专利名称：用于检测轧制产品形状缺陷的方法及相关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线检测轧制产品断面形状缺陷的方法。
本发明还涉及一种能检测上述形状缺陷的相关装置。
在以下说明中，轧制产品还应该包括从相似或类似工艺加工，例如拉拨或挤出生产出的产品。
另外，即使本发明优选地应用于具有一圆的公称断面或类似的产品，它还可以应用于不同断面的产品，例如，多边形、星形、三波瓣(叶瓣)形或其他。
本发明有利地，尽管不是排他地，应用于制钢工业以获得对产自至少一轧制、拉拨或挤出步骤的棒材或线材的断面形状缺陷的自动在线检测。更准确地，本发明优选地应用于生产长条产品的热轧工厂生产线。
为检测形状缺陷，现有技术采用旋转式光学传感器(检测器)，这些传感器适于绕加工中的轧制产品旋转，并适于确定椭圆形状、局部起伏(弯曲)或其他类型的变形或缺陷的存在。
然而，使用这些传感器已表明并非完全有效，因为，由于产品一边前进一边绕其本身的轴旋转，旋转传感器经常只能检测到缺陷的存在(entity，或称存在的事实)，而不能检测到断面形状中的缺陷类型(属性)，因而不能精确地识别该缺陷的类型。
不能识别缺陷类型就不能确定出上述缺陷的原因，例如，轧制辊的不正确对齐(对中)、在其公称设计值之上或之下的闭合(合拢，closure)、或轧制、拉拨或挤出设备的磨损或损坏，并因此无法进行所需的修正以恢复更适合的加工条件。
另外，为了消除该缺点，现有技术已求助于复杂设备，这些设备从不同点采用多个探测器和采用三角测量技术，以推导出所发现的缺陷的类型。然而，这种设备对工厂而言十分昂贵而麻烦，所以经常是不经济的，并且不能用于所有工厂。
本申请人设计并实现了本发明，以克服现有技术的上述缺点，并获得进一步的优点。
本发明的目的在于能够采用一相对简单的装置识别加工中的产品，尤其是一轧制金属产品，的断面形状中的缺陷的类型，以及确定该缺陷的存在。该装置不需要昂贵的设备以及复杂的处理和计算方法，并且基本上可以在任何类型的工厂中安装。
根据这一目的，根据本发明的装置包括用于当被分析产品由至少一束光照射时，测量该产品所投阴影(影子)的尺寸的装置；实现针对该产品的至少一个具体的(特定的)尺寸区域的尺寸的展开(发展)的图形表示的装置；和这样一个装置，它能将上述图形表示与多个图形表示进行比较，该多个图形表示中的每一个体现该产品的一个具体(特定)形状缺陷的特征，以识别所发现的缺陷或缺陷的组合，确定出与所检测到的图形表示最相似的图形表示。
换句话说，根据本发明的装置适于提供一个所检测到的图形表示与多个参照(基准)图形表示之间的相似性指标，其中前者(即检测到的图形表示)是根据在该产品上形成的一个阴影的具体测量而检测的；后者(即参照图形)是根据取决于工厂(设备)类型和所考虑的加工类型而可以发现的该产品的典型的形状缺陷的知识而建立的。
每一图形表示体现一个典型缺陷的与缺陷类型和存在两者有关的特征，或者体现当两或多个可同时发生在该产品上的缺陷被叠加时所产生的一个典型的缺陷组合的特征。
在一优选的实施例中，所采用的阴影的展开的图形表示由随着所考虑的中心角的变化而确定出的该产品直径的展开的极坐标图组成。
根据本优选实施例，测量上述阴影的尺寸的装置，包括一个能绕其本身的轴旋转的测量仪，以便在所考虑的该产品的至少一具体的角度区域上建立阴影尺寸的极坐标展开。
根据一个变型，每一检测包括在至少两个区域上所作的至少一个检查，该两区域相对该产品的中心相对且对称地分布，以便能通过测量仪在限制到被观测产品的一个减小的角度范围内的旋转，来识别缺陷或缺陷组合的类型。
因此，根据本发明的方法提供了一个建立和记忆(存储)多个函数族的初步步骤。每一函数族能够描述相关的多个可能的缺陷或缺陷的组合的类型。这些缺陷可以发现于与在该产品上进行的加工有关的所观测的该产品上的一个具体的角度区域中。对加工中的产品上的阴影的尺寸进行测量，并建立相应的极坐标图；根据一个变型，对该极坐标图合适地过滤(滤整)并预处理，例如正规化(规范化)，以使该极坐标图不受所观测产品的尺寸变化的影响。
然后比较极坐标图和预记忆的(预存的)函数，以确定出与通过该检测所获得的图形最相似的一个函数。根据该最相似函数的确定，本方法能对该产品断面上缺陷的类型进行分类，并还能确定其存在；针对所考虑的每一族缺陷的函数数量越多，近似程度就越大。
根据一个变型，本发明还提供对所得到的结果做逆(反)处理的一个步骤，例如，一个反正规化处理。
附图简介本发明的这些与其他特点将从下面参照附图进行介绍的作为非限制性例子的优选实施例的描述中变得十分清楚，其中
图1a、1b和1c示出了三个在断面形状中的可能的缺陷情形，以及随着中心角变化时直径的展开的相关极坐标图(极线图)；图2示出了与图1b情形相关的极坐标图，该极坐标图限制于具有该缺陷的角度区域中；图3示出了用作比较函数的一族曲线，以鉴别与图1b中情形相关的形状缺陷；图4示出了一根据本发明的装置的流程图。
在这种给定的轧辊布置下，由于轧辊的不精确对齐、不正确闭合、磨损或缺点而造成的缺陷(分别以11a、11b和11c表示这三种情形)在产品10的周边对称地重复出现。上述典型缺陷分别对应于过满(图1a)、未充满(图1b)和误定中(偏移)(图1c)的情形。
根据本发明的装置包括至少一个可以发射朝向产品10并聚焦在无限远处的一束光线的组件，和一个在由上述光束照射时可以测量该产品所投阴影的组件，这一组件是基本上常规类型而未在此详细示出。
在图4中示意地示出的装置20中，以参照标号12表示的测量阴影的组件，适于绕其自身轴旋转一定角度，以使得与测量组件12关联的处理和计算装置13能建立随所考虑的中心角度变化的尺寸的极坐标图。更准确地说，在这种情况下，极坐标图代表根据测量仪的角度位置的产品10的直径“d”的变化的展开。
如图1a-1c所示，在本特定情形下，检查可局限于两个分别由AB和CD代表的角度区域(扇形区)，该两个区域相对于产品10的公称中心O对称分布，并限定了一个大约60°的中心角；实际上，在给定的所考虑的轧制设备的类型的情况下，可以肯定的是在至少一个上述区域中将存在待要检测的缺陷11a、11b和11c。
显然，随设备类型的变化，除所要分析的产品10的类型和形状以外，还有根据本发明的测量装置的使用与管理的参数也将发生变化。
如图1a-1c中所示，每一典型缺陷11a-11c由一具体的极坐标图以相关曲线的独特和特征性的展开而限定。
另外，当要在加工中的轧制产品10中同时发现两或多个缺陷的组合时，相关极坐标图将由一独特和特征性的展开来表征。
如果我们将检查限制到断面的一个减小的区域上，在该情形下为120°到180°，并以图1b中所示的缺陷(未充满)为例，则处理和计算装置13可以建立并代表在所考虑的角度区域中所发现的缺陷类型的典型而单一(单义)的极坐标图(图2)。
在由阴影测量组件12提供的数据经过上述处理与计算装置过滤(滤整)并预处理，例如正规化，之后，制成图形表示，以减少产品10的断面形状和尺寸对测量造成的影响。
本发明通过一函数发生器14提供了一初始步骤，用于建立由图4中的f1(Φ，K)，......，fn(Φ，K)表示的多个函数族。上述每一族函数可以描述并分类在所考虑的角度区域Φ0-Φ1中的产品10的断面形状的“n”个可能类型的缺陷或缺陷组合。
针对所考虑的具体类型的缺陷的不同和可变的存在，K通常代表确定出在相关族中的一个具体函数的参数的向量。
在此处所考虑的如图1b所示的未充满缺陷的情况下，图3示出了描述随其存在变化的该缺陷类型的一族正规化曲线(函数)。
然后，在一适当的相关组件15中，将由处理和计算装置13基于阴影的测量而建立的正规化极坐标图与由生成器14建立的函数族进行比较。
可以通过一适当的计算单元16提供并实行一参数化步骤，以便根据与标准化并预记忆的函数匹配并可比的测量建立图形。
相关组件15适于确定出曲线之间的最大相关程度，该最大相关程度是当来自测量组件12的数据和由生成器14生成的一输入函数间具有最大相关性时获得的。根据具有最大相似性程度的函数所属的族，装置20能在生产过程中对在所分类的“n”种缺陷中发现的缺陷类型进行分类。
另外，如果具有最大相似性的函数属于描述两或多个缺陷的组合的一族，则相关组件15适于进行多个比较顺序循环，以识别所存在的两或多个类型缺陷的相对关联，以便确定所发现的每一个缺陷的存在。
还可以对所获得的结果进行反正规化的逆处理。
由于对产品中出现的缺陷的类型和存在进行了识别，从而装置10能进行修正操作以恢复最适当的加工条件。
然而，很显然，可以对至此所述的检测形状缺陷的方法和装置的组成进行修正和/或附加，而不会脱离本发明的领域和范围。
权利要求
1.一种用于检测产品(10)的断面形状的缺陷(11a、11b和11c)的方法，其特征在于，它提供了-一个建立并记忆多个函数族的步骤，每一族可以描述一个相关类型的缺陷(11a、11b和11c)或缺陷的组合，这些缺陷可发现于与在上述产品(10)上进行的加工有关的所观测的产品(10)中；-一个在当上述产品(10)被至少一束光照射时对由上述产品(10)所投阴影进行尺寸测量的步骤；-一个对于上述产品(10)的至少一个具体尺寸区域，建立与上述阴影的上述尺寸的展开有关的图形表示的步骤，和-一个这样的步骤，它用于比较上述图形表示和上述记忆的函数，以确定出最类似于由上述检测获得的图形表示的函数，以便对上述产品(10)的上述断面中出现的缺陷(11a、11b和11c)的类型进行分类和确定其存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述图形表示是随中心角度变化的上述产品(10)的公称直径(“d”)的展开的极坐标图。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，它提供了至少一个这样步骤，它用于在与上述记忆的函数比较之前，对由上述阴影的尺寸测量所获得的数据进行正规化。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，上述阴影的尺寸测量步骤是通过检查上述产品(10)的至少一个角度区域而进行的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，上述阴影的尺寸测量步骤是通过检查相对于上述产品(10)的中心(O)的至少两个相对并对称的区域而进行的。
6.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在确定出缺陷的组合的类型之后，本方法提供一比较顺序循环，以获得对上述产品(10)中所发现的各个缺陷(11a、11b和11c)的存在的信息。
7.一种用于检测产品(10)的断面形状的缺陷(11a、11b和11c)的装置，其特征在于，它包括能在上述产品(10)被至少一束光照射时测量该产品的所投阴影尺寸的测量装置(12)；能针对上述产品(10)的至少一个具体尺寸区域对上述尺寸的展开制作一个图形表示的装置(13)；和这样一个装置(15)，它能将上述图形表示与多个图形表示进行比较，上述多个图形表示中的每一个体现上述产品(10)的断面形状的一个具体缺陷(11a、11b和11c)或一个这些缺陷的组合的特征，以便通过确定出与所检测到的图形表示最相似的图形表示而识别所发现的缺陷。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，体现一个具体缺陷(11a、11b和11c)的特征的上述图形表示是由能建立并记忆多个函数f1(Φ，K)，......，fn(Φ，K)的函数生成装置(14)获得的，其中每一函数能根据类型和存在来描述并分类上述产品(10)的一个具体尺寸区域的断面形状的一个可能的缺陷或缺陷的组合。
9.根据权利要求7的装置，其特征在于，上述能测量阴影尺寸的测量装置(12)包括至少一个聚焦于无限远处的光束发射器，和一个能绕自身轴进行角度旋转的测量仪。
10.根据权利要求7-9中任一项的装置，其特征在于，它包括一个与上述测量装置(12)关联的处理和计算装置(13)，此装置能对由述测量组件(12)提供的数据进行处理并进行至少一次正规化处理。
11.根据权利要求7-10中任一项的装置，其特征在于，它包括一个能对数据进行参数化的计算单元(16)，以根据与上述函数生成器(14)建立的预记忆函数匹配的测量制作出图形。
全文摘要
一种检测产品(10)的断面形状的缺陷(11a、11b和11c)的方法和装置，其中提供以下步骤一个建立并记忆多个函数族的步骤，每一族描述一个相关类型的缺陷或缺陷的组合，这些缺陷可发现于与在上述产品上进行的加工有关的所观测的产品中；一个当上述产品被至少一束光照射时对由上述产品所投阴影进行尺寸测量的步骤；一个对于上述产品的一个具体尺寸区域，建立与上述阴影的尺寸的展开有关的图形表示的步骤；和一个这样的步骤，它用于比较上述图形表示和上述记忆的函数，以确定出最类似于由上述检测获得的图形表示的函数，以便对上述产品的上述断面中出现的缺陷(11a、11b和11c)的类型进行分类和确定其存在。
文档编号G01B11/24GK1433854SQ0310071
公开日2003年8月6日 申请日期2003年1月21日 优先权日2002年1月21日
发明者L·恰尼 申请人:丹尼利自动化股份公司