表面质量检查仪在热轧机组生产线中的应用

(本溪钢铁集团公司质量管理中心，本溪 117000)

由于热轧生产环境复杂，带钢表面常会出现结疤、夹杂、辊印、铁皮、划伤、孔洞、裂纹等缺陷，从而影响热轧产品的质量。

德国百视泰(Parsytec)公司研制的表面质量检查仪是能对高速运动的热轧带钢表面缺陷进行在线自动检测和分级的系统，已成功应用于欧洲和美国的连轧机和CSP(薄板坯连铸连轧)生产线上，取得了良好效果。

1 表面质量检查仪的作用

2008年，笔者所在公司为1700热轧机组生产线增设了表面质量检查仪(Parsytec)。

该Parsytec HTx 5.0系统是建立在100%软件工具基础上的，其与标准PC硬件及频闪氙照明的录像机相结合，可根据表面缺陷的类型和严重程度以及其在带钢上的位置，对所有缺陷进行分级记录，客观地对缺陷进行评估；并可提供对整个热轧带钢表面质量的准确鉴定以及完整记录。

此设备的应用，打破了检查员只能靠人工检查钢卷的传统方法，实现了百分之百地检查钢卷表面，做到了对钢卷生产的全过程监控；同时，可以提供钢卷表面质量实时相关数据，以便于后续的分析。

2 系统组成

表面质量检查仪主要由采集与传输系统、 HTx5.0检查软件、辅助系统等组成。辅助系统主要有机械控制系统，如位置标定器、速度标定器等组件。文章主要介绍采集与传输系统的结构与功能、HTx5.0检查软件的功能。

2.1 采集与传输系统

采集与传输系统主要包括表面传感器、转换盒、检查服务器、检查终端等。

传感器由高速相机和扫描带钢表面闪光灯组成。高速相机能够拍摄生产线正常运行速度状态下的图像，每秒钟可拍摄200张缺陷图片；特殊缺陷需要检测时，检测精度可调控到160 μm，图像质量能够满足分辨率的需求；高速相机采用上下并列式配置，带钢运行时，可连续不间断地监控全长度带钢表面，并在终端显示缺陷画面。闪光灯由特殊材料做成，可保持线性和不受外界环境影响。

转换盒包括图像处理设备以及支持设施，例如中心电源的输入、过程信号接口和传感器控制接口。

检查服务器的功能是处理检查结果，转换盒的所有图像处理设施以及所有检查终端都是由检查服务器控制的。

检查终端是显示当前轧制钢卷表面质量情况的输出端。实际检测中可以建立一个或多个检查终端，以便扩大监控检查范围。采集系统的框图如图1所示。

图1 表面质量检查仪采集与传输系统框图

2.2 表面质量检查软件HTx5.0

表面质量检查软件HTx5.0是表面质量检查仪的核心部分，其在数据处理上使用了精密的算法程序来寻找、隔离和描述缺陷。该软件能够完成检出缺陷与伪缺陷的任务，一是检测所有与质量相关的缺陷，即使是最小类型和低对比度的缺陷；二是过滤出与产品无关的带钢/网状的不正常地方，比如质地、水滴、油渍。

2.2.1 软件特性

表面质量检查仪支持超过800多个不同的特征性，例如缺陷的形状、尺寸、灰度值、位置等相关特征性。HTx5.0检查软件具备以下功能：对不同条件下生产的金属缺陷进行分析，对不正常的部位进行检测，确定缺陷的区域，即缺陷的长度、宽度；在缺陷区域及缺陷临近区域进行检查，进一步分析缺陷的形状；分析缺陷部位的灰度值，相邻区域不超过1到2个灰度值；将所有基础分析部分连接起来，与现有分类缺陷特性对比分析，使用分类器进一步对缺陷性质进行确定和分类。其图像分析过程如图2所示。

图2 表面质量检查仪的图像分析过程

2.2.2 软件分类器

根据各种缺陷表现出的不同特性，检验人员需要做很多分类工作，将人的经验不断地传给表面质量检查仪，使其达到识别相应缺陷图像的能力。应用这套系统，检验人员对公司1700机组产生的常见表面缺陷，进行具体检查、分析、确认后采集相应的缺陷图谱，不断地补充完善软件分类器里的缺陷种类和缺陷图像样本，以完善仪器对钢卷表面缺陷的捕捉、分析、分类能力。目前已经采集的缺陷图谱样本有11 072张，主要包括硌印、铁皮、划伤、夹杂、结疤等38种缺陷，采集的主要缺陷如表1所示。

表1 缺陷图谱中的主要缺陷

一个好的分类器不仅要具有高质量的缺陷图像样本，而且还要有不断学习、积累的能力。表面质量检查仪(Parsytec)就提供了这个功能，检验人员通过对分类器的一对一教学，目前检查仪已经建立200余个分类器(还需要建立近百个分类器)，分类效果达到了预期要求，分类准确率达到96%以上。

而且，分类器在实际测试过程中也有上佳表现，检测可以完全覆盖整个钢卷表面，反映钢卷表面质量的真实情况。经过公司炼钢厂、连轧厂、冶金制造部、质量管理中心联合进行的100次以上的校验，钢卷表面缺陷检测结果与实际情况完全属实。

3 检查模式与实际使用

3.1 检查模式

表面质量检查仪(Parsytec)提供了三种模式：在线模式、混合模式、离线模式。

(1) 在线模式

在线模式可以提供在线实时检测数据，以帮助检验人员随时了解正在轧制的钢卷表面情况；如出现缺陷，可随时通知生产单位及时处理，以尽量减少缺陷产品数量。

(2) 混合模式

混合模式可以提供检测人员漏检的钢卷数据，及时发现问题。

(3) 离线模式

离线模式可以保存三天的钢卷检测数据，以便于后续查阅。如钢卷存在质量问题，可通过服务器查询15天以内的检测数据，进行分析与调查。

3.2 实际应用

表面质量检查仪运行使用1 a来，在公司主要生产线上发挥了巨大的作用。其在检测应用中得到的典型缺陷图像，如图3所示。

通过该设备，检验人员可以随时了解轧制钢卷的表面质量情况，了解钢卷缺陷的具体部位(上边面、下边面，离头、尾、边部距离)、数量，严重程度及平面分布等；了解不同等级的表面缺陷对下游客户产生的影响；帮助公司及时采取措施，改进生产工艺。

图3 表面质量检查仪检测到的典型缺陷图像

现场实际应用表明，该表面质量检查仪对缺陷的分类准确率可达到96.5%，公司产品质量得到了有效的保证。

4 结语

介绍了用于带钢轧制过程表面质量监控的检查仪的结构与原理，说明了该设备在生产过程中的实际应用情况。该表面质量检查仪的应用，实现了对钢卷表面质量的全过程监控，可有效检测出缺陷并准确地对缺陷进行分类识别。