前沿技術(shù)|淺析帶鋼縱剪線上的表面缺陷檢測系統(tǒng)
時(shí)間:2023-08-31 18:12:43
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(資料圖)
表面缺陷檢測系統(tǒng)采用的是利用激光式線條相機(jī)(linecamera)、CCD/CMOS式線條相機(jī)、CCD/CMOS區(qū)域相機(jī)(areacamera)進(jìn)行圖像識(shí)別的方法。過去,鋼鐵業(yè)使用激光式線條相機(jī)的情況很多,但在這些情況中使用的激光光點(diǎn),因直徑的制約,很難檢查出微小的缺陷,并且不能檢查出無凸凹的花紋狀缺陷。因此,圖像識(shí)別方法表面缺陷檢測系統(tǒng)是帶鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)的主流模式。圖像識(shí)別方法表面缺陷檢測系統(tǒng)的攝像機(jī)有區(qū)域相機(jī)和線條相機(jī)兩大類別。其中,線條相機(jī)的長度方向分辨率優(yōu)于區(qū)域相機(jī)。攝像機(jī)使用的圖像傳感器有CCD(電荷耦合元件)傳感器和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器。兩種傳感器在功能和性能方面的差別如下。CCD傳感器所有二維像素信號(hào)輸出的電子,由電容器構(gòu)成的轉(zhuǎn)送線路將信號(hào)發(fā)送出去。與此不同,CMOS傳感器,將像素信號(hào)輸出電子增幅,經(jīng)半導(dǎo)體管轉(zhuǎn)換將各像素的信號(hào)輸出電子讀出。所以,CMOS傳感器容易受噪聲干擾,但比CCD傳感器便宜。隨著近年來傳感器技術(shù)的進(jìn)步,開發(fā)出CMOS傳感器的噪聲對策技術(shù),所以,表面缺陷檢測系統(tǒng)使用的傳感器主要是CMOS傳感器。日本這家制鐵所也采用了使用CMOS傳感器線條相機(jī)的表面缺陷檢測系統(tǒng)。
表面缺陷檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣的構(gòu)成裝置是,①攝像機(jī)和光源(LED、熒光燈等)、②圖像處理計(jì)算機(jī)、③數(shù)據(jù)儲(chǔ)存/確認(rèn)控制用PC。表面缺陷檢測系統(tǒng)將攝像機(jī)拍攝到的被檢查對象的連續(xù)圖像輸送到圖像處理計(jì)算機(jī),對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,根據(jù)圖像的色調(diào)深淺對缺陷進(jìn)行判定檢查。檢查結(jié)果被輸送到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存/確認(rèn)控制用PC。PC上顯示出帶鋼展開圖和缺陷圖像,并保存在PC中。當(dāng)檢查到缺陷時(shí),警報(bào)器發(fā)出警告鳴聲。
圖2是表面缺陷檢測系統(tǒng)判定缺陷方法的概略圖。將來自光源的透射光或反射光進(jìn)行二值化處理后,利用軟件或光源輸出功率調(diào)整的方法使檢測信號(hào)增幅(標(biāo)準(zhǔn)化處理),然后對二值化信號(hào)設(shè)定閾值。對檢測出超過閾值的信號(hào)的像素位置信息和信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行列表。根據(jù)規(guī)定條件,制成準(zhǔn)缺陷圖像數(shù)據(jù)。利用準(zhǔn)缺陷圖像的大小、形狀、色調(diào)深淺、位置等參數(shù)對檢測到的圖像進(jìn)行細(xì)致判斷,判定檢測到的圖像是否是缺陷。
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導(dǎo)入表面缺陷檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作
2.1檢查缺陷的確定
特殊鋼產(chǎn)品上的卷取劃傷、刮傷、剝落異物壓入等非周期性表面缺陷是表面缺陷檢測系統(tǒng)應(yīng)檢查出來的缺陷,并且要表明缺陷位置。可用切取試樣方法進(jìn)行檢查的周期性缺陷不在表面缺陷檢測系統(tǒng)的檢查范圍之內(nèi)。表面缺陷檢測系統(tǒng)攝像機(jī)和光源的角度不同,缺陷顯示的外觀也不同。因此在檢查前,要確定要檢查的缺陷并精準(zhǔn)設(shè)定表面缺陷檢測系統(tǒng)攝像機(jī)和光源的角度。
2.2表面缺陷檢測系統(tǒng)的設(shè)置位置。
保證表面缺陷檢測系統(tǒng)檢查精度的最重要的因子是通板線(帶鋼輸送線)的穩(wěn)定性。如圖3所示,當(dāng)通板線不穩(wěn)定時(shí),攝像機(jī)接受的信號(hào)波形混亂。為了防止波形混亂導(dǎo)致誤檢,就要降低閾值,這樣就降低了表面缺陷檢測系統(tǒng)的檢查能力。因此,表面缺陷檢測系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在張緊輥等大直徑輥和展開角大的位置。或者,如圖5所示,在通板線上安裝有展開角的檢查輥。
1號(hào)、2號(hào)帶鋼縱剪線沒有現(xiàn)成的大展開角輥,所以,安裝了圖4所示的新檢查輥。
2.3表面缺陷檢測系統(tǒng)的選定
國內(nèi)外有許多廠家銷售圖像識(shí)別式表面缺陷檢測系統(tǒng),其性能、價(jià)格多種多樣。大所以在選定表面缺陷檢測系統(tǒng)的類型時(shí),采集了實(shí)際缺陷試樣和油污、退火花紋等對產(chǎn)品無害但外觀與正常帶鋼表面不同的非缺陷試樣,利用廠家的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
1號(hào)、2號(hào)帶鋼縱剪線的表面缺陷檢測系統(tǒng)進(jìn)行了表2所示項(xiàng)目的評(píng)價(jià)試驗(yàn),達(dá)到選定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備技術(shù)條件見表2。
表面缺陷檢測系統(tǒng)在帶鋼的正面和背面都設(shè)置了低角度和高角度兩種攝像機(jī)。用這兩種攝像機(jī)進(jìn)行缺陷檢查,并導(dǎo)入缺陷圖像參數(shù)綜合判定系統(tǒng),將有害缺陷與無害的油污、退火花紋區(qū)別開來,防止了誤判。
如果選定了不符合表2要求的表面缺陷檢測系統(tǒng),則會(huì)產(chǎn)生在帶鋼高速通板中不能進(jìn)行檢查的區(qū)間和出現(xiàn)上萬個(gè)缺陷圖像不得不由人工進(jìn)行判定的困境。因此使用這種不符合表2要求的表面缺陷檢測系統(tǒng),不能建立產(chǎn)品質(zhì)量保證體系。
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表面缺陷檢測系統(tǒng)的調(diào)整
特殊鋼帶鋼的生產(chǎn)流程是退火-冷軋-脫脂-平整軋制。制造條件決定帶鋼的光澤度、油污程度、有無油斑、有無退火花紋等。為了使表面缺陷檢測系統(tǒng)具有要求的檢查功能,必須使表面缺陷檢測系統(tǒng)滿足表3所示的最佳處理?xiàng)l件、閾值、判定條件等。如圖5所示,在表面缺陷檢測系統(tǒng)中構(gòu)建了自動(dòng)設(shè)定最佳標(biāo)準(zhǔn)化處理?xiàng)l件、閾值、判定條件的機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了帶鋼表面缺陷的高精度檢查體制。
3.1標(biāo)準(zhǔn)化處理的設(shè)定
帶鋼的光澤度不同,對光源光線的反射量也不同。因此本表面缺陷檢測系統(tǒng)針對帶鋼的各種光澤度設(shè)定檢查條件,調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)化處理的設(shè)定值。
3.2缺陷信號(hào)閾值的調(diào)整實(shí)例
3.2.1缺陷識(shí)別范圍優(yōu)化
為了提高缺陷判定規(guī)則的精度,應(yīng)增多缺陷輪廓、色調(diào)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。對缺陷信號(hào)閾值進(jìn)行調(diào)整后可以全部檢查出帶鋼上具有缺陷特征的部分。雖然也可以檢查出油污、退火花紋,但對表面缺陷檢測系統(tǒng)的判定規(guī)則進(jìn)行調(diào)整后,可以識(shí)別出這些非缺陷。
3.2.2根據(jù)帶鋼原板狀態(tài)調(diào)整缺陷信號(hào)閾值
來自上游工序的油附著狀態(tài)帶鋼和張力狀態(tài)帶鋼常常進(jìn)入實(shí)際的帶鋼縱剪線上,因此在表面缺陷檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢查時(shí),帶鋼正面背面會(huì)產(chǎn)生異常信號(hào)。例如,對邊部30mm內(nèi)涂油不完全的光澤度極高的帶鋼進(jìn)行檢查時(shí),帶鋼邊部30mm內(nèi)不論有無缺陷,在正面低角度攝像機(jī)視野內(nèi),由于與帶鋼其他部位外觀不同,都識(shí)別為缺陷,而發(fā)生帶鋼全長缺陷誤判(圖6)。
表4是帶鋼表面缺陷的匯總。在圖6的情況下,降低了帶鋼邊部30mm內(nèi)區(qū)間的缺陷閾值,使系統(tǒng)不發(fā)生帶鋼全長缺陷誤判。
為了準(zhǔn)確判定缺陷,應(yīng)準(zhǔn)確掌握缺陷的特征(如表4),并使用正面(高角)攝像機(jī)和背面(低角)攝像機(jī),調(diào)整缺陷判定標(biāo)準(zhǔn),不使缺陷流出廠外。
3.3判定標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整
表面缺陷檢測系統(tǒng)缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整要使用100多個(gè)參數(shù)(缺陷大小、長寬比、明暗度等),所以,利用人工將缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整到最佳程度極為困難。為此,導(dǎo)入了缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的支援系統(tǒng),用于缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。
為了利用AI進(jìn)行缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定,要對AI進(jìn)行與人工檢查員同樣的教育。為此,建立了有害缺陷和無害花樣的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能多。1號(hào)帶鋼縱剪線的缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定支援系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中有2.3萬個(gè)圖像數(shù)據(jù),2號(hào)帶鋼縱剪線的缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定支援系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中有3萬個(gè)圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)設(shè)定缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)。
本文為部分內(nèi)容,全文請參閱《世界金屬導(dǎo)報(bào)》29期B06。
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