表面在线检测技术的最新研究与应用

1、徐科徐科北京科技大学冶金工程研究院北京科技大学冶金工程研究院高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心表面在线检测技术的最新研究与应用u近十年来，国内钢铁企业已经把表面检近十年来，国内钢铁企业已经把表面检测系统作为轧制生产线的重要仪表测系统作为轧制生产线的重要仪表国内国内60%60%以上的宽带钢热连轧生产线以上的宽带钢热连轧生产线已经配备表面检测系统已经配备表面检测系统国内新建的冷轧生产线都把表面检测国内新建的冷轧生产线都把表面检测系统作为保证产品表面质量的重要手系统作为保证产品表面质量的重要手段，尤其是汽车钢生产线段，尤其是汽车钢生产线宝钢已经制定了在本部使用宝钢已经制定了在本部使用4

2、040套以上套以上表面检测系统，全部由自己开发表面检测系统，全部由自己开发u国内有色生产线上使用表面检测系统也国内有色生产线上使用表面检测系统也在逐步增加，包括铝热连轧、冷轧铝带、在逐步增加，包括铝热连轧、冷轧铝带、铝箔、铜带等铝箔、铜带等表面在线检测技术的最新研究与应用u在技术上没有重要的突破在技术上没有重要的突破国外的供应商：国外的供应商： 德国德国ParsytecParsytec公司（面阵公司（面阵CCDCCD） 美国美国CognexCognex公司（线阵公司（线阵CCDCCD） 法国法国VAI-SIASVAI-SIAS公司（线阵公司（线阵CCDCCD）基于基于CCDCCD的的二维二维灰

3、度灰度图像图像检测检测u有两个方面值得引起关注有两个方面值得引起关注应用领域的不断拓展：应用领域的不断拓展：三维检测技术的研究三维检测技术的研究冷轧热轧中厚板连铸坯表面在线检测技术的最新研究与应用u从源头控制表面质量是保证成品表面质量的关键从源头控制表面质量是保证成品表面质量的关键u需要解决三个问题需要解决三个问题设备的防护问题，尤其是下表面的防护设备的防护问题，尤其是下表面的防护高温物体的表面图像采集问题高温物体的表面图像采集问题复杂背景下缺陷的自动检测与识别算法复杂背景下缺陷的自动检测与识别算法炼铁炼铁炼钢炼钢热轧热轧连铸连铸冷轧冷轧热处理、涂镀热处理、涂镀表面质量评估表面质量评估表面质量

4、控制与保证表面质量控制与保证表面在线检测技术的最新研究与应用u人工在线观测：工人在铸坯切割后直接观察铸坯人工在线观测：工人在铸坯切割后直接观察铸坯表面进行检测表面进行检测u人工下线检察：需要将待检测的铸坯下线，等温人工下线检察：需要将待检测的铸坯下线，等温度降低后再由人工进行检察度降低后再由人工进行检察表面在线检测技术的最新研究与应用u传统的超声波式、磁感应式、电磁涡流式等无损传统的超声波式、磁感应式、电磁涡流式等无损检测手段受高温影响，无法应用于铸坯在线检测检测手段受高温影响，无法应用于铸坯在线检测u原理：系统采用图像检测方式，就是利用摄像机原理：系统采用图像检测方式，就是利用摄像机代替人工

5、目测进行图像采集，并利用计算机代替代替人工目测进行图像采集，并利用计算机代替人工智能进行缺陷的识别。人工智能进行缺陷的识别。u难点：难点：图像采集：铸坯表面温度高、辐射光强，覆盖氧化铁图像采集：铸坯表面温度高、辐射光强，覆盖氧化铁皮，表面缺陷容易被背景光和氧化铁皮所覆盖皮，表面缺陷容易被背景光和氧化铁皮所覆盖图像识别：铸坯背景复杂，氧化铁皮、保护渣等容易图像识别：铸坯背景复杂，氧化铁皮、保护渣等容易识别成缺陷识别成缺陷表面在线检测技术的最新研究与应用u系统安装在连铸坯生产线的一切割后，上下表面系统安装在连铸坯生产线的一切割后，上下表面同步检测。同步检测。表面在线检测技术的最新研究与应用板坯摄像

6、机光源激光线条光源摄像机摄像机表面在线检测技术的最新研究与应用u上下表面各用两台高亮度的绿色激光线光上下表面各用两台高亮度的绿色激光线光源，出瞳功率大于源，出瞳功率大于2W。u激光通过光纤与前端套筒相连，更换激光激光通过光纤与前端套筒相连，更换激光器时，不需要调整套筒的角度与位置器时，不需要调整套筒的角度与位置u激光器的连续使用寿命达激光器的连续使用寿命达1年以上年以上表面在线检测技术的最新研究与应用u上下表面各用上下表面各用3台台4096像像素线阵素线阵CCD摄像机。摄像机。u摄像机前加窄带滤色镜，摄像机前加窄带滤色镜，以滤除铸坯表面的背景光以滤除铸坯表面的背景光表面在线检测技术的最新研究与

7、应用u下表面安装在辊道下方搭建的检测小房内，如小下表面安装在辊道下方搭建的检测小房内，如小房的开口为一宽度房的开口为一宽度100mm的窄缝，以减少氧化的窄缝，以减少氧化铁皮的掉入。铁皮的掉入。表面在线检测技术的最新研究与应用纵向裂纹纵向裂纹氧化铁皮氧化铁皮振痕振痕渣痕渣痕水痕水痕光照不均光照不均表面在线检测技术的最新研究与应用u纹理是一种不依赖于颜色或亮度的反映图像中纹理是一种不依赖于颜色或亮度的反映图像中同质现象的重要特征同质现象的重要特征u纹理是同类物体表面共有的内在特性，包含了纹理是同类物体表面共有的内在特性，包含了物体表面结构组织排列的重要信息以及与周围物体表面结构组织排列的重要信息以

8、及与周围环境的联系环境的联系u铸坯表面的各种现象在不同方向上的纹理特征铸坯表面的各种现象在不同方向上的纹理特征有明显差异有明显差异纵向裂纹、水痕：垂直方向纵向裂纹、水痕：垂直方向振痕：水平方向振痕：水平方向氧化铁皮、渣痕：所有方向氧化铁皮、渣痕：所有方向表面在线检测技术的最新研究与应用u选取选取1028 幅尺寸为幅尺寸为128128的图像进行了特征提取，其的图像进行了特征提取，其中裂纹中裂纹332幅，水痕幅，水痕153幅，渣痕幅，渣痕238幅，氧化铁皮幅，氧化铁皮158幅幅，振痕，振痕147幅。幅。u选取其中一半作为训练样本，另一半作为测试样本进行测选取其中一半作为训练样本，另一半作为测试样本

9、进行测试，分类器为试，分类器为AdaBoost分类器。分类器。u表中为测试结果，其中裂纹识别率达表中为测试结果，其中裂纹识别率达86.75%。样本类型样本类型样本个数样本个数正确识别个数正确识别个数识别率识别率/%裂纹裂纹16614486.75水痕水痕777192.20渣痕渣痕11910689.08氧化铁皮氧化铁皮796379.75振痕振痕736487.67合计合计51444887.16表面在线检测技术的最新研究与应用表面在线检测技术的最新研究与应用u专门针对铸坯表面的复杂状况和铸坯表面缺陷的专门针对铸坯表面的复杂状况和铸坯表面缺陷的特点设计了表面缺陷自动检测与识别算法特点设计了表面缺陷自动检

10、测与识别算法u采用多台采用多台40964096像素的线阵像素的线阵CCDCCD摄像机同步采集板坯摄像机同步采集板坯表面图像，检测精度可达表面图像，检测精度可达0.3 mm0.3 mmu采用高亮度的绿色激光线光源作照明，与板坯表采用高亮度的绿色激光线光源作照明，与板坯表面背景形成强烈对比，保证了缺陷的对比度面背景形成强烈对比，保证了缺陷的对比度u系统采用了完善的结构设计和现场防护措施，可系统采用了完善的结构设计和现场防护措施，可确保在铸坯恶劣的生产环境下长期免维护运行确保在铸坯恶劣的生产环境下长期免维护运行表面在线检测技术的最新研究与应用u原理方法：基于明、暗场照明的二维灰度图像检测原理方法：基

11、于明、暗场照明的二维灰度图像检测容易受环境光以及物体表面状况的影响，难以从根本上解容易受环境光以及物体表面状况的影响，难以从根本上解决缺陷的漏报和误报问题决缺陷的漏报和误报问题用于曲面时容易受遮挡或产生光照不均，只适用于平面用于曲面时容易受遮挡或产生光照不均，只适用于平面u判别标准：基于缺陷样本库的学习与识别判别标准：基于缺陷样本库的学习与识别只能进行定性的分析，而不能进行定量分析只能进行定性的分析，而不能进行定量分析需要收集大量的缺陷样本，影响系统的使用需要收集大量的缺陷样本，影响系统的使用表面在线检测技术的最新研究与应用u三维形貌特征不受背景、光照、环境等因素的影三维形貌特征不受背景、光照

12、、环境等因素的影响，是鲁棒性好的特征，可对缺陷进行定量表征响，是鲁棒性好的特征，可对缺陷进行定量表征与判定与判定u通过二维灰度信息与三维形貌信息的融合，不仅通过二维灰度信息与三维形貌信息的融合，不仅可以结合两种方法的优点，而且可以提高二维灰可以结合两种方法的优点，而且可以提高二维灰度图像与三维形貌信息的处理效率与可靠性度图像与三维形貌信息的处理效率与可靠性u基于面结构光的三维动态测量方法不仅提高了测基于面结构光的三维动态测量方法不仅提高了测量速度，而且在可靠性上也得到了很大保证量速度，而且在可靠性上也得到了很大保证表面在线检测技术的最新研究与应用重轨的表面是重轨的表面是多平面多曲面的多平面多曲

13、面的组合面。分为三个组合面。分为三个部分：轨头、轨腰部分：轨头、轨腰和轨底。共有弧面和轨底。共有弧面1414个，平面个，平面5 5处。处。5 5个平面分别是轨头个平面分别是轨头踏面、轨头侧面、踏面、轨头侧面、轨头底面、轨底顶轨头底面、轨底顶面和轨底底面。面和轨底底面。表面在线检测技术的最新研究与应用冷态重轨表面覆盖冷态重轨表面覆盖着很多的氧化铁皮，颜着很多的氧化铁皮，颜色与表面缺陷，如结疤色与表面缺陷，如结疤、压痕等缺陷非常相似、压痕等缺陷非常相似，很难区分。，很难区分。表面在线检测技术的最新研究与应用表面在线检测技术的最新研究与应用表面在线检测技术的最新研究与应用表面在线检测技术的最新研究与

14、应用表面在线检测技术的最新研究与应用表面在线检测技术的最新研究与应用u字符一般都是线字符一般都是线条型，有效像素条型，有效像素宽度较窄，可以宽度较窄，可以通过有效像素所通过有效像素所占比例来进行筛占比例来进行筛选，排除字符等选，排除字符等伪缺陷。伪缺陷。u字符的深度大约字符的深度大约为为0.20.2 mmmm，从而，从而可说明本方法的可说明本方法的深度检测精度为深度检测精度为0.20.2 mmmm。表面在线检测技术的最新研究与应用u用用3 3根样轨对缺陷检测算根样轨对缺陷检测算法进行了试验，每根样法进行了试验，每根样轨上的缺陷都准确检测轨上的缺陷都准确检测到，并且试验过程中只到，并且试验过程中只有一次误报。有一次误报。表面在线检测技术的最新研究与应用为了避免误检，为了避免误检，系统报警后，将系统报警后，将重轨慢速来回走重轨慢速来回走几遍，如继续报几遍，如继续报警，则确认为缺警，则确认为缺陷。陷。表面在线检测技术的最新研究与应用u激光线光源的三维检测技术目前最大的问题是检激光线光源的三维检测技术目前最大的问题是检测速度问题测速度问题u三维检测不能解决所有问题