熱軋帶鋼表面缺陷在線檢測方法和實時實現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代建筑和車船等制造業(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，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(chǎn)品之一，其軋制過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，保證熱軋帶鋼的高品質(zhì)，對推動我國鋼鐵行業(yè)做大做強的現(xiàn)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(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)問題，

2、最大的技術(shù)難題是目前的缺陷檢測設(shè)備的實時性無法滿足熱軋生產(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)問題可能使鋼廠和使用單位蒙受巨大的經(jīng)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(wù)是提出高效率的缺陷識別算法，然后采用經(jīng)濟有效的方法實現(xiàn)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(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(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(yīng)性的表面缺陷在線檢測設(shè)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(shù)交流，制定出通用性強的設(shè)計目標，并針對性地提出了一種具有性能—成本效應(yīng)

4、的系統(tǒng)設(shè)計方案，按照工業(yè)產(chǎn)晶的要求完成了檢測設(shè)備的整體集成，使之能夠長期適應(yīng)熱軋生產(chǎn)線的高溫、潮濕、多塵和昏暗的惡劣現(xiàn)場環(huán)境。針對峰值速度為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20m/s的帶鋼表面圖像實時處理任務(wù)提供了設(shè)計思路和硬件方案，并重點研究和討論了PCB設(shè)計、驅(qū)動程序和下位機軟件等關(guān)鍵技術(shù)。
　　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(shù)

5、進行了深入研究和對比測試，結(jié)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(zhì)補償算法，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、過曝光和欠曝光等現(xiàn)象引起的帶鋼表面對比度低和灰度值范圍大的技術(shù)問題，而且能夠滿足圖像預(yù)處理實時性要求，并具有零參數(shù)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(yīng)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(shù)進行動態(tài)調(diào)整，該算法實施簡單且易于FPGA實現(xiàn)，能夠在圖像處理最底層即數(shù)據(jù)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(xiàn)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(gòu)，采用基于環(huán)形FIFO的DMA事務(wù)隊列管理策略實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的大規(guī)模搬移和PCIe接口傳輸，設(shè)計出時間示波器(Time Scope)工具對以上各功能模塊的實時性實現(xiàn)程度完成了定量分析和測試。
　　5、研制出的熱軋帶鋼