一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，采用激光光源作為照明設(shè)備，以工業(yè)級高精度相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，于相機(jī)上設(shè)置對應(yīng)的濾光片；當(dāng)激光光束照射到鑄坯表面時，氧化皮、裂紋、凹陷、劃傷、渣坑等不同的鑄坯表面區(qū)域?qū)す獾奈?、反射、折射不一樣，這些區(qū)別由相機(jī)采集并以圖像的形式表現(xiàn)出來，然后經(jīng)缺陷檢測算法對圖像中存在的缺陷進(jìn)行定位、分類、保存、報(bào)警。通過本發(fā)明所述的檢測方法，采用高功率激光光源與工業(yè)線陣相機(jī)相結(jié)合，解決了連鑄坯表面檢測現(xiàn)場圖像采集困難的技術(shù)問題；數(shù)據(jù)傳輸、存儲、處理采用分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，存儲和處理速度快；圖像處理算法緊扣被檢測物的特征，檢測準(zhǔn)確率高。
【專利說明】一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鑄坯質(zhì)量檢測領(lǐng)域，具體公開了 一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]連鑄坯在生產(chǎn)過程中，受鑄機(jī)性能和連鑄工藝的影響，不可避免的會產(chǎn)生橫縱裂紋、皮下針孔、夾渣、凹陷等各種表面缺陷。這些缺陷嚴(yán)重影響鑄坯的品質(zhì)，甚至導(dǎo)致鑄坯報(bào)廢；帶缺陷的鑄坯流入連軋環(huán)節(jié)，輕則影響軋制產(chǎn)品的品質(zhì)，重則導(dǎo)致軋制產(chǎn)品報(bào)廢。如表面質(zhì)量要求高的汽車板、家電用板等，如果鑄坯表面有小的瑕疵，軋制成材后將擴(kuò)大成幾米的缺陷，因此鋼鐵行業(yè)越來越重視鑄坯表面質(zhì)量的檢測，一般都有專門的工序和人員負(fù)責(zé)鑄坯表面質(zhì)量的檢測。人工檢測的缺點(diǎn)是:1.檢測結(jié)果受檢測人員主觀因素的影響，缺乏準(zhǔn)確性、可靠性和完整性；2.只能在鑄坯靜止或運(yùn)動速度非常慢的情況下檢測，并且不能檢測微小的缺陷；3.下表面檢測非常困難，需要通過翻板工序?qū)崿F(xiàn)或設(shè)置專門的下表面檢測反光鏡并安排專門的人員進(jìn)行。4.檢測到的缺陷數(shù)據(jù)不能保存，無法掌握關(guān)于產(chǎn)品表面質(zhì)量的歷史數(shù)據(jù)，無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以此來指導(dǎo)生產(chǎn)；5.現(xiàn)場溫度高，尤其在夏天，檢測人員工作條件非常辛苦，無法長時間連續(xù)工作。
[0003]隨著生產(chǎn)效率的提高，對連鑄坯表面質(zhì)量檢測提出了更高的要求，傳統(tǒng)的人眼目測的方式已經(jīng)不適應(yīng)生產(chǎn)需求。目前對鑄坯表面質(zhì)量進(jìn)行在線檢測一般采用機(jī)器視覺的方式，按照原理主要分為兩類:一種二維成像方法是采用大功率面陣燈或燈組(如鹵素?zé)?作為光源，用線陣相機(jī)或面陣相機(jī)作為圖像采集的傳感器。相機(jī)采集圖像以后，利用工控機(jī)對圖片進(jìn)行處理，將圖片中的缺陷定位出來；另一種三維成像方法則是采用結(jié)構(gòu)光激光發(fā)生器作為照明光源，將發(fā)出的多條激光束投射到高溫鑄坯表面，以面陣CCD攝像機(jī)為圖像采集裝置，在線采集高溫鑄坯表面反射的激光光線，計(jì)算機(jī)的算法提取激光線束上所代表的缺陷深度信息，從而得到鑄坯該橫向位置缺陷深度組合成的一維距離矩陣，一維距離點(diǎn)陣映射為不同灰度級的灰度圖像，拼接不同灰度級的灰度圖像從而得到整體灰度圖像，最后識別鑄坯表面缺陷并重構(gòu)鑄坯表面三維形貌圖。
[0004]對于二維成像方法，鑄坯溫度超過800°C，本身就是一個發(fā)紅發(fā)亮的光源，以鹵素?zé)糇鳛槊骊嚬馀臄z到的圖片往往受到鑄坯發(fā)光的干擾而模糊，大大降低了后續(xù)缺陷檢出的可能性；面陣光源的出光口比較大，在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場高溫高粉塵的環(huán)境下日常清潔維護(hù)的工作量非常大；鹵素?zé)艄庠吹氖褂脡勖鼉H為一個月左右，長期使用起來成本較高；如果采集相機(jī)用的是面陣相機(jī)的話，其分辨率有限制，當(dāng)被檢測物速度快時，相機(jī)的采集速度將達(dá)不到要求。而三維成像方法個別缺陷無法檢測出來；此外，對于設(shè)備的安裝角度、現(xiàn)場使用環(huán)境有很高的要求，檢測結(jié)果非常容易受到外部因素干擾，因此難以大范圍使用。
[0005]綜合上述原因，提供一種供生產(chǎn)現(xiàn)場使用的圖像清晰、維護(hù)方便、系統(tǒng)穩(wěn)定檢測結(jié)果不易受外部干擾的連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于工廠生產(chǎn)現(xiàn)場，成像清晰，使用、維護(hù)方便，檢測結(jié)果不易受外部環(huán)境干擾的連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
O以高功率激光器作為光源，垂直安裝于鑄坯上方，對鑄坯表面橫向進(jìn)行照射得到激光線束；
2)以線陣CCD相機(jī)掃描所述激光線束，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并顯示；
3)對采集的圖像進(jìn)行傳輸、處理、儲存；
4)利用缺陷檢測算法對所述圖像中存在的缺陷進(jìn)行定位、分類、保存、報(bào)警。
[0007]優(yōu)選地，步驟I)所述激光光源是由一個點(diǎn)經(jīng)過擴(kuò)束裝置形成的光斑。
[0008]優(yōu)選地，所述光斑寬度為2_5cm，長度為0.5-2.5m。
[0009]優(yōu)選地，步驟2)所述線陣CXD相機(jī)上加裝有特定顏色濾光片，垂直安裝于鑄坯上方，且相機(jī)傳感器中心和所述激光擴(kuò)束裝置中心在同一條直線上。
[0010]優(yōu)選地，所述濾光片為綠色或藍(lán)色。
[0011]優(yōu)選地，所述圖像的傳輸、處理、存儲采用分布式的結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，步驟3)所述圖像處理過程包括圖像預(yù)處理，圖像目標(biāo)分割，目標(biāo)缺陷特征提取，缺陷分類判斷四個步驟。
[0013]優(yōu)選地，利用高斯濾波對圖像進(jìn)行預(yù)處理；圖像目標(biāo)檢測通過圖像分割來實(shí)現(xiàn)；所述目標(biāo)缺陷特征包括紋理特征、灰度特征、頻譜特征、形狀特征、投影特征。
[0014]優(yōu)選地，通過圖像區(qū)域像素對的灰度特征得到特征參數(shù)，采用所述特征參數(shù)得到灰度共生矩陣，以所述灰度共生矩陣來表示所述紋理特征。
[0015]有益效果
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
①采用高功率激光器和工業(yè)線陣相機(jī)相結(jié)合，解決了連鑄坯表面檢測現(xiàn)場圖像采集的技術(shù)難題；
②數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲采用分布式的結(jié)構(gòu)，使用簡便，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，存儲和處理速度
快；
③圖像處理算法緊扣被檢測物的特征，檢測準(zhǔn)確率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1為表面質(zhì)量檢測示意圖；
附圖2為系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲結(jié)構(gòu)圖；
附圖3為數(shù)據(jù)處理流程圖；
附圖4為缺陷特征提取框圖。
具體實(shí)施例
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018]考慮到現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，連鑄坯表面質(zhì)量檢測設(shè)備采用橋架式安裝，橋架本身采用半密閉的結(jié)構(gòu)用于屏蔽高溫連鑄坯的輻射熱；通過具有防水防塵的檢測箱來保護(hù)檢測設(shè)備，檢測箱的防護(hù)等級達(dá)到IP54。檢測箱冷卻方式可采用風(fēng)冷、水冷和空調(diào)恒溫控制等，通過這幾重保護(hù)檢測設(shè)備的工作環(huán)境溫度不超過35°C。
[0019]現(xiàn)場被檢測的在線連鑄坯溫度在800°C以上，本身就是一個發(fā)光體，為了避免其本身的發(fā)光對成像造成影響，本發(fā)明采用大功率單線型激光器進(jìn)行照明，一般選用綠色或藍(lán)色的激光器，在相機(jī)上設(shè)置相應(yīng)的綠色或藍(lán)色的濾光片。而為了適應(yīng)較高的采集速度和高達(dá)0.02mm的檢測精度，本發(fā)明選用了高性能的線陣(XD。激光器和相機(jī)都垂直鑄坯表面安裝，且激光擴(kuò)束裝置中心和線陣相機(jī)的傳感器中心在同一條直線上，根據(jù)需要調(diào)整激光擴(kuò)束裝置和相機(jī)間的距離。由于激光光源具有方向性強(qiáng)，單位面積發(fā)光效率高的特點(diǎn)，同等面積下強(qiáng)度是鹵素?zé)舻膸妆?，完全可以克服因?yàn)楣庹詹粔蚨鸬膱D像模糊問題；激光的使用壽命長(超過I年)避免了鹵素?zé)粜枰l繁更換維護(hù)的問題。本發(fā)明所述的方法使用的激光光源是由一個點(diǎn)經(jīng)過擴(kuò)束裝置擴(kuò)束成光斑的，所以它的出光口一般在200mm*40mm以內(nèi)，可以解決前面鹵素?zé)舫龉饪谳^大維護(hù)工作量大的問題；本發(fā)明中的激光只做光源用，激光線束不直接參與檢測結(jié)果計(jì)算，且激光光斑有2-5cm的寬度，所以激光的安裝高度和角度不會直接影響檢測結(jié)果，即使現(xiàn)場因?yàn)檎駝訉?dǎo)致相機(jī)出現(xiàn)少量偏移也不會影響成像效果和檢測結(jié)果；本發(fā)明中采用線陣相機(jī)，可以在單方向上做很大的分辨率，可以解決微小缺陷的成像需求。
[0020]如附圖2所示，本發(fā)明圖像數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲采用分布式結(jié)構(gòu)，使用簡便、穩(wěn)定性高，存儲和處理速度快。
[0021]如附圖3所示，本發(fā)明的圖像處理的過程分為圖像預(yù)處理，圖像分割，缺陷特征提取，缺陷分類這幾個步驟。受現(xiàn)場環(huán)境的影響，系統(tǒng)會采集到一些無效的圖片，部分圖片也會受到現(xiàn)場噪聲的影響。為了保證檢測速度和效果，必須對圖像進(jìn)行預(yù)處理。一般是采用中值濾波方法，可以抑制噪聲，得到更加清晰干凈的圖片。但是中值濾波對缺陷的邊緣會有一定影響，所以本發(fā)明采用高斯濾波，對缺陷的邊緣保護(hù)得更加好。圖像的目標(biāo)檢測是判斷圖像中是否存在缺陷、圖像中哪些區(qū)域有可能存在缺陷。在圖片的可疑區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)分割。將缺陷與周圍多余的背景分割開來，能夠更加清晰的看到可疑區(qū)域的紋理，而不受到背景的影響。鑒于缺陷區(qū)域與背景區(qū)域灰度的變化，采用的邊緣檢測方法包括sobel邊緣檢測、canny邊緣檢測還有模糊C均值聚類算法、水平集分割算法。
[0022]如附圖4所示，對缺陷的特征提取包括灰度特征、形狀特征、紋理特征、投影特征、頻譜特征，通過對特征的分析確定可疑區(qū)域是否為缺陷、缺陷類型。通過圖像區(qū)域像素對的灰度特征得到特征參數(shù)，采用所述特征參數(shù)得到灰度共生矩陣，以所述灰度共生矩陣來表示所述紋理特征。對灰度共生矩陣進(jìn)行多種矩陣特征分析來得到相應(yīng)的特征向量，主要有二階矩、對比度、相關(guān)性、熵、方差、逆差距。
[0023]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)以高功率激光器作為光源，垂直安裝于鑄坯上方，對鑄坯表面橫向進(jìn)行照射得到激光線束； 2)以線陣CCD相機(jī)掃描所述激光線束，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并顯示； 3)對采集的圖像進(jìn)行傳輸、處理、儲存； 4)利用缺陷檢測算法對所述圖像中存在的缺陷進(jìn)行定位、分類、保存、報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:步驟I)所述激光光源是由一個點(diǎn)經(jīng)過擴(kuò)束裝置形成的光斑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:所述光斑寬度為2_5cm,長度為0.5-2.5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:步驟2)所述線陣CCD相機(jī)上加裝有特定顏色濾光片，垂直安裝于鑄坯上方，且相機(jī)傳感器中心和所述激光擴(kuò)束裝置中心在同一條直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:所述濾光片為綠色或藍(lán)色。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:所述圖像的傳輸、處理、存儲采用分布式的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:步驟3)所述圖像處理過程包括圖像預(yù)處理，圖像目標(biāo)分割，目標(biāo)缺陷特征提取，缺陷分類判斷四個步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:利用高斯濾波對圖像進(jìn)行預(yù)處理；圖像目標(biāo)檢測通過圖像分割來實(shí)現(xiàn)；所述目標(biāo)缺陷特征包括紋理特征、灰度特征、頻譜特征、形狀特征、投影特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述一種連鑄坯表面質(zhì)量在線檢測方法，其特征在于:通過圖像區(qū)域像素對的灰度特征得到特征參數(shù)，采用所述特征參數(shù)得到灰度共生矩陣，以所述灰度共生矩陣來表示所述紋理特征。
【文檔編號】G01N21/88GK103543161SQ201310483398
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】田陸, 王麗江 申請人:湖南鐳目科技有限公司