熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法研究

任寶成

摘要：熱軋帶鋼擁有抗腐蝕和高韌性的優(yōu)點(diǎn)，且便于機(jī)加工，因此成為鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品之一，已被廣泛應(yīng)用在車船、機(jī)械、建筑、橋梁等行業(yè)。然而，熱軋帶鋼生產(chǎn)過程中，由于上游工序中的設(shè)備和來料等綜合原因，經(jīng)常導(dǎo)致表面存在壓入異物、輥印、刮痕、裂紋、氧化皮、麻點(diǎn)、邊裂等質(zhì)量缺陷。為了保證帶鋼的質(zhì)量，我國鋼廠的技術(shù)引進(jìn)、技改和創(chuàng)新從以往的聚焦在軋機(jī)、輥道等生產(chǎn)設(shè)備上，逐步的轉(zhuǎn)向熱軋帶鋼的表面缺陷檢測和品質(zhì)控制技術(shù)上來。文章重點(diǎn)就熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：熱軋帶鋼;表面缺陷;在線檢測

前言

隨著現(xiàn)代建筑和車船等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶鋼生產(chǎn)領(lǐng)域的工藝和技術(shù)持續(xù)升級，行業(yè)規(guī)模也隨之邁向新的臺階。據(jù)報(bào)道二十一世紀(jì)初期，我國建成投產(chǎn)的熱連軋生產(chǎn)線近百余條，產(chǎn)能已逾兩億噸，中國已邁入鋼鐵產(chǎn)量大國行列。近年來，熱軋行業(yè)需求逐步朝著厚度低于2mm甚至1.2mm的薄帶鋼發(fā)展，同時(shí)下游行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高要求熱軋帶鋼的品質(zhì)不斷提升。熱軋帶鋼作為鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品之一，其軋制過程一直聚集著不斷完善的高新技術(shù)。努力提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證熱軋帶鋼的高品質(zhì)，對推動我國鋼鐵行業(yè)做大做強(qiáng)的現(xiàn)代化進(jìn)程有著舉足輕重的作用。然而，在熱軋帶鋼工藝流程和品質(zhì)控制方面仍然存在技術(shù)問題，最大的技術(shù)難題是目前的缺陷檢測設(shè)備的實(shí)時(shí)性無法滿足熱軋生產(chǎn)線的快速生產(chǎn)節(jié)奏，因此，成品帶鋼中仍然存在由于原料和上游工藝等原因?qū)е碌闹T如輥印、劃痕、夾渣等表面缺陷。熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測的主要任務(wù)是提出高效率的缺陷識別算法，然后采用經(jīng)濟(jì)有效的方法實(shí)現(xiàn)對帶鋼表面缺陷的識別和定位，并保證整個(gè)識別過程的實(shí)時(shí)性。

1熱軋帶鋼表面典型缺陷

熱軋帶鋼的表面缺陷形態(tài)各異、成因復(fù)雜。軋制鋼板材料分為結(jié)構(gòu)鋼、低碳鋼、焊瓶鋼等，不同材料的表面特性亦不同。根據(jù)缺陷外貌特點(diǎn)可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷;根據(jù)發(fā)生的頻度可以分為周期性缺陷和無規(guī)律缺陷;根據(jù)缺陷產(chǎn)生原因，又可分為工藝缺陷、材料缺陷和損傷缺陷。熱軋帶鋼表面常見的缺陷類型：輥印、橫向裂紋、橫向刮痕、結(jié)疤、夾渣、孔洞、浪形、麻點(diǎn)、凸包、氧化皮、壓入異物、M狀鐵鱗。其中輥印、縱向夾渣、麻點(diǎn)、氧化皮屬于典型的周期性缺陷;孔洞、浪形、壓入異物、橫向刮痕屬于典型的無規(guī)律缺陷。輥印、邊裂、浪形屬于工藝缺陷;夾雜、氧化皮、M狀鐵鱗、壓入異物缺陷多數(shù)由于坯料中帶有雜質(zhì)、氣泡或氧化皮等，屬于材料缺陷;刮痕、孔洞屬于損傷缺陷。在帶鋼生產(chǎn)過程中及時(shí)的檢測出表面缺陷，可盡快發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)備、坯料、工藝的故障，能防止設(shè)備狀態(tài)進(jìn)一步惡化和避免更多的缺陷帶鋼被流入下游工序而造成連帶損失。

2 熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法

2.1檢測原理

國外的檢測系統(tǒng)一般采用面陣CCD攝像機(jī)為圖像采集設(shè)備，并且用頻閃氙燈為照明設(shè)備。但是面陣CCD攝像機(jī)采集鋼板表面圖像需要在帶鋼運(yùn)行方向上有一個(gè)很大的采集空間，一般超過100mm，而熱軋生產(chǎn)線輥道的間距一般為40～80mm。為了保證下表面圖像的采集，需要拆掉一根輥?zhàn)樱蚣哟筝侀g距，這樣就增加系統(tǒng)安裝的難度，并且給生產(chǎn)線帶來安全隱患。本文采用線陣CCD攝像機(jī)作為圖像采集設(shè)備，并且用綠色激光線光源為照明設(shè)備。將多臺線陣CCD攝像機(jī)安裝在帶鋼的寬度方向上，根據(jù)帶鋼寬度和檢測精度要求可選用2～4臺線陣CCD攝像機(jī)，每臺攝像機(jī)都與鋼板表面垂直。兩臺激光線光源分別安裝在攝像機(jī)兩側(cè)，每臺激光線光源的光平面與鋼板表面夾角成89°，接近于垂直。將激光線光源照射到鋼板表面，線陣CCD攝像機(jī)采集鋼板表面反射的光。由于鋼板表面溫度很高，輻射的紅光及紅外光很強(qiáng)，為了避免鋼板表面輻射的影響，每臺攝像機(jī)前安裝窄帶的綠光濾色鏡，只允許綠光波段通過，這樣就濾除了鋼板表面的輻射光，提高了缺陷對比度。

2.2熱軋帶鋼表面缺陷缺陷檢測與識別算法流程

熱軋帶鋼表面缺陷的檢測與識別需要經(jīng)過以下的步驟。

2.2.1圖像分割步驟

尋找可能存在缺陷的區(qū)域，該區(qū)域稱為可疑區(qū)域，可疑區(qū)域可能由缺陷形成，也可能由偽缺陷形成。可疑區(qū)域的數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)緩存中，以便進(jìn)一步處理。由于每幅圖像都要經(jīng)過這一步驟，所以這一步驟需要實(shí)時(shí)完成，只能使用簡單的算法。這一步驟的關(guān)鍵是要盡可能把所有的缺陷區(qū)域都找出來，以便避免缺陷的漏識;但同時(shí)又不能找出太多的偽缺陷，以2.2.2缺陷檢測步驟：由于可疑區(qū)域中會包含一些偽缺陷，如果將這些偽缺陷直接用于缺陷分類，那么會造成大量的誤識，即將偽缺陷識別成缺陷。所以需要對可疑區(qū)域進(jìn)行篩選，保證可疑區(qū)域盡可能由真缺陷組成。可疑區(qū)域篩選有兩種方法，一種方法是去除偽缺陷，另一種是挑選真缺陷。由于偽缺陷基本由水、氧化鐵皮與光照不均現(xiàn)象引起，很難找到算法將它們直接去除，因此只能采取第二種方案。熱軋帶鋼表面缺陷從其形態(tài)與分布上可以分為下面4類：①縱向缺陷：沿帶鋼軋制方向分布，一般在軋制方向有大的尺寸，但在寬度方向上的尺寸比較小，如縱裂和劃傷等。②橫向缺陷：沿帶鋼寬度方向分布，一般在帶鋼寬度方向上有大的尺寸，但在軋制方向上的尺寸比較小，如橫裂和橫向輥印等。③單個(gè)缺陷：一些面積比較大的缺陷，這些缺陷不具有明顯縱向分布和橫向分布特點(diǎn)，如夾雜、氣泡、結(jié)疤和折疊等。④分布式缺陷：這在一定范圍內(nèi)密集分布，雖然單個(gè)缺陷的面積不大，但是分布的面積比較廣，如麻面、某些壓痕等。根據(jù)這4類缺陷的特點(diǎn)，對可疑區(qū)域進(jìn)行篩選，從可疑區(qū)域中找出具有上述特征的4類缺陷，并組成缺陷區(qū)域。經(jīng)過缺陷檢測步驟后，可以提取到完整的缺陷區(qū)域，并且去除一些由噪聲、光照不均和其他因素造成的偽缺陷區(qū)域，因此，得到的缺陷區(qū)域數(shù)量比可疑區(qū)域數(shù)量少得多。

2.2.3特征提取與缺陷分類步驟

經(jīng)過缺陷檢測步驟，大部分的偽缺陷被去除了，但是還會存在一些偽缺陷。而且，需要對檢測到的缺陷進(jìn)行自動分類。特征提取與缺陷分類步驟用于對缺陷進(jìn)行自動分類，以識別缺陷的類型，并去除剩余的偽缺陷。由于每幅圖像都要經(jīng)過圖像分割步驟，所以圖像分割步驟需要實(shí)時(shí)完成。而圖像分割步驟后得到的可疑區(qū)域保存到計(jì)算機(jī)緩存中，因此，缺陷檢測步驟可以在CPU有空閑的時(shí)候進(jìn)行，采取準(zhǔn)時(shí)處理的方式。經(jīng)過缺陷檢測步驟后得到的缺陷區(qū)域保存到服務(wù)器中，因此，特征提取與缺陷分類步驟可以在換卷時(shí)再進(jìn)行。通過實(shí)時(shí)處理、準(zhǔn)時(shí)處理和換卷時(shí)處理這三種方式，可以既保證數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也保證缺陷的檢出率與識別率。

結(jié)束語

我國鋼鐵行業(yè)在出現(xiàn)產(chǎn)能過剩而高品質(zhì)帶鋼缺口較大的行業(yè)態(tài)勢下，進(jìn)一步樹立了提速保質(zhì)降成本的宏觀目標(biāo)，熱軋帶鋼品質(zhì)檢測和控制技術(shù)的研究工作面臨著新一輪的巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)熱軋帶鋼表面的特點(diǎn)提出新的算法流程，在保證缺陷檢出率的同時(shí)，又能降低缺陷的誤識率，同時(shí)也能保證算法的實(shí)時(shí)性，滿足系統(tǒng)的在線檢測要求。

參考文獻(xiàn)

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