摘要：线材是热轧且轧制速度快的轧材，为了更好的控制其质量，实现高精度的生产，需要自动在线检测，本文主要介绍了轧制中线材的自动无损检测设备的研发。
关键词： 线材；无损检测；测径仪
引言
线材是工程结构、机械零件制造的主要用材，其品种规格多、应用广泛，约占我国钢产量的10%。由于现代制造业和建筑业对线材的质量要求愈来愈高，尤其是铁路桥梁、大跨度斜拉桥、 核工业建筑、大型建筑结构所用的高强度预应力钢筋、钢绞线以及大量用于汽车工业、机械行业的各类专用钢丝的原材料等。目前对于优质线材我国仍需大量进口，其原因主要在于质量可靠性方面的差距，而有效的无损检测恰是解决此问题的重要手段之一。因此，对于重要应用目的的高速线材进行无损检测（NDT）是非常必要的。
另外，以在线检测的方式，即在高温状态下的轧制过程中，及时获取线材的质量信息，可及时地发现生产过程中产生的缺陷、并及时合理调整和改善轧钢工艺，对确保线材产品质量和节约能源具有重要的价值。目前线材在线NDT已是国际上非常关注并致力于研究的重要的前沿技术课题，也处我国急需发展的检测技术之一。
在生产工程中对线材直径进行在线检测，可随时发现问题并对系统进行调节，提高产品的产量和质量，CCD线材直径自动在线检测系统以线阵CCD为几何尺寸敏感元件, 用工控机对数据进行处理并实时显示测量结果。
1、测量原理
发射镜头内置一个点光源，点光源发出的光通过透镜系统（即镜片组）后形成准直平行光视场。准直平行光直接射向接收镜头，经过接收镜头内的透镜系统后聚焦，通过位于焦点位置的光阑小孔后在CCD芯片上成像。当视场中通过被测物时，被测物遮挡的部位将在CCD上出现一个边界清晰的阴影。CCD芯片是测头部件中的光电转换元件，它可以将接收到的光信号转换成电信号。电信号由信号采集电路接收、放大，再进行数字化处理后向上位机传输。
如上图所示，检测系统包括准直光源系统、被测物体、成像系统、CCD及后级的信号处理显示系统。自透镜焦点上光源发出的光线经透镜折射后成为平行光，照射位于光场内的被测物，线材经成像系统成像于CCD感光面上，CCD输出反映其感光面上光强变化的电压波形，如图2（a）所示，像所在位置输出波形为高电平，代表物体边缘的点称为边缘特征点。可以证明，边缘特征点处信号斜率最大。对CCD输出信号进行微分、边缘特征点变为两个极值点，如图2(b)所示。为便于后级电路进行信号处理，用第二次微分将边缘特征点转变为过零点，如阁2（c）所示。用过零比较器将过零点转变为方波脉冲的前沿或后沿，再用简单的数字电路将两个边缘特征点变为代表被测物宽度的方波脉冲，如图2(d)所示。设高电平宽度为T，被测物直径为D，则：
D=K×T
式中K为比例系数，用高频晶振脉冲测量高电平脉冲宽度T，就可以直接求得被测直径D。
以上即为一个方向上的外径尺寸检测原理，也是线材测径仪的基本测量原理，以单组光电测头为基础，线材测径仪即采用八组测头进行全方位的检测线材直径尺寸，8组测头的16个镜头在主盘体的圆周上均匀分布，所以轧材的每一个测量截面可以测量出均匀分布的8个方向的直径尺寸，基本可以反映轧材的真实截面尺寸。这样可以实现高精度的外径尺寸在线检测，并且是全方位的外径尺寸检测，可检测出缺陷信息，为线材的轧制中检测质量提供巨大的便利，除了基本的外径尺寸检测，还可以高精度的检测椭圆度信息，线材测径仪利用光电测量原理进行实时检测，是适应现代化的无损检测设备，同时，为质量检测带来了巨大的便利。
2、线材测径仪
线材测径仪采用光电测量系统和固定八组测头方式，对通过的轧材外轮廓几何尺寸进行在线实时测量。测量结果通过光缆传输到主操作室的上位机，并在液晶显示器和现场LED屏上同步显示。测量数据可保存，可查询，超差时可报警，及时精确的反映测量轧件的尺寸变化，能够检测轧制过程中产生的各种常见缺陷（耳子、错面等）及超差报警，根据检测有效的指导轧机及轧辊的调整，并明确标示不合格品位置，指导不合格品挑拣，对测量的数据能够进行统计和分析。
3、主要检测内容及指标
3.1、显示内容
主控室LCD显示器：轧材外轮廓尺寸及截面图、公差带及超差数，尺寸波动趋势预报，缺陷分析曲线，圆钢截面的最大/最小直径、椭圆度、面积，各路测头的分项测量值。
现场LED显示屏：现场显示圆钢测量的最大/最小直径、椭圆度、设备运行状态。显示频率1-3次/秒。
3.2、软件功能
产品参数设置：可设置产品规格、正负公差、材料密度等参数；
系统参数设置：可设置故障通道、通信端口、冷热系数、系统的校准等；
数据存储：数据记录，存储时间大于1年；历史数据查询，可查询某一时刻的尺寸，时间精确到秒。
报警设置：可设置超差、超温报警的形式和阈值；
缺陷判断功能：可根据超差数据的类型和连续性判断 “耳子”、“错辊”、“缺肉”等的缺陷类型及缺陷位置；
校准功能：测量误差过大时，放入标准量块校准或手工填入修正系数即可恢复精度；
可提供服务于外部的数据库存储功能：测量数据存入数据库，方便使用方根据自身的要求进行数据提取、分析、统计、计算等。
3.3、报警功能
超差报警：主控室相关数据颜色警示及蜂鸣器声音报警；现场LED显示屏数据颜色及状态显示报警。
超温报警：主控室报警灯发光报警；现场LED显示屏状态显示报警。
3.4、通信接口
TCP/IP协议，光缆传输，测径仪至主控机。
TCP/IP协议，光缆传输，主控机至现场LED屏。
3.5、系统防护
抗电磁干扰；防高温、防粉尘的保护措施。
4、测径仪检验
4.1、静态检验
目的：在“离线”状态下，对设备的测量精度进行考核。
条件：测径仪的正常工作条件下。
量块：选用￠16、32、45、60mm量块，量块精度为：±0.002mm
方法：分别将各规格标准量块放入测量区进行测量。 将其测量值与量块的标称值进行比照。
若比照的数据在规定的测量允许偏差范围内，静态验收通过。
4.2、动态检验
目的：在正常过钢状态下，对设备的测量允许偏差进行考核。
量具：千分尺（计量有效期内，允许偏差为±0.01mm）。
测件：成品轧材对测量数据选取的规定：
△ 使用量具测量时，应排除因表面粗糙而引入的偏差。
△ 轧材氧化铁皮、表面不连续或其它缺陷引起的测量异常值，应视为无效数据。
方法：选取四种不同规格的样品，每一取样点重复测量30个数据进行手工测量并记录。每个规格连续工作6小时内随机抽取6根样品，将手工测量数据与其对应的测径仪测量数据分别计算，去掉各自的最大值和最小值，取其算术平均值进行比照。
评价：当比照的数据在规定的允许偏差范围内时，热态验收视为通过。
结语
线材测径仪应用于线材的自动化检测当中，并且属于现代化的无损检测（NDT），通过检验测径仪及使用情况来看，测径仪使用后，线材的质量大幅度提高，并且明显的合格率增加，废品、不合格品降低，降低的原材料的浪费，同时线材测径仪使用方便，安装于生产线上即进行自动检测，在检测的线材不合格时，及时超差报警，便于及时处理，控制生产状态，为线材生产带来了便利的同时，提升了生产效率。
本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写
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