钢板表面缺陷在线视觉检测系统研究

　　钢板是汽车、电机、化工、造船等工业不可缺少的原材料. 在钢板轧制过程中, 由于连铸钢坯、轧制设备、轧制工艺等原因, 导致钢板表面出现了裂纹、氧化铁皮、结疤、辊印、刮伤、孔洞、针眼、鳞片、麻点等缺陷, 这些缺陷不仅影响了产品外观, 更重要的是降低了产品的抗腐蚀性、抗磨性、疲劳极限等性能.而现代生产对钢板的表面质量提出越来越高的要求. 传统的检测方法如人工目视抽检和表面频闪法,已不能满足现在工业生产中的高速、高分辨率、无损智能检测的要求. 因此亟需建立一套智能表面检测系统.

　　基于计算机视觉检测理论, 钢板表面检测技术主要分为三种类型: 激光扫描法、面阵CCD 成像法、线阵CCD 扫描检测法. 激光扫描法利用激光器对二维表面逐点扫描以获得高分辨率与高检测精度[ 1-2] ,然而, 该检测系统的组成部件需要高精度加工并且其光学系统比较复杂而难以实现, 限制了该方法在工业中的工程实际应用. 对于面阵CCD 成像检测系统, 多个面阵CCD 视场相互交叠确保检测到整个板宽[ 3-4] , 这种检测方法的缺点是存在过多的冗余图像数据, 而且基于软件处理的图像处理方法使得整个系统庞大而昂贵. 随着最新线阵CCD 传感器件的发展, 基于线阵CCD 扫描方法的检测速度不再受线阵CCD 帧转移率的限制. 因此, 在板宽方向和钢板运行速度方向都能够获得很高的检测分辨率. 相对于面阵CCD 检测系统, 线阵CCD 扫描检测系统能够利用较少的摄像机而获得与之相同的分辨率, 图像处理系统也更为紧凑. 从某种意义上说, 线阵CCD扫描检测方法代表了钢板表面检测未来发展方向的主流.

　　1 系统原理

　　钢板表面缺陷检测系统包括顶层和底层检测通道, 实时完成钢板上下表面的表面评估. 如图1 所示, 每个检测通道由如下的主要部分构成: 线光源、实现对钢板表面连续扫描的摄像机成像单元、嵌入式图像采集处理系统及主程序等.

　　2 系统的模块化设计

　　为了使表面缺陷检测系统易于升级与维护, 表面检测系统基于模块化的设计思想.

　　2. 1 线光源照明模块

　　线光源设计时需考虑在特定的检测线上能使待检缺陷以尽量高的分辨率得到复现. 另外, 光源等级与钢板速度、最大检测分辨率有着特定的关系. 其中特别是光源的均匀性和强度必须满足很高的要求,因为这直接影响图像质量和检测性能. 为实现这一目的, 开发了一种特殊的红色LED 光源, 光源长度足够覆盖整个板宽( 1. 8 m) 以照明板面. 这种LED光源具有如下特性: 快速达到照明稳定状态, 高照度输出, 高均匀性( ±10%) , 寿命长( 100 000 h) , 实现线聚焦照明. 光源发光投射在待检钢板表面板宽方向形成一道狭细、均匀照明的亮带. 而且, LED 线光源照明波长与我们选用的线阵CCD 传感器件( ILP4型CCD 器件, 加拿大Dalsa 公司生产) 的峰值相应波长相互匹配, 这使得线阵CCD 传感器能以很高的灵敏度完成光电转换.