熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法和實時實現技術研究.pdf

1、隨著現代建筑和車船等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶鋼生產領域的工藝和技術持續(xù)升級，行業(yè)規(guī)模也隨之邁向新的臺階。熱軋帶鋼作為鋼鐵行業(yè)的重要產品之一，其軋制過程一直聚集著不斷完善的高新技術。努力提高生產效率的同時，保證熱軋帶鋼的高品質，對推動我國鋼鐵行業(yè)做大做強的現代化進程有著舉足輕重的作用?！笆晃濉逼陂g，我國許多科研單位、高校和企業(yè)致力于帶鋼表面缺陷在線檢測設備的研究，取得了一系列技術成果。然而，在熱軋帶鋼工藝流程和品質控制方面仍然存在技術問題，

2、最大的技術難題是目前的缺陷檢測設備的實時性無法滿足熱軋生產線的快速生產節(jié)奏，因此，成品帶鋼中仍然存在由于原料和上游工藝等原因導致的諸如輥印、劃痕、夾渣等表面缺陷，這些品質問題可能使鋼廠和使用單位蒙受巨大的經濟和商業(yè)榮譽損失。熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測的主要任務是提出高效率的缺陷識別算法，然后采用經濟有效的方法實現對帶鋼表面缺陷的識別和定位，并保證整個識別過程的實時性。充分運用當前可編程邏輯器件、信號處理和模式識別等技術革新和理論成果，文中

3、系統地研究并構建了一種帶鋼表面缺陷在線檢測設備，較大程度地克服了基于服務器架構圖像處理方法的體積龐大成本高昂的缺點和不足，無論是對鋼鐵行業(yè)，還是對其他類似的有著高品質要求的板材制造行業(yè)，均有著重要的理論意義和較大的工程價值。全文的主要研究工作和成果如下:
　　1、為了開發(fā)出高可靠性和廣適應性的表面缺陷在線檢測設備，在課題研究初期通過對諸多熱連軋廠的實地考察和技術交流，制定出通用性強的設計目標，并針對性地提出了一種具有性能—成本效應

4、的系統設計方案，按照工業(yè)產晶的要求完成了檢測設備的整體集成，使之能夠長期適應熱軋生產線的高溫、潮濕、多塵和昏暗的惡劣現場環(huán)境。針對峰值速度為4.0Gbps的圖像數據流，研制出12層FPGA圖像處理板卡，為勝任軋制速度高達20m/s的帶鋼表面圖像實時處理任務提供了設計思路和硬件方案，并重點研究和討論了PCB設計、驅動程序和下位機軟件等關鍵技術。
　　2、在帶鋼圖像增強方面，對基于直方圖均衡、同態(tài)濾波、Retinex算法和梯度域等技術

5、進行了深入研究和對比測試，結合以上算法在增強效果上的優(yōu)缺點以及實時性要求，提出一種基于中值濾波的動態(tài)均質補償算法，應用結果表明該算法不僅能夠很好的克服因光照不均勻、過曝光和欠曝光等現象引起的帶鋼表面對比度低和灰度值范圍大的技術問題，而且能夠滿足圖像預處理實時性要求，并具有零參數配置的優(yōu)點。
　　3、基于32×32像素的圖像塊元方差、熵值和平均梯度，提出一種自適應雙閾值缺陷識別算法，利用熵值對圖像信息的敏感性將選定的方差和平均梯度閾

6、值參數進行動態(tài)調整，該算法實施簡單且易于FPGA實現，能夠在圖像處理最底層即數據層精準完成原始圖像的快速缺陷提取和分類處理。
　　4、提出并實現了圖像緩存、圖像增強和缺陷識別等算法于FPGA片上硬件執(zhí)行的實施架構，采用基于環(huán)形FIFO的DMA事務隊列管理策略實現了圖像數據的大規(guī)模搬移和PCIe接口傳輸，設計出時間示波器(Time Scope)工具對以上各功能模塊的實時性實現程度完成了定量分析和測試。
　　5、研制出的熱軋帶鋼