劉冠華， 史文禮， 張春宇， 史曉強(qiáng)

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063016）

機(jī)器視覺以其客觀性、非接觸性、工作連續(xù)性、檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)近年來發(fā)展迅速而且應(yīng)用廣泛[1]，帶鋼表面質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)是機(jī)器視覺技術(shù)在鋼鐵行業(yè)推廣應(yīng)用的具體體現(xiàn)，在線檢測系統(tǒng)可為過程工藝調(diào)節(jié)、產(chǎn)品質(zhì)量判定、產(chǎn)品質(zhì)量提升、產(chǎn)品質(zhì)量追溯等提供有力支撐，帶鋼在線檢測系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化冷軋企業(yè)產(chǎn)線中不可或缺的一部分，根據(jù)傳感器類型可分為線掃描表檢系統(tǒng)、面掃描表檢系統(tǒng)和線面結(jié)合雙傳感器表檢系統(tǒng)[2-5]。唐鋼高強(qiáng)汽車板公司致力于生產(chǎn)高質(zhì)量家電板和汽車板，一期酸軋機(jī)組、連退機(jī)組和4 號鍍鋅機(jī)組配備SIAS 線掃描表檢系統(tǒng)，二期5 號鍍鋅機(jī)組和6 號鍍鋅機(jī)組配備ISRA雙傳感器表檢系統(tǒng)，經(jīng)過調(diào)試和優(yōu)化，5 套表檢系統(tǒng)均已滿足汽車板表面質(zhì)量檢測的要求[6-9]。本文選取產(chǎn)能相同的4 號鍍鋅線與6 號鍍鋅線，從傳感器類型、安裝位置、人機(jī)交互及質(zhì)量追溯方面進(jìn)行分析，發(fā)掘SIAS 與ISRA 二者的異同點(diǎn)。

1 傳感器類型

1.1 SIAS表檢系統(tǒng)

SIAS 表檢系統(tǒng)配置2 臺線陣相機(jī)，1 臺檢測帶鋼上表面，1 臺檢測帶鋼下表面，為獲得足夠的視野覆蓋帶鋼整個寬幅，相機(jī)距帶鋼檢測位置接近2 m，采用紅光LED 光源照明。SIAS 是奧鋼聯(lián)（SVAI）產(chǎn)線集成產(chǎn)品，使用單相機(jī)配置實(shí)現(xiàn)帶鋼表面檢測和邊緣檢測，相機(jī)需要進(jìn)行距離校準(zhǔn)、中心線校準(zhǔn)和角度校準(zhǔn)，灰度值補(bǔ)償量調(diào)整至建議值即可，具有簡單的硬件體系結(jié)構(gòu)，需要維護(hù)的電子部件較少，在產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)劃之初已預(yù)留足夠的空間滿足單相機(jī)視野覆蓋，在設(shè)備安裝方面具有便利條件。

1.2 ISRA表檢系統(tǒng)

ISRA 表檢系統(tǒng)在帶鋼上下表面分別配置2 臺線陣相機(jī)和5 臺面陣相機(jī)，線陣相機(jī)距帶鋼檢測位置1 m，面陣相機(jī)距帶鋼檢測位置0.6 m，線陣光源為白光LED，面陣光源為散射紅外LED，相機(jī)配置見圖1。ISRA 表檢系統(tǒng)為第三方產(chǎn)線配套設(shè)備，產(chǎn)品設(shè)計(jì)兼容大多數(shù)主流產(chǎn)線，以多個相機(jī)視野疊加來減小對空間的占用，雙相機(jī)與單相機(jī)布局對比示意見圖2。雙傳感器發(fā)揮各自優(yōu)勢展示更加清晰的缺陷圖像，如鋅渣、水印、斑跡的缺陷圖像面陣相機(jī)拍攝占比超95%，鋅灰的缺陷圖像面陣相機(jī)拍攝占比超85%，亮邊和輥印的缺陷圖像線陣相機(jī)拍攝占比趨于100%，劃傷的缺陷圖像線陣相機(jī)拍攝占比60%。硬件結(jié)構(gòu)及軟件算法相對復(fù)雜，在調(diào)整相機(jī)灰度值補(bǔ)償量時需選定一個參考相機(jī)的增益值為默認(rèn)值，然后修改其他相機(jī)的增益值，以使它們的灰度值輸出一致，另外雙傳感器的應(yīng)用也增加了設(shè)備購買價格。

圖1 ISRA 表檢系統(tǒng)相機(jī)配置

1.3 現(xiàn)狀對比

在同客戶同鋼種相同質(zhì)量放行標(biāo)準(zhǔn)下ISRA 表檢系統(tǒng)缺陷檢出數(shù)量明顯多于SIAS 表檢系統(tǒng)，兩者相差一個數(shù)量級，差別在于對1、2 級輕微缺陷的過濾程度不同,大量未過濾的輕微缺陷在質(zhì)量決策中并無實(shí)際意義，ISRA 表檢在灰度補(bǔ)償量上還需調(diào)整。

圖2 SIAS 線陣和ISRA 線陣示意圖

2 安裝位置

表檢設(shè)備位置的選定需具備恒定的照明、恒定的檢測角度、恒定距離等穩(wěn)定性要素。線掃描傳感器對帶鋼的振動非常敏感，所以檢測區(qū)域必須位于固定的張力輥上，張力輥半徑變化允許最大值為1 mm，磨損超過1 mm 時需進(jìn)行相機(jī)焦距校準(zhǔn)，張力輥表面與鋼板表面之間要有足夠的顏色對比，最起碼要有20 以上的灰度值差別，面掃描傳感器允許帶鋼振幅最大值為15 mm。環(huán)境條件是檢測系統(tǒng)圖像處理鏈的第一個環(huán)節(jié)，即使最高級的軟件也不能消除自然環(huán)境產(chǎn)生的干擾。系統(tǒng)必須維護(hù)在良好的工作狀態(tài)，要依照維護(hù)說明定期清潔，保證光路暢通，特別是帶鋼表面到相機(jī)的空間內(nèi)應(yīng)無灰塵。

SIAS 表檢傳感器安裝在鈍化裝置前的8 號張力輥，側(cè)重于缺陷早期發(fā)現(xiàn)便于及時調(diào)整工藝，減少缺陷產(chǎn)生的降判損失，產(chǎn)品檢驗(yàn)的同時兼顧過程控制，鈍化液斑跡及鈍化輥擦劃傷缺陷需要人工檢查臺關(guān)注確認(rèn)。ISRA 表檢傳感器安裝在鈍化機(jī)之后的9 號張力輥，檢驗(yàn)覆蓋鈍化過程產(chǎn)生的缺陷，定位于產(chǎn)品的最終質(zhì)量檢驗(yàn)。

高端汽車外板生產(chǎn)線已由“單線單表檢”向“雙線三表檢”模式發(fā)展，“雙線”指鍍鋅線加重卷檢查線，“三表檢”是指在雙線上安裝三套表檢系統(tǒng)，分布在3 號張力輥、9 號張力輥和重卷線出口檢測室，具有帶鋼涂鍍前基板表面質(zhì)量檢測、鍍鋅后成品表面質(zhì)量檢測和重卷線低速缺陷確認(rèn)功能。

3 人機(jī)交互

SIAS 表檢在線監(jiān)測模式采用雙屏監(jiān)視器，它不僅顯示缺陷名稱和缺陷圖像，而且還顯示系統(tǒng)和產(chǎn)品信息，監(jiān)視器布局見圖3。左側(cè)為主窗口顯示整體情況，帶鋼表面缺陷以英文代碼形式呈現(xiàn)，以不同顏色區(qū)別缺陷嚴(yán)重等級，右側(cè)監(jiān)視器用于實(shí)時圖像檢查，顯示直接從攝像機(jī)獲得的實(shí)時或凍結(jié)圖像。SIAS表檢在線模式界面比較簡潔，前臺只是“只讀模式”的查看，缺陷過濾方面需后臺管理員配置。SIAS 表檢具備報表輸出功能，鋼卷缺陷統(tǒng)計(jì)集成到質(zhì)檢報表中，便于表面質(zhì)量的量化比較。

圖3 SIAS 表檢用戶界面

ISRA 表檢在線模式采用單屏監(jiān)視器，對比SIAS 表檢缺少右側(cè)實(shí)時圖像檢測屏，監(jiān)視器布局見圖4。對比SIAS 表檢“只讀模式”的查看功能，ISRA表檢前臺可選擇性較多，在鋼卷缺陷顯示方面可以選擇真實(shí)方式、標(biāo)簽方式、表格方式和統(tǒng)計(jì)方式，在缺陷圖像顯示方面可以選擇原始圖、均衡化、拉伸化和三維效果圖，在缺陷過濾方面可以篩選缺陷種類和缺陷等級。鋼卷缺陷以中文名稱顯示，文字底紋設(shè)計(jì)使得缺陷屏占比與實(shí)物不一致。鋼卷缺陷報表僅限客戶端查看和打印，不具備報表輸出功能，無法進(jìn)行表面缺陷量化對比。后續(xù)改進(jìn)方面ISRA 表檢配備了“偽雙屏”顯示，即增加一臺客戶端，一個顯示全部缺陷，另一個選擇性顯示客戶關(guān)注的缺陷，過濾“不相干”缺陷，實(shí)現(xiàn)針對性檢驗(yàn)。

圖4 ISRA 表檢用戶界面

4 質(zhì)量追溯

鋼卷檢測結(jié)果和鋼卷報文經(jīng)系統(tǒng)后處理一起存儲在檢測數(shù)據(jù)庫，存檔類型包括鋼卷數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)、檢測參數(shù)和缺陷圖像，為節(jié)省磁盤容量，系統(tǒng)將對圖像進(jìn)行壓縮，對周期性缺陷的圖像系統(tǒng)選擇存儲該缺陷的主圖標(biāo)，對于分類器識別的一些偽缺陷圖像可選擇不儲存。SIAS 表檢離線終端由4 個模塊組成，見下頁圖5，分別是鋼卷列表模塊、單卷缺陷總覽模塊、單卷缺陷列表模塊、單個缺陷圖像顯示模塊，ISRA 表檢離線終端與在線模式大體相同。兩者在離線回查終端布局類似，都具備以鋼卷號或生產(chǎn)日期為索引進(jìn)行快速質(zhì)量回查功能，詳細(xì)的缺陷信息為重卷線快速取樣及后續(xù)分析改進(jìn)提供了便利條件。在處理產(chǎn)品質(zhì)量異議方面，通過表檢系統(tǒng)離線回查來確認(rèn)產(chǎn)品流通過程中缺陷產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，為質(zhì)量異議定責(zé)和整改提供了有力支撐。

圖5 SIAS 表檢離線界面

5 結(jié)語

1）雙傳感器的ISRA 表檢在鋼卷缺陷檢出數(shù)量方面優(yōu)勢明顯，大量的缺陷檢出量需要配備大容量存儲器，在輕微缺陷過濾方面有待優(yōu)化，單傳感器的SIAS 表檢在設(shè)備維護(hù)方面優(yōu)勢明顯。

2）傳感器安裝位置方面SIAS 表檢位于8 號張力輥兼顧過程控制，ISRA 表檢位于9 號張力輥側(cè)重成品檢驗(yàn)。

3）在人機(jī)交互方面SIAS 表檢界面簡潔，極大程度的發(fā)揮了雙屏監(jiān)視器的優(yōu)勢，具備鋼卷缺陷報表導(dǎo)出功能，為后期表面等級量化提供數(shù)據(jù)支撐；ISRA 表檢客戶端自由度高，便于用戶靈活選擇，在報表集成方面還有待改進(jìn)。

4）在質(zhì)量追溯方面兩者離線終端均能完整還原鋼卷缺陷信息，為質(zhì)量追溯和質(zhì)量提升提供有力支撐。