莱钢连铸机铸坯表面质量在线自动检测系统的研究与应用
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作者: 鲍红宾 吕晓茜 任名国 江楠
摘要：利用光学成像原理，将需要检测的铸坯表面图像输入计算机，通过专用的图像处理软件对所得的图像进行处理，得出图像中是有否缺陷存在。
关键词：连铸 CCD图像传感器 DSP
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0059-02
1、前言
目前铸坯质量在线检测通过人工近距离肉眼观察检查，温度高、劳动强度大，肉眼检测不准确，往往将存在质量问题的铸坯发到下道工序，对轧材质量造成影响，所以，有必要在1#、4#连铸机增设铸坯表面质量在线自动检测设备，提高检测效果。
2、方案确定
本方案主要采用光学成像原理，利用CCD图像传感器，将需要检测的铸坯表面图像输入计算机，然后通过专用的图像处理软件对所得的图像进行处理，得出图像中是否有缺陷存在，在得出图像中的缺陷后，通过专用的自学习系统，对所得缺陷进行分类，最终达到计算机自动识别铸坯表面缺陷的要求。
2.1 表面质量检测的基本原理
铸坯表面质量检测采用线阵CCD图像传感器，CCD列阵沿异型坯铸坯底面宽度方向放置，可以获得铸坯底面横向一个窄条的图像，铸坯在轨道上运动进行长度方向扫描，这样线阵CCD就可获得了运动的整幅图像（见图1）。通过软件对该铸坯底面图像进行处理，自动判断高铸坯底面缺陷并计算缺陷的大小、范围和特征，根据铸坯运动速度计算缺陷所在位置，并与存储在计算机里的缺陷库进行比较，确定缺陷的类型，而后进行分类统计，并生成质量报表。
2.2 CCD的配置
铸坯外形尺寸，根据不同的尺寸规格和实际精度要求选择不同的CCD。
2.3 检测方式
采用C型架结构设计，放置于铸坯上面，1#机、4#机各采用2台摄像机，采用C型结构支撑，机械设计简单方便，施工量小。
2.4 照明光源
采用先进的大功率LED管照明。目前单只LED管功率可达5～10W，方案采用多只LED排成阵列，并用柱透镜在一个方向上聚焦，形成一个相对窄的高亮度照明带照明检测面的一个窄条，线阵CCD即对这一被照明的窄带成像。
2.5 CCD图像数据的采集、压缩、转移、存储与处理
为保证高帧频的采集与传输，将所有像素的信号分成二路并行输出。CCD的每路输出信号用一个高速DSP进行处理：一方面将该路图像数据压缩后快速存储在高速硬盘上存储，同时，CCD的每路图像数据再被送入高速工控机1进行实时图像处理，提取铸坯表面缺陷、计算缺陷大小、位置。并将计算的结果传送给高速工作站2。
为便于事后对铸坯表面缺陷进行复现，高速工作站2在接收高速工作站1的结果后，再通过网络交换器和Gigabit Ethernet MAC控制器，从存储在CCD数据存储单元上的高速硬盘上读取有缺陷的原始压缩图像数据，转存在大容量硬盘阵列上，以便根据重轨底面缺陷数据对照图像进行再现查看。当一根铸坯表面缺陷检测完并将存储单元上高速硬盘上暂存的图像送给高速工控机2后，即刻删除存储单元上高速存储硬盘上的数据，供下次采样存储用。
2.6 铸坯表面缺陷的提取、计算、识别、分类与统计
通过研究典型缺陷的图像特征，建立铸坯表面缺陷库。高速工作站1将CCD采样的图像进行分析比较、提取缺陷后，将缺陷的特征、大小、位置等信息通过网络传送给高速工作站2，高速工作站2将接收的缺陷与缺陷库中的缺陷特征进行比较，完成缺陷的识别、分类与统计，并将缺陷部分的原始数字图像一并保存起来，生成铸坯表面质量检测报告。
3、铸坯表面质量检测系统的组成
根据上述分析，铸坯面质量检测系统由如下几部分组成。
3.1 光学部分
光学部分由2个Nikon 85mmF/1.4定焦镜头和2个2048像素的TDI线阵CCD组成，主要实现对铸坯表面的扫描成像。
3.2 照明部分
照明部分由高亮度LED阵列和柱透镜组成，实现对铸坯表面的高亮度高均匀性的照明。
3.3 机械结构部分
机械结构部分主要实现对光学部分和照明部分的调整、安装与固定，由成像头(光学部分)、灯箱(照明部分)、支架、控制机柜组成。要求结构稳定可靠。
3.4 硬件部分
硬件部分由2块CCD数据实时采样处理单元(高速DSP、高速存储控制器和存储硬盘、Gigabit Internet MAC控制器、Gigabit Ethernet PHY、RJ45)、2台高速工作站组成。
此外，还有数据线、控制线和电源线等线缆。
3.5 检测软件
检测软件主要实现对CCD扫描图像的采集、存储、传输、处理，缺陷的提 取、缺陷特征分析、缺陷大小与位置计算、缺陷的识别与分类、缺陷图像的存储、生成铸坯表面质量分析报告等功能。
4、实践分析
此项技术已在宝钢和武钢生产中实际应用，可以有效的检测连铸坯的裂纹及其他缺陷，提高连铸坯产品的合格率，减少了因铸坯质量原因导致将不合格铸坯送往下道工序，可以提高成材率。
作者简介
鲍红宾(1982－)，男，莱钢自动化部助理工程师，大学，主要从事连铸控制系统的应用与研究工作。
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