钢铁检验中试样智能化检验系统应用研究.pdf

图 1切割变形比较钢铁检验中试样智能化检验系统应用研究高生龙，徐嘉，闫早龙，周斌（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关735100）摘要：智能检验系统代替并优化人工检验的各个环节，覆盖了从试样接收到检验后试样存储的全过程，实现了镀层试样、薄板拉伸试样从激光加工到检验的全流程智能检验，降低了劳动强度，节省了检验时间，保证了检验结果的准确性和生产过程的本质化安全。关键词：解放双手；智能检验；人工检验中图分类号：TF11文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0044-030引言随着数字化人工智能技术的发展，钢铁检验室由单台设备的人工操作、半自动化、单体设备自动化逐渐向智能化检验时代迈进。在产能增加和差异化产品生产的情况下，检验试样、检验项目等越来越多和复杂，使用智能化检验技术可以降低劳动强度、提高生产检验效率和准确度，达到加强及规范检验管理、减少工作失误、堵塞各种漏洞，并且可以通过统计数据分析等方式提供专业的检验服务。1智能检验系统流程智能检验系统由样品自动扫描信息录入、自动上下料、自动激光切割、试样分拣、自动精加工、自动锌重检验、自动拉伸、自动运输、智能流程控制和安全防护等子系统组成。智能检验系统，实现对来样上下料、激光切割、试样精加工、拉伸检验、荧光检验的全程自动智能化控制以及对来样代码、加工指令、分析结果处置的信息化操作1。2系统主要组成样坯验收和信息录入，是在钢铁产品检验室中进行的首要程序。在普通的以人工操作为主的样坯批号、钢种、规格等手工填写、验证和录入的方式越来越不能适应高质量发展的快速检验要求，因此智能化系统自动扫码识别和记录的方式应运而生。由生产线生产的试样根据生产信息自动打印二维码并进行粘贴，专人将样坯送至检验室，检验室识别到样坯的二维码信息后，智能管控系统将样坯信息与实验室管理系统（LIMS）下发的检验信息相比较后验收样坯，信息一致后启动加工检验程序。通过采用该步骤，减少了人工在样坯上填写相关信息以及接收样坯后记录填写的步骤，每天送样 4次，节省人工处理时间每天约 2 h。试样自动贴码、扫码、填写验收记录环节的改进，积少成多节约的时间使检验室工作效率显著提升。传统的加工制样使用 15 台单体设备，包括试样加工设备、辅助器具等，需不同的操作人员独立操作，耗时费力，效率低下。智能检验系统建成自动上料系统、自动激光切割系统、试样分拣系统、自动精加工系统。自动上料系统保证试样在各加工工序间的快速流转。采用激光切割机切割薄板的热影响区不大于1 mm，而传统的剪板机剪切的变形区约约为一个试样的厚度，降低了加工量，提高了加工速度。采用全自动数控加工中心，使得样坯夹持、换刀自动完成，加工公差保持在0.1 mm 以内。单批次由 2 人试样加工约 1 h 变为 1 人监控下的无人化作业 20 min，效率提高约 67%，节省操作人员 1 人。激光切割的影响区与剪切制样的影响区。对于薄板采用激光切割热影响区约 0.1 mm、剪板机剪切影响区约 2.5 mm，加工量非常小时，节约了加工刀具，见图 1。为了比对冲床与激光切割机制作荧光试样对检测结果的影响，进行如下的比对实验。1）在带宽的方向取样，取样位置分别为带宽的左边部、左 1/4 处、右 1/4 处和右边部。2）剪板机切相邻的两条，位置为 18，其中位置收稿日期：2023-04-26第一作者简介：高生龙（1986），男，本科，毕业于北京科技大学，工程师，现从事冶金产品开发工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.0171-1激光切割1-2剪板机剪切试（实）验研究2023 年第 9 期表 1冲床制样与激光制样（不打号码）比对表1、6、3、8 用冲床制荧光试样，位置 2、5、4、7 用激光切割机制荧光试样（不打号码）。3）第一次分别用 X 荧光测量，并统计最大值、最小值、极差、平均值和标准偏差，验证镀层的均匀性和激光切割对试样的影响。4）第二次分别对这 8 个位置的试样在正面打号码后用 X 荧光测量，验证激光打号码对试样表面的影响。1 只制样，试样表面不用写号码的冲床制样与激光制样比对见表 1。图 2试验取样图序号部位正面结果背面结果冲床位置 冲床镀层质量/（g/m2）激光位置 激光镀层质量/（g/m2）冲床位置 冲床镀层质量/（g/m2）激光位置 激光镀层质量/（g/m2）1左边部1（冲）144.045（激）143.951（冲）142.125（激）142.182左 1/46（冲）135.682（激）141.816（冲）151.242（激）150.083右 1/43（冲）140.567（激）136.073（冲）150.487（激）149.294右边部8（冲）132.064（激）131.488（冲）144.244（激）151.59平均值138.09138.33147.02148.29图 2 和表 1 可以看出镀层板的同一位置的正面和反面使用冲床和激光切割的试样检测结果基本一致，使用冲床或激光切割对检测结果影响较小。镀层板的不同部位的冲床和激光切割试样检测结果差异，这是由全宽度镀层的不均匀性造成。正面未打号码与激光打号码后，冲床制样与激光制样比对见表 2。表 2 可以看出冲床和激光切割的同一样片在表面用激光打号码后检测结果基本不受影响，差值不大于 0.7 g/m2，相对偏差不大于 0.5%。经上述实验使用激光切割荧光试样不影响检测结果，可以使用。自动导航运输小车，实现无人驾驶。在智能管控系统的指引下，不需要人工引航就能将加工合格的试样沿预定的路线送至样品缓存台。通过 AGV 小车直接从机械加工到拉伸、荧光的智能化连接，达到了一桥飞架南北，天堑变通途的效果。拉伸试验机和荧光试验机具备与 AGV 小车具有试样交互能力，具备自动上样、试样信息复核和数据自动上传功能。荧光光谱仪拥有自动翻样检验功能，实现双面检验能力。自动运输、拉伸和荧光检验系统使得检验试样及时运输到试验机上实现 24 h 连续检验，还可以减少检验人员 1 人，大大提升了检验室运行效率。智能检验系统共配置 5 台六轴工业机器人，实现检验试样在各工位之间的流转，实现试样的自动上料、下料和转运。机器人的使用可大幅度降低制样检验作业的劳动强度，减少人工数量，既保证试样的检验效率，又降低安全作业风险。系统所选用的工业六轴机器人，在满足动作速度、作业精度的前提下，尽可能的采用国产机器人，支持企业发展。应用工业机器人与传统人工作业相比，机器人可以实现 24 h 操作，只需要一人进行看管，能够有效节约人力资源成本。另外，在工作量大、作业繁忙的工序使用工业机器人协作更能节省场地，使实验室的规划更加紧凑，不需要占用更多的土地资源。在传统人工作业的过程中，尽管有很多的规章制度，但是员工在执行的过程中很难杜绝员工执行不到位的现象，为检验质量和安全管理埋下隐患。工业机器人的使用，人工作业大量减少，可提高管理效率。智能控制系统进行全系统全流程控制，实现与实验室管理系统（LIMS）系统的通讯，试验信息的接收和表 2正面未打号码与激光打号码后冲床制样与激光制样比对表序号位置镀层质量/（g/m2）镀层质量差值/（g/m2）镀层质量相对偏差/%未打号激光打号11（冲）144.04144.63-0.59-0.41%26（冲）135.68135.660.020.01%33（冲）140.56140.490.070.05%48（冲）132.06132.53-0.47-0.35%55（激）143.95143.850.100.07%62（激）141.81141.320.490.35%77（激）136.07136.72-0.65-0.48%84（激）131.48131.300.180.14%左边部1（冲）2（激）3（冲）4（激）5（激）6（冲）8（冲）7（激）左 1/4右 1/4右边部钢带宽度方向钢带长度方向高生龙，等：钢铁检验中试样智能化检验系统应用研究45窑窑山西冶金E-mail:第 46 卷转发，根据信息生成试样流水号，完成试样登记。检验数据自动采集、传输，数据接入 LIMS 系统，智能控制系统有统计报表功能，如报警、加工量、检验量统计，实时跟踪加工检验过程等。控制系统内每个子系统既独立又可联动2。子系统设备均可以实现离线、单独自动加工检验和手动加工检验。整个系统安全可靠。保证人员及设备安全，安全互锁符合钢铁行业的本质化安全标准要求，各子系统预留一定的空间方便日常的维修。在科学技术发展的今天“无危则安，无损则全”的被动安全已经转向积极的预防措施上。全封闭的防护围栏采用铝合金框架、钢化玻璃式结构，安全栏侧围栏设有维护门，维护门上的安全锁与工作站的整个安全控制系统互锁，当维护门被非正常打开时，系统停止运行并报警，保证系统的安全运转。在采用安全防护围栏的同时，也采用 8 组视频实时监控，防止突然的、意外的事故发生。实验室内检查检验结果有效性是必不可少的步骤，优化检查检验结果有效性的控制流程、频次不仅可以有效保证检验的准确性，还可以减轻检验室人员工作量、提高工作效率。在确保检验结果有效性方面，根据设定的自动控制，因其可减少控制操作流程、降低出错概率而越来越受到重视。在智能化系统应用实施前，检验人员需要不停的在储存监控样位置和试验机之间走动，才完成检验室内的质量控制操作，不停的走动对检验人员体力的消耗无形中增加了操作人员出错的风险。智能化系统应用实施后，检验人员将监控样置于试样支架上，设定频次机器人自动抓取，然后自动检验线，系统就可以开始质量控制过程，大大优化了质量控制执行中的人工操作流程，不仅缩短了时间，而且使得样品检验不因质量控制操作而停止等待，节省等待时间，大大提升了检验室运行效率。为了保证检验结果的准确性和及时性，除了检验室必要质量控制，检验后的结果审核也是极为重要的。检验室报告审核人员不仅需要有丰富的材料物理知识积累，还需要掌握设备仪器性能以及各个检验项目之间检验的影响因素，是检验过程中对操作人员要求高、人员培养周期最长、最能表现检验能力的环节；同时，检验室实行全天 24 h 四班二运转运行、工作量大、检验结果的审核常常会让很多检验人员感到非常大的压力，或者因为人员能力的差异导致结果审核出现问题；检验报告的智能审核的实施，大大的提高了检验报告的审核效率，通过检验室设置的智能审核规则，智能控制系统建立了一套报告审核模型，把符合逻辑或审核规则的结果筛选出来，由系统直接发布结果；将不符合审核规则的结果通过自动报警提醒工作人员进行进一步的人工判断，一方面极大的减少了工作量，使工作人员的精力集中在分析异常结果上；另一方面，检验人员通过对异常结果的关注，也迅速提升了专业能力。制样后剩余样坯的归整以及检验后样品的存储是检验室内的最后一步，只有完成了剩余样品、试样存储，一个试样的检验过程才算完成。之前每个班需要花 1 h 进行归类和码垛，费时费力；现在通过智能化样本管理系统，将试样自动归类和样坯剩余部分自动归整打包，节省了人力，节约了检验时间。3结语智能检验系统解放了双手实现了智能检验，覆盖了从试样接收一直到检验后试样智能存储归档的全过程。将之前的试样接收、人工登记、试样加工、试样分拣、人工检验、结果审核、人工发布报告、人工取放试样、样品存储等检验步骤进行优化组合，实现镀层试样、薄板拉伸试样从激光加工到检验全自动智能检验，降低了劳动强度，节省了检验时间，保证了检验结果的准确性和生产过程的本质化安全。参考文献1王健安.金属学与热处理M.北京：机械工业出版社，1980.2张剑平.智能化检测系统及仪器M.北京：国防工业出版社，2009.（编辑：苗运平）Research on the Application of Intelligent Sample Inspection System in Steel InspectionGao Shenglong,Xu Jia,Yan Zaolong,Zhou Bin（Jiuquan Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Jiayuguan Gansu 735100,China）Abstract:The intelligent inspection system replaces and optimizes all aspects of manual inspection,covering the entire process from samplereception to sample storage after inspection.It achieves intelligent inspection of the entire process from laser processing to inspection forcoated samples and thin plate tensile samples,reducing labor intensity,saving inspection time,ensuring the accuracy of inspection resultsand the essential safety of the production process.Key words:hands liberation;intelligent inspection;manual inspection46窑窑