CN102608126A - 一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置，其特征在于，将高压氩气除鳞装置设置在检测装置前端，用于除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；采用结构光激光发射器作为照明光源，将发出的多条激光束投射到高温铸坯表面，以面阵CCD摄像机为图像采集装置，在线采集高温铸坯表面反射的激光光线。通过本发明可对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并进行分类量化评估，较大程度地提高目前基于光学法的在温铸坯表面缺陷线高检测装置的效率，并有效地改善目前铸坯表面缺陷检测装置对高温铸坯表面的氧化铁皮、水膜和保护渣等伪缺陷的误判率和识别率，提高高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精度。

Description

一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置

 

技术领域

本发明涉及一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置，包括高温连铸坯表面缺陷在线检测方法以及相应的装置，属于钢铁冶金中连铸坯质量检测与控制的领域。

 

背景技术

连铸坯在生产过程中, 因工艺影响, 难免会产生裂纹、划痕和针孔等缺陷, 严重的缺陷会对下一道轧制工艺产生不良的影响。铸坯表面质量是铸坯质量的重要指标之一，铸坯表面缺陷性质及程度是判断铸坯是否合格的重要依据之一，因此需要对铸坯表面进行定量检测。

近年来发展起来的高温铸坯热送热装及直接轧制技术是一项系统性新工艺，这一工艺直接影响到炼钢－连铸－热轧流程的一体化程度，其经济效益直接体现在节省能源、降低生产成本、缩短生产周期以及提高产品质量上。实现高温铸坯热送热装及直接轧制的支撑技术包括许多方面，除了无缺陷铸坯生产技术、高温连铸坯生产技术、过程保温及补热、适应不同铸坯热履历的轧制技术、炼钢－轧钢一体化生产技术等方面外，另外还有高温连铸坯表面缺陷的在线检测技术。当前，实用的高温铸坯表面缺陷在线检测方法有光学检测法、超声波检测法和涡流检测法三种。基于机器视觉的高温铸坯表面缺陷的光学检测方法，由于具有非接触，响应快，受高温金属影响较小，具有较高的抗干扰能力，且精确度高，在近些年发展迅速，受到了广泛的研究。

CN101871895A公开了一种连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，1）激光发射器对铸坯横向照射，得到一条激光线束；2）由面阵CCD图像传感器扫描光线束；3）提取激光线束上所代表的缺陷深度信息，从而得到铸坯该横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵；4）一维距离点阵映射为不同灰度级的灰度图像；5）拼接热坯不同灰度级的灰度图像，从而得到整体灰度图像；6）识别铸坯表面缺陷并重构铸坯表面三维形貌图。

采用传统的光学法对高温铸坯表面缺陷进行检测时，由于受铸坯表面氧化铁皮、水膜和保护渣等物质的信息干扰，采用常规的阈值分割算法，会造成较高的缺陷误判率和准确率，且检测精度不高而且不能检测出表面缺陷的深度。同时现有的高温铸坯表面缺陷在线检测装置存在的问题还包括以下两个：1）采用单激光线束作为光源，单位时间内扫描的沿拉坯方向的范围小，导致处理效率低；2）铸坯表面鳞片状氧化铁皮、保护渣和水膜等伪缺陷对检测装置的检测精度有很大程度地影响。

有鉴于此，有必要提供一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法和装置，以克服上述缺陷。

 

发明内容

本发明的目的是：提供一种对高温连铸坯的表面缺陷进行在线检测的方法以及实现该方法的装置，通过本发明可对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并进行分类量化评估，较大程度地提高目前基于光学法的在温铸坯表面缺陷线高检测装置的效率，并有效地改善目前铸坯表面缺陷检测装置对高温铸坯表面的氧化铁皮、水膜和保护渣等伪缺陷的误判率和识别率，提高高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精度，进一步节省能源、降低生产成本、缩短生产周期和提高产品质量。

本发明的技术方案是：一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）采用高压氩气除磷装置在铸坯进行表面缺陷检测之前除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；

2）在高温铸坯上方安装结构光激光发射器，按一定的发射角度对铸坯横向进行激光照射，从而在铸坯横向上产生数条窄的激光线束，由面阵CCD摄像机采集铸坯表面反射的光线，面阵CCD摄像机扫描方向与高温铸坯表面垂直；

3）利用三角测距原理提取反射回的激光线束上所代表的缺陷深度信息，该深度信息与横向不同的位置信息对应，从而得到投射到高温铸坯上激光线束对应的不同横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵，将该一维距离点阵映射为不同灰度级别的灰度图像；

4）根据高温铸坯拉速确定面阵CCD摄像机的扫描频率，通过对面阵CCD摄像机采集到的图像进行A/D转换，转换成数字图像，对数字图像进行滤波去噪处理，通过小波分解与纹理分析算法对采集到的铸坯表面图像进行处理，检测图像中是否存在缺陷，并且对缺陷进行标定，确定缺陷所在的位置和大小，得到沿拉速方向上高温铸坯不同位置的灰度图像，另外采用图像模式识别处理算法对高温铸坯表面缺陷的深度进行处理，并对检测到的缺陷进行自动识别，以确定该缺陷属于哪种类型的缺陷；

5）将得到的缺陷类型和大小，以及缺陷的深度通过千兆以太网传给数据库服务器，在服务器中进行合并和保存，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端实时显示缺陷的检测结果。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，采用多台面阵CCD摄像机和多台结构光激光发射器，面阵CCD摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，面阵CCD摄像机和结构光激光发射器均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，在辊子上安装脉冲发生器，将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机的扫描频率。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，激光采用波长为532nm的绿光；在面阵CCD摄像机的镜头前加中心波长为532nm的窄带滤色镜，滤除铸坯表面辐射的红光及红外光，避免背景光的影响。

本发明还提供一种高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，所述检测装置主要由高压氩气除鳞装置、结构光激光发射器、面阵CCD摄像机、铸坯检测装置小屋组成，结构光激光发射器、面阵CCD摄像机设置在铸坯检测装置小屋中，其特征在于：

高压氩气除鳞装置设置在检测装置前端，用于除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；

采用结构光激光发射器作为照明光源，将发出的多条绿色激光线束投射到高温铸坯表面，以面阵CCD摄像机为图像采集装置，在线采集高温铸坯表面反射的激光光线，通过图像采集卡将图像采集下来，并进行A/D装换，转换成为数字图像，由计算机对数字图像进行滤波去噪处理，对采集到的铸坯表面图像进行深度处理，从而对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并形成检测结果；

检测结果通过千兆以太网传给数据库服务器，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端实时显示缺陷的检测结果。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，采用多台面阵CCD摄像机和多台结构光激光发射器，面阵CCD摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，面阵CCD摄像机和结构光激光发射器均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，高温铸坯通过拉矫辊向前传送，拉矫辊上安装脉冲发生器，将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机的扫描频率。

如上所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，激光采用波长为532nm的绿光；在面阵CCD摄像机的镜头前加中心波长为532nm的窄带滤色镜，滤除铸坯表面辐射的红光及红外光，避免背景光的影响。

本发明的有益效果是：激光光源采用结构光激光光源，扩大了单位时间内拉坯方向的扫描范围，可较大地提高目前高温铸坯表面缺陷在线检测装置的效率；在检测装置前端加装高压氩气除鳞装置可有效地去除铸坯表面的氧化铁皮，保护渣和水膜等，并有效地改善目铸坯表面缺陷检测装置对高温铸坯表面的氧化铁皮、水膜和保护渣等伪缺陷的误判率和识别率，提高了高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精度。

 

附图说明

图1是本发明实施例的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置的安装示意图。

图2是本发明实施例的检测装置的安装示意图。

 

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

附图中的标号说明：1-拉矫辊；2-高压氩气除鳞（氧化铁皮）装置；3-铸坯；4-结构光激光发射器；5-面阵CCD摄像机；6-上表面铸坯检测装置小屋；7-火切机。

本发明实施例提供的检测装置的安装示意图如图1及图2所示。

图1中激光光源和CCD摄像机的台数为示意数，根据实际铸坯的情况进行配置，在辊子下方应存在下表面铸坯检测装置，没有画出来。

本发明提供的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置主要由高压氩气除鳞装置2、结构光激光发射器4、面阵CCD摄像机5、上表面铸坯检测装置小屋6组成。

本发明采用结构光激光发射器4作为照明光源，将发出的多条绿色激光线束投射到高温铸坯3表面，以面阵CCD摄像机5为图像采集装置，在线采集高温铸坯表面反射的激光光线，通过图像采集卡将图像采集下来，并进行A/D（模拟信号/数字信号）装换，转换成为数字图像，送由计算机进行处理，对数字图像进行滤波、去噪等处理，消除图像中的一些干扰信号。通过图像处理模式识别算法对采集到的铸坯表面图像进行处理，从而达到对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并分类量化评估。

在进行高温铸坯表面缺陷检测之前设置一个高压氩气除鳞装置2，即采用高压氩气除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜的装置。

本发明的高温铸坯表面缺陷在线检测方法的步骤如下：

1）采用高压氩气除磷装置在铸坯进行表面缺陷检测之前除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；

2）在高温铸坯上方安装结构光激光发射器，按一定的发射角度对铸坯横向进行激光照射，从而在铸坯横向上产生数条窄的激光线束，由面阵CCD摄像机采集铸坯表面反射的光线，面阵CCD摄像机扫描方向与高温铸坯表面垂直；

3）利用三角测距原理提取反射回的激光线束上所代表的缺陷深度信息，该深度信息与横向不同的位置信息对应，从而得到投射到高温铸坯上激光线束对应的不同横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵，将该一维距离点阵映射为不同灰度级别的灰度图像；

4）根据高温铸坯拉速确定面阵CCD摄像机的扫描频率，通过对面阵CCD摄像机采集到的图像进行A/D转换，转换成数字图像，对数字图像进行滤波去噪处理，通过小波分解与纹理分析算法对采集到的铸坯表面图像进行处理，检测图像中是否存在缺陷，并且对缺陷进行标定，确定缺陷所在的位置和大小，得到沿拉速方向上高温铸坯不同位置的灰度图像，另外采用图像模式识别处理算法对高温铸坯表面缺陷的深度进行处理，并对检测到的缺陷进行自动识别，以确定该缺陷属于哪种类型的缺陷；

5）将得到的缺陷类型和大小，以及缺陷的深度通过千兆以太网传给数据库服务器，在服务器中进行合并和保存，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端实时显示缺陷的检测结果。

通过以上方法可对高温铸坯表面缺陷进行质量评估，实现铸坯表面缺陷的在线检测。

采用以上的技术方案实现的高温铸坯表面缺陷在线检测装置设计如下：在火切机7之前安装该装置，在该装置前端安装有高压氩气除鳞装置2，采用高压氩气除去铸坯表面的氧化铁皮、保护渣和水膜，高压氩气除鳞装置2先对高温铸坯表面进行清除，可较大程度地去除铸坯表面的氧化铁皮、保护渣和水膜等，有效地改善目前高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精确度。

对高温铸坯上下两个表面分别进行在线检测，上表面检测装置安装在辊道上方，下表面检测装置安装在辊道下方，检测装置包括多台面阵CCD摄像机5（根据铸坯宽度确定）和多台结构光激光发射器4，摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米，面阵CCD摄像机5和激光光源均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷，在拉矫辊1安装脉冲发生器（图未画出），将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机5的扫描频率。

相邻摄像机采集到的图像需要有一定的重叠，保证可扫描到整个高温铸坯表面的图像；结构光激光器的位置距离高温铸坯表面距离为2米，激光采用波长为532nm的绿光，结构光激光器可以发出多条窄的激光线束，可扩大沿拉坯方向扫描的范围；在面阵CCD摄像机的镜头前加中心波长为532nm的窄带滤色镜，主要是滤除铸坯表面辐射的红光及红外光，避免背景光的影响。

面阵CCD摄像机采集到的图像传递给计算机中的图像模式识别与处理系统，该系统对采集到的图形进行实时的分析和处理，所有的算法，包括缺陷的检测、缺陷深度的测量与缺陷分类的算法都在此完成。该系统得到的缺陷类型和大小、以及缺陷的深度通过千兆以太网传给数据库服务器，在服务器中进行合并和保存，可通过海量存储器来保存大量的缺陷信息历史数据，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端可以实时显示缺陷的检测结果。

本发明的技术方案相对于现有技术，有两个突出优点：

1）加装高压除磷装置；高压除磷装置可在检测之前对高温铸坯表面的氧化铁皮，保护渣和水膜等进行一定程度的清除，可有效地改善铸坯表面缺陷检测装置对高温铸坯表面的氧化铁皮、水膜和保护渣等伪缺陷的误判率和识别率，提高了高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精度；

2）结构光激光光源的选择；本发明选用结构光激光光源，可同时在铸坯上投射数条窄的激光线束，扩大了沿拉坯方向CCD摄像机在单位时间内的扫描范围，大大地提高扫描效率。

 

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）采用高压氩气除磷装置在铸坯进行表面缺陷检测之前除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；

2）在高温铸坯上方安装结构光激光发射器，按一定的发射角度对铸坯横向进行激光照射，从而在铸坯横向上产生数条窄的激光线束，由面阵CCD摄像机采集铸坯表面反射的光线，面阵CCD摄像机扫描方向与高温铸坯表面垂直；

3）利用三角测距原理提取反射回的激光线束上所代表的缺陷深度信息，该深度信息与横向不同的位置信息对应，从而得到投射到高温铸坯上激光线束对应的不同横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵，将该一维距离点阵映射为不同灰度级别的灰度图像；

4）根据高温铸坯拉速确定面阵CCD摄像机的扫描频率，通过对面阵CCD摄像机采集到的图像进行A/D转换，转换成数字图像，对数字图像进行滤波去噪处理，通过小波分解与纹理分析算法对采集到的铸坯表面图像进行处理，检测图像中是否存在缺陷，并且对缺陷进行标定，确定缺陷所在的位置和大小，得到沿拉速方向上高温铸坯不同位置的灰度图像，另外采用图像模式识别处理算法对高温铸坯表面缺陷的深度进行处理，并对检测到的缺陷进行自动识别，以确定该缺陷属于哪种类型的缺陷；

5）将得到的缺陷类型和大小，以及缺陷的深度通过千兆以太网传给数据库服务器，在服务器中进行合并和保存，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端实时显示缺陷的检测结果。

2.根据权利要求1所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，采用多台面阵CCD摄像机和多台结构光激光发射器，面阵CCD摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米。

3.根据权利要求1所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，面阵CCD摄像机和结构光激光发射器均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷。

4.根据权利要求1所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，在辊子上安装脉冲发生器，将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机的扫描频率。

5.根据权利要求1所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测方法，其特征在于，激光采用波长为532nm的绿光；在面阵CCD摄像机的镜头前加中心波长为532nm的窄带滤色镜，滤除铸坯表面辐射的红光及红外光，避免背景光的影响。

6.一种高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，所述检测装置主要由高压氩气除鳞装置、结构光激光发射器、面阵CCD摄像机、铸坯检测装置小屋组成，结构光激光发射器、面阵CCD摄像机设置在铸坯检测装置小屋中，其特征在于：

高压氩气除鳞装置设置在检测装置前端，用于除去铸坯表面的鱼鳞状的氧化铁皮、保护渣和水膜；

采用结构光激光发射器作为照明光源，将发出的多条绿色激光线束投射到高温铸坯表面，以面阵CCD摄像机为图像采集装置，在线采集高温铸坯表面反射的激光光线，通过图像采集卡将图像采集下来，并进行A/D装换，转换成为数字图像，由计算机对数字图像进行滤波去噪处理，对采集到的铸坯表面图像进行深度处理，从而对高温铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并形成检测结果；

检测结果通过千兆以太网传给数据库服务器，在质检站安装终端，终端与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过终端实时显示缺陷的检测结果。

7.根据权利要求6所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，采用多台面阵CCD摄像机和多台结构光激光发射器，面阵CCD摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米。

8.根据权利要求6所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，面阵CCD摄像机和结构光激光发射器均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷。

9.根据权利要求6所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，高温铸坯通过拉矫辊向前传送，拉矫辊上安装脉冲发生器，将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机的扫描频率。

10.根据权利要求6所述的高温连铸坯表面缺陷在线检测装置，其特征在于，激光采用波长为532nm的绿光；在面阵CCD摄像机的镜头前加中心波长为532nm的窄带滤色镜，滤除铸坯表面辐射的红光及红外光，避免背景光的影响。

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