熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測(cè)方法和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代建筑和車(chē)船等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶鋼生產(chǎn)領(lǐng)域的工藝和技術(shù)持續(xù)升級(jí)，行業(yè)規(guī)模也隨之邁向新的臺(tái)階。熱軋帶鋼作為鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品之一，其軋制過(guò)程一直聚集著不斷完善的高新技術(shù)。努力提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證熱軋帶鋼的高品質(zhì)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)鋼鐵行業(yè)做大做強(qiáng)的現(xiàn)代化進(jìn)程有著舉足輕重的作用?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)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(cè)設(shè)備的研究，取得了一系列技術(shù)成果。然而，在熱軋帶鋼工藝流程和品質(zhì)控制方面仍然存在技術(shù)問(wèn)題，

2、最大的技術(shù)難題是目前的缺陷檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)性無(wú)法滿足熱軋生產(chǎn)線的快速生產(chǎn)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?qū)е碌闹T如輥印、劃痕、夾渣等表面缺陷，這些品質(zhì)問(wèn)題可能使鋼廠和使用單位蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)和商業(yè)榮譽(yù)損失。熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測(cè)的主要任務(wù)是提出高效率的缺陷識(shí)別算法，然后采用經(jīng)濟(jì)有效的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼表面缺陷的識(shí)別和定位，并保證整個(gè)識(shí)別過(guò)程的實(shí)時(shí)性。充分運(yùn)用當(dāng)前可編程邏輯器件、信號(hào)處理和模式識(shí)別等技術(shù)革新和理論成果，文中

3、系統(tǒng)地研究并構(gòu)建了一種帶鋼表面缺陷在線檢測(cè)設(shè)備，較大程度地克服了基于服務(wù)器架構(gòu)圖像處理方法的體積龐大成本高昂的缺點(diǎn)和不足，無(wú)論是對(duì)鋼鐵行業(yè)，還是對(duì)其他類似的有著高品質(zhì)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(jià)值。全文的主要研究工作和成果如下:
　　1、為了開(kāi)發(fā)出高可靠性和廣適應(yīng)性的表面缺陷在線檢測(cè)設(shè)備，在課題研究初期通過(guò)對(duì)諸多熱連軋廠的實(shí)地考察和技術(shù)交流，制定出通用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并針對(duì)性地提出了一種具有性能—成本效應(yīng)

4、的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，按照工業(yè)產(chǎn)晶的要求完成了檢測(cè)設(shè)備的整體集成，使之能夠長(zhǎng)期適應(yīng)熱軋生產(chǎn)線的高溫、潮濕、多塵和昏暗的惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。針對(duì)峰值速度為4.0Gbps的圖像數(shù)據(jù)流，研制出12層FPGA圖像處理板卡，為勝任軋制速度高達(dá)20m/s的帶鋼表面圖像實(shí)時(shí)處理任務(wù)提供了設(shè)計(jì)思路和硬件方案，并重點(diǎn)研究和討論了PCB設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)程序和下位機(jī)軟件等關(guān)鍵技術(shù)。
　　2、在帶鋼圖像增強(qiáng)方面，對(duì)基于直方圖均衡、同態(tài)濾波、Retinex算法和梯度域等技術(shù)

5、進(jìn)行了深入研究和對(duì)比測(cè)試，結(jié)合以上算法在增強(qiáng)效果上的優(yōu)缺點(diǎn)以及實(shí)時(shí)性要求，提出一種基于中值濾波的動(dòng)態(tài)均質(zhì)補(bǔ)償算法，應(yīng)用結(jié)果表明該算法不僅能夠很好的克服因光照不均勻、過(guò)曝光和欠曝光等現(xiàn)象引起的帶鋼表面對(duì)比度低和灰度值范圍大的技術(shù)問(wèn)題，而且能夠滿足圖像預(yù)處理實(shí)時(shí)性要求，并具有零參數(shù)配置的優(yōu)點(diǎn)。
　　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(yīng)雙閾值缺陷識(shí)別算法，利用熵值對(duì)圖像信息的敏感性將選定的方差和平均梯度閾

6、值參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，該算法實(shí)施簡(jiǎn)單且易于FPGA實(shí)現(xiàn)，能夠在圖像處理最底層即數(shù)據(jù)層精準(zhǔn)完成原始圖像的快速缺陷提取和分類處理。
　　4、提出并實(shí)現(xiàn)了圖像緩存、圖像增強(qiáng)和缺陷識(shí)別等算法于FPGA片上硬件執(zhí)行的實(shí)施架構(gòu)，采用基于環(huán)形FIFO的DMA事務(wù)隊(duì)列管理策略實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的大規(guī)模搬移和PCIe接口傳輸，設(shè)計(jì)出時(shí)間示波器(Time Scope)工具對(duì)以上各功能模塊的實(shí)時(shí)性實(shí)現(xiàn)程度完成了定量分析和測(cè)試。
　　5、研制出的熱軋帶鋼