CN115290676A - 一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置和判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，包括：输送辊，两个输送辊对通过的钢带进行折返输送，且输送段水平设置；第一图像采集单元对两个输送辊之间的钢带进行明暗图像采集，第一光源对第一图像采集单元采集部位进行照明；第二图像采集单元对后方输送辊输出的钢带进行高清图像采集，第二图像采集单元的镜头前方设置有用于遮挡的快门，第二光源对第二图像采集单元的采集部位进行照明；上位机通信连接第一图像采集单元和第二图像采集单元对应的第一工控机和第二工控机，上位机控制快门的打开和关闭。本发明装置和判定方法，通过分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，系统运行稳定可靠，而且降低了钢带报废率。

Description

一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置和判定方法

技术领域

本发明涉及热轧钢带表面检测技术领域，尤其涉及一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置和判定方法。

背景技术

由于受原材料、工艺条件、生产环境及装备精度等诸多因素的制约，热轧带钢表面缺陷识别一直是困扰生产厂提高产品质量和生产率，减少用户质量异议的瓶颈问题。钢板表面缺陷检测的装置主要分为采用传统无损检测技术的检测装置和采用机器视觉技术的缺陷检测装置。利用机器视觉的方法对热轧带钢表面进行质量监测是一种很先进的思想，充分应用了高科技发展的成果，利用非接触式检测方法对钢板表面质量进行在线实时监测。

目前钢板表面检测主要是通过机器视觉技术获取和处理钢板表面图像，对获得的信息或表面的特征进行有效的检出，并实现存储、交互及控制等功能。现有的钢板表面质量检测装置一般包括一组光源、CCD相机、固定支架和主控计算机。CCD相机通过连接装置固定在输送钢带的上方，CCD相机对输送的钢板进行高速摄像，摄像后得到的数据传输给主控计算机，主控计算机分析计算后得出钢带的表面质量。随着对缺陷分析精准度的要求提高，要求图像采集的品质越来越高。然而，目前的检测系统中，需要CCD相机高速不断的采集，主控计算机不断分析存储高清图片，工作量大，计算机资源大量占用，容易出现死机和处理不及时的问题。需要定期维护，保护设备正常运行。

而且，现有钢带生产过程中，钢带产品只根据生产材质分辨用途，不能保证产品表面质量稳定。

因此，需要开发一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置和判定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，通过分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，提高了设备运行效率而且系统运行稳定可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，包括：

输送辊，两个所述输送辊对通过的钢带进行折返输送，且输送段水平设置；

第一图像采集单元，所述第一图像采集单元对两个所述输送辊之间的所述钢带进行明暗图像采集，第一光源对所述第一图像采集单元采集部位进行照明；

第二图像采集单元，所述第二图像采集单元对后方所述输送辊输出的所述钢带进行高清图像采集，所述第二图像采集单元的镜头前方设置有用于遮挡的快门，第二光源对所述第二图像采集单元的采集部位进行照明；

上位机，所述上位机通信连接所述第一图像采集单元和第二图像采集单元对应的第一工控机和第二工控机，所述上位机控制所述快门的打开和关闭。

进一步的，所述第二图像采集单元的运行频率和分辨率均高于所述第一图像采集单元。

进一步的，所述第一图像采集单元和第二图像采集单元数量分别为两组且分别设置在所述钢带两侧，相应的设置有第一光源和第二光源。

进一步的，还包括编码器和现场控制器，所述编码器和快门电连接到所述现场控制器，所述现场控制器通信连接到所述上位机。

进一步的，还包括设置在前方所述输送辊入料端的第三光源和第三图像采集单元，所述第三光源在所述钢带下方朝上照射，所述第三图像采集单元设置在所述第三光源正上方进行漏光图像采集。

进一步的，还包括吹扫组件，所述吹扫组件设置在所述第三图像采集单元的前方，所述吹扫组件在所述钢带上下两个侧面进行压缩空气吹扫。

进一步的，还包括第一支撑辊组，所述第一支撑辊组设置在所述吹扫组件后方且对所述钢带进行辅助输送。

进一步的，还包括第二支撑辊组和第三支撑辊组，所述第二支撑辊组设置在所述第一图像采集单元和后方所述输送辊之间；所述第三支撑辊组设置在所述第二图像采集单元后方。

本发明还公开一种钢铁热轧钢带表面质量判定方法，利用上述任一项所述钢铁热轧钢带表面质量检测装置进行分步式图像采集和分析，且基于此进行钢带质量判定。

进一步的，根据上位机分析缺陷的数量和种类，按照预设的分析模型进行归类，进而确定钢带的用途。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，通过两组图像采集单元的前后依次设置，分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，降低了数据处理量，提高了设备运行效率而且系统运行稳定可靠。通过快门的设置，保证了第二图像采集单元一致处于待机状态，能够快速响应，及时采集。此外，通过两组第一图像采集单元和第二图像采集单元分别设置在钢带两侧且配备光源，能够对经过的钢带两个侧面进行表面质量测量。通过所述现场控制器的设置，能够集成控制设备的各个传感器和动作元件，提高了设备的自动化控制程度，便于集成到钢带热轧生产线上。通过编码器的设置，能够对钢带输送速度和位移进行检测记录，便于后续的标记结构对缺陷进行标记。通过第三光源和第三图像采集单元间隔设置，第三图像采集单元采用暗光拍摄的方式，适合检测孔洞类缺陷，第三图像采集单元对应的第三工控机及时对图像进行分析和存储。通过对相机的干燥空气冷却，防止相机温度过高和凝露，提高相机工作稳定性。通过吹扫组件设置在第三图像采集单元的前方，能够在图像采集前对钢带上下表面进行水柱吹扫去除附着力强的杂物，然后压缩空气吹扫，去掉附着的水气，避免出现后期图像采集的误判。通过在吹扫组件后方设置第一支撑辊组，能够对吹扫组件引起的钢带振动进行阻隔，避免向后传递引起第三图像采集单元采集图像失误。通过第二支撑辊组和第三支撑辊组的设置，能够对第一图像采集单元和第二图像采集单元图像采集部位的钢带进行辅助支撑，保持稳定，提高图像采集质量。

本发明钢铁热轧钢带表面质量判定方法利用计算机根据成品板缺陷图片，从中分辨缺陷类型、缺陷大小、缺陷数量，结合产品材质，更加有效判定产品质量。在出厂前对有缺陷卷改变产品用途，确保产品使用稳定，提升产品效益也避免产品缺陷对下游客户造成损失。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置组成结构示意图；

图2为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置控制系统组成示意图；

图3为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置工作流程示意图。

附图标记说明：1、钢带；2、输送辊；3、第一光源；4、第一图像采集单元；5、第二光源；6、第二图像采集单元；7、快门；8、编码器；9、第三光源；10、第三图像采集单元；11、吹扫组件；12、第一支撑辊组；13、第二支撑辊组；14、第三支撑辊组。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，通过分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，提高了设备运行效率而且系统运行稳定可靠。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考附图，图1为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置组成结构示意图；

图2为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置控制系统组成示意图；图3为本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置工作流程示意图。

在一具体实施方式中，如图1和图2所示，一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，包括封闭的外壳，外壳内设置有输送辊2，两个输送辊2对通过的钢带1进行折返输送，且所有的输送段均水平设置。

第一图像采集单元4，第一图像采集单元4对两个输送辊2之间的钢带1进行明暗图像采集，第一光源3对第一图像采集单元5采集部位进行照明，第一光源3设置在第一图像采集单元4的对面且斜朝向钢带1。

第二图像采集单元6，第二图像采集单元6对后方输送辊2输出的钢带1进行高清图像采集，第二图像采集单元6的镜头前方设置有用于遮挡的快门7，第二光源5对第二图像采集单元6的采集部位进行照明，第二光源5设置在第二图像采集单元6的对面且斜朝向钢带1。

还包括上位机，所述上位机通信连接第一图像采集单元4和第二图像采集单元6对应的第一工控机和第二工控机，所述上位机控制快门7的打开和关闭。

具体而言，第二图像采集单元6的运行频率和分辨率均高于第一图像采集单元4。第一图像采集单元4和第二图像采集单元6均采用线阵CCD相机或者面阵CCD相机。第一光源3和第二光源5均为长条形状光源对钢带1整个宽度方向进行无影照明。

具体而言，相机与工控机的连接线路为：相机-适配器-终端盒-光纤-终端盒-适配器-工控机。

本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置工作时，第一图像采集单元4设置在第二图像采集单元6的前方，第一图像采集单元4实时对连续输送的钢带1进行高速拍照，当采集到的明暗图像与标准图像出现不一致的异常情况时，输出信号到所述上位机，所述上位机控制快门7打开，第二图像采集单元6开始工作，对经过的钢带1进行高清图片拍照，第二工控机对高清图片进行分析处理。当第一图像采集单元4采集图像正常范围内达到设定时间后，所述上位机控制快门7关闭，第二图像采集单元6停止工作。

本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置，通过两组图像采集单元的前后依次设置，分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，降低了数据处理量，提高了设备运行效率而且系统运行稳定可靠。通过快门7的设置，保证了第二图像采集单元6一致处于待机状态，能够快速响应，及时采集。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，第一图像采集单元4和第二图像采集单元6数量分别为两组且分别设置在钢带1垂直方向的上下两侧，相应的另一侧也设置有第一光源3和第二光源5。

通过两组第一图像采集单元4和第二图像采集单元6分别设置在钢带1两侧且配备光源，能够对经过的钢带1两个侧面进行表面质量测量。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置还包括编码器8和现场控制器，编码器8和快门7电连接到所述现场控制器，所述现场控制器具体采用PLC，所述现场控制器通信连接到上位机。

通过所述现场控制器的设置，能够集成控制设备的各个传感器和动作元件，提高了设备的自动化控制程度，便于集成到钢带热轧生产线上。通过编码器8的设置，能够对钢带1输送速度和位移进行检测记录，便于后续的标记结构对缺陷进行标记。

在本发明的一具体实施方式中，如图1和图2所示，本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置还包括设置在前方输送辊入料端的第三光源9和第三图像采集单元10，第三光源9在钢带1下方朝上照射，设置在第三光源9正上方进行漏光图像采集。

具体而言，第一图像采集单元4、第二图像采集单元6和第三图像采集单元10的镜头处设置有镜头吹扫机构，使用干燥低温压缩空气对镜头表面玻璃进行脉冲吹扫，保持清洁。第一图像采集单元4、第二图像采集单元6和第三图像采集单元10的主体处于防护壳体之中，并采用涡流管组件通入循环流动干燥低温空气进行冷却。

通过第三光源9和第三图像采集单元10间隔设置，第三图像采集单元10采用暗光拍摄的方式，适合检测孔洞类缺陷，第三图像采集单元10对应的第三工控机及时对图像进行分析和存储。通过对相机的干燥空气冷却，防止相机温度过高和凝露，提高相机工作稳定性。

在本发明的一具体实施方式中，如图1和图2所示，本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置还包括吹扫组件11，吹扫组件11设置在第三图像采集单元10的前方，吹扫组件11在钢带1上下两个侧面进行压缩空气吹扫。吹扫组件11还包括空气吹扫前方的水柱吹扫，所述水柱吹扫和压缩空气吹扫从钢带1一侧向另一侧吹扫。

通过吹扫组件11设置在第三图像采集单元10的前方，能够在图像采集前对钢带1的上下表面进行水柱吹扫去除附着力强的杂物，然后压缩空气吹扫，去掉附着的水气，避免出现后期图像采集的误判。

具体而言，如图1所示，本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置还包括第一支撑辊组12，第一支撑辊组12的两个辊轴对钢带1进行夹持输送，第一支撑辊组12设置在吹扫组件11后方且对钢带1进行辅助输送。

通过在吹扫组件11后方设置第一支撑辊组12，能够对吹扫组件11引起的钢带1振动进行阻隔，避免向后传递引起第三图像采集单元10采集图像失误。

具体而言，如图1所示，本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置还包括第二支撑辊组13和第三支撑辊组14，第二支撑辊组13设置在第一图像采集单元4和后方输送辊2之间。第三支撑辊组14设置在第二图像采集单元6后方。

通过第二支撑辊组13和第三支撑辊组14的设置，能够对第一图像采集单元4和第二图像采集单元6图像采集部位的钢带1进行辅助支撑，保持稳定，提高图像采集质量。

本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置，通过两组图像采集单元的前后依次设置，分步式采集分析，降低了高清图片的采集和分析频率，降低了数据处理量，提高了设备运行效率而且系统运行稳定可靠。通过快门7的设置，保证了第二图像采集单元6一致处于待机状态，能够快速响应，及时采集。此外，通过两组第一图像采集单元4和第二图像采集单元6分别设置在钢带1两侧且配备光源，能够对经过的钢带1两个侧面进行表面质量测量。通过所述现场控制器的设置，能够集成控制设备的各个传感器和动作元件，提高了设备的自动化控制程度，便于集成到钢带热轧生产线上。通过编码器8的设置，能够对钢带1输送速度和位移进行检测记录，便于后续的标记结构对缺陷进行标记。通过第三光源9和第三图像采集单元10间隔设置，第三图像采集单元10采用暗光拍摄的方式，适合检测孔洞类缺陷，第三图像采集单元10对应的第三工控机及时对图像进行分析和存储。通过吹扫组件11设置在第三图像采集单元10的前方，能够在图像采集前对钢带1上下表面进行水柱吹扫去除附着力强的杂物，然后压缩空气吹扫，去掉附着的水气，避免出现后期图像采集的误判。通过在吹扫组件11后方设置第一支撑辊组12，能够对吹扫组件11引起的钢带1振动进行阻隔，避免向后传递引起第三图像采集单元10采集图像失误。通过第二支撑辊组13和第三支撑辊组14的设置，能够对第一图像采集单元4和第二图像采集单元6图像采集部位的钢带1进行辅助支撑，保持稳定，提高图像采集质量。

本发明还公开了一种钢铁热轧钢带表面质量判定方法，利用上任意具体实施方式中的所述钢铁热轧钢带表面质量检测装置进行分步式图像采集和分析，且基于此进行钢带质量判定。

根据所述上位机分析缺陷的数量和种类，按照预设的分析模型进行归类，进而确定钢带的用途。

在一具体实施方式中，经过在成品检验中根据本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置提供缺陷图片，按缺陷类型、大小、面积判定，改变原有产品用途，减小缺陷对后期使用中的影响，通过此方法实现质量稳定，减少误判提高产品效益。

本发明钢铁热轧钢带表面质量判定方法步骤：

(1)现有钢种可分为高质量钢:SPHC-M(主要用于食品和日用品包装材料)→轧薄料:SPHC A级(冷轧薄材料≤0.5mm)→SPHC B级(冷轧薄材料0.4-0.8mm)→酸洗料:Q195L(冷轧料0.8-2.0mm)→结构料:Q195(成品使用)→不合格品，等对表面质量标准差距较大。

(2)根据本发明钢铁热轧钢带表面质量检测装置检测出缺陷图片，上位机根据图片信息，分析缺陷严重性，结合生产材质对缺陷进行判定，并给出处理建议。

如：高质量钢SPHC-M在卷板表面出现，>边部1CM存在起皮(>5cm)、纵裂(>10cm)、划伤等缺陷，根据缺陷长度、位置、严重程度，对应缺陷判定标准，在成分符合标准情况下改变产品用途为，冷轧薄料SPHC A级或B级使用，减小缺陷对下游产品造成的质量隐患，确保产品稳定使用。

(3)如生产轧薄料SPHC在卷板上发现单处缺陷：起皮(长度>15cm)、异物(面积>30*30mm)且缺陷表面有凹凸感、除磷不净(>10m)等缺陷，根据缺陷判定标准，改变产品用途为酸洗料或冷轧厚板料(Q195L)，减小因缺陷对下游使用的影响。

(4)如生产冷轧厚板料出现，缺陷起皮(>50cm)、除鳞不净(>20m)、异物(>50*50mm)或多处缺陷，根据判定标准对生产卷板，改变产品用途为结构料使用。

(5)如发现任何材质缺陷程度超出国家标准，外形低于宽度范围、夹杂类缺陷大于卷板长度6％等不允许缺陷即判为不合格品。

本发明钢铁热轧钢带表面质量判定方法利用计算机根据成品板缺陷图片，从中分辨缺陷类型、缺陷大小、缺陷数量，结合产品材质，更加有效判定产品质量。在出厂前对有缺陷卷改变产品用途，确保产品使用稳定，提升产品效益也避免产品缺陷对下游客户造成损失。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于，包括：

输送辊(2)，两个所述输送辊(2)对通过的钢带(1)进行折返输送，且输送段水平设置；

第一图像采集单元(4)，所述第一图像采集单元(4)对两个所述输送辊(2)之间的所述钢带(1)进行明暗图像采集，第一光源(3)对所述第一图像采集单元(5)采集部位进行照明；

第二图像采集单元(6)，所述第二图像采集单元(6)对后方所述输送辊(2)输出的所述钢带(1)进行高清图像采集，所述第二图像采集单元(6)的镜头前方设置有用于遮挡的快门(7)，第二光源(5)对所述第二图像采集单元(6)的采集部位进行照明；

上位机，所述上位机通信连接所述第一图像采集单元(4)和第二图像采集单元(6)对应的第一工控机和第二工控机，所述上位机控制所述快门(7)的打开和关闭。

2.根据权利要求1所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：所述第二图像采集单元(6)的运行频率和分辨率均高于所述第一图像采集单元(4)。

3.根据权利要求2所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：所述第一图像采集单元(4)和第二图像采集单元(6)数量分别为两组且分别设置在所述钢带(1)两侧，相应的设置有第一光源(3)和第二光源(5)。

4.根据权利要求1所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：还包括编码器(8)和现场控制器，所述编码器(8)和快门(7)电连接到所述现场控制器，所述现场控制器通信连接到所述上位机。

5.根据权利要求4所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：还包括设置在前方所述输送辊入料端的第三光源(9)和第三图像采集单元(10)，所述第三光源(9)在所述钢带(1)下方朝上照射，所述第三图像采集单元(10)设置在所述第三光源(9)正上方进行漏光图像采集。

6.根据权利要求5所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：还包括吹扫组件(11)，所述吹扫组件(11)设置在所述第三图像采集单元(10)的前方，所述吹扫组件(11)在所述钢带(1)上下两个侧面进行压缩空气吹扫。

7.根据权利要求6所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：还包括第一支撑辊组(12)，所述第一支撑辊组(12)设置在所述吹扫组件(11)后方且对所述钢带(1)进行辅助输送。

8.根据权利要求7所述的钢铁热轧钢带表面质量检测装置，其特征在于：还包括第二支撑辊组(13)和第三支撑辊组(14)，所述第二支撑辊组(13)设置在所述第一图像采集单元(4)和后方所述输送辊(2)之间；所述第三支撑辊组(14)设置在所述第二图像采集单元(6)后方。

9.一种钢铁热轧钢带表面质量判定方法，其特征在于，利用上述权利要求1～8任一项所述钢铁热轧钢带表面质量检测装置进行分步式图像采集和分析，且基于此进行钢带质量判定。

10.根据权利要求9所述的钢铁热轧钢带表面质量判定方法，其特征在于：根据上位机分析缺陷的数量和种类，按照预设的分析模型进行归类，进而确定钢带的用途。

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