金属板材表面缺陷检测发展现状

· ２３８ ·
材料导报
２０１１ 年 １１ 月 第 ２５ 卷 专 辑 １８
金属板材表面缺陷检测发展现状
李 瑶 ，王 快 社 ，刘 长 瑞
（西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 ７１００５５）
摘要 针对目前国内外金属板材表面缺陷检测技术 的 进 展，通 过 分 析 板 材 中 常 见 的 缺 陷 形 式 ，介 绍 了 金 属 板 材表面缺陷检测的常用技术。主要论述了机器视觉表面检测技术中在线检测的应用及发展，并展 望 了 检 测 技 术 的 发 展动向。
此阶段主要应用灵敏元件进行检测，广 泛 应 用 于 工 业 化 进 程 中 ，下 面 主 要 对 应 用 最 广 泛 的 ３ 种 方 法 做 详 细 介 绍 。 ２．２．１ 涡 流 检 测 的 发 展
涡流检 测 始 于 １８７９ 年，英 国 人 休 斯 首 次 将 涡 流 原 理 应 用 于 冶 金 分 选 中 ，拉 开 了 涡 流 检 测 的 序 幕 。１９２６ 年 世 界 上 首 台 涡 流 测 厚 仪 问 世 。１９３０ 年 ，法 罗 首 先 将 涡 流 法 应 用 于 无 损 检 测 。１９５０～１９５４ 年 间 ，福 斯 特 发 表 了 消 除 涡 流 仪 中 干 扰 因
２ 检 测 技 术 发 展
２．１ 人 工 目 测 与 离 线 抽 检 在工业发展的早 期，对 板 材 质 量 要 求 不 高，人 工 目 测 的
检验方法应用普遍。由于人工抽检技术 含 量 低、检 测 范 围 和 速度有限，长时间 工 作 错 误 率 高 且 容 易 收 到 外 界 干 扰，受 主 观影响没有准确缺陷定量，所以它已经不能适 应 先 进 生 产 力 要 求 ，该 方 法 被 高 效 的 技 术 所 代 替 是 势 在 必 行 。 ２．２ 机 电 技 术 或 光 学 技 术 的 检 测
关键词 表面缺陷 机器视觉 在线检测 中 图 分 类 号 ：ＴＧ４４１．８ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌ Ｐｌａｎｔｓ
ＬＩ Ｙａｏ，ＷＡＮＧ Ｋｕａｉｓｈｅ，ＬＩＵ Ｃｈａｎｇｒｕｉ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ，ｏｎｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ
我国 是 一 个 钢 铁 生 产 大 国，其 中 板 材 生 产 特 别 突 出， ２０１０ 年 全 年 钢 材 消 费 量 为 ６．４ 亿ｔ，板 材 约 占 ２．２ 亿ｔ。 在 板 材需求量显 著 提 高 的 同 时，其 质 量 也 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视。轧制过程 中 由 于 连 铸 钢 坯、轧 制 设 备 和 轧 制 工 艺 等 原 因，轧制后板材表 面 会 形 成 缺 陷，这 样 既 不 美 观 也 影 响 板 材 寿命和性能。因此，国内外众多科研机构和 学 者 展 开 了 对 板 材表面缺陷检测 的 研 究。 从 ２０ 世 纪 开 始，至 今 大 致 经 历 ３ 个检测阶段，分别 是 人 工 目 测 与 离 线 抽 检 相 结 合、单 纯 机 电 技术或光学技术、光机电一体化的机器视 觉。为 了 提 高 检 测 效率，机器视觉检测技术以非接触 性、柔性 好、较 高 精 度 及 迅 速获得被测 物 体 信 息 等 优 点 在 众 多 检 测 技 术 中 脱 颖 而 出。 本文重点介绍了 ＣＣＤ 摄像机机器视觉 检 测 技 术 在 工 业 生 产 板材检测中的应用。
１ 板 材 表 面 的 几 种 典 型 缺 陷
由于受生产设备、钢板来料、加工 工 艺、人 工 技 术 和 外 部 环境等因素的影响，钢板表面易出现缺陷，影 响 板 材 的 外 观、 抗腐蚀性、抗磨性、疲劳极限等性能，甚至影 响 板 材 的 正 常 使 用。下面 分 析，如 ［１，２］ 图１所示。
般不影响 钢 板 使 用，如 图 １（ｂ）所 示。 （３）表 面 夹 杂 （Ｉｎｃｌｕ－ ｓｉｏｎ／ｌａｒｄ），钢 板 压 入 异 物 的 统 称 ，分 为 金 属 夹 杂 、非 金 属 夹 杂 和混合夹杂，特征是嵌入钢板或表露与 表 面 的 点 状、片 状、或 条状组织，夹杂物随机分布且颜色、形状 不 同，这 种 缺 陷 会 造 成板材判废，如图１（ｃ）所示。（４）气 泡 （Ｂｌｉｓｔｅｒ），钢 板 表 面 出 现的有大有小外 形 圆 滑 鼓 包，开 裂 后 缝 隙 或 空 隙 会 不 规 则， 裂口内部有夹杂物富 集，通 常 会 造 成 钢 板 判 废，如 图 １（ｄ）所 示。（５）裂 纹 （Ｃｒａｃｋ），钢 板 表 面 形 成 深 度、长 度、宽 度、形 状 不同的裂缝，周边 有 严 重 脱 碳 现 象 和 非 金 属 夹 杂，严 重 破 坏 钢 板 的 力 学 性 能 ，如 图 １（ｅ）所 示 。
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００５５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｔａｌ ｐｌａｎｔｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｍｍｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏ－ ｇｙ ｔｏ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｎ ｍｅｔａｌ ｐｌａｎｔｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｎｌｉｎｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｖｉｓｉｏｎ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
（１）麻点（Ｐｏｃｋｍａｒｋ），就 是 在 钢 板 表 面 形 成 局 部 或 连 续 成片的粗糙面，脱落后会出现深浅形状不 同 的 小 坑。麻 点 凹 坑或凹痕深度会严重影 响 钢 板 质 量，如 图 １（ａ）所 示。（２）氧 化铁皮压入（Ｒｏｌｌｅｄ－ｉｎ ｓｃａｌｅ），此种缺陷可分为一次 氧化铁皮 压入（灰褐 色 Ｆｅ３Ｏ４）和 二 次 氧 化 铁 皮 压 入 （红 棕 色 ＦｅＯ 和 Ｆｅ２Ｏ３），其压入的种类、深浅、面积、形 状 也 都 不 同，修 磨 后 一