基于帶鋼表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的視覺(jué)研究進(jìn)展文 摘鋼是大量的材料選擇和非常多元化的工業(yè)應(yīng)用。表面質(zhì)量以及其他屬性是最重要的質(zhì)量參數(shù), 特別是對(duì)于扁鋼產(chǎn)品。傳統(tǒng)手工表面檢驗(yàn)程序非常不足,確保保證表面質(zhì)量免費(fèi)。為了確保客戶(hù)的嚴(yán)格要求,自動(dòng)建立鋼鐵表面檢查技術(shù)在過(guò)去的二十年被發(fā)現(xiàn)是非常有效和流行的?？紤]到它的重要性,本文試圖通過(guò)對(duì)鋼表面缺陷檢測(cè)和分類(lèi)建立第一個(gè)正式審查技術(shù)發(fā)展水平。可以看出大多數(shù)的研究工作一直在進(jìn)行冷鋼帶表面，是客戶(hù)需求中最敏感的。對(duì)熱軋帶材和棒材/棒表面缺陷檢測(cè)工作也顯示出增長(zhǎng)在過(guò)去的 10 年。審查涉及總體方面的鋼表面缺陷自動(dòng)檢測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)使用應(yīng)用技術(shù)。人們的注意也被吸引到報(bào)道成功率以及實(shí)時(shí)操作方面等有關(guān)的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞:鋼鐵表面檢驗(yàn);缺陷檢測(cè);缺陷分類(lèi);自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)審查 1．簡(jiǎn)介:鋼鐵表面和其自動(dòng)檢查的重要性鋼鐵可能是最重要的金屬的量子和各種各樣的使用。鋼鐵對(duì)工業(yè)社會(huì)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。事實(shí)上,鋼鐵消費(fèi)被認(rèn)為是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷一個(gè)國(guó)家的發(fā)展?fàn)顩r。根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì),在2013 年粗鋼產(chǎn)量為15.82 億噸(噸),比其他所有的生產(chǎn)圖金屬放在一起。今天,有超過(guò)3500 等級(jí)的鋼的扁鋼產(chǎn)品貿(mào)易約占 50%。 一個(gè)集成的鋼鐵制造工廠生產(chǎn)鐵礦石在高爐鐵水、焦炭、燒結(jié)礦和通量作為輸入。液態(tài)鐵轉(zhuǎn)化為鋼液與指定由中小學(xué)煉鋼流程組成。鋼液不斷鑄石板和坯料。板是典型的矩形截面的尺寸板 1600 -毫米寬 ,250 -毫米厚,12000 -毫米長(zhǎng)。坯料的方形截面通常大約 150×150 毫米和 12000 毫米長(zhǎng)。板是隨后條,然后冷卷成熱。坯料軋制成各種維度。一個(gè)簡(jiǎn)化煉鋼過(guò)程的流程圖如圖 1 所示。鋼材的表面質(zhì)量的重要性,冷軋鋼板的下尤其認(rèn)為重要性自 1980 年代主要是由于要求汽車(chē)汽車(chē)制造商。在課程的時(shí)候,熱帶材表面質(zhì)量,近年來(lái),結(jié)構(gòu)性產(chǎn)品的表面質(zhì)量如棒/酒吧認(rèn)為重要。傳統(tǒng)上,扁鋼產(chǎn)品的表面質(zhì)量,在線(xiàn)圈形式,判斷手動(dòng)通過(guò)削減約 30 米的無(wú)規(guī)卷曲在一個(gè)批處理和檢查由一個(gè)專(zhuān)家。通常,在手動(dòng)檢查,檢查表面是鋼鐵表面產(chǎn)生約占總數(shù)的 0.05%。在冷軋機(jī)復(fù)雜,運(yùn)營(yíng)商有時(shí)駐扎檢查成品的在線(xiàn)缺陷。然而,由于線(xiàn)路速度高、疲勞和其他不利因素,審查過(guò)程并不令人滿(mǎn)意。因此,手動(dòng)檢查過(guò)程不足以保證鋼材表面沒(méi)有缺陷和合理程度的信心,當(dāng)然,需要自動(dòng)表面檢測(cè)做了。 在重大的發(fā)展[1],九個(gè)鋼鐵公司和我們?nèi)齻€(gè)鋁公司在 1980 年代早期開(kāi)始一個(gè)研究項(xiàng)目建立鋼鐵表面年檢與兩個(gè)商業(yè)合作組織。一個(gè)原型系統(tǒng)是建立在 1987 年在幾個(gè)鋼鐵廠和測(cè)試。與此同時(shí),歐洲企業(yè)也開(kāi)始工作。因此,從 1980 年代以后的一半,研究工作表面檢查鋼鐵產(chǎn)品開(kāi)始。今天,建立自動(dòng)表面檢測(cè)系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò))是由許多著名公司。自 2006 年以來(lái),每年國(guó)際表面檢驗(yàn)峰會(huì)(ISIS)是由組成的一個(gè)財(cái)團(tuán)等等。鋼鐵產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)檢查,盡管不是 100%準(zhǔn)確已經(jīng)成熟了。 2．復(fù)雜的鋼鐵表面檢查自動(dòng)化鋼材表面的實(shí)時(shí)檢測(cè)面臨著一系列的挑戰(zhàn)。困難可以列舉如下：危險(xiǎn)場(chǎng)所。為檢驗(yàn)設(shè)備安裝地點(diǎn)（照明系統(tǒng)，攝像機(jī)和一些信號(hào)處理設(shè)備） ，特別是，熱輥的米爾斯是很危險(xiǎn)的。環(huán)境溫度高，粉塵，石油的存在，水液滴和水蒸氣是很常見(jiàn)的。此外，該照明系統(tǒng)和相機(jī)需要防沖擊和振動(dòng)。此外，重型設(shè)備和場(chǎng)地在日常的感動(dòng)，每周和每年的維護(hù)。這些因素都需要適當(dāng)?shù)奈锢砗铜h(huán)境保護(hù)措施，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用。運(yùn)行速度。在日常生產(chǎn)中，表面的運(yùn)行速度進(jìn)行檢查一般是高。扁平鋼產(chǎn)品，在滾動(dòng)的速度，在檢查設(shè)備的操作，通常是 20 米/秒長(zhǎng)的產(chǎn)品，特別是線(xiàn)材，速度是 225 英里/小時(shí)的高（100 米/秒）[ 2 ]。在這樣的高速實(shí)時(shí)操作需要特殊的圖像處理設(shè)備和軟件的執(zhí)行時(shí)間小。在不同的鋼制品表面缺陷的品種有報(bào)道是非常高的[ 3 ]。例如，出版社[ 4 ]已經(jīng)把表面缺陷熱軋產(chǎn)品九大類(lèi) 29 個(gè)亞類(lèi)。這些缺陷都不受任何標(biāo)準(zhǔn)。因此，他們的特點(diǎn)和分類(lèi)，并從機(jī)廠商有所不同。此外，由于在生產(chǎn)過(guò)程中的變化，這些缺陷表現(xiàn)的變化。大量的攝像機(jī)。扁平鋼產(chǎn)品，兩套檢測(cè)系統(tǒng)-一個(gè)頂部和底部表面需要另一個(gè)。這些反過(guò)來(lái)一般由 3 至 4 的相機(jī)蓋帶的整個(gè)寬度。長(zhǎng)的鋼產(chǎn)品，多個(gè)攝像機(jī)位于外周以保證整個(gè)表面覆蓋。例如，一個(gè)圓形產(chǎn)品，至少三的相機(jī)同時(shí)使用五臺(tái)攝像機(jī)已在文獻(xiàn)[ 5 ]報(bào)道用。因此，對(duì)圖像采集和實(shí)時(shí)處理是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。3．現(xiàn)有的文獻(xiàn)綜述多年來(lái),許多審查論文(6 - 12)表面缺陷檢測(cè)的諸多方面的報(bào)告。各個(gè)方面和紋理分析方法一直在審查(13、14)。兩個(gè)相對(duì)最近審查本拍紙簿[6、7]。表面缺陷檢測(cè)使用紋理分析技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)被謝絕[6]覆蓋處理主要應(yīng)用于紡織品、磚和木頭。 [7]了非常全面的研究工作在織物表面缺陷檢測(cè)和提供一些有價(jià)值的結(jié)論。審查論文特別是紋理缺陷和面料也提到鋼鐵表面缺陷分類(lèi)識(shí)別技術(shù)可以應(yīng)用的地方。值得一提的是,早在 1982 年,11 個(gè)文件是列在“檢驗(yàn)在金屬加工行業(yè)”審查由下巴和哈洛[12]。岡薩雷斯和森林[15]提供了一個(gè)出色的理論背景圖像處理的各個(gè)方面,而理論依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)由充分浸[16]。然而,作者不能找到任何審查的研究工作領(lǐng)域的鋼表面缺陷檢測(cè)和分類(lèi)。因此,本文嘗試從學(xué)術(shù)界鞏固已發(fā)表的文獻(xiàn),鋼鐵行業(yè)和制造商的主題自動(dòng)缺陷檢測(cè)和分類(lèi)的鋼鐵表面。4．可用性研究的出版物上自動(dòng)建立鋼鐵表面檢查發(fā)表文獻(xiàn)的可用性鋼表面主要由各學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究工作,鋼鐵廠/鋼鐵廠研究單位和表面檢測(cè)設(shè)備制造商。許多研究工作已經(jīng)聯(lián)合發(fā)表的學(xué)術(shù)/科研院所和鋼鐵廠表明良好的合作伙伴關(guān)系。在過(guò)去的 10 年中,相當(dāng)比例的出版工作在鋼鐵表面系統(tǒng)來(lái)自中國(guó)。這是符合中國(guó)鋼鐵制造業(yè)占主導(dǎo)地位的存在。 已發(fā)表的一些論文報(bào)道的研究工作主要集中在缺陷分類(lèi)方面實(shí)現(xiàn)商業(yè)采購(gòu)系統(tǒng)。而整體系統(tǒng)和他們的利益被著名致力于良好的文檔記錄,細(xì)節(jié)的缺陷檢測(cè)和分類(lèi)并不詳細(xì),可能由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。5．鋼表面的類(lèi)別類(lèi)型的鋼表面缺陷檢測(cè).研究:板、棒、板、熱地帶,寒冷的地帶,桿/酒吧。它們覆蓋大部分鋼作為材料的應(yīng)用。冷,和后期,桿/酒吧得到更多研究者的關(guān)注。這主要是解釋說(shuō),大比例的這些產(chǎn)品是成品,客戶(hù)的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。 廣泛、鋼鐵表面可以在平面和長(zhǎng)產(chǎn)品分類(lèi)(圖 2)。平板產(chǎn)品表面可以進(jìn)一步被分類(lèi)如下:——板/坯:都是由連鑄過(guò)程鋼液和有一些相似性對(duì)表面和內(nèi)部條件。表面覆蓋規(guī)模越來(lái)越模糊。——板是由加熱一塊約為 1250°C 和隨后滾。表面氧化,甚至相對(duì)對(duì)板?！獰釛l是由加熱一塊約為 1250°C 和滾動(dòng)滾動(dòng)站在多個(gè)減少厚度所需的值。帶鋼表面氧化。然而,由于軋制力高,大大減少了熱表面粒度帶板。——冷帶是由在冷軋機(jī)軋制熱條酸洗過(guò)程(去除表面氧化層和清潔)。因此,冷條的表面沒(méi)有氧化,表面很光滑由于很高的軋制力用于冷變形過(guò)程。-涂帶(鍍鋅、鍍錫)/完成不銹鋼帶表面在本質(zhì)上是高度反光的。長(zhǎng)的產(chǎn)品表面可以進(jìn)一步被分類(lèi)如下: 棒/禁止生產(chǎn)鋼坯熱軋過(guò)程,及其表面氧化。進(jìn)一步,表面也不平坦,因此,反射角向外圍從而產(chǎn)生不均勻的圖像強(qiáng)度不同。 等長(zhǎng)的產(chǎn)品角度、通道重型等生產(chǎn)從坯/開(kāi)花。他們是復(fù)雜的截面和需要特殊照明和相機(jī)的安排。6．鋼材的表面缺陷列表有一個(gè)大的各種表面缺陷對(duì)不同鋼產(chǎn)品。此外,沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。也有大型國(guó)際集團(tuán)相似性和內(nèi)部集團(tuán)多元化的[17]各種類(lèi)的缺陷,使得缺陷分類(lèi)困難。缺陷目錄發(fā)布的是一家現(xiàn)代化的、德國(guó)[4]作為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 試圖列出了一些主要已被稱(chēng)為文學(xué)的表面缺陷檢測(cè)和分類(lèi)在過(guò)去的兩年半。缺陷相對(duì)于上述類(lèi)別的鋼鐵表面。7．自動(dòng)表面檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵元素圖 3 顯示了網(wǎng)絡(luò)多媒體的基本硬件結(jié)構(gòu)。它由一個(gè)或多個(gè)光源,一個(gè)或多個(gè)相機(jī)(亮視場(chǎng)或亮和暗視野),高速圖像處理器、服務(wù)器和操作員界面。 7.1圖像采集 表面獲得滿(mǎn)意的圖像質(zhì)量,照亮表面充分和統(tǒng)一。事實(shí)上,高質(zhì)量的照明減少圖像處理的計(jì)算負(fù)擔(dān)。兩種類(lèi)型的照明技術(shù)可用于金屬表面:強(qiáng)度和范圍成像。(在 18 到 22)討論了照明系統(tǒng)的各個(gè)方面,對(duì)金屬表面。研究成像系統(tǒng)的冷帶已經(jīng)被很好地記錄下來(lái)了[23]。 成像范圍提供了高度的信息從而使3 d 缺陷突出。成像范圍不是競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度成像。一般來(lái)說(shuō),使用范圍成像在鋼表面缺陷的研究并不多見(jiàn)。 強(qiáng)度成像的主要是兩種類(lèi)型:明亮的場(chǎng)和暗場(chǎng)。在明亮的照明領(lǐng)域,傳感器捕捉最直接的反射光。表面看起來(lái)明亮,而缺陷特性顯得更黑。在暗場(chǎng)照明,入射光線(xiàn)的角度表面法向量是非常大的。這個(gè)結(jié)果在一個(gè)黑暗的表面,但有些缺陷圖像中出現(xiàn)明亮。暗視野觀點(diǎn)需要更強(qiáng)烈的照明。約 8 倍而亮視場(chǎng)照明要求報(bào)道[21]。 不幸的是,所有表面缺陷不會(huì)出現(xiàn)在明亮的領(lǐng)域或僅在暗視野。有很多的例子使用兩套攝像頭覆蓋視圖的字段(24 - 26 日)。使用 20 電荷耦合器件(CCD)區(qū)域掃描相機(jī)用來(lái)捕捉表面圖像的雙方熱軋條使用明視場(chǎng)和暗場(chǎng)模式已報(bào)告在中國(guó)一家鋼鐵工廠[24]。然而,考慮到維護(hù)問(wèn)題和系統(tǒng)的復(fù)雜性,大多數(shù)的系統(tǒng)將相機(jī)在明視場(chǎng)和暗場(chǎng)之間的位置。7.2光源 提供所需的光源均勻光盡可能。雖然照明要求特別安排的光電源[27],提供統(tǒng)一的強(qiáng)度是不可能由于使用多個(gè)光源在大多數(shù)情況下。圖 4 顯示了入射光強(qiáng)度的變化對(duì)鋼的表面使用兩個(gè)至強(qiáng)燈[28]。類(lèi)型的光源用于一般是:廣泛熒光管、鹵素、至強(qiáng)和領(lǐng)導(dǎo)。 7.3型攝像機(jī) 一般來(lái)說(shuō),使用高分辨率 CCD 相機(jī)。使用線(xiàn)掃描和區(qū)域掃描相機(jī)已經(jīng)在文獻(xiàn)報(bào)道。線(xiàn)掃描相機(jī)已被廣泛使用,因?yàn)樗菀滓庾R(shí)到一個(gè)強(qiáng)大的,甚至照明區(qū)域表面進(jìn)行檢查。線(xiàn)掃描相機(jī)的缺點(diǎn)是,他們不能生成一個(gè)完整的形象,需要一個(gè)外部硬件建立圖像從多個(gè)線(xiàn)掃描[7]。大部分的自動(dòng)表面檢測(cè)系統(tǒng)制造商使用線(xiàn)掃描。區(qū)域掃描相機(jī)、運(yùn)輸編碼器的使用是可選的,檢查決議在兩個(gè)方向上獨(dú)立于對(duì)象(web)的速度。然而,盡管使用區(qū)域掃描相機(jī),甚至需要特別注意確保照明面積的掃描盡可能。高分辨率攝像機(jī)也用作免費(fèi)系統(tǒng)[30]。7.4攝像頭和圖像分辨率 相機(jī)分辨率。線(xiàn)掃描相機(jī)分辨率通常是 1024(交叉網(wǎng)絡(luò))×1(網(wǎng)絡(luò))和 2048×1 像素。[31]報(bào)道使用 4096×1 像素的相機(jī)。制造商通常使用 1024 / 2048/4096×1 像素。區(qū)域掃描:已報(bào)告 600×400 像素的[32]。在[33],4096×1000 像素用于板。 圖像分辨率。各種尺寸的圖像的決議已報(bào)告[31 日 24 日,26 日,33 歲,34)?？?web 從 0.17 毫米到 1 毫米,而報(bào)道決議從0.25 到 1.25 毫米不等。7.5圖像處理計(jì)算機(jī)硬件 CCD 攝像機(jī)記錄了一個(gè)圖像轉(zhuǎn)移到某種形式的快速、并行處理系統(tǒng)專(zhuān)用的相機(jī)和靠近它[24]。確保實(shí)時(shí)操作的并行處理系統(tǒng)處理大量圖像數(shù)據(jù)并選擇感興趣的和存儲(chǔ)區(qū)域(roi)。并行處理系統(tǒng)可能是相機(jī)本身的一部分,或 FPGA 與特殊硬件處理器或通用處理器。這一部分系統(tǒng)至關(guān)重要的實(shí)時(shí)操作以及缺陷檢測(cè)和分類(lèi)的準(zhǔn)確性。此后,與大型備份服務(wù)器內(nèi)存用于進(jìn)一步的處理和操作的接口。8．缺陷檢測(cè)和分類(lèi)的方法列表各種方法/技術(shù)用于鋼鐵表面的缺陷檢測(cè)和分類(lèi)列出。表 1 顯示了不同的方法的列表.檢測(cè)相對(duì)于獲得本研究的引用。類(lèi)型的鋼表面也被提到在桌子上。技術(shù)后可能廣泛統(tǒng)計(jì),形態(tài),空間域?yàn)V波、頻域分析、聯(lián)合空間/局部分析和分形模型?？臻g域?yàn)V波、形態(tài)學(xué)操作和關(guān)節(jié)空間 y 域過(guò)濾被發(fā)現(xiàn)廣泛用于所有類(lèi)型的表面。表面檢查的最終目標(biāo)是使用分類(lèi)歸類(lèi)指定類(lèi)缺陷。作為一個(gè)過(guò)程、分類(lèi)開(kāi)始后缺陷局部分割。通常在這個(gè)階段,很多功能是提取的區(qū)域。理想情況下,不同的組合匹配所需的這些特性是獨(dú)特和不同類(lèi)型的缺陷。匹配通常是使用學(xué)習(xí)方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反向傳播(NN-BP)、支持向量機(jī)(SVM)等。自適應(yīng)學(xué)習(xí)的兩種類(lèi)型:1)監(jiān)督的網(wǎng)絡(luò)提供了大量已知的典型輸入。此后,網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生已知輸出盡可能基于培訓(xùn)。b)在無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí),網(wǎng)絡(luò)需要各種輸入之間的關(guān)系沒(méi)有被告知。 然而,鋼表面缺陷展覽大型國(guó)際集團(tuán)相似性和內(nèi)部多樣性。因此,找到合適的特性和識(shí)別分類(lèi)器計(jì)算成本較低是主要的研究領(lǐng)域。表 2 顯示了分類(lèi)方法的列表引用和類(lèi)型的表面。結(jié)論本文處理的自動(dòng)化檢測(cè)方法對(duì)鋼鐵表面使用圖像處理技術(shù)。審查出版物在兩年半的提供了一個(gè)了解發(fā)生在這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。主要觀察如下:a)由于惡劣的環(huán)境,需要特別注意照明和成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鋼鐵表面圖像據(jù)報(bào)道,由于表面氧化皮含有大量的噪聲,振動(dòng),異常/變量照明,存在偽缺陷等表面缺陷的不規(guī)則形狀和他們的類(lèi)型和特征發(fā)生顯著的變化從一個(gè)工廠到另一個(gè)。特征的缺陷也依賴(lài)生產(chǎn)條件。b)已發(fā)表的文獻(xiàn)表明,相對(duì)重視為冷軋帶鋼表面缺陷的檢測(cè)。最近,注意力也集中在表面的熱條和酒吧/棒。多種技術(shù),無(wú)論是在空間和頻率域,已經(jīng)申請(qǐng)了缺陷檢測(cè)。通常,組合的幾個(gè)技術(shù)提供了有用的結(jié)果。關(guān)于缺陷分類(lèi), 某種形式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或基于支持向量機(jī)技術(shù)找到的使用。實(shí)時(shí)操作的自動(dòng)化檢查系統(tǒng)通常需要非?？斓奶幚韴D像的軋機(jī)速度通常是非常高的平面和鋼產(chǎn)品。這需要每個(gè)攝像機(jī)的專(zhuān)用硬件系統(tǒng)具有并行處理能力。c)不謹(jǐn)慎的比較不同技術(shù)的結(jié)果是由于缺乏共同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像和實(shí)驗(yàn)方法。這個(gè)問(wèn)題是進(jìn)一步復(fù)雜由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)定義的缺陷類(lèi)型。d)商業(yè)化生產(chǎn)的自動(dòng)化應(yīng)用檢查系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)材料已達(dá)到高水平的成熟。然而,他們需要得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整為特定的應(yīng)用程序。也連續(xù)設(shè)計(jì)師和用戶(hù)之間的協(xié)作是必要的安裝系統(tǒng)適應(yīng)新品種/特征的缺陷在同一安裝位置。引用1。杜邦 F、C Odet、米箱、優(yōu)化的缺陷識(shí)別的扁鋼產(chǎn)品成本矩陣?yán)碚?。取決于國(guó)際 30(1),3 - 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