплексом и устройством визуализации на посту управления.

Рисунок 1 – Эскиз расположения измерительного оборудования

Измерительный стереомодуль построен на основе трех видеокамер и предназначен для получения двумерного изображения контуров объекта с компенсацией толщины. Изображение передается по интерфейсу Gigabit Ethernet в вычислительный комплекс, где производится расчет ширины подката и получение формы головной и хвостовой части.

Измеритель длины подката построен на основе линейной ПЗС камеры высокого разрешения. Измеритель длины имеет поле зрения 30 м на рольганге, что позволяет получать данные о длине и положении переднего и заднего концов подката. Данные от измерителя передаются в вычислительный комплекс по интерфейсу RS-485. Частота измерений составляет 1 кГц.

Пирометр служит для определения текущей температуры объекта. Пирометр реализует измерение температуры по методу спектрального отношения. Передача данных в вычислительный комплекс осуществляется по интерфейсу RS-485.

Для поддержания собственной температуры измерительной аппаратуры служит устройство терморегуляции. Оно установлено в термокожухе с аппаратурой. Устройство терморегуляции использует электрический способ охлаждения и нагрева, поэтому
не требует внешнего подвода воды или воздуха.

Вычислительный комплекс построен на основе промышленного компьютера производства Advantech. Программное обеспечение работает под управлением операционной системы Windows. Вычислительный комплекс получает данные от измерительной аппаратуры, производит расчет параметров в реальном времени и выдает результат расчета на устройство визуализации, расположенное на посту оператора.

В основе измерения геометрических параметров лежит информация полученная от измерительной аппаратуры, созданной на основе ПЗС сенсоров. ПЗС сенсоры используют собственное излучение нагретого металлического объекта измерений. Для обеспечения измерений используются два основных оптико-электронных модуля, это Измерительный стереомодуль и Измеритель длины.

Для измерения ширины и получения формы головной и хвостовой части раската Система использует Измерительный стереомодуль. Измерительный стереомодуль имеет в составе 2 линейных камеры с разрешением 5150 точек для реализации стереометрического метода измерения ширины объекта. Этот метод позволяет обеспечивать высокоточное измерение ширины вне зависимости от текущей толщины раската. Кроме того, в состав Измерительного стереомодуля входит матричная камера высокого разрешения (4000 х 2800 точек). Матричная камера позволяет получать изображения контура объекта, находящегося в рабочей зоне 3.5 х 5 м на рольганге. Изображения поступают в вычислительный комплекс, который на их основе производит расчет текущей ширины металла и определяет форму головной и хвостовой частей раската.

Для измерения длины раската используется Измеритель длины на основе линейной камеры с разрешением 10250 точек. Рабочая зона Измерителя длины составляет 30 м на рольганге, что позволяет проводить одномоментное измерение длины раската во всем диапазоне длин. Кроме того, Измеритель длины отслеживает положение раската на рольганге в случае, если объект не попадает целиком в поле зрения матричной камеры. На основе информации о текущем положении объекта производится объединение изображений, получаемых от матричной камеры и составляется полная карты геометрии раската.

Яркость свечения нагретого металла находится в зависимости от температуры металла. Для компенсации этой зависимости при расчете геометрических параметров объекта Система имеет в своем составе пирометр. Пирометр позволяет отслеживать текущую температуру металла и учитывать ее при дальнейшем расчете длины, ширины и формы раската.

Измерение геометрических размеров подката производится как при прямом движении прокатки так и при обратном (реверсивном).

После того как головная часть проката попадет в поле зрения матричной камеры происходит захват первого изображения (видимый размер области на уровне прокатки – 5 х 3,5 м). Далее система непрерывно производит захват изображений части проката находящегося под измерительной камерой (Рисунок 2). Для компенсации толщины подката, его перемещений в вертикальной плоскости используется стереомодуль, который непрерывно контролирует положение боковых кромок проката, одновременно с этим пирометр осуществляет контроль температуры проката для компенсации уровня светового излучения.

Рисунок 2 – Принцип объединения отдельных кадров

После полного прохождения проката в зоне измерительных камер, с помощью показаний измерителя длины, отдельные фрагменты проката объединяются в единый кадр (Рисунок 3) и производится полный расчет формы проката.

Рисунок 3 – Кадры после объединения

Отображение результатов измерений в режиме реального времени осуществляется на посту оператора с помощью программного обеспечения визуализации (Рисунок 4).