钢材边缘的实时3D激光检测

以每分钟350米的速度进行检测

当钢带以每分钟350米的速度运行时，每一微米都至关重要。借助AT Sensors CS 1280 3D激光轮廓仪，安赛乐米塔尔不来梅公司与Selmatec共同实施了一套智能在线检测解决方案，该方案能够实时检测边缘缺陷，从而提升产品质量，并在废品产生前有效减少其发生。

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微米级精度，打造完美的钢边

在钢铁加工领域，微米级的误差就决定了产品是废品还是高品质产品。钢带边缘的轻微损伤可能导致成形裂纹、生产中断以及废品率上升。阿赛洛米塔尔不来梅公司与系统集成商Selmatec及AT Sensors合作，开发了一套在线检测解决方案，该方案能在生产过程中以每分钟高达350米的速度自动、精确地扫描钢板边缘。

一把钝了的刀片、一条以每分钟350米的速度在修边线上运行的钢带，以及一条其质量将决定是否会出现尺寸偏差、生产中断或废品的钢板边缘：这些要求构成了安赛乐米塔尔不来梅冷轧厂目前正在开发的一项应用的框架。该应用的重点在于生产过程中对钢板边缘进行自动质量监测。

而这正是安赛乐米塔尔不来梅、Selmatec Systems 和 AT Sensors 汇集各自专业知识的领域。他们的共同目标是：开发一套可靠的在线解决方案，即使在高速生产条件下也能准确检测边缘缺陷，并实时将检测结果上报至上级系统，从而显著提升所谓“修边”——即卷材分条过程中产生的边缘——的质量。

实时检测边缘缺陷

减少生产废料

可靠的三维检测，检测速度高达350米/分钟

更高的工艺稳定性

最大限度地提高刀片利用率

优化刀具寿命

挑战：速度、鲁棒性、精度

然而，挑战并不只在于缺陷检测本身。高达每分钟350米的生产速度对传感器技术、数据采集和数据处理提出了极高要求。与此同时，无论材料特性或环境条件如何，测量数据都必须可靠且可重复。尤其是传统的基于摄像头的方案，往往在此处达到极限，因为它们极度依赖光照条件。因此，最终决定采用AT Sensors提供的3D激光三角测量解决方案。“我们与AT Sensors合作已有数年。对我们而言，双方在工程设计方面拥有极为相似的思维方式和工作方法，这带来了显著优势——作为系统集成商，我们能够成为AT的3D激光轮廓传感器与终端客户安赛乐米塔尔之间的最佳桥梁。通俗来说，这意味着我们能够精准传达钢厂的要求与需求。正如本次钢板边缘检测项目所示，”SELMATEC首席执行官Michael Selent解释道。

安赛乐米塔尔不来梅公司的应用工程师格里特·施罗德补充道：“鉴于钢带的高运行速度，传统的2D摄像系统作用有限：振动导致的光线变化、金属表面的反射以及材料性能的波动都会导致测量结果不稳定。对于质量控制而言，真正重要的是边缘的三维几何形状——即轮廓、毛刺形成、切口深度以及边缘均匀性。这些参数只能通过真正的3D测量才能可靠地捕捉。”

对传感器的要求也相应地十分严苛：必须具备高采样率，才能在最高速度下实现无缝检测；必须具备足够的横向分辨率，才能检测到相关的边缘缺陷；并且必须在从光亮轧制钢到氧化钢等各种表面特性条件下，都能稳定地输出测量数据。此外，还需应对严苛的工业环境：在冷轧机中，振动、粉尘、氧化皮和温度波动并非特例，而是常态。

AT传感器：C6-1280CS23，适用于高速扫描

基于这些要求，AT Sensors Selmatec 建议在此应用中采用 C6-1280CS23-29 GigE 3D 激光轮廓传感器，该传感器属于 3R 类激光器，激光波长为 405 纳米。所采用的蓝光激光技术能够特别精确地检测细微边缘结构，即使在高反射金属表面上也能提供稳定的测量结果。

该传感器基于激光三角测量原理工作：从预设视角投射出的激光线被CMOS传感器捕获，并转换为带钢边缘的高分辨率3D轮廓。凭借每条轮廓1,280个测量点、21.9 µm的X轴分辨率和0.7 µm的Z轴分辨率，以及高达174 kHz的轮廓采集速率和28 mm的视场，即使是最微小的几何偏差、毛刺或撕裂也能被可靠地检测出来。

除了高测量速率外，该解决方案还具备另一项决定性优势：得益于 AT Sensors 的模块化传感器产品组合，视场范围可根据具体应用进行精准调整。此外，智能评估功能确保即使在严苛的生产条件下，也能获得稳定且可重复的测量数据。

“钢铁行业面临着日益严苛的质量要求：公差规格更严格，对表面质量和轮廓精度的要求不断提高，以及实现零缺陷生产的压力与日俱增。因此，无缝、可在线进行的质量控制必不可少，而这正是 AT Sensors 发挥作用的地方，”AT Sensors 销售经理 Athinodoros Klipfel 博士（工学）解释道。 “钢铁行业是我们最重要的重点市场之一。正因如此，我们专门针对该行业的需求开发传感器技术，能够精准地将传感器适配于具体应用场景，同时确保不影响交货周期或成本效益。”

在刀具监测方面还带来了一项额外优势：如果用于切割卷材的刀片变钝，边缘质量会逐渐下降。通过持续监测，首次能够精确确定更换刀片的最佳时机，从而避免不必要的维护措施以及质量损失。对于阿赛洛米塔尔不来梅公司而言，这意味着更高的工艺稳定性、更少的废品率以及始终如一的高品质最终产品。

“这项技术的创新之处在于，能够对这种稳健、精确且快速的3D激光三角测量进行有意义的实时评估，并通过OPC-UA、ProfiNet或Modbus等标准接口，将缺陷标记信号传输至上级控制系统，”SELMATEC总经理Michael Selent在描述该项目核心任务时说道。这种与生产控制系统的直接集成至关重要，它能确保根据测量数据采取相应的操作措施，例如在刀刃质量降至公差范围以下之前及时更换刀片。

在线边缘检测系统的工作原理

该边缘检测系统已集成于安赛乐米塔尔不来梅冷轧厂的一条生产线中。当钢带连续通过剪切线时，激光轮廓传感器会持续采集钢带边缘的高分辨率三维轮廓。由SELMATEC开发的软件会立即分析这些几何数据，并实时检测异常或缺陷。

这些结果通过 OPC-UA、Profinet 或 Modbus 等标准接口传输至上级控制系统，并在那里立即进行处理。系统可自动标记缺陷位置，或针对性地调整工艺参数。这不仅实现了纯粹的质量控制，还实现了主动的工艺监控。

此外，对所有测量数据进行全面记录，为工艺分析开辟了新的可能性：叶片的边缘轮廓在使用寿命期间会发生怎样的变化？在哪些工艺参数下，某些缺陷模式会出现得更频繁？此类数据为整个修边工艺的数据驱动优化奠定了基础。

结论

安赛乐米塔尔不来梅公司开发的自动化钢带边缘检测系统，生动地展示了现代3D测量技术在当今钢铁行业工艺控制和质量保证方面所能发挥的作用。 AT Sensors 推出的 C6-1280CS23-29 GigE 3D 激光轮廓传感器，为带钢速度高达 350 米/分钟的可靠在线检测奠定了基础。SELMATEC 通过系统集成、实时评估以及与工业控制接口的连接，为该解决方案提供了全面支持。

与此同时，该项目也表明，高精度3D激光轮廓测量技术已不再仅限于电子或汽车行业。特别是在重工业领域，实时处理能力、可重复的测量数据以及无缝的工艺监控正变得越来越重要。

能够可靠地监控生产过程中带材边缘质量的企业，不仅能减少废品率、优化模具使用，还能为建立全面的质量记录体系奠定基础。这正是该技术真正的价值所在：更强的工艺控制能力、更稳定的生产流程，以及始终如一的高品质终端产品。