高端家電及汽車用鋼表面質(zhì)量自動(dòng)分級模型的研究

裴宏江，史曉強(qiáng)（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北063000）

0 引言

隨生活水平提高，高端家電和代步汽車已經(jīng)逐步走入人們的日常生活，廣泛應(yīng)用于汽車、家電等行業(yè)的冷軋帶鋼用量也進(jìn)一步加大，各大鋼企也紛紛瞄準(zhǔn)高端家電及汽車用鋼市場，不斷搶占市場占有率，市場競爭也愈加激烈[1]。各大鋼企的整體戰(zhàn)略模式也由生產(chǎn)型向服務(wù)型轉(zhuǎn)變，致力于為用戶提供精準(zhǔn)服務(wù)，從而在激烈的市場競爭中脫穎而出。質(zhì)量放行作為產(chǎn)品質(zhì)量把控的最后一關(guān)，已經(jīng)成為公司質(zhì)量管理工作的重中之重。

目前業(yè)內(nèi)普遍采用“帶鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)”對帶鋼表面質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，而后進(jìn)行人工判定，但尚未達(dá)成“表面缺陷數(shù)據(jù)”與“質(zhì)量綜合判定系統(tǒng)”的有效結(jié)合，且通過人工進(jìn)行質(zhì)量放行，時(shí)效性和準(zhǔn)確性難以保證。因此，需充分利用表面缺陷檢測數(shù)據(jù)和鋼卷表面質(zhì)量分級規(guī)則，運(yùn)用信息化手段對其進(jìn)行整合分析，將分析結(jié)果融入鋼卷質(zhì)量綜合判定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)帶鋼表面質(zhì)量自動(dòng)分級評價(jià)，提高質(zhì)量放行的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，避免缺陷產(chǎn)品流出，為用戶精準(zhǔn)提供所需產(chǎn)品，提升公司產(chǎn)品市場競爭力及品牌價(jià)值。

1 帶鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)介紹

表面缺陷檢測形式主要分為線陣掃描和面陣掃描兩大類, 其中線陣掃描是通過CCD 線掃描鏡頭，不停的對運(yùn)動(dòng)中的帶鋼表面逐行掃描，通過帶鋼反射光的強(qiáng)弱變化，探測帶鋼表面缺陷。而面陣掃描則是同時(shí)利用多個(gè)面陣CCD 鏡頭對帶鋼表面進(jìn)行區(qū)域掃描，相鄰鏡頭掃描到的圖像會(huì)有重疊部分，從而保證系統(tǒng)可以掃描完整的帶鋼圖像，進(jìn)而檢測帶鋼表面缺陷[2]。目前廣泛應(yīng)用于各大鋼企的表面缺陷檢測系統(tǒng)主要有SIAS-VAI、ISRA Vision以及Cognex。

2 表面質(zhì)量分級模型的建立

2.1 表面缺陷分級規(guī)則

為便于對表面質(zhì)量進(jìn)行量化分析評價(jià)，將不同類別表面缺陷，根據(jù)其形貌特征按長度、寬度、面積等參數(shù)，定義為5 個(gè)等級，如表1 所示（以鋅灰、劃傷缺陷為例）。

2.2 鋼卷表面分級規(guī)則

為滿足不同用戶的個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不同表面等級的分級評定，制定了鋼卷分級規(guī)則，將鋼卷表面等級按S1-S6 進(jìn)行了六個(gè)等級的劃分，每個(gè)等級對應(yīng)著不同的表面質(zhì)量要求，如表2 所示（以S5、S4 等級為例）。

2.3 表面質(zhì)量自動(dòng)分級模型

表1 缺陷分級規(guī)則

表2 鋼卷表面分級規(guī)則

表面質(zhì)量自動(dòng)分級模型的建立是通過后臺程序編譯，將鋼卷分級規(guī)則納入表面質(zhì)量分級判定系統(tǒng)，同時(shí)通過廠內(nèi)三級信息化網(wǎng)絡(luò)，將表檢缺陷數(shù)據(jù)（不同類別的缺陷數(shù)量、缺陷等級）融入表面質(zhì)量分級判定系統(tǒng)，進(jìn)而形成自動(dòng)分級計(jì)算模型。

2.3.1 鋼卷分級規(guī)則的編譯

在QMS 表面質(zhì)量判定系統(tǒng)規(guī)則編輯器內(nèi)對鋼卷分級規(guī)則進(jìn)行編譯,如圖1 所示（以上述表1 和表2 所述內(nèi)容為例），圖中所標(biāo)注的依次為缺陷類別、鋼卷表面等級、缺陷允許度（“0”代表不允許，“9999”代表允許）及帶鋼上、下表面。

2.3.2 鋼卷缺陷數(shù)據(jù)采集

圖1 鋼卷分級規(guī)則的編譯

針對表檢缺陷數(shù)據(jù)，建立了公司級的鋼卷表面質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，鋼卷被檢測完畢后，表檢系統(tǒng)將整卷缺陷數(shù)據(jù)上傳至質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，包含缺陷名稱、等級、位置、圖像等信息（缺陷圖像只包含部分四級、五級缺陷），表面質(zhì)量判定系統(tǒng)通過設(shè)定好的訪問路徑，通過質(zhì)量數(shù)據(jù)庫采集鋼卷缺陷數(shù)據(jù)，通過信息化手段實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的整合、互通。

2.3.3 自動(dòng)分級結(jié)果展示

通過缺陷數(shù)據(jù)采集、鋼卷分級規(guī)則的后臺編譯，表面質(zhì)量判定系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，如圖2 直觀的展示出當(dāng)前鋼卷表面分級結(jié)果，提高質(zhì)量放行的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

圖2 鋼卷分級結(jié)果

3 分級模型的優(yōu)化

分級模型離線應(yīng)用測試階段，誤分級情況較為嚴(yán)重，經(jīng)過跟蹤驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)主要有兩點(diǎn)原因，首先是鋼卷分級規(guī)則的不適用性，其次是表檢系統(tǒng)內(nèi)缺陷誤分類較多。

通過與終端用戶對接，充分識別用戶需求，修訂頭、尾及邊部參與分級判定位置參數(shù)，制定更為詳細(xì)、更貼近用戶需求的表面分級方案，為用戶精準(zhǔn)提供所需產(chǎn)品。

另外針對表檢系統(tǒng)內(nèi)邊皺、亮邊、夾渣、壓痕類缺陷誤分類較多，通過如下技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 缺陷融合

在多角度充分考慮各缺陷特征的基礎(chǔ)上，通過位置信息確定單面缺陷或雙面缺陷的關(guān)聯(lián)性，對缺陷進(jìn)行二次分類后處理，

3.2 單面融合

受現(xiàn)場工藝狀況影響，帶鋼經(jīng)過濕拉矯后，表面烘干效果不理想，造成邊部水跡較多，但由于水跡形態(tài)的不固定性和多樣性，時(shí)有將邊部水印誤分為劃傷、夾渣等缺陷的情況。

針對“邊部水印”單面連續(xù)性缺陷，建立如下規(guī)則：當(dāng)缺陷1-4 檢測為邊部水印，而缺陷5 檢測為劃傷（見缺陷融合示意圖3），且缺陷5 與缺陷4 邊部距離滿足上述規(guī)則時(shí)，缺陷5 被重新命名為邊部水印。通過單面融合規(guī)則的建立及應(yīng)用，大大降低邊部水印被誤檢為其他缺陷的情況[3]。

圖3 單面缺陷融合示意

3.3 雙面融合

針對雙面影響缺陷，建立如下規(guī)則，見表3。

表3

當(dāng)缺陷1 檢測為壓痕，而缺陷2 檢測為斑跡（見缺陷融合示意圖4），缺陷1 與缺陷2 位置重合率符合上述規(guī)則設(shè)定時(shí)，則對此兩個(gè)不同缺陷進(jìn)行重新命名。

圖4 雙面缺陷融合示意

圖5 雙面缺陷典型圖例

3.4 邊部缺陷預(yù)分類

受軋制力影響，帶鋼邊部易出現(xiàn)亮邊、邊皺等缺陷，形貌如圖6。

圖6 邊皺、亮邊缺陷典型圖例

邊皺的缺陷特征主要為縱向連續(xù)排列的橫向缺陷，亮邊的缺陷特征為邊部豎直方向色差。由于邊皺和亮邊帶有明顯的位置特性，只可能在帶鋼邊部出現(xiàn)，因此建立缺陷預(yù)分類規(guī)則（見表4），對邊皺和亮邊缺陷的位置做限定，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，將邊皺和亮邊設(shè)定在距帶鋼邊部20 mm 內(nèi)，也就是說只有帶有此類特征值的缺陷出現(xiàn)在距帶鋼邊部20 mm 內(nèi)位置時(shí)，才可以被分類為邊皺或亮邊，通過缺陷預(yù)分類，100%解決了亮邊、邊皺缺陷的誤判。

表4

4 結(jié)語

（1）本研究以缺陷檢測和用戶需求識別為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)分析為手段，創(chuàng)新性的將表檢系統(tǒng)缺陷數(shù)據(jù)、鋼卷分級判定規(guī)則和質(zhì)量綜合判定系統(tǒng)三者有機(jī)結(jié)合，通過程序編譯，建立鋼卷表面質(zhì)量自動(dòng)分級模型，提升鋼卷質(zhì)量放行的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（2）通過用戶對接，進(jìn)一步完善、優(yōu)化了鋼卷分級規(guī)則，加之一系列提升缺陷檢測準(zhǔn)確性的技術(shù)手段的研究及應(yīng)用，使得邊裂（邊部損傷）、孔洞、異物壓入、夾渣、翹皮、亮邊、邊皺等缺陷綜合分類準(zhǔn)確率在85%以上，大幅度提高鋼卷表面質(zhì)量自動(dòng)分級模型的適用性和準(zhǔn)確性，降低現(xiàn)場質(zhì)量檢驗(yàn)人員工作量，提升工作效率，避免缺陷產(chǎn)品流出，減少質(zhì)量異議發(fā)生。