任寶成

摘要：熱軋帶鋼擁有抗腐蝕和高韌性的優(yōu)點，且便于機加工，因此成為鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品之一，已被廣泛應用在車船、機械、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)常導致表面存在壓入異物、輥印、刮痕、裂紋、氧化皮、麻點、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、技改和創(chuàng)新從以往的聚焦在軋機、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。文章重點就熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法進行研究。

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)報道二十一世紀初期，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，保證熱軋帶鋼的高品質(zhì)，對推動我國鋼鐵行業(yè)做大做強的現(xiàn)代化進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)備的實時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是提出高效率的缺陷識別算法，然后采用經(jīng)濟有效的方法實現(xiàn)對帶鋼表面缺陷的識別和定位，并保證整個識別過程的實時性。

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)缺陷外貌特點可分為點缺陷、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、凸包、氧化皮、壓入異物、M狀鐵鱗。其中輥印、縱向夾渣、麻點、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)過程中及時的檢測出表面缺陷，可盡快發(fā)現(xiàn)相應的設(shè)備、坯料、工藝的故障，能防止設(shè)備狀態(tài)進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攝像機采集鋼板表面圖像需要在帶鋼運行方向上有一個很大的采集空間，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，需要拆掉一根輥子，或加大輥間距，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，每臺攝像機都與鋼板表面垂直。兩臺激光線光源分別安裝在攝像機兩側(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，為了避免鋼板表面輻射的影響，每臺攝像機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?？梢蓞^(qū)域的數(shù)據(jù)保存在計算機緩存中，以便進一步處理。由于每幅圖像都要經(jīng)過這一步驟，所以這一步驟需要實時完成，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)域進行篩選，保證可疑區(qū)域盡可能由真缺陷組成?？梢蓞^(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，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，對可疑區(qū)域進行篩選，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行自動分類。特征提取與缺陷分類步驟用于對缺陷進行自動分類，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時完成。而圖像分割步驟后得到的可疑區(qū)域保存到計算機緩存中，因此，缺陷檢測步驟可以在CPU有空閑的時候進行，采取準時處理的方式。經(jīng)過缺陷檢測步驟后得到的缺陷區(qū)域保存到服務器中，因此，特征提取與缺陷分類步驟可以在換卷時再進行。通過實時處理、準時處理和換卷時處理這三種方式，可以既保證數(shù)據(jù)處理的實時性，同時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，進一步樹立了提速保質(zhì)降成本的宏觀目標，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提出新的算法流程，在保證缺陷檢出率的同時，又能降低缺陷的誤識率，同時也能保證算法的實時性，滿足系統(tǒng)的在線檢測要求。

參考文獻

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