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1、基于機器視覺的鋼帶缺陷檢測技術研究第一章緒論1.1課題研究背景及意義硅鋼(Siliconsteel)作為一種特殊的金屬功能材料,由于其良好的導磁性能，常被用來制造軟磁合金，在電力、電子乃至軍事工業(yè)中都有著不可或缺的作用。生產生活中同樣應用廣泛，比如大多數變壓器和發(fā)電機的鐵芯就是在其基礎上制造。但由于硅鋼的生產流程復雜,對制造技術要求很高，雖然西方發(fā)達國家的不少生產企業(yè)都已經研發(fā)出了相應的自動檢測系統(tǒng)，但大多數把它申請成專利,作為該企業(yè)在鋼帶制造領域進行市場競爭的重要資源。因此研發(fā)出能夠獲取良好質量檢測效果的系統(tǒng)，對于硅鋼生產企業(yè)和國家都有著非常重要的意義。但是由于鋼帶在生產流程中
2、，要經過各種設備和材料的處理，很可能對鋼帶的表面產生損害，比如產生擦傷、污漬、劃痕裂紋等缺陷。如果可以及時發(fā)現，大部分這些缺陷可以通過改進生產過程中某個環(huán)節(jié)而得以避免，最終生產出表面質量優(yōu)良的鋼帶，使企業(yè)在市場中更有競爭力。如果不加以重視監(jiān)測，可能導致生產出來的產品抗腐蝕性、耐用性和美觀性降低，被市場所淘汰。然而鋼鐵生產作為一個相對傳統(tǒng)的行業(yè)，直至現在，很多企業(yè)依然依靠工人在產線上監(jiān)控質量，這存在很多弊端[1]：(1)車間環(huán)境比較惡劣，特別是夏冬兩季，而且有的生產線需要24小時不間斷運行。這對于檢測人員的身體是巨大的考驗，同時很可能造成對工人健康的損害；(2)各個企業(yè)很可能不止一
3、條生產線，因而需要很多工人進行檢測判斷，但判斷的結果受工人的主觀因素影響很大，最終結果難以實現統(tǒng)一性；(3)由于現代企業(yè)更加注重生產效率，早晚班交替進行生產，再優(yōu)秀負責任的工人由于體力的限制，也不能完全保證不會出現遺漏缺陷、誤判缺陷的錯誤............1.2課題的本課題是以無錫某鋼帶生產企業(yè)的需求為背景，利用工業(yè)相機和千兆以太網技術，通過圖像采集控制系統(tǒng)完成對高速生產線上安裝的工業(yè)相機的遠程控制，實時采集和傳輸鋼帶圖像，并能夠通過系統(tǒng)完成對缺陷區(qū)域的快速定位，識別分類等。最終通過對缺陷信息的統(tǒng)計和分析，達到改進生產環(huán)節(jié)，提高生產效率，保證鋼帶產品質量目的。目標企業(yè)最快的
4、鋼帶生產線可達到40m/min，對鋼帶生產現場實地考察如圖1.2所示。鋼帶表面缺陷的檢測是基于機器視覺的，它重點研究特征區(qū)域的幾何特性及位置信息，是計算機科學的重要領域。目前，機器視覺技術已經在發(fā)達國家的很多工業(yè)應用中得到了推廣，不少企業(yè)都開發(fā)除了自己的自動檢測系統(tǒng)，為產品質量監(jiān)控提供保障。國內雖然起步較晚，在隨著企業(yè)和科研人員的重視，也有一些優(yōu)秀的產品出現。系統(tǒng)檢測技術根據獲取圖像方式不同可以分為：CCD工業(yè)相機和激光掃描兩種檢測法[2]。..........第二章鋼帶表面缺陷檢測系統(tǒng)整體設計方案整個缺陷自動檢測系統(tǒng)設計目標是：通過采集控制系統(tǒng)實現對工業(yè)相機的拍照，曝光，傳輸等
5、功能的操作，然后獲取鋼帶圖像，經過缺陷檢測系統(tǒng)處理，快速準確定位各個缺陷點中心坐標，提取缺陷區(qū)域的形態(tài)特征，識別缺陷類型。實現這一目標有一系列關鍵問題需要處理，首要問題是整體架構的設計，然后是采集控制系統(tǒng)的設計，現場照明系統(tǒng)架設和軟件開發(fā)調試，最后是檢測算法的設計和試驗，驗證實際的可行性，最后是系統(tǒng)的優(yōu)化。本章將從整體上把控，給出各個模塊的初步設計。2.1常見缺陷類型介紹首先我們需要對鋼帶缺陷的類型進行分析。由于各個企業(yè)生產流程的不同，不同產線上的缺陷特征也異常繁多，此次研究對象是無錫某鋼帶企業(yè)的產品。通過對現場初步拍攝的鋼帶圖像樣品分析發(fā)現，鋼帶中常見缺陷特點有：過亮、過暗、單
6、缺陷點、多缺陷點、不同形狀缺陷點以及各種顏色和形狀缺陷點混合等特征。如圖2.1所示。通過對不同類型缺陷的觀察分析，我們發(fā)現由于其自身物理性質的不同，缺陷點和正常區(qū)域對光照的反射存在明顯差異，故考慮利用光學特性的不同來檢測缺陷區(qū)域[18]。由于整體光源的一致性，最終表現在圖像上的差異性必定是由反射光強弱的不同造成的。因此我們需要在下一步采集控制系統(tǒng)的設計中，不僅僅要保證能夠快速的采集傳輸圖像，而且要設計良好的照明系統(tǒng)，保證采集到的圖像清晰可辨。最后研究圖像處理算法，檢測識別缺陷并分析缺陷信息。.........2.2圖像采集控制系統(tǒng)整體結構設計首先是圖像采集控制系統(tǒng)的設計，經過理論
7、分析和現場實地考察，初步設計出整體所需的軟硬件如圖2.2所示。①被測物體是鋼帶，目標工廠鋼帶生產線最快的傳輸速度可達40m/min。因而對采集控制系統(tǒng)和后期的缺陷處理系統(tǒng)速率上都是巨大的考驗。②LED光源。由于此次我們檢測系統(tǒng)的關鍵是利用缺陷區(qū)域對光照反射特性的不同進行的，而良好的采光可以獲取清晰的圖像信息，所以光源系統(tǒng)的設計是關鍵一步。③CCD工業(yè)相機。基于CCD工業(yè)相機優(yōu)秀的抗噪聲性能和成像技術，其在需要進行圖像處理完成判斷識別的領域被廣泛應用[19]。它通過模數轉換，實現圖
