带钢表面缺陷检测方法研究

带钢表面缺陷检测方法研究

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摘要：表面质量的好坏是带钢的一项重要指标，随着科学技术的不断发展，后续加工工业对带钢的表面质量要求越来越高。如何检测出带钢表面缺陷并加以控制，引起带钢生产企业的高度关注。本文通过对带钢表面的缺陷检测的重要性分析，讲述了国内外带钢表面缺陷检测的发展现状，并比较分析了几种检测方法，最终得出本研究的意义。由于带钢表面缺陷种类繁多，建议下一步研究工作重点放在缺陷种类识别与分类部分，以满足带钢表面缺陷的无遗漏检测。

关键词: 带钢表面缺陷缺陷检测

1.1带钢表面缺陷检测的重要性

随着生活水平的提高和生产力的发展，人们对产品质量提出了更高的要求，带钢作为机械、航天、电子等行业的原材料，用户对其表面质量的要求更加严格。影响带钢表面质量的主要因素是带钢在制造过程中由于原材料、轧制设备和加工工艺等多方面的原因，导致其表面出现的擦伤、结疤、划痕、粘结、辊印、针眼、孔洞、表面分层、麻点等不同类型的缺陷。这些缺陷不仅影响产品的外观，更严重的是降低了产品的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳强度等性能。原料钢卷的表面缺陷是造成深加工产品废次品的主要原因。由于部分质量缺陷在出厂前不能有效地被检测出来，而在用户使用过程中被发现，造成用户索赔，不仅给企业带来巨大的经济损失，还严重影响了产品的市场形象，降低了用户对产品的信任度。因此，必须加强对带钢表面缺陷的检测和控制，这对于剔除废品、减少原料浪费、提高成材率、改善工人劳动条件都有重要意义。而如何在生产过程中检测出带钢的表面缺陷，从而控制和提高带钢产品的质量，一直是钢铁生产企业非常关注的问题。

1.2 国内外带钢表面缺陷检测方法与装置研究现状

目前带钢表面缺陷检测装置主要分为采用传统检测方法的检测装置、采用自动检测方法的检测装置和采用计算机视觉检测方法的检测装置。

1.2.1传统检测方法

非自动化的传统表面缺陷检测方法可以分为人工目视检测方法和频闪光检测法两种。05年代至06年代，冷轧带钢表面缺陷检测主要采用人工目视检测，检测者凭借肉眼观察缺陷。由于带钢轧制速度很快，人眼无法可靠的捕获缺陷信息。同时，某些高质量的带钢要求其表面缺陷小于0.5mm×0.5mm，这种微小缺陷人的视觉很难发觉，从而产生大量的漏检和误检。人工检测需要在高温、噪音、粉尘、振动的恶劣环境下进行，对人的身体和心理造成极大伤

害，检测者极易疲劳而无法工作。因此，人工目视检测法逐渐失去了在线检测的意义。在07年代中期，英钢联、阿格玛、LTV、美钢联合蒂森等钢铁联合企业普遍采用频闪光检测法。人的视觉反应方式，类似于照相过程中光的化学反应，就象化学药品在光的照射下会被激活从而使成像于底片上的影像模糊不清，纠正的办法就是增大照相机的快门速度，以缩短光对底片上药品的活化时间。由于曝光时间短，便能减少模糊，从而得到清晰的图像。显然，人眼摄取图像的速度是不可能加快的，这就要寻找一个相当于照相机快门的代用品，以便不分散操作者的注意力或加重其负担。频闪光检测法的原理是具有10一30us的脉冲闪光会引起视网膜静止反应，起到照相机快门的作用。将该种检测方法进一步发展，即将频闪光源与专用的视频摄像机结合，通过监视器观察缺陷。虽然这种方法的成本低，但是检测的可信度低，自动化程度也低。

1.2.2 自动检测方法

目前在实际中得到应用的自动表面缺陷检测方法主要有涡流检测技术、红外检测技术和漏磁检测技术。

1）涡流检测技术

1899年法国洛林连轧公司福斯厂研制成功一种安装在火焰切割设备前端，能够在线无损检测热连铸板坯表面质量的涡流探测设备EDISOL。该设备通过配置在板坯上下表面做横向往复移动的涡流探测器检测纵裂纹，通过配置在板坯窄面和棱边处固定的涡流探测器检测横裂和角裂。由于热连铸板坯宽面温度通常都大大高于居里点，而板坯的棱边附近和窄面的温度只是接近或者低于居里点，因此根据板坯钢是否具有铁磁性来设计相应的工作频率，并对于纵裂、横裂和角裂的检测分别采用了两种不同的差动式涡流探测器。涡流方法只能检测金属板材表面和表皮下层阻流缺陷，并且此种检测需要大电流励磁，在生产线上将造成能源的极大浪费。用涡流检测方法实现热图像检测，检测前的板材必须为均匀温场，这点对于热轧钢板来说是无法满足的。另外为了使缺陷有足够的加热时间以使缺陷充分暴露，速度必须足够慢，这必然限制了检测和生产的速度，不利于生产的高速化实现。因此这种方法不适宜高速轧制带钢的表面检测。

2）红外检测技术

1990年挪威Elkenl公司研制出Therm-O-Matic连铸钢坯自动检测系统。在钢坯传送辊道上设置一个高频感应线圈，钢坯通过时，表面会产生感应电流。由于高频感应的集肤效应，其穿透深度将小于1mm 。在有缺陷的区域，感应电流从缺陷下方流过，从而增加了电流的行程，导致在单位长度的表面上消耗更多电能，这将引起钢坯局部表面的温度上升。由于缺陷

处的局部升温取决于缺陷的平均深度、线圈工作频率、特定的输入电能、被检钢坯的电性能和热性能、感应线圈的宽度和钢坯的运动速度等因素，因此如使其它各种因素在一定范围内保持恒定，就可通过检测局部升温值来计算缺陷深度。Therm-O-Matic系统可在线检出热钢坯表面纵裂纹和横裂纹等缺陷。

3）漏磁检测技术

1939年日本川崎制铁千叶制铁所开发出在线非金属夹杂物检测装置，其检测原理是利用漏磁通密度与缺陷的体积成正比的关系，通过测量漏磁通密度从而确定缺陷的大小并对缺陷进行分类。该装置使用直流磁化的漏磁法，励磁器与检测元件呈同一方向配置，检测元件采用了高灵敏度的半导体式磁敏元件，用于检测水平磁通分量。磁敏传感器的输出信号经带通滤波器去除噪声后，由计算机实时识别出缺陷目标并计算出非金属夹杂物的体积等参数。漏磁检测法不仅能检测表面缺陷，而且还能检测内部微小缺陷，并且其检测精度高，实用温度范围宽，并且造价比较低廉。其缺点主要是不能检测表面粗糙度，并且无法对缺陷进行准确分类。

1.2.4 国内研究现状

与西方发达国家相比，国内带钢表面缺陷检测的研究起步较晚，整体研究水平较低。1900年华中理工大学罗志勇等采用激光扫描方法测量冷轧钢板宽度和检测孔洞缺陷，并开发了相应的信号处理电路，此后又开展了线阵CCD和面阵CCD检测技术的研究工作。1995年他们研制出了采用多台面阵CCD成像、通过基于PC环境的DSP系统所构成的图像处理平台进行冷轧带钢表面孔洞、重皮和边裂缺陷检测和最小带宽测量的实验系统。同年，哈尔滨工业大学机器人研究所开始进行带钢表面主要缺陷的静态检测和识别方法的研究。上海宝山钢铁(集团)公司也与原航天部二院联合研制出用于冷轧带钢表面缺陷的在线检测系统。2002年北京科技大学徐科等人采用多个面阵CCD摄像机同时采集钢板表面图像，由多台客户机和一台服务器组成的并行计算机系统，实现了对钢板表面部分缺陷的检测。

目前人工目测仍然是国内应用最多的方法。宝钢在国内最早采用带钢表面质量激光自动检测系统，宝钢1420mm电镀锡机组出口配置了在线激光表面检测仪，在带钢高速运行情况下可对带钢正反面同时检测，能自动识别出多种缺陷四。

1.3 本研究的目的和意义

本课题来源于陕西省自然科学基金项目和西安市工业攻关项目“带钢表面缺陷检测技术研究”。带钢表面缺陷检测是带钢生产控制中的一项关键技术，也是当前国内外研究的热点。目前，世界各国在带钢产品的尺寸精度控制方面(如厚度、宽度、板形等方面)已经取得显著