表面質(zhì)量檢查儀在熱軋機(jī)組生產(chǎn)線中的應(yīng)用

(本溪鋼鐵集團(tuán)公司質(zhì)量管理中心，本溪 117000)

由于熱軋生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，帶鋼表面常會出現(xiàn)結(jié)疤、夾雜、輥印、鐵皮、劃傷、孔洞、裂紋等缺陷，從而影響熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量。

德國百視泰(Parsytec)公司研制的表面質(zhì)量檢查儀是能對高速運(yùn)動的熱軋帶鋼表面缺陷進(jìn)行在線自動檢測和分級的系統(tǒng)，已成功應(yīng)用于歐洲和美國的連軋機(jī)和CSP(薄板坯連鑄連軋)生產(chǎn)線上，取得了良好效果。

1 表面質(zhì)量檢查儀的作用

2008年，筆者所在公司為1700熱軋機(jī)組生產(chǎn)線增設(shè)了表面質(zhì)量檢查儀(Parsytec)。

該P(yáng)arsytec HTx 5.0系統(tǒng)是建立在100%軟件工具基礎(chǔ)上的，其與標(biāo)準(zhǔn)PC硬件及頻閃氙照明的錄像機(jī)相結(jié)合，可根據(jù)表面缺陷的類型和嚴(yán)重程度以及其在帶鋼上的位置，對所有缺陷進(jìn)行分級記錄，客觀地對缺陷進(jìn)行評估；并可提供對整個(gè)熱軋帶鋼表面質(zhì)量的準(zhǔn)確鑒定以及完整記錄。

此設(shè)備的應(yīng)用，打破了檢查員只能靠人工檢查鋼卷的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)了百分之百地檢查鋼卷表面，做到了對鋼卷生產(chǎn)的全過程監(jiān)控；同時(shí)，可以提供鋼卷表面質(zhì)量實(shí)時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)的分析。

2 系統(tǒng)組成

表面質(zhì)量檢查儀主要由采集與傳輸系統(tǒng)、 HTx5.0檢查軟件、輔助系統(tǒng)等組成。輔助系統(tǒng)主要有機(jī)械控制系統(tǒng)，如位置標(biāo)定器、速度標(biāo)定器等組件。文章主要介紹采集與傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、HTx5.0檢查軟件的功能。

2.1 采集與傳輸系統(tǒng)

采集與傳輸系統(tǒng)主要包括表面?zhèn)鞲衅?、轉(zhuǎn)換盒、檢查服務(wù)器、檢查終端等。

傳感器由高速相機(jī)和掃描帶鋼表面閃光燈組成。高速相機(jī)能夠拍攝生產(chǎn)線正常運(yùn)行速度狀態(tài)下的圖像，每秒鐘可拍攝200張缺陷圖片；特殊缺陷需要檢測時(shí)，檢測精度可調(diào)控到160 μm，圖像質(zhì)量能夠滿足分辨率的需求；高速相機(jī)采用上下并列式配置，帶鋼運(yùn)行時(shí)，可連續(xù)不間斷地監(jiān)控全長度帶鋼表面，并在終端顯示缺陷畫面。閃光燈由特殊材料做成，可保持線性和不受外界環(huán)境影響。

轉(zhuǎn)換盒包括圖像處理設(shè)備以及支持設(shè)施，例如中心電源的輸入、過程信號接口和傳感器控制接口。

檢查服務(wù)器的功能是處理檢查結(jié)果，轉(zhuǎn)換盒的所有圖像處理設(shè)施以及所有檢查終端都是由檢查服務(wù)器控制的。

檢查終端是顯示當(dāng)前軋制鋼卷表面質(zhì)量情況的輸出端。實(shí)際檢測中可以建立一個(gè)或多個(gè)檢查終端，以便擴(kuò)大監(jiān)控檢查范圍。采集系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1 表面質(zhì)量檢查儀采集與傳輸系統(tǒng)框圖

2.2 表面質(zhì)量檢查軟件HTx5.0

表面質(zhì)量檢查軟件HTx5.0是表面質(zhì)量檢查儀的核心部分，其在數(shù)據(jù)處理上使用了精密的算法程序來尋找、隔離和描述缺陷。該軟件能夠完成檢出缺陷與偽缺陷的任務(wù)，一是檢測所有與質(zhì)量相關(guān)的缺陷，即使是最小類型和低對比度的缺陷；二是過濾出與產(chǎn)品無關(guān)的帶鋼/網(wǎng)狀的不正常地方，比如質(zhì)地、水滴、油漬。

2.2.1 軟件特性

表面質(zhì)量檢查儀支持超過800多個(gè)不同的特征性，例如缺陷的形狀、尺寸、灰度值、位置等相關(guān)特征性。HTx5.0檢查軟件具備以下功能：對不同條件下生產(chǎn)的金屬缺陷進(jìn)行分析，對不正常的部位進(jìn)行檢測，確定缺陷的區(qū)域，即缺陷的長度、寬度；在缺陷區(qū)域及缺陷臨近區(qū)域進(jìn)行檢查，進(jìn)一步分析缺陷的形狀；分析缺陷部位的灰度值，相鄰區(qū)域不超過1到2個(gè)灰度值；將所有基礎(chǔ)分析部分連接起來，與現(xiàn)有分類缺陷特性對比分析，使用分類器進(jìn)一步對缺陷性質(zhì)進(jìn)行確定和分類。其圖像分析過程如圖2所示。

圖2 表面質(zhì)量檢查儀的圖像分析過程

2.2.2 軟件分類器

根據(jù)各種缺陷表現(xiàn)出的不同特性，檢驗(yàn)人員需要做很多分類工作，將人的經(jīng)驗(yàn)不斷地傳給表面質(zhì)量檢查儀，使其達(dá)到識別相應(yīng)缺陷圖像的能力。應(yīng)用這套系統(tǒng)，檢驗(yàn)人員對公司1700機(jī)組產(chǎn)生的常見表面缺陷，進(jìn)行具體檢查、分析、確認(rèn)后采集相應(yīng)的缺陷圖譜，不斷地補(bǔ)充完善軟件分類器里的缺陷種類和缺陷圖像樣本，以完善儀器對鋼卷表面缺陷的捕捉、分析、分類能力。目前已經(jīng)采集的缺陷圖譜樣本有11 072張，主要包括硌印、鐵皮、劃傷、夾雜、結(jié)疤等38種缺陷，采集的主要缺陷如表1所示。

表1 缺陷圖譜中的主要缺陷

一個(gè)好的分類器不僅要具有高質(zhì)量的缺陷圖像樣本，而且還要有不斷學(xué)習(xí)、積累的能力。表面質(zhì)量檢查儀(Parsytec)就提供了這個(gè)功能，檢驗(yàn)人員通過對分類器的一對一教學(xué)，目前檢查儀已經(jīng)建立200余個(gè)分類器(還需要建立近百個(gè)分類器)，分類效果達(dá)到了預(yù)期要求，分類準(zhǔn)確率達(dá)到96%以上。

而且，分類器在實(shí)際測試過程中也有上佳表現(xiàn)，檢測可以完全覆蓋整個(gè)鋼卷表面，反映鋼卷表面質(zhì)量的真實(shí)情況。經(jīng)過公司煉鋼廠、連軋廠、冶金制造部、質(zhì)量管理中心聯(lián)合進(jìn)行的100次以上的校驗(yàn)，鋼卷表面缺陷檢測結(jié)果與實(shí)際情況完全屬實(shí)。

3 檢查模式與實(shí)際使用

3.1 檢查模式

表面質(zhì)量檢查儀(Parsytec)提供了三種模式：在線模式、混合模式、離線模式。

(1) 在線模式

在線模式可以提供在線實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)，以幫助檢驗(yàn)人員隨時(shí)了解正在軋制的鋼卷表面情況；如出現(xiàn)缺陷，可隨時(shí)通知生產(chǎn)單位及時(shí)處理，以盡量減少缺陷產(chǎn)品數(shù)量。

(2) 混合模式

混合模式可以提供檢測人員漏檢的鋼卷數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

(3) 離線模式

離線模式可以保存三天的鋼卷檢測數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)查閱。如鋼卷存在質(zhì)量問題，可通過服務(wù)器查詢15天以內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析與調(diào)查。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

表面質(zhì)量檢查儀運(yùn)行使用1 a來，在公司主要生產(chǎn)線上發(fā)揮了巨大的作用。其在檢測應(yīng)用中得到的典型缺陷圖像，如圖3所示。

通過該設(shè)備，檢驗(yàn)人員可以隨時(shí)了解軋制鋼卷的表面質(zhì)量情況，了解鋼卷缺陷的具體部位(上邊面、下邊面，離頭、尾、邊部距離)、數(shù)量，嚴(yán)重程度及平面分布等；了解不同等級的表面缺陷對下游客戶產(chǎn)生的影響；幫助公司及時(shí)采取措施，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

圖3 表面質(zhì)量檢查儀檢測到的典型缺陷圖像

現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，該表面質(zhì)量檢查儀對缺陷的分類準(zhǔn)確率可達(dá)到96.5%，公司產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效的保證。

4 結(jié)語

介紹了用于帶鋼軋制過程表面質(zhì)量監(jiān)控的檢查儀的結(jié)構(gòu)與原理，說明了該設(shè)備在生產(chǎn)過程中的實(shí)際應(yīng)用情況。該表面質(zhì)量檢查儀的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對鋼卷表面質(zhì)量的全過程監(jiān)控，可有效檢測出缺陷并準(zhǔn)確地對缺陷進(jìn)行分類識別。