表面質量檢查儀在熱軋機組生產線中的應用

(本溪鋼鐵集團公司質量管理中心，本溪 117000)

由于熱軋生產環境復雜，帶鋼表面常會出現結疤、夾雜、輥印、鐵皮、劃傷、孔洞、裂紋等缺陷，從而影響熱軋產品的質量。

德國百視泰(Parsytec)公司研制的表面質量檢查儀是能對高速運動的熱軋帶鋼表面缺陷進行在線自動檢測和分級的系統，已成功應用于歐洲和美國的連軋機和CSP(薄板坯連鑄連軋)生產線上，取得了良好效果。

1 表面質量檢查儀的作用

2008年，筆者所在公司為1700熱軋機組生產線增設了表面質量檢查儀(Parsytec)。

該Parsytec HTx 5.0系統是建立在100%軟件工具基礎上的，其與標準PC硬件及頻閃氙照明的錄像機相結合，可根據表面缺陷的類型和嚴重程度以及其在帶鋼上的位置，對所有缺陷進行分級記錄，客觀地對缺陷進行評估；并可提供對整個熱軋帶鋼表面質量的準確鑒定以及完整記錄。

此設備的應用，打破了檢查員只能靠人工檢查鋼卷的傳統方法，實現了百分之百地檢查鋼卷表面，做到了對鋼卷生產的全過程監控；同時，可以提供鋼卷表面質量實時相關數據，以便于后續的分析。

2 系統組成

表面質量檢查儀主要由采集與傳輸系統、 HTx5.0檢查軟件、輔助系統等組成。輔助系統主要有機械控制系統，如位置標定器、速度標定器等組件。文章主要介紹采集與傳輸系統的結構與功能、HTx5.0檢查軟件的功能。

2.1 采集與傳輸系統

采集與傳輸系統主要包括表面傳感器、轉換盒、檢查服務器、檢查終端等。

傳感器由高速相機和掃描帶鋼表面閃光燈組成。高速相機能夠拍攝生產線正常運行速度狀態下的圖像，每秒鐘可拍攝200張缺陷圖片；特殊缺陷需要檢測時，檢測精度可調控到160 μm，圖像質量能夠滿足分辨率的需求；高速相機采用上下并列式配置，帶鋼運行時，可連續不間斷地監控全長度帶鋼表面，并在終端顯示缺陷畫面。閃光燈由特殊材料做成，可保持線性和不受外界環境影響。

轉換盒包括圖像處理設備以及支持設施，例如中心電源的輸入、過程信號接口和傳感器控制接口。

檢查服務器的功能是處理檢查結果，轉換盒的所有圖像處理設施以及所有檢查終端都是由檢查服務器控制的。

檢查終端是顯示當前軋制鋼卷表面質量情況的輸出端。實際檢測中可以建立一個或多個檢查終端，以便擴大監控檢查范圍。采集系統的框圖如圖1所示。

圖1 表面質量檢查儀采集與傳輸系統框圖

2.2 表面質量檢查軟件HTx5.0

表面質量檢查軟件HTx5.0是表面質量檢查儀的核心部分，其在數據處理上使用了精密的算法程序來尋找、隔離和描述缺陷。該軟件能夠完成檢出缺陷與偽缺陷的任務，一是檢測所有與質量相關的缺陷，即使是最小類型和低對比度的缺陷；二是過濾出與產品無關的帶鋼/網狀的不正常地方，比如質地、水滴、油漬。

2.2.1 軟件特性

表面質量檢查儀支持超過800多個不同的特征性，例如缺陷的形狀、尺寸、灰度值、位置等相關特征性。HTx5.0檢查軟件具備以下功能：對不同條件下生產的金屬缺陷進行分析，對不正常的部位進行檢測，確定缺陷的區域，即缺陷的長度、寬度；在缺陷區域及缺陷臨近區域進行檢查，進一步分析缺陷的形狀；分析缺陷部位的灰度值，相鄰區域不超過1到2個灰度值；將所有基礎分析部分連接起來，與現有分類缺陷特性對比分析，使用分類器進一步對缺陷性質進行確定和分類。其圖像分析過程如圖2所示。

圖2 表面質量檢查儀的圖像分析過程

2.2.2 軟件分類器

根據各種缺陷表現出的不同特性，檢驗人員需要做很多分類工作，將人的經驗不斷地傳給表面質量檢查儀，使其達到識別相應缺陷圖像的能力。應用這套系統，檢驗人員對公司1700機組產生的常見表面缺陷，進行具體檢查、分析、確認后采集相應的缺陷圖譜，不斷地補充完善軟件分類器里的缺陷種類和缺陷圖像樣本，以完善儀器對鋼卷表面缺陷的捕捉、分析、分類能力。目前已經采集的缺陷圖譜樣本有11 072張，主要包括硌印、鐵皮、劃傷、夾雜、結疤等38種缺陷，采集的主要缺陷如表1所示。

表1 缺陷圖譜中的主要缺陷

一個好的分類器不僅要具有高質量的缺陷圖像樣本，而且還要有不斷學習、積累的能力。表面質量檢查儀(Parsytec)就提供了這個功能，檢驗人員通過對分類器的一對一教學，目前檢查儀已經建立200余個分類器(還需要建立近百個分類器)，分類效果達到了預期要求，分類準確率達到96%以上。

而且，分類器在實際測試過程中也有上佳表現，檢測可以完全覆蓋整個鋼卷表面，反映鋼卷表面質量的真實情況。經過公司煉鋼廠、連軋廠、冶金制造部、質量管理中心聯合進行的100次以上的校驗，鋼卷表面缺陷檢測結果與實際情況完全屬實。

3 檢查模式與實際使用

3.1 檢查模式

表面質量檢查儀(Parsytec)提供了三種模式：在線模式、混合模式、離線模式。

(1) 在線模式

在線模式可以提供在線實時檢測數據，以幫助檢驗人員隨時了解正在軋制的鋼卷表面情況；如出現缺陷，可隨時通知生產單位及時處理，以盡量減少缺陷產品數量。

(2) 混合模式

混合模式可以提供檢測人員漏檢的鋼卷數據，及時發現問題。

(3) 離線模式

離線模式可以保存三天的鋼卷檢測數據，以便于后續查閱。如鋼卷存在質量問題，可通過服務器查詢15天以內的檢測數據，進行分析與調查。

3.2 實際應用

表面質量檢查儀運行使用1 a來，在公司主要生產線上發揮了巨大的作用。其在檢測應用中得到的典型缺陷圖像，如圖3所示。

通過該設備，檢驗人員可以隨時了解軋制鋼卷的表面質量情況，了解鋼卷缺陷的具體部位(上邊面、下邊面，離頭、尾、邊部距離)、數量，嚴重程度及平面分布等；了解不同等級的表面缺陷對下游客戶產生的影響；幫助公司及時采取措施，改進生產工藝。

圖3 表面質量檢查儀檢測到的典型缺陷圖像

現場實際應用表明，該表面質量檢查儀對缺陷的分類準確率可達到96.5%，公司產品質量得到了有效的保證。

4 結語

介紹了用于帶鋼軋制過程表面質量監控的檢查儀的結構與原理，說明了該設備在生產過程中的實際應用情況。該表面質量檢查儀的應用，實現了對鋼卷表面質量的全過程監控，可有效檢測出缺陷并準確地對缺陷進行分類識別。