SIAS和ISRA表面检测系统在冷轧的应用与比较

刘冠华， 史文礼， 张春宇， 史晓强

（唐山钢铁集团有限责任公司， 河北 唐山 063016）

机器视觉以其客观性、非接触性、工作连续性、检测精度高等优点近年来发展迅速而且应用广泛[1]，带钢表面质量在线检测系统是机器视觉技术在钢铁行业推广应用的具体体现，在线检测系统可为过程工艺调节、产品质量判定、产品质量提升、产品质量追溯等提供有力支撑，带钢在线检测系统已成为现代化冷轧企业产线中不可或缺的一部分，根据传感器类型可分为线扫描表检系统、面扫描表检系统和线面结合双传感器表检系统[2-5]。唐钢高强汽车板公司致力于生产高质量家电板和汽车板，一期酸轧机组、连退机组和4 号镀锌机组配备SIAS 线扫描表检系统，二期5 号镀锌机组和6 号镀锌机组配备ISRA双传感器表检系统，经过调试和优化，5 套表检系统均已满足汽车板表面质量检测的要求[6-9]。本文选取产能相同的4 号镀锌线与6 号镀锌线，从传感器类型、安装位置、人机交互及质量追溯方面进行分析，发掘SIAS 与ISRA 二者的异同点。

1 传感器类型

1.1 SIAS表检系统

SIAS 表检系统配置2 台线阵相机，1 台检测带钢上表面，1 台检测带钢下表面，为获得足够的视野覆盖带钢整个宽幅，相机距带钢检测位置接近2 m，采用红光LED 光源照明。SIAS 是奥钢联（SVAI）产线集成产品，使用单相机配置实现带钢表面检测和边缘检测，相机需要进行距离校准、中心线校准和角度校准，灰度值补偿量调整至建议值即可，具有简单的硬件体系结构，需要维护的电子部件较少，在产线设计规划之初已预留足够的空间满足单相机视野覆盖，在设备安装方面具有便利条件。

1.2 ISRA表检系统

ISRA 表检系统在带钢上下表面分别配置2 台线阵相机和5 台面阵相机，线阵相机距带钢检测位置1 m，面阵相机距带钢检测位置0.6 m，线阵光源为白光LED，面阵光源为散射红外LED，相机配置见图1。ISRA 表检系统为第三方产线配套设备，产品设计兼容大多数主流产线，以多个相机视野叠加来减小对空间的占用，双相机与单相机布局对比示意见图2。双传感器发挥各自优势展示更加清晰的缺陷图像，如锌渣、水印、斑迹的缺陷图像面阵相机拍摄占比超95%，锌灰的缺陷图像面阵相机拍摄占比超85%，亮边和辊印的缺陷图像线阵相机拍摄占比趋于100%，划伤的缺陷图像线阵相机拍摄占比60%。硬件结构及软件算法相对复杂，在调整相机灰度值补偿量时需选定一个参考相机的增益值为默认值，然后修改其他相机的增益值，以使它们的灰度值输出一致，另外双传感器的应用也增加了设备购买价格。

图1 ISRA 表检系统相机配置

1.3 现状对比

在同客户同钢种相同质量放行标准下ISRA 表检系统缺陷检出数量明显多于SIAS 表检系统，两者相差一个数量级，差别在于对1、2 级轻微缺陷的过滤程度不同,大量未过滤的轻微缺陷在质量决策中并无实际意义，ISRA 表检在灰度补偿量上还需调整。

图2 SIAS 线阵和ISRA 线阵示意图

2 安装位置

表检设备位置的选定需具备恒定的照明、恒定的检测角度、恒定距离等稳定性要素。线扫描传感器对带钢的振动非常敏感，所以检测区域必须位于固定的张力辊上，张力辊半径变化允许最大值为1 mm，磨损超过1 mm 时需进行相机焦距校准，张力辊表面与钢板表面之间要有足够的颜色对比，最起码要有20 以上的灰度值差别，面扫描传感器允许带钢振幅最大值为15 mm。环境条件是检测系统图像处理链的第一个环节，即使最高级的软件也不能消除自然环境产生的干扰。系统必须维护在良好的工作状态，要依照维护说明定期清洁，保证光路畅通，特别是带钢表面到相机的空间内应无灰尘。

SIAS 表检传感器安装在钝化装置前的8 号张力辊，侧重于缺陷早期发现便于及时调整工艺，减少缺陷产生的降判损失，产品检验的同时兼顾过程控制，钝化液斑迹及钝化辊擦划伤缺陷需要人工检查台关注确认。ISRA 表检传感器安装在钝化机之后的9 号张力辊，检验覆盖钝化过程产生的缺陷，定位于产品的最终质量检验。

高端汽车外板生产线已由“单线单表检”向“双线三表检”模式发展，“双线”指镀锌线加重卷检查线，“三表检”是指在双线上安装三套表检系统，分布在3 号张力辊、9 号张力辊和重卷线出口检测室，具有带钢涂镀前基板表面质量检测、镀锌后成品表面质量检测和重卷线低速缺陷确认功能。

3 人机交互

SIAS 表检在线监测模式采用双屏监视器，它不仅显示缺陷名称和缺陷图像，而且还显示系统和产品信息，监视器布局见图3。左侧为主窗口显示整体情况，带钢表面缺陷以英文代码形式呈现，以不同颜色区别缺陷严重等级，右侧监视器用于实时图像检查，显示直接从摄像机获得的实时或冻结图像。SIAS表检在线模式界面比较简洁，前台只是“只读模式”的查看，缺陷过滤方面需后台管理员配置。SIAS 表检具备报表输出功能，钢卷缺陷统计集成到质检报表中，便于表面质量的量化比较。

图3 SIAS 表检用户界面

ISRA 表检在线模式采用单屏监视器，对比SIAS 表检缺少右侧实时图像检测屏，监视器布局见图4。对比SIAS 表检“只读模式”的查看功能，ISRA表检前台可选择性较多，在钢卷缺陷显示方面可以选择真实方式、标签方式、表格方式和统计方式，在缺陷图像显示方面可以选择原始图、均衡化、拉伸化和三维效果图，在缺陷过滤方面可以筛选缺陷种类和缺陷等级。钢卷缺陷以中文名称显示，文字底纹设计使得缺陷屏占比与实物不一致。钢卷缺陷报表仅限客户端查看和打印，不具备报表输出功能，无法进行表面缺陷量化对比。后续改进方面ISRA 表检配备了“伪双屏”显示，即增加一台客户端，一个显示全部缺陷，另一个选择性显示客户关注的缺陷，过滤“不相干”缺陷，实现针对性检验。

图4 ISRA 表检用户界面

4 质量追溯

钢卷检测结果和钢卷报文经系统后处理一起存储在检测数据库，存档类型包括钢卷数据、缺陷数据、检测参数和缺陷图像，为节省磁盘容量，系统将对图像进行压缩，对周期性缺陷的图像系统选择存储该缺陷的主图标，对于分类器识别的一些伪缺陷图像可选择不储存。SIAS 表检离线终端由4 个模块组成，见下页图5，分别是钢卷列表模块、单卷缺陷总览模块、单卷缺陷列表模块、单个缺陷图像显示模块，ISRA 表检离线终端与在线模式大体相同。两者在离线回查终端布局类似，都具备以钢卷号或生产日期为索引进行快速质量回查功能，详细的缺陷信息为重卷线快速取样及后续分析改进提供了便利条件。在处理产品质量异议方面，通过表检系统离线回查来确认产品流通过程中缺陷产生的环节，为质量异议定责和整改提供了有力支撑。

图5 SIAS 表检离线界面

5 结语

1）双传感器的ISRA 表检在钢卷缺陷检出数量方面优势明显，大量的缺陷检出量需要配备大容量存储器，在轻微缺陷过滤方面有待优化，单传感器的SIAS 表检在设备维护方面优势明显。

2）传感器安装位置方面SIAS 表检位于8 号张力辊兼顾过程控制，ISRA 表检位于9 号张力辊侧重成品检验。

3）在人机交互方面SIAS 表检界面简洁，极大程度的发挥了双屏监视器的优势，具备钢卷缺陷报表导出功能，为后期表面等级量化提供数据支撑；ISRA 表检客户端自由度高，便于用户灵活选择，在报表集成方面还有待改进。

4）在质量追溯方面两者离线终端均能完整还原钢卷缺陷信息，为质量追溯和质量提升提供有力支撑。