专利名称：板材表面质量检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对钢板等板材表面质量进行检测的系统，可用于生产线
上实现在线检测。
背景技术：
钢板表面质量是钢板质量中最为重要的质量因素之一，对热轧钢板(带)生产企 业来说，对钢板表面气泡、重皮、夹杂、结疤、划伤及压痕等缺陷进行在线检测，可以提高产 品质量、降低废品率，提高企业经济效益。但是传统的人工目测方法，检测效率低，且检测结 果和质量与检测人员的经验有关系，而且由于热轧钢板表面温度高，使得周围的环境也较 高，不利于检测人员在线连续观察。
实用新型内容本实用新型的目的就在于提供一种板材表面质量检测系统，用于对生产的板材表 面质量进行连续在线检测。
本实用新型采用如下技术方案一种板材表面质量检测系统，包括 多个成排列成行的CCD数字摄像机，相邻CCD数字摄像机之间的视场无缝衔接，用
于连续获取待测板材表面图象； 拍摄同步控制器，其输出连接于所述多个CCD数字摄像机，用于控制所述多个CCD 数字摄像机同步拍摄； —个非接触式测速仪用于测定板带线速度，测速仪连接到一个主控计算机输入接 □; 与每一个CCD数字摄像机连接的图像处理计算机，接收CCD数字摄像机获得的将 图像信息，并对各CCD数字摄像机获得的图像进行图像处理、边缘提取、几何校正、缺陷判 断、缺陷计算与定位和缺陷钢板图像存储，并同时将数据通过数据交换机传输至所述主控 计算机； 主控计算机，根据测速仪测得的板材线速度和CCD数字摄像机的视场计算数字摄
像机的拍摄频率，以使获得的图象在板带长度方向上实现无缝拼接；并向所述拍摄同步控
制器发出触发信号，由拍摄同步控制器控制所述CCD数字摄像机按计算的拍摄频率同步拍
摄；还接收所述图像处理计算机的数据，进行全部图像拼接、处理和存储。 还可以包括光学传感器，用于获得板材头部到达信息，光学传感器连接到所述主
控计算机的输入接口 ，主控计算机通过一个系统同步控制器控制所述CCD数字摄像机和图
像处理计算机同步启动。 还可以包括照明系统用于对处于CCD数字摄像机视场内的板材表面进行照明。 所述的照明系统可以与所述系统同步控制器连接，被系统同步控制器控制启动。 所述的主控制计算机还可以向二级计算机传输数据。 所述的光学传感器可以为红外发射器和红外接收器组成的对管，分别相对安装在板材传送道上、下方，以在板材到达时由于板材将红外线遮挡住使得接收器无法接收到红 外线，而获得板材到达的信号。也可以用激光传感器或其它能够利用光线被遮挡或反射的 光学传感器。 所述的CCD数字摄像机可以分成两组，上下相对并间隔一定距离安装，用于同时 获得板材上下两面的图像，同时对两面进行质量检测，提高监测效率，并有利于集成在一个 体机体。 通常热轧钢板检测现场温度变化温度_15°C 80°C ，而CCD摄象机是半导体器件， 使得CCD摄象机对温度比较敏感。又因为现场的粉尘、水汽以及震动较大，所述CCD数字摄 像机安装在一个隔热的密封箱内，为了保护滚道上下方的设备必须用循环水套保护，隔绝 温度、水汽与粉尘。箱内有双向可逆式半导体致冷器和温度传感器组成的温度自动控制系 统。保证箱内温度控制在30士5t:。整个箱体带有防震系统。 轧板现场氧化皮和水汽多，在随热空气的上升期间粉尘相互碰撞摩擦而带电，极 易吸附在镜头表面。本测量设备的CCD摄象机镜头前表面安装了一块镀有消静电膜的保护 玻璃，可避免带电粉尘的吸附。为了保护滚道上下方的设备必须用高压气吹扫保护。 本实用新型的这种板材表面质量检测系统，采用CCD数字摄像机连续获取板材表 面图像，并由计算机进行图像处理和分析表面缺陷，处理及时、准确、客观，而且由于多台计 算机同时并行处理，因此反应快速，通过选择不同象素值的CCD数字摄像机能够满足各种 精度要求。这种检测系统除可以用于热轧钢板表面质量的检测外，也可以用于其它板材的 表面质量检测，例如铝薄板。
图1为本实用新型的板材表面质量检测系统的组成原理图； 图2为本实用新型的板材表面质量检测系统的工作原理图； 图3为本实用新型的板材表面质量检测系统在板材长度方向上的工作原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，以助于理解本实用新型的 内容。
如图1所示，板材表面质量检测系统包括 八个成排列成两行的CCD数字摄像机1-8，其中CCD数字摄像机1_4排列成一行构 成上表面CCD像机组，CCD数字摄像机5-8排列成另一行构成下表面CCD像机组。 拍摄同步控制器，其输出连接于八个CCD数字摄像机l-8，用于控制这八个CCD数 字摄像机同步拍摄； —个激光测速仪用于测定板带线速度，测速仪连接到一个系统主控计算机输入接 口，以提供板材在的传输速度； 与每一个CCD数字摄像机连接的图像处理计算机①_⑧，接收CCD数字摄像机获 得的将图像信息，并对各CCD数字摄像机获得的图像进行图像处理、边缘提取、几何校正、 缺陷判断、缺陷计算与定位和缺陷钢板图像存储，并同时将数据通过数据交换机传输至系 统主控计算机；
4[0028] 由红外发射器和红外接收器构成的用于获得板材头部到达信息系统启动对管，连 接到系统主控计算机的输入接口； 照明系统用于对处于CCD数字摄像机视场内的板材表面进行照明； 主控计算机通过一个系统同步控制器控制所述CCD数字摄像机和图像处理计算
机、激光测速仪和照明系统同步启动。 主控计算机，根据测速仪测得的板材线速度和CCD数字摄像机的视场计算数字摄 像机的拍摄频率，以使获得的图象在板带长度方向上实现无缝拼接；并向所述拍摄同步控 制器发出触发信号，由拍摄同步控制器控制所述CCD数字摄像机按计算的拍摄频率同步拍 摄；在板材到达摄像机视场时通过系统同步控制器控制所述CCD数字摄像机和图像处理计 算机、激光测速仪和照明系统同步启动；主控机算机还通过数据交换机接收所述图像处理 计算机①_⑧的数据，进行全部图像拼接、处理和存储。 主控计算机、图像处理计算机、拍摄同步控制器、系统同步控制器、数据交换机安 装在现场主机柜内，所述的主控制计算机还可以向二级计算机、检测室计算机等传输数据， 或者接入车间以太网，与其它部门的计算机实现数据共享。 板材表面质量检测系统其具体工作方式如图2和图3所示，下表面CCD像机组22 与上表面CCD像机组12相对安装在滚道19下方和上方，用于对生产线上的板材17的上、下 表面同时进行拍摄，以在板材经过时完成板材上下两个表面的质量检测。CCD数字摄像机安 装在龙门框架13上，龙门框架13安装在滚道19上下垂直面内，与地基15牢固连接。龙门 框架结构的上方沿滚道宽度方向，距滚道约2米，检测系统采用的是摄影测量和数字图像 处理技术的非接触检测和定位，可以尽可能地远离滚道，避免钢板(巻)的运动和高温对检 测头的损伤。检测上表面缺陷的4台CCD数字摄像机和检测下表面缺陷的4台CCD数字摄 像机为高分辨率、高光敏度的CCD数字摄像机，可以采用具有1600X1200像素，光强分级为 10Bit。每台CCD数字摄像机在钢板(巻)宽度方向的视场为895mm，4台CCD数字摄像机的 视场相互之间有10mm的重叠覆盖区，检测系统的视场范围为3520mm(宽)X671mm(长)， 由此来保证无缝检测。 靠近层流冷却装置方向距龙门框架结构1. 5米处安置LED红外对管18，完成对钢 板(巻)头部的探测，承担系统的启动功能。红外对管18中的红外发射器和接收器分别安 装滚道上下方且在竖向位于两个辊之间，以使红外线透过滚道。 激光测速仪11、照明系统16也分别安装在滚道上下方的龙门框架上，完成对钢板 (巻)运动速度的测量，承担钢板(巻)表面缺陷在长度方向的定位，以及对钢板表面进行 照明以获得清晰的图像。 CCD数字摄像机安装在一个隔热的密封箱20内，密封箱有夹层通入循环水作为循 环水套保护。箱内有双向可逆式半导体致冷器和温度传感器组成的温度自动控制系统，保 证箱内温度控制在30士5t:。整个箱体带有防震系统固定在龙门框架上。本测量设备的CCD 摄象机镜头前表面安装了一块镀有消静电膜的保护玻璃，可避免带电粉尘的吸附。为了保 护滚道上下方的设备必须用高压气吹扫保护。 根据钢板表面质量缺陷的检测要求 各参数可以如下 CCD数字摄像机 沿宽度方向的分辨率=视场范围/摄像机像素数=895/1600 =0. 56mm。[0039] 沿宽度方向的检测精度==0. 80mm。 沿长度方向的分辨率=视场范围/摄像机像素数=671/1200 = 0. 56mm。 沿长度方向的检测精度==0. 80mm。0. 80mm相当于±0. 40mm，可以保证检测缺陷线性精度《lmm。缺陷面积检测精度=3. 14 1 59 26 X 0 . 402mm = 0. 50mm2。 可以保证检测缺陷面积精度《0. 8mm2。 沿宽度方向的缺陷定位精度=1.58mm。 可以保证沿宽度方向缺陷定位精度《4mm。 PolyTech激光测速仪精度《0. 1 % 。 沿宽长度方向的缺陷定位精度=15mX0. 1% X200m/15m = 20mm。 可以保证沿长度方向缺陷定位精度《20mm。 工作过程如下 在滚道19上没有钢板(巻)时，检测系统处于休眠状态(1 8号CCD数字摄像 机与计算机、照明系统、激光测速仪等休眠，系统主控计算机不停地检测LED红外对管的信 号)。当钢板(巻)头部运动至系统启动LED红外对管18位置时，遮挡了 LED发光管发出 的红外光线，使得系统主控计算机检测不到光电信号，系统主控计算机通过系统同步控制 器和拍摄同步控制器启动检测系统(激活1 8号CCD数字摄像机与计算机、照明系统、激 光测速仪等)。 当钢板(巻)17进入检测系统视场内时，激光测速仪11测出钢板(巻)运动速度 并输入系统主控计算机。系统主控计算机由钢板(巻)运动的速度和检测系统视场的长度 671mm，解算出CCD数字摄像机对钢板(巻)的拍摄频率，以保证所获取的钢板(巻)图像 在长度方向即满足无缝拼接，又不重复地多余拍摄，这样可以节约CCD数字摄像机和计算 机的资源，提高检测系统的工作效率。也就是说，当钢板运动最快时(15m/s)检测系统的拍 摄频率是23Hz ;当钢板不动时(Om/s)检测系统的拍摄频率是OHz ;这完全在CCD数字摄像 机的图像采集频率25Hz范围内。 系统主控计算机按解算出的拍摄频率向拍摄同步控制器发出触发信号，由拍摄同 步控制器向CCD数字摄像机1-8发出同步信号，控制CCD数字摄像机同步拍摄，并将所获取 的钢板(巻)表面图像输入1 8号各自相应的计算机。此过程直至被检测钢板(巻)全 部通过检测系统，并且全部图像存入相应的计算机后完成。 但上一过程完成后，而下一块钢板(巻)未来之前，计算机①-⑧接受各自对应得 CCD数字摄像机的数字图像，并同步进行图像处理、边缘提取、几何校正、缺陷判断、缺陷计 算与定位和缺陷钢板图像存储等。并同时传输至系统主控计算机进行全部图像拼接、处理 和存储，以备检测室以及其他计算机通过车间以太网查取。由于是8台计算机并行处理，所 以这一过程及时很短，约为5秒钟，完全适应现场轧钢的效率要求。 数据输出可以分为两大部分。 一部分是钢板(巻)上下表面缺陷的数据，系统将 输出钢板(巻)上下表面缺陷的线性和面积以及方位的数据等。 一部分是系统运行状态， 系统将输出系统运行状态，既摄像机的电压和温度等数据。 由于合格的钢板(巻)表面形成的纹理的一致性好，而且占钢板(巻)表面面积 的绝大部分，而钢板(巻)表面缺陷形成的纹理与其有较大差异，且种类和形态各异，同时还与缺陷的长宽线性尺寸及面积的大小密切相关。所以正是这种差异的存在，应用CCD摄 影技术和计算机图像处理可以有效地记录、处理、分析和量测不同钢板(巻)表面缺陷的种 类、大小和方位。 检测系统龙门结构上部4台CCD数字摄像机同步摄像得到钢板(巻)上表面的实 时数字图像，同样，检测系统龙门结构下部4台CCD数字摄像机同步摄像得到钢板(巻)下 表面的实时数字图像。所得到钢板(巻)上下表面的实时数字图像输入相应的计算机，应用 数字图像处理技术对相应的数字图像进行滤波、边缘处理、边缘提取以及形态学分析，得到 有缺陷的钢板(巻)表面图像。再根据摄影测量原理，计算出缺陷部分的线性尺寸、面积以 及在钢板(巻)表面的方位。上述过程由软件实现，皆可以采用现有技术，在此不再详述。
权利要求一种板材表面质量检测系统，其特征在于，包括多个成排列成行的CCD数字摄像机，相邻CCD数字摄像机之间的视场无缝衔接，用于连续获取待测板材表面图象；拍摄同步控制器，其输出连接于所述多个CCD数字摄像机，用于控制所述多个CCD数字摄像机同步拍摄；一个非接触式测速仪用于测定板带线速度，测速仪连接到一个主控计算机输入接口；与每一个CCD数字摄像机连接的图像处理计算机，接收CCD数字摄像机获得的将图像信息，并对各CCD数字摄像机获得的图像进行图像处理、边缘提取、几何校正、缺陷判断、缺陷计算与定位和缺陷钢板图像存储，并同时将数据通过数据交换机传输至所述主控计算机；主控计算机，根据测速仪测得的板材线速度和CCD数字摄像机的视场计算数字摄像机的拍摄频率，以使获得的图象在板带长度方向上实现无缝拼接；并向所述拍摄同步控制器发出触发信号，由拍摄同步控制器控制所述CCD数字摄像机按计算的拍摄频率同步拍摄；还接收所述图像处理计算机的数据，进行全部图像拼接、处理和存储。
2. 如权利要求l所述的板材表面质量检测系统，其特征在于还包括光学传感器，用于 获得板材头部到达信息，光学传感器连接到所述主控计算机的输入接口 ，主控计算机通过 一个系统同步控制器控制所述CCD数字摄像机和图像处理计算机同步启动。
3. 如权利要求2所述的板材表面质量检测系统，其特征在于还包括照明系统，用于对 处于CCD数字摄像机视场内的板材表面进行照明。
4. 如权利要求3所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述的照明系统与所述 系统同步控制器连接，被系统同步控制器控制启动。
5. 如权利要求1至4中之一所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述的光学 传感器为红外发射器和红外接收器组成的对管，分别相对安装在板材传送道上、下方。
6. 如权利要求1至4中之一所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述的CCD数 字摄像机分成两组，上下相对并间隔一定距离安装。
7. 如权利要求1至4中之一所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述CCD数 字摄像机安装在一个隔热的密封箱内，密封箱有循环水套。
8. 如权利要求7所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述密封箱内有双向可 逆式半导体致冷器和温度传感器组成的温度自动控制系统。
9. 如权利要求7所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述密封箱的箱体带有防震系统。
10. 如权利要求1至4中之一所述的板材表面质量检测系统，其特征在于所述CCD摄象机镜头前表面安装了一块镀有消静电膜的保护玻璃。
专利摘要本实用新型公开了一种板材表面质量检测系统，包括多个成排列成行的CCD数字摄像机，相邻CCD数字摄像机之间的视场无缝衔接；拍摄同步控制器，其输出连接于所述多个CCD数字摄像机；一个非接触式测速仪用于测定板带线速度，测速仪连接到一个主控计算机输入接口；与每一个CCD数字摄像机连接的图像处理计算机；主控计算机，计算数字摄像机的拍摄频率，并向所述拍摄同步控制器发出触发信号，控制所述CCD数字摄像机按计算的拍摄频率同步拍摄；还接收所述图像处理计算机的数据，进行全部图像拼接、处理和存储。这种板材表面质量检测系统可对板材表面质量进行在线实时监测，具有反应迅速、处理及时的优点。
文档编号G01N21/892GK201488954SQ20092017532
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者仲思东, 何对燕, 周良川 申请人:周良川;仲思东;何对燕
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