CCD 檢測技術在不銹鋼坯缺陷在線識別中的應用

孫永飛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原 030003）

0 引言

不銹鋼連鑄坯生產時，鋼鑄坯火焰切割后，采用人工檢驗識別缺陷和水爆后下線檢查相結合的方式，控制缺陷鑄坯流通到軋鋼工序。由于不銹鋼鑄坯表面可能存在裂紋、結疤、劃傷、夾渣等缺陷，公司304、430、316L 系不銹鋼主要為鑄坯水爆后人工抽檢檢查表面缺陷，根據檢查結果確定無修磨流通或下線修磨，檢驗率只有10%，水爆缺陷率約0.2%，不能完全杜絕有缺陷鑄坯流通到下工序，造成軋制缺陷。這種缺陷識別方法效率低、實時性差，實踐中經常出現漏檢或誤檢。

山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹鋼坯生產線通過在切割后輥道安裝CCD 檢測設備，CCD 檢測設備是一種非觸式的無損檢測方式，實現鑄坯切割后在線全檢，取代在線的人工檢測和鑄坯下線。

1 測量原理與系統結構

1.1 缺陷測量原理（圖1）

圖1 CCD 相機檢測原理

鑄坯最大寬度2150 mm，實際測量需要識別的最小缺陷長度為0.3 mm，上下表面各配2 個4 K 相機，相機分辨率4096，缺陷最小識別精度0.26 mm/像素，大于最小缺陷長度，滿足精度要求。連鑄坯切割后（相機拍攝處）溫度約900 ℃，鑄坯的熱輻射光對相機拍攝造成不良影響，采用綠色光源與相機濾鏡相結合的方式，對切割后的鑄坯進行圖像處理。缺陷成像的方式分為明場和暗場兩種，本項目采用暗場，CCD 相機采用線陣掃描相機，具有掃描速度快，圖像處理簡單等優點。

1.2 系統組成

整套系統由圖像采集裝置與處理系統組成（圖2），圖像采集裝置安裝在生產線上，用于在線采集鑄坯表面圖像。由于要對鑄坯上下表面進行同步檢測，因此需要安裝兩套圖像采集裝置，即上表面圖像采集裝置和下表面圖像采集裝置。圖像采集裝置由攝像機、光源以及防護裝置組成，攝像機采用分辨率4096 像素的線陣CCD 攝像機，上、下表面各2 臺,系統在鑄坯橫向上的檢測精度為0.26 mm/像素。

由于鑄坯表面溫度非常高，輻射的光很強，如果直接用攝像機采集鑄坯表面圖像，則圖像質量受輻射光影響，并且會將缺陷掩蓋，因此，需要采用特殊的照明光源，濾除鑄坯表面輻射光的影響，選用大功率激光線光源，發射波長532 nm 的綠光。上、下表面各用2 臺激光線光源，激光線光源照射到板坯上的激光線條分布在攝像機的采集位置上。

攝像機與光源安裝在箱體中，箱體采用循環水冷卻方式，保證箱體內部溫度＜35 ℃，以維持攝像機與光源正常工作的溫度。

處理系統用于實時處理攝像機采集到的鑄坯表面圖像，為保證數據處理與存儲速度，處理系統采用服務器級計算機。

該系統具備對鑄坯的實時成像功能，能實現在線檢測裂紋、劃傷、結巴等常見缺陷，獲取缺陷的大小、位置、類型等信息，能實現對鑄坯原始圖像和缺陷圖像的保存，同時實現與連鑄機一級、二級系統通信，實時檢測圖像與缺陷信息板坯號、寬度、長度、爐次號的對應。

圖2 系統結構

該系統是專門針對鑄坯工藝特點、表面特性而開發，能在復雜惡劣的煉鋼生產環境下穩定工作。針對鑄坯表面的復雜狀況，如氧化鐵皮、保護渣等問題，專門設計了缺陷檢測算法和缺陷識別算法，實現鑄坯表面缺陷高精度、高可靠性的檢出與識別。

2 使用效果

系統安裝完成后，為了提高缺陷識別的準確率，需要進行大量的缺陷識別與收集工作，有兩方面工作需要確認：①系統報出的缺陷需要現場甄別；②現場發現的缺陷需要在系統原圖像中識別，加入系統缺陷庫中，同時需要將各種缺陷根據實際情況進行分類，包括縱向裂紋、劃傷、渣皮、水渣印、切割開口、接痕、斷面焊渣、擦劃傷等。見圖3～圖5。

圖3 縱向裂紋

圖4 劃傷

圖5 渣皮

3 結論

通過在連鑄機切割后輥道增加CCD 檢測設備，對切割后的鑄坯紅送比例提高30%，天車吊運坯子下線檢查頻率降低約30%，鑄坯物流更加順暢，同時避免了有缺陷鑄坯流通到軋鋼工序。