鋼材邊緣的即時 3D 雷射檢測

以每分鐘 350 公尺的速度進行檢測

當鋼帶以每分鐘 350 公尺的速度運行時，每一微米都至關重要。憑藉 AT Sensors CS 1280 3D 雷射輪廓儀的強大功能，阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）與 Selmatec 共同實施了一套智慧型在線檢測解決方案，該方案能即時偵測邊緣缺陷，提升產品品質，並在廢料產生前協助減少其發生。

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微米級精度，打造完美鋼邊

在鋼材加工領域，微米級的誤差便足以決定產品是成為廢料還是高品質產品。鋼帶邊緣的輕微損傷可能導致成形裂紋、生產中斷以及廢料率上升。阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）與系統整合商 Selmatec 及 AT Sensors 合作，開發出一套在線檢測解決方案，能在生產過程中以每分鐘高達 350 公尺的速度，自動且精確地掃描鋼板邊緣。

一把鈍化的刀片、以每分鐘 350 公尺的速度穿梭於修邊線的鋼帶，以及其品質將決定是否會產生尺寸偏差、生產中斷或廢料產生的鋼板邊緣：這些要求界定了阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）冷軋廠目前正在開發的應用方案的框架。該方案的重點在於生產過程中對鋼材邊緣進行自動化品質監測。

而這正是阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）、Selmatec Systems 以及 AT Sensors 匯聚專業技術之處。他們的共同目標是：開發一套穩健的在線解決方案，即使在高速生產下也能可靠地檢測邊緣缺陷，並即時將其通報給更高階的系統，從而顯著提升所謂「修邊」——即在鋼卷縱向分條過程中形成的邊緣——的品質。

即時偵測邊緣缺陷

減少生產廢料

可靠的 3D 檢測，最高速度可達 350 公尺/分鐘

更高的製程穩定性

最大限度地提高刀片利用率

最佳化刀具使用壽命

挑戰：速度、穩定性、精準度

然而，挑戰不僅在於缺陷檢測本身。每分鐘高達 350 公尺的生產速度，對感測器技術、資料擷取及資料處理提出了極高的要求。同時，無論材料特性或環境條件如何，測量資料都必須具備可靠性和可重複性。尤其是傳統的相機式解決方案，由於高度依賴照明條件，在此往往會遇到瓶頸。因此，最終決定採用 AT Sensors 的 3D 雷射三角測量解決方案。「我們與 AT Sensors 已合作多年。對我們而言，最大的優勢在於雙方在工程領域擁有極為相似的思維與工作方式，這使我們作為系統整合商，能成為 AT 3D 雷射輪廓感測器與終端客戶 ArcelorMittal 之間最理想的橋樑。簡單來說，這意味著我們能最精準地轉譯鋼鐵製造商的需求與要求。正如本次的鋼板邊緣檢測專案所示，」SELMATEC執行長Michael Selent解釋道。

阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）的應用工程師格里特·施羅德（Gerrit Schröder）補充道：「鑑於鋼帶的循環速率極高，傳統的 2D 攝影機系統作用有限：因振動導致的光線變化、金屬表面的反射，以及材料性質的變化，都會造成測量結果不穩定。對於品質控制而言，真正關鍵的是邊緣的三維幾何形狀——也就是輪廓、毛邊形成、切口深度以及邊緣均勻度。這些參數唯有透過真正的 3D 測量才能可靠地捕捉。」

對感測器的要求也相應地十分嚴苛：必須具備高輪廓測量速率，才能在最高速度下實現無縫檢測；需具備足夠的橫向解析度，以偵測相關的邊緣缺陷；並能在廣泛的表面特性範圍內（從光面軋製鋼材到氧化鋼材）提供穩定的測量數據。此外，還需應對嚴苛的工業環境：在冷軋機中，振動、粉塵、氧化皮以及溫度波動並非特例，而是常態。

AT 感測器：C6-1280CS23，適用於高速掃描

基於上述需求，AT Sensors Selmatec 建議在此應用中採用 C6-1280CS23-29 GigE 3D 雷射輪廓感測器，該感測器屬於 3R 級雷射，雷射波長為 405 奈米。其採用的藍色雷射技術能特別精確地偵測細微邊緣結構，即使在高反射性的金屬表面上，也能提供穩定的測量結果。

該感測器採用雷射三角測量原理運作：由 CMOS 感測器從特定視角捕捉投射出的雷射光線，並將其轉換為帶材邊緣的高解析度 3D 輪廓圖。憑藉每條輪廓 1,280 個測量點、X 軸解析度 21.9 µm 及 Z 軸解析度 0.7 µm，加上最高 174 kHz 的輪廓擷取速率與 28 mm 的視野範圍，即使是最微小的幾何偏差、毛邊或撕裂，也能被可靠地偵測出來。

除了具備高測量速率外，此解決方案還擁有另一項關鍵優勢：憑藉 AT Sensors 的模組化感測器產品組合，可根據具體應用需求精確調整視野範圍。此外，智慧型評估功能能確保即使在嚴苛的生產環境下，仍能獲得穩定且可重複的測量數據。

「鋼鐵產業正面臨日益嚴格的品質要求：公差規格更為嚴格、對表面品質與輪廓精度的要求不斷提高，以及實現零瑕疵生產的壓力與日俱增。因此，無縫且能與生產線整合的品質控制系統已不可或缺，而這正是 AT Sensors 發揮作用之處，」AT Sensors 銷售經理 Athinodoros Klipfel 博士（工程學）解釋道。「鋼鐵產業是我們最重要的重點市場之一。正因如此，我們正針對該產業的需求專門開發感測器技術，並能精準地將感測器調整以適應各應用場景，同時不影響交期或成本效益。」

在刀具監測方面還帶來了另一項好處：若用於切割鋼捲的刀片鋒利度下降，邊緣品質便會逐漸惡化。透過持續監測，首次能夠精確判定更換刀片的最佳時機，從而避免不必要的維護措施以及品質損失。對阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）而言，這意味著更高的製程穩定性、更少的廢料，以及終端產品始終如一的高品質。

「這項技術的創新之處在於，能夠即時且有效地評估這種堅固、精確且快速的 3D 雷射三角測量技術，並透過 OPC-UA、ProfiNet 或 Modbus 等標準介面，將缺陷標記訊號傳輸至更高階的控制系統，」SELMATEC 總經理 Michael Selent 如此描述該專案的核心任務。這種直接整合至生產控制系統的機制至關重要，能確保依據測量數據採取相應操作，例如在刀刃品質跌破公差範圍之前，及時更換刀片。

內嵌式邊緣檢測系統的運作原理

這套邊緣檢測系統已整合至阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）冷軋機的一段產線中。當鋼帶持續通過剪切線時，雷射輪廓感測器會持續擷取鋼帶邊緣的高解析度 3D 輪廓。由 SELMATEC 開發的軟體會立即分析這些幾何數據，並即時偵測異常或缺陷。

測量結果會透過 OPC-UA、Profinet 或 Modbus 等標準介面傳輸至更高階的控制系統，並可在該處立即進行處理。系統可自動標記缺陷位置，或針對性地調整製程參數。這不僅實現了純粹的品質控制，更達到了主動的製程監控。

此外，對所有測量數據進行全面記錄，為製程分析開闢了新契機：葉片的邊緣輪廓在使用壽命期間會如何變化？在哪些製程參數下，特定缺陷模式會更頻繁地出現？此類數據正是推動整個修邊製程進行數據驅動式優化的基礎。

結論

阿塞洛米塔爾不來梅（ArcelorMittal Bremen）開發的自動化鋼邊檢測系統，充分展現了現代 3D 測量技術在當今鋼鐵產業的製程與品質保證方面所能發揮的作用。 AT Sensors 推出的 C6-1280CS23-29 GigE 3D 雷射輪廓感測器，為在最高達 350 公尺/分鐘的帶鋼速度下進行穩健的線上檢測奠定了基礎。SELMATEC 則透過系統整合、即時評估以及與工業控制介面的連接功能，為此解決方案提供完善支援。

與此同時，該專案也凸顯出，高精度 3D 雷射輪廓測量技術已不再僅限於電子或汽車產業。特別是在重工業領域，即時處理能力、可重複的測量數據以及無縫的製程監控正變得日益重要。

能夠在生產過程中可靠監控帶材邊緣品質的企業，不僅能減少廢料、優化模具使用，更能為建立完整的品質文件奠定基礎。這正是這項技術的真正價值所在：更強的製程控制能力、更穩定的生產流程，以及始終如一的高品質終端產品。