基於雷射線光源的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法和裝置的製作方法

2023-09-18 16:25:05 3

專利名稱：基於雷射線光源的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱軋帶鋼表面缺陷的在線檢測方法，以及實現該方法的檢測裝置。
背景技術：
由於熱軋帶鋼生產線的溫度高、速度快，無法通過人工進行表面缺陷在線檢測，因此對於帶卷的表面缺陷情況很難得到及時的反饋與全面了解。國外從二十世紀八十年代起就開始對熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測進行了研究，目前比較成熟的技術來自於德國Parsytec公司(中文名稱為德國百視泰公司)，該公司的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測系統在寶鋼2050和1580生產線以及武鋼2250生產線上得到了應用，這些系統採用「面陣CCD攝像機+頻閃氙燈」的方案，即通過多臺頻閃氙燈照射帶鋼表面，並通過面陣CCD攝像機採集鋼板表面圖像。這種方案存在著以下問題(1)面陣CCD攝像機採用幀掃描的方式，需要在帶鋼運動方向(即縱向)上有一個比較大的採集空間，一般根據檢測精度的要求，大概在200mm以上，而熱軋帶鋼生產線的輥道的間距一般只有40mm，因此在輥道下方安裝帶鋼的下表面檢測裝置時，輥道的間距太小，影響圖像的採集。該公司採用的方法是拆掉一根輥子，為了防止拆掉輥子後由於輥道間距變大造成帶鋼頭部易扎入輥道，從而造成生產事故，在拆掉輥子的地方加上一輔助擋板。當帶鋼頭部到來前，擋板立起，託住帶鋼頭部，避免頭部扎入輥道；等帶鋼頭部離開擋板後，擋板落下，檢測裝置開始工件。因此造成帶鋼頭部不能檢測。
(2)頻閃氙燈的發光不均勻，一般需要多臺頻閃氙燈同時照射帶鋼表面才能取得理想的照明，造成設備的成本昂貴，維護困難。
線陣CCD攝像機在表面檢測中應用比較廣泛，由於線陣CCD攝像機採用線掃描的方式，不需要在帶鋼運動方向上的大的採集空間，因此，如果在熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測中用線陣CCD攝像機進行圖像採集，則可以避免面陣CCD攝像機需要拆輥、安裝擋板及頭部不能檢測等問題。但是線陣CCD攝像機的採集頻率高，一般需要在5000行/秒以上，而頻閃氙燈的發光頻率最高只有60次/秒，遠低於線陣CCD攝像機的採集頻率。因此需要有新的光源為線陣CCD攝像機提供照明，這一光源必須是高頻的或連續工作的，目前連續工作的光源有LED、螢光燈、滷素燈等，但是由於熱軋帶鋼表面溫度很高，光源的位置與鋼板表面的距離很遠才能保證光源正常工作，這些光源沒有聚光的作用，距離越遠，光源的照度就越低，達不到照明效果。
雷射具有良好的聚光性，一般的雷射光源是點光源，為了用於線陣CCD攝像機的照明，在雷射點光源前加一柱面鏡，將點光源擴散成線光源。由於這種光源的能量集中，並且具有良好的單色性，適用於熱軋帶鋼生產線。

發明內容
本發明針對目前熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測系統採用「面陣CCD攝像機+頻閃氙燈」方式所存在的問題，提供了一種採用「線陣CCD攝像機+雷射線光源」方式在線檢測熱軋帶鋼表面缺陷的方法及裝置。
本發明是將雷射線光源發射的高亮度雷射線條照射到熱軋帶鋼表面，通過線陣CCD攝像機在線採集帶鋼表面反射的雷射光線，通過圖像採集卡將視頻圖像採集下來，並進行A/D轉換，變成數字圖像，對數字圖像進行濾波、去噪等處理，消除圖像中的一些幹擾信號，再檢測圖像中是否存在著缺陷，並且對缺陷進行標定，即確定缺陷所在的位置和大小，最後，對檢測到的缺陷進行自動識別，以確定該缺陷是哪種類型的缺陷，並行計算系統將得到的缺陷信息通過千兆乙太網傳給資料庫伺服器，在資料庫伺服器中進行合併和保存，可以通過海量存儲器來保存大量的缺陷信息歷史數據，在質檢站安裝終端，終端與資料庫伺服器之間通過千兆乙太網連接，通過終端可以實時顯示缺陷的檢測結果。
一種實施上述技術方案的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測裝置，其特徵中由所述的線陣CCD攝像機和所述的雷射線光源組成檢測裝置，檢測裝置分為上下表面兩套檢測裝置，上表面檢測裝置安裝在層流冷卻後，側導板前，下表面檢測裝置安裝在卷取機前。
進一步講，本發明採用最大輸出功率在500mW以上的全固態泵浦雷射器，雷射的波長為532nm(即綠光)，在雷射器的前端加一柱面鏡，柱面鏡根據雷射器的安裝位置和所需要的雷射線長度和寬度設計，雷射器的安裝位置距熱軋帶鋼表面2米，可用的雷射線長度為2米，寬度為40mm。
採用上述技術方案實現的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測裝置的設計如下在熱軋帶鋼生產線的層流冷卻後到卷取機前的輥道區域安裝表面檢測裝置，上表面檢測裝置安裝在輥道上方，下表面檢測裝置安裝在輥道下方。檢測裝置包括多臺線陣CCD攝像機與一臺雷射線光源，攝像機放置在帶鋼的橫向上，相鄰攝像機採集到的圖像需要有一定的重疊，以便保證能夠掃描到整個帶鋼表面的圖像，其重疊的部分在後續的圖像處理中加以消除，雷射器採用最大輸出功率在500mW以上的全固態泵浦雷射器，雷射的波長為532nm(即綠光)，在雷射器的前端加一柱面鏡，柱面鏡根據雷射器的安裝位置和所需要的雷射線長度和寬度設計，雷射器的安裝位置距熱軋帶鋼表面2米，可用的雷射線長度為2米，寬度為40mm。攝像機採集到的圖像傳送給並行計算系統，通過並行計算技術及採用快速圖像處理算法對圖像進行實時的分析和處理。所有的算法，包括缺陷檢測和缺陷分類算法都在並行計算系統中完成。並行計算系統得到的缺陷信息(缺陷的位置、尺寸、類型、等級等信息)通過千兆乙太網傳給資料庫伺服器，在資料庫伺服器中進行合併和保存，可以通過海量存儲器來保存大量的缺陷信息歷史數據。在質檢站安裝終端，終端與資料庫伺服器之間通過千兆乙太網連接，通過終端可以實時顯示缺陷的檢測結果。
本發明的有益效果是，在整個檢測裝置中只需要兩臺雷射線光源，上下表面各用一臺，並且不需要拆輥和安裝擋板，大大降低了設備的硬體成本和安裝、維護費用。並且由於雷射光源具有良好的聚光性和單色性，採集到的帶鋼表面圖像質量好，微小的缺陷也能檢測到。


下面結合附圖和實施例對本可發明作進一步說明。
圖1是本發明的檢測裝置安裝示意圖。圖中1.地平面，2.輥道，3.熱軋帶鋼，4.層流冷卻，5.卷取機，6.側導板，7.上表面檢測小房，8.下表面檢測小房，9.線陣CCD攝像機，10.雷射線光源。圖1中為了便於表示，上下表面只畫了一個攝像機，實際應用中一般需要多臺攝像機。
具體實施例方式
在圖1中，在層流冷卻(4)後面，側導板(6)前面的輥道上方建上表面檢測小房(7)，在上表面檢測小房(7)內安裝上表面檢測裝置，包括線陣CCD攝像機(9)和雷射線光源(10)。上表面檢測裝置的安裝位置要遠離層流冷卻，但又不能影響側導板的維修更換。在卷取機(5)前面的輥道下方建下表面檢測小房(8)，在下表面檢測小房(8)內安裝下表面檢測裝置，包括線陣CCD攝像機(9)和雷射線光源(10)，因為下表面檢測裝置不會影響側導板的更換，因此其安裝位置要儘可能靠近卷取機，以減少層流冷卻水的影響。
攝像機採集到的圖像傳送給並行計算系統，通過並行計算技術及採用快速圖像處理算法對圖像進行實時的分析和處理。並行計算系統實現以下功能(1)圖像採集與數位化。通過圖像採集卡將視頻圖像採集下來，並進行A/D轉換，變成數字圖像，以便進行後續處理。
(2)圖像預處理。對數字圖像進行濾波、去噪等處理，消除圖像中的一些幹擾信號。
(3)缺陷檢測。檢測圖像中是否存在著缺陷，並且對缺陷進行標定，即確定缺陷所在的位置和大小。
(4)缺陷分類。對檢測到的缺陷進行自動識別，以確定該缺陷是哪種類型的缺陷。
並行計算系統得到的缺陷信息(缺陷的位置、尺寸、類型、等級等信息)通過千兆乙太網傳給資料庫伺服器，資料庫伺服器中實現的功能有(1)缺陷合併。由於系統採用了多個面陣CCD攝像頭同步採集鋼板表面圖像的方式，會有一些缺陷分布在相鄰攝像頭採集到的圖像中，通過缺陷合併，可以將這些缺陷合併成一個完整的缺陷，以便進行缺陷的分類和統計。
(2)缺陷資料庫。資料庫伺服器最主要的功能是構建一個缺陷資料庫，用以保存和查詢缺陷數據，並提供缺陷歷史數據的備份與還原功能。
(3)評估帶卷表面質量。根據檢測到的缺陷信息，評估整個帶卷的表面質量狀況。
在質檢站安裝終端，終端與資料庫伺服器之間通過千兆乙太網連接，終端要實現的功能有(1)查詢已檢測鋼卷。從缺陷資料庫中查詢已檢測過的帶卷的表面缺陷狀況。
(2)缺陷顯示。在線顯示當前檢測帶卷上的缺陷分布情況，並顯示每個缺陷的詳細信息。
(3)生成並列印缺陷統計報表。根據帶卷的表面缺陷統計情況，自動生成帶卷的缺陷統計報表，並可列印。
(4)缺陷報警。對於周期性缺陷或一些嚴重缺陷進行報警。
權利要求
1.一種基於雷射線光源的熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法，其特徵是將雷射線光源發射的高亮度雷射線條照射到熱軋帶鋼表面，通過線陣CCD攝像機在線採集帶鋼表面反射的雷射光線，圖像採集卡將視頻圖像採集下來，並進行A/D轉換，變成數字圖像，對數字圖像進行濾波、去噪等處理，消除圖像中的一些幹擾信號，再檢測圖像中是否存在著缺陷，並且對缺陷進行標定，即確定缺陷所在的位置和大小，最後，對檢測到的缺陷進行自動識別，以確定該缺陷是哪種類型的缺陷，再將得到的缺陷信息通過千兆乙太網傳給資料庫伺服器，在資料庫伺服器中進行合併和保存，可以通過海量存儲器來保存大量的缺陷信息歷史數據，在質檢站安裝終端，終端與資料庫伺服器之間通過千兆乙太網連接，通過終端可以實時顯示缺陷的檢測結果。
2.一種實施權利要求1的裝置，其特徵是由所述的線陣CCD攝像機和所述的雷射線光源組成檢測裝置，所述的檢測裝置分為上下表面兩套檢測裝置，上表面檢測裝置安裝在層流冷卻後，側導板前，下表面檢測裝置安裝在卷取機前。
全文摘要
本發明將大功率綠色雷射線光源發射的高亮度雷射線條照射到熱軋帶鋼表面，通過線陣CCD攝像機在線採集帶鋼表面反射的雷射光線，從而得到帶鋼的表面圖像。根據帶鋼表面有缺陷區域與無缺陷區域對於光反射性質上的不同，通過對攝像機採集到的帶鋼表面圖像進行處理分析，可以檢測帶鋼表面是否存在著缺陷，並且對缺陷進行分類。本發明不需要拆輥、安裝擋板，光源數量少，大大降低了檢測裝置的硬體成本和安裝、維護費用。並且由於雷射光源具有良好的聚光性和單色性，攝像機採集到的帶鋼表面圖像質量好，微小的缺陷也能檢測到。
文檔編號G01N21/88GK1900701SQ200610088828
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者徐科, 楊朝霖, 周鵬, 高陽 申請人:北京科技大學