SIAS和ISRA表面檢測系統在冷軋的應用與比較

劉冠華， 史文禮， 張春宇， 史曉強

（唐山鋼鐵集團有限責任公司， 河北 唐山 063016）

機器視覺以其客觀性、非接觸性、工作連續性、檢測精度高等優點近年來發展迅速而且應用廣泛[1]，帶鋼表面質量在線檢測系統是機器視覺技術在鋼鐵行業推廣應用的具體體現，在線檢測系統可為過程工藝調節、產品質量判定、產品質量提升、產品質量追溯等提供有力支撐，帶鋼在線檢測系統已成為現代化冷軋企業產線中不可或缺的一部分，根據傳感器類型可分為線掃描表檢系統、面掃描表檢系統和線面結合雙傳感器表檢系統[2-5]。唐鋼高強汽車板公司致力于生產高質量家電板和汽車板，一期酸軋機組、連退機組和4 號鍍鋅機組配備SIAS 線掃描表檢系統，二期5 號鍍鋅機組和6 號鍍鋅機組配備ISRA雙傳感器表檢系統，經過調試和優化，5 套表檢系統均已滿足汽車板表面質量檢測的要求[6-9]。本文選取產能相同的4 號鍍鋅線與6 號鍍鋅線，從傳感器類型、安裝位置、人機交互及質量追溯方面進行分析，發掘SIAS 與ISRA 二者的異同點。

1 傳感器類型

1.1 SIAS表檢系統

SIAS 表檢系統配置2 臺線陣相機，1 臺檢測帶鋼上表面，1 臺檢測帶鋼下表面，為獲得足夠的視野覆蓋帶鋼整個寬幅，相機距帶鋼檢測位置接近2 m，采用紅光LED 光源照明。SIAS 是奧鋼聯（SVAI）產線集成產品，使用單相機配置實現帶鋼表面檢測和邊緣檢測，相機需要進行距離校準、中心線校準和角度校準，灰度值補償量調整至建議值即可，具有簡單的硬件體系結構，需要維護的電子部件較少，在產線設計規劃之初已預留足夠的空間滿足單相機視野覆蓋，在設備安裝方面具有便利條件。

1.2 ISRA表檢系統

ISRA 表檢系統在帶鋼上下表面分別配置2 臺線陣相機和5 臺面陣相機，線陣相機距帶鋼檢測位置1 m，面陣相機距帶鋼檢測位置0.6 m，線陣光源為白光LED，面陣光源為散射紅外LED，相機配置見圖1。ISRA 表檢系統為第三方產線配套設備，產品設計兼容大多數主流產線，以多個相機視野疊加來減小對空間的占用，雙相機與單相機布局對比示意見圖2。雙傳感器發揮各自優勢展示更加清晰的缺陷圖像，如鋅渣、水印、斑跡的缺陷圖像面陣相機拍攝占比超95%，鋅灰的缺陷圖像面陣相機拍攝占比超85%，亮邊和輥印的缺陷圖像線陣相機拍攝占比趨于100%，劃傷的缺陷圖像線陣相機拍攝占比60%。硬件結構及軟件算法相對復雜，在調整相機灰度值補償量時需選定一個參考相機的增益值為默認值，然后修改其他相機的增益值，以使它們的灰度值輸出一致，另外雙傳感器的應用也增加了設備購買價格。

圖1 ISRA 表檢系統相機配置

1.3 現狀對比

在同客戶同鋼種相同質量放行標準下ISRA 表檢系統缺陷檢出數量明顯多于SIAS 表檢系統，兩者相差一個數量級，差別在于對1、2 級輕微缺陷的過濾程度不同,大量未過濾的輕微缺陷在質量決策中并無實際意義，ISRA 表檢在灰度補償量上還需調整。

圖2 SIAS 線陣和ISRA 線陣示意圖

2 安裝位置

表檢設備位置的選定需具備恒定的照明、恒定的檢測角度、恒定距離等穩定性要素。線掃描傳感器對帶鋼的振動非常敏感，所以檢測區域必須位于固定的張力輥上，張力輥半徑變化允許最大值為1 mm，磨損超過1 mm 時需進行相機焦距校準，張力輥表面與鋼板表面之間要有足夠的顏色對比，最起碼要有20 以上的灰度值差別，面掃描傳感器允許帶鋼振幅最大值為15 mm。環境條件是檢測系統圖像處理鏈的第一個環節，即使最高級的軟件也不能消除自然環境產生的干擾。系統必須維護在良好的工作狀態，要依照維護說明定期清潔，保證光路暢通，特別是帶鋼表面到相機的空間內應無灰塵。

SIAS 表檢傳感器安裝在鈍化裝置前的8 號張力輥，側重于缺陷早期發現便于及時調整工藝，減少缺陷產生的降判損失，產品檢驗的同時兼顧過程控制，鈍化液斑跡及鈍化輥擦劃傷缺陷需要人工檢查臺關注確認。ISRA 表檢傳感器安裝在鈍化機之后的9 號張力輥，檢驗覆蓋鈍化過程產生的缺陷，定位于產品的最終質量檢驗。

高端汽車外板生產線已由“單線單表檢”向“雙線三表檢”模式發展，“雙線”指鍍鋅線加重卷檢查線，“三表檢”是指在雙線上安裝三套表檢系統，分布在3 號張力輥、9 號張力輥和重卷線出口檢測室，具有帶鋼涂鍍前基板表面質量檢測、鍍鋅后成品表面質量檢測和重卷線低速缺陷確認功能。

3 人機交互

SIAS 表檢在線監測模式采用雙屏監視器，它不僅顯示缺陷名稱和缺陷圖像，而且還顯示系統和產品信息，監視器布局見圖3。左側為主窗口顯示整體情況，帶鋼表面缺陷以英文代碼形式呈現，以不同顏色區別缺陷嚴重等級，右側監視器用于實時圖像檢查，顯示直接從攝像機獲得的實時或凍結圖像。SIAS表檢在線模式界面比較簡潔，前臺只是“只讀模式”的查看，缺陷過濾方面需后臺管理員配置。SIAS 表檢具備報表輸出功能，鋼卷缺陷統計集成到質檢報表中，便于表面質量的量化比較。

圖3 SIAS 表檢用戶界面

ISRA 表檢在線模式采用單屏監視器，對比SIAS 表檢缺少右側實時圖像檢測屏，監視器布局見圖4。對比SIAS 表檢“只讀模式”的查看功能，ISRA表檢前臺可選擇性較多，在鋼卷缺陷顯示方面可以選擇真實方式、標簽方式、表格方式和統計方式，在缺陷圖像顯示方面可以選擇原始圖、均衡化、拉伸化和三維效果圖，在缺陷過濾方面可以篩選缺陷種類和缺陷等級。鋼卷缺陷以中文名稱顯示，文字底紋設計使得缺陷屏占比與實物不一致。鋼卷缺陷報表僅限客戶端查看和打印，不具備報表輸出功能，無法進行表面缺陷量化對比。后續改進方面ISRA 表檢配備了“偽雙屏”顯示，即增加一臺客戶端，一個顯示全部缺陷，另一個選擇性顯示客戶關注的缺陷，過濾“不相干”缺陷，實現針對性檢驗。

圖4 ISRA 表檢用戶界面

4 質量追溯

鋼卷檢測結果和鋼卷報文經系統后處理一起存儲在檢測數據庫，存檔類型包括鋼卷數據、缺陷數據、檢測參數和缺陷圖像，為節省磁盤容量，系統將對圖像進行壓縮，對周期性缺陷的圖像系統選擇存儲該缺陷的主圖標，對于分類器識別的一些偽缺陷圖像可選擇不儲存。SIAS 表檢離線終端由4 個模塊組成，見下頁圖5，分別是鋼卷列表模塊、單卷缺陷總覽模塊、單卷缺陷列表模塊、單個缺陷圖像顯示模塊，ISRA 表檢離線終端與在線模式大體相同。兩者在離線回查終端布局類似，都具備以鋼卷號或生產日期為索引進行快速質量回查功能，詳細的缺陷信息為重卷線快速取樣及后續分析改進提供了便利條件。在處理產品質量異議方面，通過表檢系統離線回查來確認產品流通過程中缺陷產生的環節，為質量異議定責和整改提供了有力支撐。

圖5 SIAS 表檢離線界面

5 結語

1）雙傳感器的ISRA 表檢在鋼卷缺陷檢出數量方面優勢明顯，大量的缺陷檢出量需要配備大容量存儲器，在輕微缺陷過濾方面有待優化，單傳感器的SIAS 表檢在設備維護方面優勢明顯。

2）傳感器安裝位置方面SIAS 表檢位于8 號張力輥兼顧過程控制，ISRA 表檢位于9 號張力輥側重成品檢驗。

3）在人機交互方面SIAS 表檢界面簡潔，極大程度的發揮了雙屏監視器的優勢，具備鋼卷缺陷報表導出功能，為后期表面等級量化提供數據支撐；ISRA 表檢客戶端自由度高，便于用戶靈活選擇，在報表集成方面還有待改進。

4）在質量追溯方面兩者離線終端均能完整還原鋼卷缺陷信息，為質量追溯和質量提升提供有力支撐。