表面质量在线检测系统

高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology表面质量在线检测系统表面质量在线检测系统徐科北京科技大学高效轧制国家工程研究中心2006.10.19高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology主要内容主要内容表面检测的意义表面检测技术的使用与研究现状表面检测技术的发展历史冷轧带钢表面质量在线检测系统中厚板表面质量在线检测系统热轧带钢表面质量在线检测系统表面三维检测技术总结与展望高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology传统检测方法的问题传统检测方法的问题人工检测的结果容易受主观因素影响，缺乏准确性、可靠性和完整性；人眼很难检测运动物体，尤其是高速运动物体；人眼很难在线检测微小的缺陷，尤其是小于0.3mm的缺陷；检测人员劳动强度大，并且容易造成眼部的不适或疾病；某些表面很难直接由人工来检测，如某些生产线的下表面或热轧生产线，受环境影响，不能直接检测。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology表面在线检测的意义表面在线检测的意义有效控制产品表面质量，减少企业经济损失。采用表面在线检测系统可以及时发现板带产品的表面缺陷，从而采取措施避免缺陷的继续产生，减少因此造成的经济损失。减轻工人劳动强度，精简人员和岗位。采用表面在线检测系统可对表面质量进行全连续的自动检测，从而减轻了检测人员的劳动强度，并且可以减少检测岗位，做到一个检验员可同时检测多条生产线。正确评估产品表面质量，减少贸易纠纷事件。采用表面在线检测系统可以降低缺陷的漏检率和误检率，从而保证产品的出厂质量，避免用户的质量异议，维护企业的形象。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology表面在线检测使用方式表面在线检测使用方式评估带卷表面质量9安装在成品生产线上，如精整线、镀层线、热轧成品线；9通过对表面缺陷的统计评估整个带卷的表面质量，并且生成带卷的检测报告，作为带卷出厂的凭证，同时保存缺陷的信息和图像，以便将来用户的查询。进行质量过程控制9安装成品之前的生产线上，如酸洗线、平整线、向冷轧提供原料的热轧线等处；9检测会造成成品表面质量问题的缺陷，如夹杂、锈斑、孔洞、边裂、划伤等，避免这些有缺陷的带卷作为下一道工序的原料，以减小企业的损失。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology国外使用与研究现状国外使用与研究现状使用现状–发达国家整个轧钢流程基本配备有这种表面在线检测系统，包括热轧到冷轧以及后续的精整和涂镀等。–德国的蒂森公司规定，所有出厂的热轧带卷都必需有表面监测系统提供的检测报告，没有检测报告该带卷不能出厂。–韩国的浦项制铁在其整个公司的轧钢生产线上用了40套以上这样的监测设备，从热轧生产线开始，到冷轧的各条生产线，如酸洗、轧制、平整、涂镀及精整等。研究现状–起源于二十世纪七十年代，从二十世纪九十年代开始由于CCD摄像技术的发展而有了长足的进步；–已有应用于生产线上的产品：德国和美国；–价格高、检出率与识别率还不能达到理想程度。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology国内使用与研究现状国内使用与研究现状使用现状–宝钢从20世纪80年代开始从国外引进这种设备，最初使用的是激光扫描技术，用于镀锡线；–从2000年以后，国内钢铁企业对表面检测技术的兴趣日益增加，使用该种设备的数量大为提高；–据不完全统计，目前在热轧带钢生产线上使用该设备的有：宝钢的三条热轧线、武钢2250(以上从德国Parsytec公司引进)、鞍钢1780(从奥钢联引进)、唐钢1700(北京科技大学开发)，另外太钢新建的热轧线也准备引进。研究现状–从二十世纪九十年代开始有这方面的研究，基本上停留在实验室阶段；–北京科技大学已经开发成功了应用于冷轧带钢、中厚板、热轧带钢生产线的表面在线检测系统。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology研究背景研究背景1998年，受欧盟资助，从事“表面自动检测系统在钢铁工业质量控制中的应用”项目，开始进入表面在线检测技术方面的研究。从1998年至今，共得到1项国家自然科学基金，2项国家863计划项目，1项教育部重点项目，1项科技部中小企业创新基金项目，1项北京市高技术成果转化项目的资助。2002年，开发了国内第一套冷轧带钢表面在线检测系统，应用于武钢海南公司的1250冷轧精整线。2003年，开发了国内第一套中厚板表面缺陷在线检测系统，用于济钢的中厚板厂。2005年，与唐钢签订合同，为唐钢新建的1700热轧带钢生产线提供表面缺陷在线检测系统。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology发展阶段发展阶段11：人工目测与离线抽检相结合阶段：人工目测与离线抽检相结合阶段生产速度不断加快：当生产线速度50米/分时，人工目测方式无法可靠捕获缺陷信息，从而产生大量漏检和误检。人眼视觉灵敏度的影响：即使在较低的生产线速度下，人眼固有的感光性能、色觉反应对于单一色度的被检物来说，其分辨效率极低。人体功能方面的影响：人工目测方式需要工作者持续工作在高温、粉尘、噪音、振动等恶劣环境下，检测者极易疲劳，对人体和心理都造成极大伤害。检测结果的有效性：由于人工目测方式是基于检测人员主观印象作为检测标准的，故而很难形成产品横向和时间纵向上的检测一致性。从19世纪现代工业革命开始至上世纪50年代初，由于生产规模及生产速度水平均较低，表面质量检测主要采用生产过程中人工目测和离线过程中的成品抽检。到了50年代，此种检测方式逐渐不能适应现代化高速生产的需要，主要表现在以下几个方面：高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology发展阶段发展阶段22：基于各种传感技术的检测方式：基于各种传感技术的检测方式主要特征是各类高灵敏度传感器件在产品表面缺陷检测乃至整个无损检测领域的广泛应用，包括涡流检测、磁气检测、漏磁检测、电容检测、浸透检测和超声波检测等。优点：–不仅能检测表面缺陷，而且大多数还能检测内部微小缺陷；–某些方式检测精度较高，可检测到5×10-4mm3的微小内部缺陷。缺点：–只适用于某些要求不高的应用场合；–具有局限性，如无法用漏磁法对非金属材料进行表面检测；–检测缺陷种类有限。其检测机理多利用被检物体的物理性能，如磁性能或热性能，故其可检出的缺陷定量描述参数和缺陷种类都十分有限；–无法综合评估产品的表面质量状况。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology发展阶段发展阶段33：机器视觉检测技术：机器视觉检测技术激光扫描方式–精度低、扫描速度慢–对钢板表面的灰尘、杂质比较敏感–光学系统设计与维护非常复杂线阵CCD摄像机(奥钢联、Cognex)–扫描速度快、精度高–需要的检测空间小–不适用于钢板有大的跳动的情况面阵CCD摄像机(Parsytec)–采用多摄像机同步采集方式能得到高的扫描速度与检测精度–需要的检测空间大–采用的摄像机及后续的采集卡和处理系统数目多高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology基于CCD的表面在线检测原理基于基于CCDCCD的表面在线检测原理的表面在线检测原理采用CCD摄像原理，将光源发出的光照射到生产线上运行状态的带钢表面，用CCD摄像机采集从钢板表面反射的光，将反射光的强度转换成灰度图像。由于带钢表面有缺陷区域与无缺陷区域对于光反射性质上的不同，如一些有色缺陷对光的吸收比较多，因此反射光的光强就比没有缺陷的表面弱，而一些三维缺陷对入射光造成散射，同样会造成反射光的光强比没有缺陷的表面弱。反射光的光强通过摄像机采集到的灰度图像反映出来，光强越大，图像灰度值越高，光强越小，图像灰度值越低。因此通过对摄像机采集到的灰度图像进行处理分析，可以检测带钢表面是否存在着缺陷，并且对缺陷进行标定。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology系统总体结构系统总体结构……服务器客户机摄像头钢板高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology系统关键技术系统关键技术系统关键技术快速运动物体图像采集技术：采用“图像冻结”技术。一种方法是减小摄像机的曝光时间，另一种是减小光源的发光时间，其原理等同于减小摄像机的曝光时间。图像数据的实时处理9采用并行处理技术9采用快速图像处理算法，Intel系列CPU有几种附加指令集MMX、SSE、SSE2等，这些指令集可用于快速处理算法的开发，采用这些指令集编写的代码可比普通代码的效率高10倍以上。9采用了特殊的算法流程。缺陷检测与识别算法：采用人工智能方法自动识别缺陷的类型。高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology图像数据的实时处理图像数据的实时处理图像数据的实时处理通过硬件方式来实现9优点：速度快9缺点：更新和升级困难，只能做大数据量的简单处理通过软件方式实现9优点：更新和升级比较简单，可以用一些相对复杂，甚至智能化的算法9缺点：速度慢，只能用于数据量不大的情况在硬件上采用并行计算技术在软件上采用多线程处理技术在算法上采用了一些快速图像处理算法高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology冷轧带钢表面缺陷的特点冷轧带钢表面缺陷的特点多样性9宝钢《冷轧产品表面质量评定手册》中定义的冷轧带钢表面缺陷种类达99种之多复杂性9不同机组会产生不同缺陷9同一机组在不同工艺参数或生产条件下会产生不同的缺陷9不同用户，或在不同使用条件下，对缺陷的判定不一隐蔽性9一些缺陷很难直接观察到，甚至需要打磨才能发现9同类缺陷在形态上会有很大差异9一些非缺陷，如水印或油印等，容易被识别成缺陷高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology冷轧带钢常见缺陷类型冷轧带钢常见缺陷类型压入氧化铁皮乳化液斑折印（边折印、粘结横纹）锈斑压痕（凹入辊印）边裂擦伤点粘结（马蹄印）桔皮纹划痕（划伤）勒辊印（羽纹、席纹、平整纹）高效轧制国