加熱爐板坯號(hào)識(shí)別系統(tǒng)研究

王 森

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司， 上海 201900）

引言

加熱爐板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別主要是利用圖像處理和模式識(shí)別相關(guān)技術(shù)，這兩種技術(shù)被廣泛應(yīng)用。最常見(jiàn)的應(yīng)用有：車(chē)牌號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、手寫(xiě)票據(jù)賬號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)由于其所用行業(yè)的特殊性，難度要比以上情況復(fù)雜，首先是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，識(shí)別目標(biāo)處在高溫輻射中，目標(biāo)背景十分復(fù)雜且與目標(biāo)顏色相近；其次是識(shí)別目標(biāo)沒(méi)有嚴(yán)格的邊界區(qū)分，且書(shū)寫(xiě)十分潦草，字跡模糊，存在連寫(xiě)和筆畫(huà)覆蓋嚴(yán)重的情況，這些都大大增加了圖像處理和識(shí)別的難度。本文在以上技術(shù)的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，對(duì)加熱爐板坯號(hào)進(jìn)行高精度識(shí)別，完整實(shí)現(xiàn)了板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，并得到了較好的應(yīng)用效果。

1 被檢測(cè)對(duì)象描述

加熱爐板坯號(hào)及其字符如圖1 所示，字符被噴印在鋼坯端面上。該字符具有以下特征：鋼坯本體顏色冷態(tài)深色，近似黑色，字符顏色為淺色，色調(diào)穩(wěn)定不變；字符沿板坯寬度方向，縱向排列，所有字符位于同一行，不會(huì)出現(xiàn)多行字符；可能出現(xiàn)字符范圍為0～9共10 個(gè)數(shù)字，A～Z 共26 個(gè)大寫(xiě)英文字母；每一位上可能出現(xiàn)的字符集合中，不能同時(shí)包含以下互斥字符：數(shù)字0 與字母O，數(shù)字1 與字母I；字符大小基本不變，字符間隔基本不變；進(jìn)入位置時(shí)，字符朝上，從左到右書(shū)寫(xiě)[1-2]。

2 加熱爐板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)組成

如圖2 所示為加熱爐板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括以下部分：

1）龍門(mén)架。龍門(mén)架用于安裝檢測(cè)箱，同時(shí)也是人員操作、維護(hù)的臺(tái)面。為了不影響軋線輥道檢修，龍門(mén)架之上的所有電氣、通訊電纜采用航空插頭連接。檢修軋線輥道時(shí)，只需拔掉航空插頭，就可以將龍門(mén)架吊放到輥道之外。

2）檢測(cè)箱。包括雙層隔熱箱體、工業(yè)相機(jī)、2 臺(tái)頻閃光源、制冷裝置、直流電源、交換機(jī)等組件。系統(tǒng)通過(guò)一對(duì)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)鋼坯的到來(lái)，當(dāng)鋼板到達(dá)檢測(cè)工位時(shí)，立即抓拍一張圖像。頻閃燈與相機(jī)同步曝光，提供照明，保證在各種光線條件下都能采集到清晰的圖像。制冷裝置通過(guò)壓縮空氣為檢測(cè)箱制冷。檢測(cè)箱大小約為2 000 mm×400 mm×400 mm，質(zhì)量約為200 kg[3-4]。

3）電氣箱。電氣箱安裝在龍門(mén)架附近，其內(nèi)部包括直流電源、交換機(jī)。直流電源用于給相機(jī)和光電對(duì)射開(kāi)關(guān)供電，交換機(jī)用于將光纖轉(zhuǎn)換成網(wǎng)線，網(wǎng)線再接入相機(jī)。電氣箱與檢測(cè)箱之間的電纜采用航空插頭連接，氣管采用快插接頭連接，便于插拔。

4）光電對(duì)射開(kāi)關(guān)。光電對(duì)射開(kāi)關(guān)包括發(fā)射端和接收端，分別安裝在軌道的兩側(cè)，當(dāng)板坯遮擋住光電開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生跳變，跳變的信號(hào)立刻觸發(fā)相機(jī)拍照[5]。

5）服務(wù)器- 電控一體柜。服務(wù)器- 電控一體柜安裝在加熱爐電氣室，其內(nèi)部包括兩臺(tái)圖像處理計(jì)算機(jī)，一個(gè)交換機(jī)，用于操作的顯示器鍵鼠，供配電器件。配置一臺(tái)獨(dú)立式I/O 卡，能夠?qū)O 信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)所有的通訊接口全部從服務(wù)器- 電控一體柜接出，包括至L1、L2、Fluxx系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)線?？傠娫匆步尤敕?wù)器-電控一體柜。兩臺(tái)服務(wù)器的分工是，Server-01 負(fù)責(zé)L輥和M 輥的圖像處理，Server-02 只負(fù)責(zé)上料點(diǎn)的圖像處理。

6）操作終端。包括兩臺(tái)操作終端，都安裝到加熱爐操作室，供操作人員使用。

3 加熱爐板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)顯示。板坯號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的操作終端（計(jì)算機(jī)顯示器）能實(shí)時(shí)顯示板坯輥道監(jiān)控畫(huà)面，板坯到達(dá)時(shí)可以清楚地看到板坯的號(hào)碼。

2）噴號(hào)自動(dòng)識(shí)別、比對(duì)。當(dāng)板坯到達(dá)指定位置時(shí)，系統(tǒng)接收外部觸發(fā)信號(hào)，對(duì)板坯號(hào)碼進(jìn)行識(shí)別。對(duì)識(shí)別出來(lái)的板坯號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)與加熱爐發(fā)過(guò)來(lái)的板坯號(hào)進(jìn)行比對(duì)，如果識(shí)別的號(hào)碼與加熱爐發(fā)送過(guò)來(lái)的坯號(hào)不符則會(huì)觸發(fā)警報(bào)，系統(tǒng)會(huì)將報(bào)警信號(hào)及數(shù)據(jù)發(fā)送至L2、L3 系統(tǒng)，由操作工進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后的坯號(hào)則會(huì)發(fā)送至加熱爐L2、L3 系統(tǒng)；若一致，則把坯號(hào)直接發(fā)送至加熱爐L2、L3 系統(tǒng)。

3）自動(dòng)矯正傾斜倒置號(hào)碼。系統(tǒng)采用圖像修正算法，對(duì)受側(cè)光、順光和逆光影響的圖像，預(yù)先進(jìn)行圖像優(yōu)化，加強(qiáng)識(shí)別能力；對(duì)斷裂、變淺、模糊的字符，具有較強(qiáng)的模糊識(shí)別能力。系統(tǒng)識(shí)別字符速度快，不受字符正、反、偏左、偏右的影響，不受紅鋼、冷鋼、白天、晚上的影響，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

4）實(shí)時(shí)結(jié)果分析。系統(tǒng)分析速度快速，鑄坯無(wú)需停車(chē)即可完成檢測(cè)。

5）網(wǎng)絡(luò)通信。板坯號(hào)識(shí)別系統(tǒng)與熱軋廠的L2、L3系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊功能，識(shí)別系統(tǒng)能接收板坯號(hào)碼及相關(guān)參數(shù)信息，進(jìn)行識(shí)別號(hào)碼的比對(duì)，并將識(shí)別出的坯號(hào)發(fā)送給加熱爐L2、L3 系統(tǒng)。

6）識(shí)別異常報(bào)警。板坯號(hào)識(shí)別系統(tǒng)可以對(duì)以下異常情況進(jìn)行報(bào)警，包括：被識(shí)別字符的置信度不高、數(shù)字不規(guī)則、年號(hào)錯(cuò)誤、爐座號(hào)與前后兩根坯料不一樣、在同一爐內(nèi)的流號(hào)和支號(hào)有重復(fù)、爐號(hào)和前后兩個(gè)坯料都不一樣、識(shí)別出的號(hào)碼位數(shù)不對(duì)、對(duì)已識(shí)別的板坯號(hào)進(jìn)行檢索，判斷是否為重號(hào)，如果是重號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)識(shí)別上述任何情況后都會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。

7）手動(dòng)輸入。對(duì)噴號(hào)模糊或無(wú)噴號(hào)的板坯支持手寫(xiě)錄入號(hào)碼（識(shí)別出部分號(hào)碼的，會(huì)與接收的板坯號(hào)比對(duì)，列出最接近的幾組號(hào)碼，方便錄入）。

8）重號(hào)報(bào)警。對(duì)已識(shí)別的板坯號(hào)進(jìn)行檢索，判斷是否為重號(hào)，如果是重號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警。

9）記錄回爐坯。手動(dòng)標(biāo)記回爐坯，記錄回爐坯的相關(guān)信息。

10）自動(dòng)存儲(chǔ)和查找。對(duì)已識(shí)別號(hào)碼的圖片與號(hào)碼一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可以根據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間進(jìn)行查找。

4 加熱爐板坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)特點(diǎn)

鋼鐵生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境與自然環(huán)境有很大的差別，一味地強(qiáng)調(diào)對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力必將降低識(shí)別的準(zhǔn)確率，本系統(tǒng)在對(duì)鋼鐵行業(yè)的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量卓有成效的調(diào)查分析之后，找到合理而科學(xué)的補(bǔ)光方式，專(zhuān)用于鋼鐵作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，提升了識(shí)別準(zhǔn)確度，上述系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：

1）快速性：系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)拍攝結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析，并實(shí)時(shí)給出檢測(cè)結(jié)果，運(yùn)行過(guò)程中鋼坯無(wú)需停車(chē)。

2）自適應(yīng)性：由于很多鋼坯上的號(hào)碼都具有一定的規(guī)律，因此輸入一定的有規(guī)律的數(shù)字必定能夠提高整體的識(shí)別成功率，同時(shí)還可以在未來(lái)加入“號(hào)碼的升序和降序”機(jī)制，利用其規(guī)律生成自適應(yīng)算法，更進(jìn)一步的提升號(hào)碼識(shí)別的準(zhǔn)確度。

3）多模板識(shí)別：系統(tǒng)可以同時(shí)適用于多種字體模板，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，系統(tǒng)可以通過(guò)自我學(xué)習(xí)（需軟件工程師現(xiàn)場(chǎng)部署）有效提高識(shí)別率。

4）正反識(shí)別：系統(tǒng)可以識(shí)別因修磨等一系列工藝需求導(dǎo)致的字體倒置。

5）系統(tǒng)自檢：系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)部件中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，并在HMI 界面進(jìn)行顯示。

5 結(jié)語(yǔ)

加熱爐板坯號(hào)識(shí)別系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、故障率低、使用成本低的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)可以有效地提高生產(chǎn)和設(shè)備的安全系數(shù)、工作效率，同時(shí)可以最大化地解放勞動(dòng)生產(chǎn)力，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本，大大提高工廠的工業(yè)自動(dòng)化水平。