科创中国

项目意义：

热轧生产中，板坯的镰刀弯和翘扣头是板坯横向和纵向不对称缺陷的主

要表现形式，产生镰刀弯现象的根本原因是由于轧制时板坯两侧压下不同，

使两侧的长度方向上的延伸不同；翘扣头由于板带上下表面层的金属秒流量

存在差异，引起板带头部在出口向辊道上方或下方弯曲运动的现象。板坯的

镰刀弯缺陷不仅会影响成品板坯的成材率和尺寸质量，在热连轧过程中还会

影响后续精轧过程的轧制稳定性，严重时甚至会导致堆钢事故。翘扣头缺陷

会影响轧制设备、辊道、导卫等设备的使用寿命，影响生成效率。据统计，

在轧制过程中镰刀弯、翘扣头废品量约占板形废品量的 40%~50%，给企业

造成了大量的资源浪费与经济损失，是目前带钢轧制研究领域和生产企业关

注的世界性难题。

热轧板坯温度高，生产节奏快，其镰刀弯、翘扣头程度难以人工测量，

缺少有效检测手段，长久以来，生产现场依赖于一线工人的操作经验进行人

工观察与调节，镰刀弯控制大多采用人工设定辊缝倾斜的方式，翘扣头控制

大多采用人工设定上下辊速差的方式，从而抑制板坯镰刀弯和翘扣头。但是

这种方法因人而异，不同钢种的板坯在不同轧制道次中表现的镰刀弯、翘扣

头情况也不同，因此操作经验在很大程度上决定了控制效果，导致控制效果

和稳定性较差。

主要内容：

（1）镰刀弯检测与控制系统

热轧板坯镰刀弯在线检测与质量控制系统，主要包括硬件系统和软件系

统两部分内容，硬件系统主要包括 CCD 相机、安装支架、热金属检测器、

激光测速仪（可选）、PLC 工作站（可选）、图像处理服务器和冷却系统等。

软件系统主要包括相机控制、相机标定、通讯和图像处理、镰刀弯质量判定

与管理系统、镰刀弯调平模型等。

（2）翘扣头检测与控制系统

热轧板坯翘扣头在线检测与质量控制系统，主要由两部分构成：硬件分

和软件部分。其中硬件部分主要包括面阵摄像机、电缆、网线、激光器、安

装支架和冷检等，用来实现图像数据的采集；软件部分包括相机控制、相机

标定、通讯和图像处理、翘扣头控制模型等。

技术原理与工艺路线

（1）镰刀弯检测与控制系统

热检安装在轧机入口、出口侧的合适位置，通过电缆与 CCD 相机拍摄

触发接口相连；CCD 相机通过安装支架固定于轧机入口、出口辊道上方，CCD

相机周围由冷却系统的高压冷却水管道包围，倾斜拍摄辊道上板坯上表面，

图像数据通过千兆以太网传输至图像处理服务器。当板坯到达检测位置时，

位置传感器检测到板坯头部位置，产生信号通过连接电缆触发对应侧 CCD

相机进行拍摄，CCD 相机将拍摄的板坯上表面图像经千兆以太网传输至图像

处理服务器，经图像处理及图像拼接获得板坯平面形状和板坯镰刀弯值，并

显示在用户显示器上，完成检测功能。平面形状检测结果及轧制过程设定、实时工艺参数储存于镰刀弯质量判

定与管理系统数据库，通过该系统自动完成板坯镰刀弯形式的分类及质量的

定量表征，实现板坯镰刀弯缺陷的分类及管理。

进一步地结合检测到的板坯平面形状、轧机两侧轧制力、轧机两侧刚度

差等已知条件，通过镰刀弯调平模型及基于数据驱动的模糊模型计算消除镰

刀弯的轧辊调平值，并将其显示在用户显示器上，并通过以太网将设定值发

送到二级设定进程，从而实现镰刀弯的自动控制。

（2）翘扣头测控技术

当板坯到达测量位置，触发光电检测传感器，线结构光在板坯长度方向

打出一条线结构光，面阵相机采集板坯头部图像，通过图像处理获取线结构

光中心处的图像坐标，经过坐标转换计算板坯表面高度变化，获取头部翘扣

头数据；当带钢尾部离开光电检测传感器，相机采集板坯尾部图像，获取尾

部翘扣信息，并显示在用户显示器上，完成检测功能。

翘扣头检测结果及轧制过程设定、实时工艺参数储存于镰刀弯质量判定

与管理系统数据库，通过该系统自动完成板坯翘扣头形式的分类及质量的定

量表征，实现板坯翘扣头缺陷的分类及管理。

进一步地结合检测到的翘扣头形状、轧制工艺等已知条件，通过翘扣头

控制模型计算后续板坯的上下轧辊速差调整量以及速差设定值。并通过机器

学习动态优化模型参数保存到学习表中，后续板坯轧制时模型系数直接从学

习表中获取，并通过以太网将设定值发送到二级设定进程，通过雪橇系数控

制上下轧辊的速度，从而实现翘扣头控制。

技术特点

检测方面：采用基于机器视觉的测量方案，能够实现镰刀弯、翘扣头等

非对称特征量的实时检测，效率高，安装简单，能够适用于各种安装环境，

此外具有自主知识产权的玻璃折射成像模型、标定技术使得在热轧环境下具

有更高的检测精度，满足现场检测需求。

控制方面：以基于金属三维流动特性的板坯变形模型为基础，结合模糊

预测模型、神经网络模型，使得镰刀弯、翘扣头缺陷的控制具有更高的精度，

并具备自适应能力，满足各种工况条件下的镰刀弯、翘扣头缺陷控制。可提供的技术支持

全套检测设备的设计与安装，质量判定与管理系统的定制化开发，控制

系统的优化与策略开发，与主流控制系统的通讯方案制定与实施。 

应用效果：

镰刀弯、翘扣头测控系统上线后，可实现板坯镰刀弯、翘扣头的全道次

质量监控，其中镰刀弯检测系统的测量精度满足±3mm，翘扣头检测系统

的测量精度满足±5mm，并通过镰刀弯、翘扣头质量判定系统实现中间坯

镰刀弯质量的监控、判定功能；自动调平功能投入自动设定，板坯中心线头

尾偏移在±30mm 的命中率达到 85%以上，自动调平投入率达到 95%以上；

雪橇系数投入自动设定，板坯翘曲量在±20mm 的命中率达到 85%以上，自

动控制投入率达到 95%以上。

预期经济效益分析：

（1）镰刀弯测控系统

1）降低生产性事故，一年至少提高经济效益约： 96 万元/年。

2）因镰刀弯造成的头尾塔形卷比例预计减少了 1%，一年因减少塔形切

损提高经济效益约： *** 万元/年。

3）因镰刀弯造成的废钢及带钢甩尾比例预计在上一年的基础上减少

30%，并降低机架间堆钢造成的轧辊、导卫等设备损伤，提高生产效率，每

年经济效益至少在 200 万元以上。

综上累计计算，预计每年提高经济效益为：*** 万元/年。

（1）翘扣头测控系统

1）因翘头造成的废钢比例预计在上一年的基础上减少 50%，并降低由

翘头造成的轧辊、导卫等设备损伤，提高生产效率，每年经济效益至少在

100 万元以上。

2）因扣头造成的废钢比例预计在上一年的基础上减少 50%，并降低由

扣头造成的辊道等设备损伤，提高生产效率，每年经济效益至少在 100 万元

以上。

综上累计计算，预计每年提高经济效益为： 200 万元/年。