CN105358966B - 对长材进行表面检查的方法及执行这样的方法的设备 - Google Patents

Abstract

用于通过长材的同一区域的图像的组合，对长材进行表面检查和缺陷检查的方法和设备，所述图像是在不同的照明条件下拍摄的，以便重构表面的形状，并且由此获得有关缺陷的存在性的信息。

Description

对长材进行表面检查的方法及执行这样的方法的设备

本发明涉及用于在其工作过程中对长材(long product)进行表面缺陷检测的方法的领域。

本发明的目的是用于在生产时或在工厂，也在高温下，对长材进行表面光学检测的方法。

作为示例，被检测的产品可以是通过轧、拉、研磨及常常用于连续的或批量生产中的其他方法获得的初轧钢坯、板坯、钢垫板、棒材、线材、线、片材、带材、或桁条，包括任何材料，诸如钢、金属合金、塑料、陶瓷、木材、纸张或其他。

众所周知，表面缺陷的存在或不存在是估计长材的质量以及防止购买者拒绝接受有缺陷的产品的或更换产品的主要标准。

因此，提出了用于解决长材的表面检查以及相关的表面缺陷的检测的问题的各种系统。在US 6859285 B1、US 2002/0008203 A1以及EP 1 582 068 B1中描述了某些使用的系统。

在US 6 950 546 B2中，例如，使用包括下列各项的系统解决所述问题：置于所述长材周围的多个照明装置，每一个照明装置以相对于垂直于所述被照亮的表面的线的设定角度投射光；置于所述长材周围的多个图像探测器，具有相对于所述线倾斜第二设定角度的主轴；以及用于获取并处理所述图像的计算机化单元。

然而，这些系统的敏感性以及其测量出现的小角度以及广角度的间断性的能力不完全令人满意。

在FR2873207A1中，描述了一种设备，其用途似乎涉及用于在工作过程中检测长材的表面以及检测长材的缺陷的方法，包括下列步骤：

-通过多个照明装置来照射所述长材的表面的环形部分，每一个照明装置以相对于垂直于被照亮表面的线的设定角度投射光；

-通过其主轴相对于所述线倾斜第二设定角度的多个检测器，检测反射的图像；

-通过计算机化的单元，获取并处理所述图像；以及

-使用所述长材的同一区域的图像的组合，所述图像是在不同的照明条件下拍摄的，以便重建表面形状，由此获得有关缺陷存在性的信息，

然而，在具体领域，存在对导致改善的检测灵敏度以及灵活性的系统的需求。

所述需求通过根据本发明的方法来满足，根据本发明的方法提供其他优点，其通过下列描述可以变得显而易见。

相应地，本发明的目的是在工作过程中检测长材的表面以及检测长材的缺陷的方法，所述方法包括下列步骤：

-通过多个照明装置来照射所述长材表面的环形部分，每一个照明装置以相对于垂直于被照亮表面的线的设定角度投射光；

-通过其主轴相对于所述线倾斜第二设定角度的多个检测器，检测反射的图像；

-通过计算机化的单元，获取并处理所述图像；

-使用所述长材的同一区域的图像的组合，所述图像是在不同的照明条件下拍摄的，以便重建表面形状，由此获得有关缺陷的存在性的信息，

其中，使用相对于所述产品横置的摄像机组件以及两个或更多照明组，其中一些照明组是在所述摄像机前面提供的、而其他照明组是在其后面提供的，使沿着所述产品延长方向生成一个角度的点缺陷明显，其中通过比较在所述不同照明条件下为相同产品区域获得的图像缺陷被个别化，利用不同的照明条件拍摄同一区域是利用彩色摄像机并使用带有不同波长的照明装置同时拍摄的。

对本发明的描述将参考附图来进行，附图的含义如下：

图1示出了产品表面上的点缺陷的示例。

图2示出了用于拍摄点缺陷的实施例。

图3示出了当没有点缺陷时系统的行为。

图4示出了当存在点缺陷时系统的行为。

图5示出了用于拍摄点缺陷的另一实施例。

图6示出了用于拍摄带有圆形或几近圆形形状的材料上的点缺陷的实施例。

图7示出了用于拍摄带有平面形状的材料上的点缺陷的实施例。

图8示出了用于处理摄像机获取的旨在表征点缺陷的图像的技术。

图9示出了产品表面上的长缺陷的示例。

图10示出了根据适合于点缺陷拍摄的方法拍摄的长缺陷的行为。

图11到13示出了用于拍摄长缺陷的实施例。

图14示出了用于处理摄像机获取的旨在表征长缺陷的图像的技术。

图15以示意性方式示出了用于检查和识别点缺陷和长缺陷的本发明的变体。

图16和17以比较完整的方式示出了本发明的两个不同的实施例。

根据本发明的方法使用旨在确定产品表面的形状的光学技术，以便检测会构成生产周期中的缺陷的间断性。

所使用的光学技术基于在各种照明条件下对材料的同一区域的更多拍摄，以便不仅确定材料的外观，而且还确定其表面形状。

给定产品的性质，即，基本上沿着主要方向(前进方向)发展，本发明的方法具体使用用于确定表面形状的两个实施例(下面叫做“变体”或“形式”)。

第一种形式旨在表征沿着同一产品的主要发展的纵向间断性。这些可以是，例如，小缺口、毛边、印痕，材料杂质，或沿着前进方向在材料的表面上产生间断性的其他小尺寸的缺陷(图1)。

为了使这种间断性(下面称为点缺陷)被检测到，使用相对于产品横置的摄像机T，以及两个照明组G，一组被置于摄像机之前，另一组被置于摄像机之后(图2)。在大部分连续的附图中，也使用了在此附图中用于照明组G以及摄像机T的附图标记。

在正常情况下，如果产品表面不显示点缺陷，则对应于所述两个照明条件的每一个材料区域所获取的信号相同(图3a)。事实上，来自摄像机的感觉到的光辐射起源于入射辐射的散射；不管散射图的形式如何，如果两个源相对于摄像机是对称的，则在两个照明条件下散射的辐射是相同的(图3b和图3c)。

相反，当系统发生了点缺陷时，一定存在显示不同于普通倾斜的倾斜的缺陷表面部分(图4a)。这些区域的倾斜修改了相同表面上的扩散现象的行为，有利于来自更接近反射条件的照明组的光的散射(图4b)，而不利于另一组的散射(图4c)。

一般而言，可以使用两个以上的照明组，将某些置于摄像机之前，某些置于摄像机之后，以便改善系统灵敏度和其测量在表面上出现的小角度和大角度的间断性的能力(图5)。此外，使用一个以上的被置于各种角度的照明组，允许根据材料或表面抛光来调制系统行为，从而导致不同的宽散射形状。

取决于产品的几何形状和本质，可使用的摄像机的数量，其类型以及照明组的安置可以变化。作为示例，例如，对于圆柱形圆截面或几乎圆截面形状的产品，可以使用4个或更多线性摄像机，并可以使用两个或更多环形照明组(图6)。相反，对于几乎平面形状的产品，可以使用两个或更多线性地安置的摄像机和线性照明组GL(图 7)，一般来说，可以省略对带材的边缘的检查。一般来说，使用线性摄像机允许沿利用材料穿过系统的前进运动获取的所有图像保持均匀照明和拍摄条件。

为了获得在各种照明条件下的材料的同时拍摄，可以使用各种技术。根据一实施例，系统可以使用彩色摄影机和不同的波长的照明组。此格式允许获得其中同时获得单一彩色通道(例如，RGB，即红、绿、蓝)的图像，每个彩色通道都通过来源于对应的波长照明装置的单一照明产生的。根据另一变体，通过连续地高速打开照明组，并适当地使摄像机同步，然后细分对应于每一个照明条件的图像中摄像机的拍摄，以便重构通过单次打开每一个照明装置获得的图像，来获得不同的照明条件下的同一区域的几乎同时的拍摄。

可以使用允许使用获取的图像以便确定间断性存在性，因此用信号表示点缺陷的可能存在的各种技术。例如，根据一实施例，可以执行在两个不同的照明条件下获得的产品的相同区域的图像的比较(图8a)，如此，生成通过对两个原始图像执行相加和相减获得的两个新图像(图8b)。再接下来，可以使用数字滤波器来对两个获得的图像进行预处理(图8c)，因此，确定两个图像的显示超出固定限制的亮度的区域(图 8d)。最后，可以使用能够检测有缺陷区域的逻辑规则，将在前面步骤中确定的区域彼此组合(图8e)。

第二检查形式作为替代旨在检测不会沿着同一产品的主要发展导致实质性纵向间断性的缺陷。这些缺陷可以是，例如，螺纹、断裂或裂缝，材料折叠，或在材料上沿着前进方向具有连续发展的其他缺陷(图9)。

下面被称为“长缺陷”的这些缺陷的存在，与前面所示出的情况相反，不会导致表面沿着前进方向的倾斜(图10)。相反，作为替代，这些缺陷的特征在于，沿着垂直于前进方向的产品截面的周边产生异常的倾斜度。

因此，为了检测此间断性类型，使用横置于相同产品的摄像机，以及围绕检查截面并包括有区别部分的一个或多个照明装置(图11)。

通过对应于照明装置的各个部分的接通而获取产品的多个图像，可以检测表面的每个部分的倾斜度，考虑对应于与表面的倾斜相比照明条件为对摄像机反射性更强而由摄像机感知到的信号最大(图12)。

也在此情况下，可使用的摄像机的数量、其类型以及照明组的安置可以随着产品的几何形状和本质而变化。例如，作为对于圆柱形圆截面产品的示例，可以使用4个或更多线性摄像机以及一个或多个环形照明组(包括分别地可寻址的照明装置)(图 13)。

类似于对于旨在检测纵向间断性的检查形式的描述，以及对于对长缺陷的检查的描述，可以使用各种技术，用于在各种照明条件下对材料进行同时拍摄。具体而言，如已经描述的，可以使用彩色摄影机以及不同波长的照明装置组，或可以连续地高速度地接通照明组，从而及时地使摄像机同步。

同样用于对长缺陷的检测可以实现各种技术，其允许使用获取的图像，旨在确定间断性存在性，因此用信号表示缺陷的可能存在。例如，根据另一实施例(图14)，可以使用通过打开单一照明装置组，通过测量一点的表面的角度(α_meas)，为该点执行将使得对来自打开的照明装置组(Si)的光的响应最大化的表面的角度(αi)的加权平均，用与照明装置打开的每一配置相对应地测量的强度(Li)来对所述平均进行加权，而获得的图像。

两个所示出的检查形式，第一个旨在检测点缺陷，第二个旨在检测长缺陷，可以有用地将它们彼此组合，从而实现用于适合于识别各种类型的缺陷的检查的方法/设备。这可以简单地通过耦合两个系统来实现，每一系统都配备有自己的摄像机和照明装置，或还为两个系统使用共用的装置，由此设备简单化、复杂性降低。

为此，考虑长缺陷(例如，线，裂缝或断裂，折叠)通常有利于产品的沿着前进方向的显著长度是有用的。因此，对所述缺陷的存在性的控制还可以以不连续的方式进行，从而释放摄像机和照明装置，由此使得大部分时间用于搜索点缺陷。因此，系统可以使用两个照明组，例如，包括分别地可使用的组，所述两个组分别位于摄像机的上游和下游(图15a)。在大部分时间，根据所描述的第一操作形式来使用所述照明装置，旨在检测点缺陷，从而观察来自两个照明组的辐射的强度差(图15b)。当例如使用彩色摄影机时，两个照明组可以具有两个不同的波长，并在这样的步骤中完全保持打开。

每隔一定的时间间隔，系统可以切换到旨在检测长缺陷的操作形式。此步骤例如可以使用这样的技术来实现：按顺序打开照明装置组，使摄像机同步，以便对应于每个照明装置区段的打开而收集图像(图15c)。根据此操作形式，可以在非常短的时间内执行对长缺陷的检查的步骤，使用不是特别高数量的照明组，优点是，对点缺陷的检查的过程的时间不很长。

所描述的方法适于与高温下的材料一起使用，因为可以使用在各种波长下操作的照明装置和摄像机，其中热材料自身的辐射在某种程度上减少(绿-蓝-紫外)，还因为所描述的方法基于在各种照明条件下获取的图像的比较，因此，可以理解，在处理步骤中，来源于材料白热的可能的背景辐射被自动地去除。

本发明的目的是，使用在各种照明条件下拍摄的产品的同一区域的图像的组合对长材进行检查，以便重构表面的形状，并因此获得有关缺陷的存在性的信息的方法。

根据该方法的第一实施例，使用与产品横置的摄像机以及两个或更多照明组，一些照明组在所述摄像机之前而一些照明组在所述摄像机之后，检测沿着产品的延长方向生成一个角度的点缺陷，以及，其中通过比较在不同的照明条件下在产品的相同区域获得的图像来检测缺陷。

利用彩色摄影机并使用不同波长下的照明装置，获得在各种照明条件下的同一区域的同时拍摄。

可另选地，通过连续地高速地打开照明组并适当地使摄像机同步，然后细分对应于每一照明条件的摄像机的图像拍摄，以便重构从照明装置中的每一者的单次打开而获取的图像，来获得各种照明条件下的同一区域的几乎同时的拍摄。

使用两个照明组，一组被置于摄像机之前、另一组被置于其后，对在两个不同的照明条件下在产品的相同区域获得的图像进行比较，由此生成通过两个原始图像进行相加和相减获得的两个新图像，使用数字滤波器来对所述两个获得的图像进行预处理，然后检测两个图像的显示超出固定限值的亮度的区域，然后对和差图像中显现区域使用逻辑合成规则。

根据该方法的第二实施例，使用一个或多个与产品横置的摄像机，检测沿着垂直于前进方向的产品截面的周边生成一个角度的长缺陷，一个或多个照明装置围绕检查截面，并包括有区别的组，并且通过比较当通过照明装置区段的各种组合照射时在产品的相同区域获得的图像，来检测缺陷。

根据第二实施例，利用一个或多个彩色摄影机，并使用不同波长下的照明装置区段，获得在各种照明条件下的同一区域的同时拍摄。

可另选地，通过按顺序高速度地打开照明装置区段，并及时地使摄像机同步，然后细分对应于每一照明条件的摄像机的图像拍摄，来获得各种照明条件下的同一区域的几乎同时的拍摄。

在不同的照明条件下在产品的相同区域获得的图像用于重构垂直于前进运动的产品截面的周边的每一部分的倾斜，为每个点，将局部角度计算为将使对来自打开的照明装置区段的光的响应最大化的表面的角度的加权平均，用与照明装置打开的每一配置相对应地测量的强度来对所述平均进行加权。

根据本发明的方法的第三实施例，照明以及拍摄系统被及时地共享，并允许有用地实现点缺陷的检查方法和长缺陷的检查方法，该两种检查方法使用不同的波长或使单一照明装置区段在不同时间打开，点缺陷检查方法针对沿着产品前进运动的方向生成一个角度的点缺陷，而长缺陷检查方法针对沿着垂直于延长方向的产品截面的周边生成一个角度的长缺陷。

一般而言，采用照明装置以及在各种波长操作的摄像机来对高温下的产品的检查是可能的，其中热材料自身的辐射在某种程度上减少(绿-蓝-紫外)，其中在处理步骤中，来源于材料的白热的可能的背景辐射被自动地去除。

本发明还包括适合于具体化如上所述的方法的设备。

相应地，本发明的进一步目的是用于根据上文所描述的方法来在处理长材时标识长材的表面缺陷的设备，所述设备包括下列部件：

-沿着所述长材提供的多个照明装置，每一个照明装置根据相对于垂直于所述被照亮表面部分的线的设定角度投射光；

-在所述长材周围提供的多个检测器，带有根据另一设定角度相对于所述线倾斜的相关主轴，以及

-用于获取并处理所述图像的计算机化单元，

其特征在于，不仅发出白光而且还发出专用于设定波长的光的照明组被提供，以根据不同的角度照亮长材的后续表面区域，并可能单独地被引导以实现照明条件的序列，其中用于获取并处理所述图像的计算机化单元通过使用在所述产品的不同的照明条件下获得的图像之间的比较，提供用于基于形状或发光强度变化来识别表面缺陷的有用指示。

到目前为止，对本发明进行了一般描述。通过参考图16以及17的示例，现在将比较详细地描述一些实施例，旨在更全面地说明目标、特征，优点以及操作形式。

示例1

根据一个完整的实施例，如在图16中所描绘的，可以向系统提供两个照明组GA 和GB，分别被置于摄像机的上游和下游。两个组中的每一组以不同的波长发光。所述组另外还包括SA1、SA2、SAx和SB1，SB2，SBx，其为分别可寻址的区段。系统使用垂直于产品的表面并且在两个照明组之间放置的线性彩色摄影机T1，T2，Tx，来收集产品的图像。控制系统C检查照明装置，从而使所有照明装置在搜索点缺陷过程中都操作。在此阶段，通过比较由系统在要被检测的产品P的相同区域获取的图像，并且分析由两个照明组中的一组产生的色差来检测点缺陷，另一组照明组的损坏导致接收到的辐射中的随之发生的色彩变化。相反，在搜索长缺陷阶段，控制系统通过按顺序打开两组的对应区段(SA1与SB1，SA2与SB2，Sax与SBx…)，在照明装置上操作。如此，系统通过使用收集的对应于每一照明条件的强度，为每个点将局部角度计算为将对来自打开的照明装置区段的光的响应最大化的表面的角度的加权平均，用与照明装置打开的每一配置相对应地测量的强度来对所述平均进行加权，来确定长缺陷的存在。

示例2

在另一比较简单的实施例中，如图17所示，系统可以配备有两个照明组GA和 GB，其分别被置于摄像机的上游和下游。所述两个组中的每一组都以不同的波长发光。系统使用垂直于产品的表面并且在两个照明组之间放置的一组线性彩色摄影机，即， T1，T2，Tx，收集产品的图像。通过比较从要被检测的产品P的相同区域处的系统收集的图像，并分析由于相同点缺陷导致从两个照明组中的一个感知到的辐射增大，其中另一照明组的损害导致接收到的辐射中的随之发生的色彩变化这一事实产生的色差，来检测点缺陷。

Claims (9)

1.用于在对长材进行处理时检测长材的表面和检测所述长材的缺陷的方法，所述方法包括下列步骤：

通过多个照明装置来照射所述长材的环形部分，每一个照明装置利用相对于垂直于被照亮表面的线的设定角度投射光；

通过其主轴相对于所述线倾斜第二设定角度的多个检测器来检测反射的图像；

通过计算机化的单元获取并处理所述图像；

使用所述长材的同一区域的图像的组合以便重建表面形状，并由此获得有关缺陷的存在性的信息，所述图像是在不同的照明条件下拍摄的，

其中使用相对于所述长材横置的摄像机的组件以及两个或更多照明组，其中一些照明组是在所述摄像机的前面提供的而其他照明组是在其后提供的，使沿着长材延长方向生成一个角度的点缺陷明显，其中通过比较在所述不同的照明条件下为相同长材区域获得的图像缺陷被个别化，利用不同的照明条件拍摄同一区域是利用彩色摄像机并使用带有不同波长的照明装置同时拍摄的，

其中使用相对于所述长材横置地提供的一个或多个摄像机、以及围绕检查部分并且包括不同区段的一个或多个照明装置，使沿着垂直于延长方向的长材区段的周边生成倾斜的长缺陷明显，其中通过对在所述长材的相同区域获得的图像进行比较来个别化缺陷，后者通过照明装置区段的不同组合照亮。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过按顺序高速度地打开照明组，并适当地使摄像机同步，然后细分对应于每一个照明条件的摄像机的图像拍摄以便重构通过打开每一个单一照明装置获得的图像，来获得在不同的照明条件下对同一区域的几乎同时的拍摄。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用两个照明组，一组被置于所述摄像机之前，另一组被置于所述摄像机之后，其中利用两个不同的照明条件执行在所述长材的相同区域获得的图像的比较，由此生成通过对两个原始图像进行相加和相减获得的两个新图像，使用数字滤波器来对所述两个新图像进行预处理，由此检测两个经预处理的图像的具有超出设定极限值的亮度的区域，由此对和图像和差图像中显现的区域采用逻辑合成规则。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过利用一个或多个彩色摄像机并使用具有不同波长的照明装置的区段，来获得利用不同的照明条件对同一区域的同时拍摄，或者，通过按顺序高速度地打开照明区段，并适当地使摄像机同步，然后将摄像机拍摄分割为对应于每一个照明条件的图像，来获得在不同的照明条件下对同一区域的几乎同时的拍摄。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，利用不同的照明条件在相同长材区域获得的图像被用于重构垂直于延长线方向的长材区段的周边的每一部分的角度，为每一点将局部角度计算为将对从接通的照明装置区段到达的光做出最大响应的表面角度的加权平均，用与每一个照明装置打开配置相对应地测量的强度来对所述平均进行加权。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，照明和拍摄系统被适当地共享，并准许有用地实现对于点缺陷的检查方法和对于长缺陷的检查方法，通过使用不同的波长或在不同的时间打开照明装置的单一区段，所述对于点缺陷的检查方法检查沿着长材延长方向生成一个角度的点缺陷，并且所述对于长缺陷的检查方法检查沿着垂直于延长方向的长材区段的周边生成倾斜的长缺陷。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使用以使热材料的辐射减少的波长操作的照明装置和摄像机，使高温长材检查成为可能，其中在处理时，由于材料的白热导致的可能的背景辐射被去除。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，使热材料的辐射减少的波长被包括在可见光谱的绿-蓝-紫外区域中。

9.用于当处理长材时标识长材的表面缺陷的设备，所述设备包括下列部件：

沿着所述长材提供的多个照明装置，每一个照明装置根据相对于与被照亮表面部分垂直的线的设定角度来投射光；

在所述长材周围提供的多个检测器，其具有根据设定角度相对于所述线倾斜的相关主轴，以及

用于获取并处理图像的计算机化单元，

其特征在于，发出白光或专用于设定波长的光的照明组被提供，以根据不同的角度照亮长材的环形区域，并可能单独地被引导以实现照明条件的序列，其中用于获取并处理所述图像的计算机化单元通过使用在所述长材的不同的照明条件下获得的图像之间的比较来提供用于根据形状或发光强度变化来识别表面缺陷的有用指示，

其中使用相对于所述长材横置地提供的一个或多个摄像机、以及围绕检查部分并且包括不同区段的一个或多个照明装置，使沿着垂直于延长方向的长材区段的周边生成倾斜的长缺陷明显，其中通过对在所述长材的相同区域获得的图像进行比较来个别化缺陷，后者通过照明装置区段的不同组合照亮。