摘要：热轧带钢拥有抗腐蚀和高韧性的优点，且便于机加工，因此成为钢铁行业的重要产品之一，已被广泛应用在车船、机械、建筑、桥梁等行业。据报道二十一世纪初期，我国建成投产的热连轧生产线近百余条，产能已逾两亿吨，中国已迈入钢铁产量大国行列。近年来，热轧行业需求逐步朝着厚度低于2mm甚至1.2mm的薄带钢发展，同时下游行业产品质量的不断提高要求热轧带钢的品质不断提升。然而，热轧带钢 生产过程中，由于上游工序中的设备和来料等综合原因，经常导致表面存在压入异物、辊印、刮痕、裂纹、氧化皮、麻点、边裂等质量缺陷。为了保证带钢的质量，我国钢厂的技术引进、技改和创新从以往的聚焦在轧机、辊道等生产设备上，逐步的转向热轧带钢的表面缺陷检测和品质控制技术上来。因此文章重点就热轧带钢表面缺陷在线检测方法进行研究。
关键词：热轧带钢；表面缺陷；在线检测
随着现代建筑和车船等制造业的蓬勃发展，带钢生产领域的工艺和技术持续升级，行业规模也随之迈向新的台阶。热轧带钢作为钢铁行业的重要产品之一，其轧制过程一直聚集着不断完善的高新技术。努力提高生产效率的同时，保证热轧带钢的高品质，对推动我国钢铁行业做大做强的现代化进程有着举足轻重的作用。然而，在热轧带钢工艺流程和品质控制方面仍然存在技术问题，最大的技术难题是目前的缺陷检测设备的实时性无法满足热轧生产线的快速生产节奏，因此，成品带钢中仍然存在由于原料和上游工艺等原因导致的诸如辊印、划痕、夹渣等表面缺陷。热轧带钢表面缺陷在线检测的主要任务是提出高效率的缺陷识别算法，然后采用经济有效的方法实现对带钢表面缺陷的识别和定位，并保证整个识别过程的实时性。
一、热轧带钢表面典型缺陷
热轧带钢的表面缺陷形态各异、成因复杂。轧制钢板材料分为结构钢、低碳钢、焊瓶钢等，不同材料的表面特性亦不同。根据缺陷外貌特点可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷；根据发生的频度可以分为周期性缺陷和无规律缺陷；根据缺陷产生原因，又可分为工艺缺陷、材料缺陷和损伤缺陷。热轧带钢表面常见的缺陷类型：辊印、横向裂纹、横向刮痕、结疤、夹渣、孔洞、浪形、麻点、凸包、氧化皮、压入异物、M 状铁鳞。其中辊印、纵向夹渣、麻点、氧化皮属于典型的周期性缺陷；孔洞、浪形、压入异物、横向刮痕属于典型的无规律缺陷。辊印、边裂、浪形属于工艺缺陷；夹杂、氧化皮、M 状铁鳞、压入异物缺陷多数由于坯料中带有杂质、气泡或氧化皮等，属于材料缺陷；刮痕、孔洞属于损伤缺陷。在带钢生产过程中及时的检测出表面缺陷，可尽快发现相应的设备、坯料、工艺的故障，能防止设备状态进一步恶化和避免更多的缺陷带钢被流入下游工序而造成连带损失。
二、热轧带钢表面缺陷在线检测方法
（一）检测原理
国外的检测系统一般采用面阵 CCD 摄像机为图像采集设备，并且用频闪氙灯为照明设备。但是面阵 CCD 摄像机采集钢板表面图像需要在带钢运行方向上有一个很大的采集空间，一般超过 100 mm，而热轧生产线辊道的间距一般为 40～80 mm。为了保证下表面图像的采集，需要拆掉一根辊子，或加大辊间距，这样就增加系统安装的难度，并且给生产线带来安全隐患。本文采用线阵 CCD 摄像机作为图像采集设备，并且用绿色激光线光源为照明设备。将多台线阵 CCD 摄像机安装在带钢的宽度方向上，根据带钢宽度和检测精度要求可选用2～4台线阵 CCD 摄像机，每台摄像机都与钢板表面垂直。两台激光线光源分别安装在摄像机两侧，每台激光线光源的光平面与钢板表面夹角成 89°，接近于垂直。将激光线光源照射到钢板表面，线阵 CCD摄像机采集钢板表面反射的光。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于钢板表面温度很高，辐射的红光及红外光很强，为了避免钢板表面辐射的影响，每台摄像机前安装窄带的绿光滤色镜，只允许绿光波段通过，这样就滤除了钢板表面的辐射光，提高了缺陷对比度。
（二）热轧带钢表面缺陷缺陷检测与识别算法流程
热轧带钢表面缺陷的检测与识别需要经过以下的步骤。
1.图像分割步骤：寻找可能存在缺陷的区域，该区域称为可疑区域，可疑区域可能由缺陷形成，也可能由伪缺陷形成。可疑区域的数据保存在计算机缓存中，以便进一步处理。由于每幅图像都要经过这一步骤，所以这一步骤需要实时完成，只能使用简单的算法。这一步骤的关键是要尽可能把所有的缺陷区域都找出来，以便避免缺陷的漏识；但同时又不能找出太多的伪缺陷，以便减少可疑区域的数量，减轻下面步骤的运算量。
2.缺陷检测步骤：由于可疑区域中会包含一些伪缺陷，如果将这些伪缺陷直接用于缺陷分类，那么会造成大量的误识，即将伪缺陷识别成缺陷。所以需要对可疑区域进行筛选，保证可疑区域尽可能由真缺陷组成。可疑区域筛选有两种方法，一种方法是去除伪缺陷，另一种是挑选真缺陷。由于伪缺陷基本由水、氧化铁皮与光照不均现象引起，很难找到算法将它们直接去除，因此只能采取第二种方案。热轧带钢表面缺陷从其形态与分布上可以分为下面4 类：①纵向缺陷：沿带钢轧制方向分布，一般在轧制方向有大的尺寸，但在宽度方向上的尺寸比较小，如纵裂和划伤等。②横向缺陷：沿带钢宽度方向分布，一般在带钢宽度方向上有大的尺寸，但在轧制方向上的尺寸比较小，如横裂和横向辊印等。③单个缺陷：一些面积比较大的缺陷，这些缺陷不具有明显纵向分布和横向分布特点，如夹杂、气泡、结疤和折叠等。④分布式缺陷：这在一定范围内密集分布，虽然单个缺陷的面积不大，但是分布的面积比较广，如麻面、某些压痕等。根据这 4 类缺陷的特点，对可疑区域进行筛选，从可疑区域中找出具有上述特征的 4 类缺陷，并组成缺陷区域。经过缺陷检测步骤后，可以提取到完整的缺陷区域，并且去除一些由噪声、光照不均和其他因素造成的伪缺陷区域，因此，得到的缺陷区域数量比可疑区域数量少得多。
3.特征提取与缺陷分类步骤：经过缺陷检测步骤，大部分的伪缺陷被去除了，但是还会存在一些伪缺陷。而且，需要对检测到的缺陷进行自动分类。特征提取与缺陷分类步骤用于对缺陷进行自动分类，以识别缺陷的类型，并去除剩余的伪缺陷。由于每幅图像都要经过图像分割步骤，所以图像分割步骤需要实时完成。而图像分割步骤后得到的可疑区域保存到计算机缓存中，因此，缺陷检测步骤可以在 CPU 有空闲的时候进行，采取准时处理的方式。经过缺陷检测步骤后得到的缺陷区域保存到服务器中，因此，特征提取与缺陷分类步骤可以在换卷时再进行。通过实时处理、准时处理和换卷时处理这三种方式，可以既保证数据处理的实时性，同时也保证缺陷的检出率与识别率。
总之，目前，我国钢铁行业在出现产能过剩而高品质带钢缺口较大的行业态势下，进一步树立了提速保质降成本的宏观目标，热轧带钢品质检测和控制技术的研究工作面临着新一轮的巨大挑战。文章采用线阵 CCD 摄像机作图像采集设备，根据热轧带钢表面的特点提出新的算法流程，在保证缺陷检出率的同时，又能降低缺陷的误识率，同时也能保证算法的实时性，满足系统的在线检测要求。
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论文作者:陆元捷,董冠求
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
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