工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用

1、工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用馬竹梧工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用Industrial Vision System and Its Application in Iron and Steel Industry（冶金自動化研究設計院）馬竹梧41工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用馬竹梧#工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用馬竹梧馬竹梧（1931-）男，廣州市人，教授級高級工 程師.原冶金部自動化研究院 副院長總工程師，現(xiàn)中國鋼 鐵協(xié)會信息化自動化推進中心 顧何.中國自動化學會專家咨 詢委員會委員，主要從事工業(yè) 自動化研究和設計工作摘要：本文主要介紹工業(yè)視覺系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)的硬件 和軟件構成.給出其

2、在鋼鐵工業(yè)應用現(xiàn)狀實例和存柱問 仏 此外.還描述其準鋼鐵工業(yè)應用建勢及前景 關鍵詞：機器工業(yè)視覺系SL鋼鐵工業(yè)Abstract： This paper oainly introduces the basic concept and configuration of industrial vision systeo, including hardware and software,and gives its current application situation、some examples and existing problems in iron and steel industry .B

3、esides, the paper also describes its application trends and promising future in iron and steel industry-Key Words： machine vision： industrial vision systen； iron and steel industry1* x 刖 B近年來我國鋼扶工業(yè)發(fā)展迅速.鋼產試每年以超過20V»長，連續(xù)11年位居世界第一'2003年粗鋼產量已達2234億S 2006年粗鋼及鋼材產量更首伙超過4億I,分別達到4042億1和 4227億超過美、俄、日

4、總產St之和.然而生產這么多鋼鐵 需要大僦礦石、能源零負源.如何節(jié)能、降耗.減排和提高品 種質就是當前鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和在激烈的市場競爭中立于 不敗之地的關鍵特別是品種質厳和生產高附加值的產品更為 直雯.而我國在這方面與西方發(fā)達國家仍有較大的差距.解決 的方法除了采用先進工藝、設備大塑化以外.自動化技術更為 重中2重超立計算機質余管理系統(tǒng)是近年來保證質址的重要描 施.其中檢測和控制技術是其基礎.雖然這方面有復大的進 步，然而許多過稈仍然靠目視人工操作.許多過程判斷和產品 質娥.特別是表面質輦仍然靠人工目視判斷.這就大大形響產 品的質凰和生產效率例如目前大口徑石油或天於氣輸送用的 直縫或螺旋焊

5、管的生產主要停留在人工監(jiān)控階段.生產中工人 只能根據燈是否照在焊縫中何來判斷焊槍是否僞離埠縫，長時 間注視燈光容易造成工人視疲勞，影響工人操作的準確性.進 而彩響焊縫的質:又例如榜材生產中的螺紋鋼棒計數(shù).連鑄 生產中的鑄坯長度測冊.常規(guī)方法往往有誤差和岀錯，此外. 在許多場合下.還得靠人工目視監(jiān)控.這就不僅勞動強度大. 耗費崗位人員，且難以保證質近年來.檢測方法趨向無接獨.在鋼泱工業(yè)使用圖象處 理技術（熱門名字稱“機器釵覺”.代替人工監(jiān)測）是解決上述 問題的主要趨向和熱門技術，并取得一定效果，本文將主要敘 述它的基本原理、構成.應用實例和效果以及存在問題.2機器視覺的基本概念與構成、2.1機器

6、視覺與工業(yè)視覺及其構成機器視覺就是用機器代苒人眼來測量和判斷通過圖像 攝取裝盤將被攝取目標轉換成圖像信號.傳送給由計算機組成 的圖像處理系統(tǒng).根據圖彖分布和亮度、顏色等信息.轉變成 數(shù)字化信號：并由處理軟件對這些信號進行各種運算來抽取目42今日A働化技索左用虛申國42標的特征.進而根據判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作.機器視覺分為兩類：即PC式或板卡式機器視覺系統(tǒng)以及 嵌入式機器覘覺系統(tǒng)。后者即釵能照相機（Saart camera）或視 覺傳感器（Vision sensor）. PC式視覺系統(tǒng)是一種基于PC機的 視覺系統(tǒng).一般由光激、光學鏡頭.CCD或CMOS相機.圖像采 集卡.圖像處理軟件以及

7、一臺PC機組成智能相機并不是一臺 簡單的柯機.而是種髙度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)它 將圖像的采集、處埋與通信功能集成于跟一相機內.從而提供 了具有多功能、模塊化高可靠性、易于實現(xiàn)的機器性覺解決 方案.機器視覺核心部分是圖像處理系統(tǒng).無論酸件或軟件都 離不開計算機.故常禰為計算機視覺.它已被大植應用于遙感 圖線分析、文字識別、醫(yī)學圖次處理、多媒體技術.圖發(fā)數(shù)據 庫、工業(yè)檢測與軍事等方面.由于在工業(yè)領域中.隨著生產過 程髙度自動化和產品質空需求捉高.耍求有更有效、更將確和 高速度的利用圖彖處理及計算機視覺技術來進行檢測和控制. 待別是它能進行無接觸和無損檢測和測址，對提髙產品質輦及 生產效率、緩

8、和勞動力昂貴等屈車要作用。計算機視覺的應用 己從國防工業(yè)轉向民用工業(yè)，工業(yè)視覺系統(tǒng)足其第婪強域工 業(yè)視覺系統(tǒng)與普通視覺系統(tǒng)的區(qū)別.不在于圖象處理的理論方 法.而在圖彖處理實現(xiàn)的技術.在于工業(yè)應用環(huán)境的特殊要 求工業(yè)視覺系統(tǒng)一般雄在線工作.被測物體是運動的.圖彖 的獲取與物體的運動同步進行.被測物體處于雜亂背景中.必 須將其從中提取出來此外，檢測結果必須及時報告或通訊給 其他執(zhí)行系統(tǒng).故必須包括一些必要的子系統(tǒng)、光源和光學成 像系統(tǒng).攝像與圖象處理系統(tǒng).用于控制攝像、圖線處理、圖 象分析和與生產線的同步通訊系統(tǒng)，輸出檢測結果系統(tǒng)。工業(yè) 視覺系統(tǒng)往往不止測就監(jiān)視，且需閉環(huán)控制才能收到最大效 果。此

9、外,由于工業(yè)對彖的復雜性，大都是非線性，且有些對 象滯后大.干擾大.變化大.往往難以用常規(guī)數(shù)學模空描述， PID控制難以適應，而需冬采用先進控制方法，待別是應用模 糊控制、神經元網絡，故工業(yè)視覺系統(tǒng)忌多種技術的結合，其 典型系統(tǒng)如圖1所示.期H 種舵粉制8 /i/gumiTH Pz祈塊許槍）卜| 匚計仃機用址耳 卜彳用隊采農COHtSH 卜圖1埋管外輝自動跟蹤控制系統(tǒng)框圖2.2工業(yè)視覺的班件及軟件典型工業(yè)出覺系統(tǒng)一般是PC式或板卡式系統(tǒng)，圖像的處 理則是在圖像采集/處理卡的支持下、由處理軟件莊PC機中完 成fig應用的問題不同，各了系統(tǒng)佇很大的不PL根惦求解的 問題不同，分別選擇或設計不同的子

10、系統(tǒng)，最后集成為一個完 整的系統(tǒng).但基于PC的機器視覺系統(tǒng)尺寸龐大、結構復雜.其 應用系統(tǒng)的開發(fā)周期長.成本較島.目前，出現(xiàn)一種新型的智 能相機，即專業(yè)化適用于某些行業(yè)、某些特定應用的智能相 機，而某些工序的檢測內容比較固定.可以通過較少的便件和 軟件算法來構成系統(tǒng).這樣既可以達到很高的效率乂可以使成 本降低.而向傳統(tǒng)的甚FPC的工業(yè)視覺系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。酸件要妥為選擇，因為破件的成像質量將形響視覺軟件 處理和分析結果。破件包抬光源.光學鏡頭.CCD或CMOS相 機、圖像采集卡以及一臺比肌相機分辨率是一項敢要指標. 不同的工業(yè)應用環(huán)境.被測物體的大小和粘度差別對工業(yè)視覺 系統(tǒng)采樣分辨率都有不同的

11、要求.在空間方面，必須滿足采樣 定理.保證獲取圖縱空間的分辨率足以表征被測物的羞小缺陷 尺寸：在灰度方面.光擦必須有足夠的照度，攝像機必須右足 夠的靈敏度和動態(tài)范H4.大多數(shù)應用中.采用曹通512 X512 X8面陣CCD攝機機和線陣IO24CCD攝像機就能滿足需要在 某些要求極髙的場合中.必殖研制光學成像系統(tǒng)或堆加多套攝 像系統(tǒng)。圖彖的處理能力和速度是工業(yè)視覺系統(tǒng)另一個重要指 標在典空的工業(yè)視覺系統(tǒng)中.圖象處理需要完成相當大的計 wa,故計算機速度要快.有時還需要專用的實時圖獄處理系 統(tǒng)與之相配合對于軟件，箱要完成耕確的維數(shù)測域.抑制無用信號 增強有用倍號.檢測待征的尺寸、位賈利形狀，識別特

12、征表征 的物體、標號或缺陷等，覘定位置、方向并決策等任務.己岀 現(xiàn)了許多商用實時圖彖系統(tǒng)，它們將許多通用算法如算術邏 輯運算、鄰域或線中值濾波.數(shù)學形態(tài)學濾波、直方圖.二值 相關濾波、特征提取等.制成枳木化的硬件模塊，可以組合選 用.這些實時圖象處理系統(tǒng)還提供了許多附加功能，如感興趣 區(qū)處理，隔行掃描圖彖輸入.與逐行圖象處理實時雙緩沖同步軟件處理包括把圖像歎字化（即由計算機把模擬圖像離 散化、數(shù)字化.其常用表示有陣列法和鏈碼法）和數(shù)字圖像處 理數(shù)7圖像處理足將離故圖像陣列作某種“運算”、“變 換”、“修飾"或“處理” 量終實現(xiàn)對圖像的“評價”.“識別”和“理解”數(shù)字圖像處理方法含圖像

13、處理.圖像分析和圖像理解三 個層次：機器視覺主要長前兩個層次圖像處理目的是改善視覺效果和表現(xiàn)形式以便于圖像 分析.一般包括圖像增強和圈像分析圖像增強（分兩類：改 善圖像覘覺效果和突岀圖像彷征八圖像平滑（即去噪聲處理提 取有用信息.近年來廣泛應用非線件濾波器.即把局部區(qū)域中 灰度中值作為輸出灰度.并將其與統(tǒng)計學理論結合使用迭代 方法，能比較理想地將圖像從嗓聲中恢復.并能保護圖像輪廓 邊緣.不使其模糊八邊緣銳化（目的是加強圖像中的輪廓邊 緣，達到把物體從圖像分離出來，它采用高通濾波器濾占圖像 中的低頻分錄，使圖像的邊衆(zhòng)利細節(jié)淸楚.實現(xiàn)圖像銳化）以 及圖矗數(shù)惦編碼和壓編（因為數(shù)宇圖像的數(shù)據fit龐大

14、，交換壓 縮方法是將整幅圖像分成一個個小的數(shù)據塊.再將這些數(shù)據塊 分類、量化.從而構成自適應的變換壓縮系統(tǒng)）圖像分析主要內容足：圖像分割、圖像特征（幾何形 狀.邊界描述、紋理特性等）提取.商品機器視覺軟件-般包括以下幾類* 應用軟件（如 工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用馬竹梧CORECO公司的Sherlock）.此類機器視覺軟件允許用戶對產品 的特性進行測5L通過友好的界面，用戶可進行產品檢測特 征讀取.條碼讀取等慄作同時.可判定和拒絕不合格產品.軟件開發(fā)包（如CORECO公司的WIT）.它基于獨待的圖標式用 戶界面，可使用戶快速的開發(fā)、測試圖像處理算法.在此類軟 件中.函數(shù)是以圖標形式存在.

15、并可通過圖標間的轉移定義數(shù) 據的運算。通過這一高度交互式的按口設計，可快速對開發(fā)出 適用于機器視覺的圖像處理算法.同時.此類軟件無需用戶具 有C語言編程基礎.機器視覺算法庫（如CORECO公同的SMART Series）.包括圖像識別、光學字符識別（OCR）. 2D矩陣/條形 碼解碼等.商品軟件己從多功能轉向檢測算法的準確性和高 效性.通常這類軟件可提供：搜索.光學字符漢別、邊緣、 Blob（斑點）分析.卡尺工具等多種檢測功能.視覺樓件和軟件國內外均有公司提供.國外，如日本生 產的AVENIR鏡頭、MINTRON CCD攝像機和備類智能相等，德國 西門子公可生產的VS721725視覺系統(tǒng)，吳國

16、Legend公司的 DVT540智能出像傳感器及DVT Framework用戶界面（包播便件和 軟件,可提供通佶、編軻、產品.圖像、軟傳感器、I/O.圖 麥、窗口和幫助等功能.軟傳感器包括：位移、旋轉、亮度、 邊緣計數(shù).特征計數(shù).浪陸數(shù)學工具、閱瀆器、Blob工具、 模塊匹配、目標定位、像素計數(shù)、色彩監(jiān)測.分割等）國內 如北京大恒視覺公司生產的CG系列圖彖采集卡等、北京凌云光 視數(shù)字圖像公司和北京智能谷科技公司也捉供各類視覺產品。綜上所述.應合理地選擇商品視覺軟件可以較快完成 項日開發(fā)，往往認為自行開發(fā)全部軟件成本低，但實際上時間 長.而U很難趕上專業(yè)開發(fā)的商品軟件.因此只有對視覺軟件 開發(fā)很

17、有經驗，且已開發(fā)過多個視覺軟件和為降仮視覺軟件成 本時才自行開發(fā)全部視覺軟件或開發(fā)自己的簡品視覺軟件包. 商品視覺軟件包有許多種，價格差別也很大，因此要從需求， 如要求的精度、速度、魯棒性、編程難易來綜合考慮.3'機器視覺系統(tǒng)在鋼鐵工業(yè)應用現(xiàn)狀3.1概況在鋼鐵工業(yè)，由于視覺檢測往往是不可缺少的環(huán)節(jié)和工業(yè) 視覺技術的發(fā)展.在這減速、大批盤的連續(xù)生產中，迫切要求 使用自動化的工業(yè)視覺代替人工目視.在鋼鐵工業(yè)主要用于質 檢査.目標或位置辯訴、尺寸檢測和機器人視覺等方面，已 不僅作為監(jiān)測，并已作為監(jiān)控或閉環(huán)控制.其應用簡況見喪1.表1工業(yè)觀覺在國內外鋼鐵工業(yè)主雯工序的典型應用II“或分廠名稱使

18、用堆A煉 鐵燒結煤結機足師M監(jiān)覘妝化企化%謝火和酸度仏需鐵水車內樣僅蝕.風n|x pift狀態(tài).爐料裝入 嘰収祥機器人視覺識別系統(tǒng)轉爐找電弧爐：|僧時爐涪龍;h岀鋼渝位就.爐體耐火屮何包爐漁沱岀.鑄址農面劃痕和決附.定長切劉 祐沐K度.汲鑄平臺無人化機帶人視覺識別系枚軋鋼熱41板帶帯鋼&血缺厲冷孔板帶帯鋼農向缺陷，fML中”板農面旅陷熱軋無純鋼錢的&曲決陷.電焊鋼管焊縫位胃施蹤3.2典型應用案例（1）重軌表面缺陷檢測系統(tǒng)目肋.重軌表面缺陷的檢 測方法有冃測法、趙聲波檢測和電渦流檢測彎目測法是目肋 很多翼軌企業(yè)釆用的種方法：超聲波檢測是一種標準檢測方 法.但其檢測時要求被檢測表血

19、有較低的粗糙度值，且不適合 做復雜曲面的矗測，只能用十檢測軌底部分，電渦流檢測精度 髙.可以檢測復雜的爾軌全表面.但梵檢測往往存在過檢測的 問題.且檢測分轎率不容易調盛.使得其操作彈性較小慕于 工業(yè)視覺的載軌表面缺陷檢測將為重軌檢測開辟一個新的領 域.重軌圖磁的自動采集與原來靠人眼檢測相比.大大降低工 人的操作隨機性.減少漏報問題.提高質董檢測的自動化水 平.提高企業(yè)的生產效率1）垂軌幾何待征及表頁缺陷的種類.重軌的表面是多平 面、多曲面的組合面.瑩軌対橫截面如圖2所示.圖中所示尺 寸為公稱瑩量為60kg/ai規(guī)格的重軌.重軌規(guī)格尺寸與其公稱虞 童有關，形狀大體相同重軌分為三個部分：軌頭.軌腹

20、和軌底.電軌的全衣面 共有弧面18個.平面6個.分別是軌頭踏面.軌頭側面、軌頭 底面和軌底底面.軌底頂面由幾段圓弧和短直線組成，不是一 個平面軌腰也是由兩段曲率半徑較大的圓孤組成，其外觀近 似平面 18軌的具體尺寸可以從TB/T2344等相關標準中獲 得.重軌的表面缺陷種類多達幾十種.出現(xiàn)概率較高的表面 缺陷有15種之多：結疤.軋疤、輟印.線紋.底裂.橫裂、軋 裂、折疊、冷傷.過燒.矯仿、凸泡.耳子.瘤子、表面夾雜 上述表面缺陷是從華鋼軌梁廠歷年來的產品中歸納出來 的，具有很強的代表性.經過調研和分析.確定需要進行分類 的缺陷一共有8種，結疤、軋疤、粽印、線紋、底裂.冷傷. 矯傷和表面夾雜2）

21、逅軌農面峽陷在線槍測礎件系統(tǒng)（如圖3所地示）.靈 軌表面為多平面.多曲面的復雜表面.只單個電荷薦合器件 （CCD）無法完成全表面的圖像采集.重軌表而缺陷是在線檢 測.1：軌以某一速度運行.故系統(tǒng)采用曲線陣CCD和光源構成 的離敝釆集祇元：熱杏下檢劇相機與重軌的距離約13«,在鏡 頭前加濾光後.冷念下相機與重紈的距離為Im. LED光源與墮4370J JtHHW圖3采集單元簡圖今日Q働化&兔拓用衣44軌表面夾角a成4560° 第軌袤面需要檢測到的最小尺寸 為0.4皿 故系統(tǒng)的最小分辨率。=0伽嘰由于重軌的尺寸限 制.釆集W元衽重VI表面的分布呈現(xiàn)離散化分布每組采集單

22、元之間的間距不小于400購采集單元由同步器控制.同時融 發(fā)釆樣.觸發(fā)采樣的頻率則足由安裝在重軌控制線上的轉速編 碼器決定的，以使重軌在恆定或變速度運行.都能正確成像3）電軌圖像識別系統(tǒng)包括圖像采集.圖像識別、缺陷檢 測等部分.當系統(tǒng)檢測到靈軌到達時，鮭發(fā)圖像采集裝置.采 集重軌各個表面圖像.再把圖像傳給字符和圖像識別部分，通 過一定的技術，最后識別岀瑕軌缺陷和對應重軌號等. 醺軌農面字符分割與識別.它類似于車牌字符識別. 先將字符區(qū)域分割成單個字符.然后再進行識別字符分割采 用垂直投影法：字符識別方法目前主要有基于模板匹配氛法和 基于人工神經網絡算法.采用直接把待處理圖像輸入網絡，由 網絡自動

23、實現(xiàn)特征提取直至識別出結果 缺陷圏像分析與處理.慮軌表面的各種缺陷的判別主 要是依靠缺陷深度.般當缺陷的深度為13mm甚至更深時， 便判定為不合格破軌，同時發(fā)出警報，并記錄缺陷情況.以便 骨理人員及時處理.它包括：缺陷信息定位（由于一根重軌較 長且包含很多F擾信息，若對整幅圖像進行缺陷提取會產生很 大的運算Sb延長處理時間.并且易受到諸多干擾信息影響， 因此應該先進行缺陷區(qū)域定位）、圖像預處理（由于圖像在采 集、獲取.傳輸過程中，會不同程度地被噪聲震動等影響. 因此首先要對圖像進行去嗓處理）、圖像邊緣檢測（采用Canny 算法來精確定位缺陷邊緣.經過Canny算子的檢測，得到的圖 像杲一幅反映

24、邊緣位置的二值圖像。再采用8連通法標記二 值像中的連犢部分，將圖煤里面不同的信總標注出來.再將有 用的缺陷倍息提取岀來）以及圖像分析與識別（對于重軌表面統(tǒng) 陷而言不同的缺陷其特征參數(shù)必於不同.比如底裂，其主要 參數(shù)為線度.而嬌傷，主要參數(shù)為整體凹度.對于軋疤，其主 要參數(shù)則為圓度或矩形度.由于重軌表面缺陷灰度特征比較相 似.所以缺陷識別分類主耍就是根據缺陷的幾何待征如面枳. 周長、矩形度、園形度等特征，采用某種分炎判別甬數(shù)和判別 準則，對圖像信息進行分類和辨識由于輸入向量少的特點. 故選用學習矢St化（LVQ）神經網絡對缺陷進行識別分類）.本系統(tǒng)于2007年3月在隼鋼噸軌生產車間對高速運動中的

25、 重軌表面成像進行實驗.實鯊得到清晰的垂軌連續(xù)圖片，達到 較好的效果.（2）焊縫自動跟蹤系統(tǒng).在克縫或螺旋焊管生產中.焊 縫口動跟蹤杲保證焊接鋼骨生產中的焊接質量，實現(xiàn)焊接白動 化的更要環(huán)節(jié)目前主要停留在人工監(jiān)控階段，完成自動跟蹤 糾偏.是制管行業(yè)的垂要課建.1）系統(tǒng)権圖及工作原理如圖1所示，系統(tǒng)硬件包括十 字淆塊、工業(yè)控制計算機、控制接口電路、VIDEO- PCI-XR圖 像釆集仁CCD傳悠器、AC4064 I/O板等.CCD傳夠器梅實際 焊縫圖轉化為視頻信號.圖像采集卡將視頻信號轉化為數(shù)字信 號利用VO * 6. 0白編軟件對上述數(shù)字圖像進行濾波.二 值化等處理，獲取焊縫偏差信息.對數(shù)字圖

26、像進行圖像處理分 析得到焊縫僞差.將焊縫備差送入解能控制器.通過一定的控 制算法得到的數(shù)字量，經D/A轉換器轉換為模擬屆，由I/O接口 電路調節(jié)十字滑塊（即被控對象一炬）,最終調轅焊炬準 確對準焊縫實現(xiàn)糾偏，從而達到稍確跟踩的目的。2）舛縫識別方法包括：圖像分析（根據所攝取的圖像, 提取所需處理的區(qū)域圖像數(shù)據.選擇了包含焊縫在內300 X200 個像素大小的窗口區(qū)域作為圖像處理對發(fā)，這樣包含了所令有 用的信息，既節(jié)省了存儲空何乂加快了圖像的處理速度和提高 系統(tǒng)的性能）、濾波處理（增強圖像中的特征線.使背景色和特 征線容易區(qū)別：濾波處理是通過模板進行操作，該模板對圖像 垂恵方向進行増強處理）、二

27、值化處理（對濾波后的圖像進行線 性變換近似于二值化處理線性變換將背景設置為0灰度,將特 征線設置灰度為255把馀始用像以一定的準則找出一個合適的 灰度值作為閾值.然后把上述方法分割后的圖像按一定公式進 行處理：耍從復雜的景物中分辨出目標并將焊縫形狀完整地提 取出來.闌值選取是閾值變換分割技術的關鍵.如果網值過高， 則過多的目標點被謀判為背象；閾值選得過低.則會出現(xiàn)相反的 情況.目前閾值選取的方法腹多，幾種常用的方法是：直方圖 閾值分割法、類間方差閾值分割法、二維鼓大燔閾值分割法、模 糊閾值分割法.共生矩陣網值分割法等.本系統(tǒng)采用了一種迭 代求圖像址佳分割閾值的算法）以及Hough變換（二值化處

28、理后 的圖像經過Hough變換，提取兩對接鋼板的焊縫線）3）焊縫B1蹤模糊控制器.焊接是一個非常復雜過程.影 響焊接的因素具有不確定.非線性的特點，故釆用經典控制的 理論和方法進行控制.在實陌焊接生產中不能得到令人滿慮的 結果.在本焊縫自動跟蹤控制系統(tǒng)中.采用Fuzzy-P取模分 段控制.所謂Fuzzy-P控制就是在大偏差范國內采用比鋼控 制（P控制）以提奇系統(tǒng)響應速度，域少調節(jié)時間：而在小 倔差時采用模糊控制（Fuzzy左制）.以減少系統(tǒng)超調，提高 系統(tǒng)響應的平穩(wěn)性和控制粘腹.兩種控制方式的切換是根據預 先詢定的僞差閩值來實現(xiàn)的.本系統(tǒng)試驗結果為：響應速腹快，傳感番的分辨率可達 0. 05皿

29、像素，圖像處理識別謀差小，能在各種干擾的情況 下正確識別.準確率髙采用自調竝比例因子Fuzzyp控制 有效地提高了系統(tǒng)的控制特性.系統(tǒng)能較準確自動定位和自動 準確跟蹤，滿足螺旋管外焊的焊接要求.（3）帶鋼表面缺陷自動檢測系統(tǒng)帶鋼常見的表面峽陷 工業(yè)視覺系統(tǒng)及其在鋼鐵工業(yè)中應用馬竹梧有*劃痕、折印、銹斑、線印、針孔甚至裂紋等在生產中必 須剔除有缺陷的產品.以保證質就.缺陷自動檢測的典5?方法 有*基于激光打描法、渦流法紅外輻射探傷法、的聲波探傷 法以及CCD成像機器視覺法等.由于CCD成像機器覘覺法與其他 技術相比.它更適合于在線高速測址它能確定缺陷的位置、 識別缺陷類別和保持缺陷陽像供檢査Z用

30、，故在國內外進行了 大邑研究和生產這類缺陷檢測裝迓.轉別是國外己育許多這 樣的產品，如徳國Parsytec公司的HTS-2冷軋帶鋼表面檢測系 統(tǒng).近來推出的EspressSI系統(tǒng)、關國Cognex公司的金屬帶 卷表面檢測系統(tǒng)(SoartView Metal)等.國內也莊研制的，如 圖4所示的冷軋帶鋼農面質艮檢測系統(tǒng)它由檢測裝置、并行 計算系統(tǒng)、服務器和控制臺組成檢測裝置安裝在生產線上， 由攝像頭.光源和檢測橋組成.為了能夠同時檢測上、下表 面，在上.下表面各放檢測裝置。攝像頭為標準的黑 白工業(yè)用面陣CCD攝像頭.并采用多攝像頭同步釆集圖像的方 式攝像頭放置在帶鋼的寬度方向上.相鄰攝像頭采集到的

31、圖 像是重在方式，翼金部分在圖像處理中由軟件消除.每套檢測裝置中各放M6個攝像頭.總共用了 12個攝像頭. 由于生產線生產的帶鋼變度范Ifl為10001250m,因此設定毎 個攝像頭晟大的采集寬度為220mn.而每個攝像頭在寬度方向 上采集的象素為768個.因此在寬度方向上系統(tǒng)的檢測粘度為 220/768=0.3mn.攝像頭采集的速率為25幀/s由于采集到的 毎一楨圖像由奇數(shù)場和偶數(shù)場拼接而成.因此在釆集運動圖像 時.奇數(shù)場與偶數(shù)場之低有錯位.造成了運動圖像的模糊.這 就需要將攝像頭設迸成按場釆集的模式.并且只取奇數(shù)場(或偶 數(shù)場)捺像頭實際的采坯速率為25場/s每一場圖像的行數(shù)為 288行.

32、攝像頭在帶鋼橫向與縱向的采集尺寸之比是固定的，為 4:3,因此攝像頭在帶鋼紈間的采集長度為220X3/4=165(m). 檢測粘度為165/288=0.6(mm),系統(tǒng)能檢測的最高運行速度為 0.165X25-Kmm)=240(n>/min).由于生產線的最高運行速度為 90m/fflin,遠小于系統(tǒng)所能達到的僉高檢測速度.所以造成了在 帶鋼縱向上采集的圖像將會有很大的為了減少圖像之司 的重費程度，對每場圖像只取120行用于后面的處理.系統(tǒng)中光源的放直如圖5所示.系統(tǒng)選用LED面光源.發(fā) 射的光是平行光.攝像頭放置的位置不是左入射光的反射光路 上。如果鋼板表面沒有缺陷，那么光源在鋼板表面

33、產生鏡面反 射.攝像頭采集不到光源發(fā)射的光.圖像的背景是黑的.如 果鋼板表面有三維缺陷(凹凸性的缺陷.如劃痕.折印.輾印 等)，那么入射光在鋼板喪面產生漫反射，攝像頭就可采集到 光線.因此在圖像中，缺陷區(qū)域是亮的.這種照明方式是通常 所說的“暗場照明” 適用于檢測三維缺陷檢測橋用于固定光源和攝像頭.底部裝有輪子，并在地星上 安裝導軌.以便在系統(tǒng)維護時把它從生產線上抽走，不對生產線 造成形響檢測橋用26板封裝起來.題免外界光線的進入.攝像頭采集的圖像傳送給并行計算系統(tǒng)，由并行計算系 統(tǒng)對圖像進行實時處理和分析井行計算系統(tǒng)安裝在19控制機 柜中由于攝愎頭到幷行計算系統(tǒng)的線纜不能過長.故控制機 柜放

34、置在生產線附近系統(tǒng)對圖像處理和分析的所有算法都在并行計算系統(tǒng)中 實現(xiàn).經過處理后飲可以得刮缺陷的信息.包括缺陷的尺寸、 部位、類型.等級等缺陷的信息通過100Mb/s的以太網傳送 給服務器.在服務器中把這些缺陷進行合并和保存.服務器發(fā) 出控制指令，如檢測的開始、停止.暫停.以及帶卷的加入和 結束等服務器實時獲取帶卷的運行速度.以便根據運行速度 得到帶卷的位移，從而獲取缺陷在帶卷上的實際位置眼務器中不僅保存缺陷的信息.而且保存缺陷的圖像. 需要保存的數(shù)據量非常大.可以添加一個海億存儲器.如磯帶 機等.將缺陷的歷史數(shù)據保存到海flt存儲器中通過控制臺可 以觀察到缺陷的在線檢測結果也可調出缺陷的歷史

35、數(shù)據進行 分析，也可根據用戶要求生成檢測報表并打印.本系統(tǒng)已經成功地在武銷築團梅南公司冷軋轎整線上使用.4工業(yè)視覺系統(tǒng)在鋼鐵工業(yè)應用前景表2列出了鋼鐵工業(yè)的主要工序中目前還是使用人工目視 方法進行監(jiān)控的.急需要自動檢測.而這曲都是可以用工業(yè)視 覺系統(tǒng)來代替的.項目很多.需求很大.故前杲是廣闊的.工業(yè)祝黨在何鐵工業(yè)主雯工序的應用需求工用或分廠名稱便用地點煉 恢燒結燒結機點火滬出口橫向溫度分布，燒結機橫向燒 成監(jiān)拎竽曲化塊化牢炭析鬥農爐體劣化狀況等聶爐出鐵時決水溫度及就軾估ih吹岀爐塵it連續(xù)嶺 ».爐況識劉尋煉轉爐及電H爐爐體粘狀*、爐襯噴補和次砌機器人視覺講別系 統(tǒng)等爐外箱煉爐洽化浴

36、率稅“tfl液血高度.脫氣槽耐火林料 度.創(chuàng)包耐火材料”度.鋼包外殼沿度等連續(xù)誨制鈴壞興朵物，快速評價篦坯中心偏析和斷面成分 分布等軌 鋼熱軋板帶料頭形狀.？(化皮卑度.相軋后鋼壞凸度，鋼坯 縱時及播向竜度.鋼壞撓度.轎軋機架間產島形 狀.在線希軋輕粗屜度毎冷軋板帶及處 m衣仙粗用反.以化皮2,焊接缺陷.焊接慮強 度.涂油量.焊接郁位形狀.板的內應力.卷材 形狀.卷材核対.電鍍線鋼板農fii)t祜度.熱沒 族線以鋅板花紋尺扎線光沾皮等中卑板諂板農曲及背面缺陷.創(chuàng)板側面及斷面缺陷.W 板殳形(鵝杰、冷態(tài))，密合度.除侑度.農面 和糙度>8特檢測等也鋼標記it取.&類空鑰島溫和?；煜?/p>

37、喪面缺陷.線 材卷繞彤狀等是徐窮檢冷找測斤芯律農面缺陷及坑注在線側 tt. uoen的內外衣面從陷.缺陷判別Q動化等46目前鋼鐵工業(yè)使用工業(yè)視覺系統(tǒng)雖然也有一定進展.但 也存在許多問題，主要為， 大試生產情況靠人工目視監(jiān) 控.影響生產和產品質fit、耗費人力.而工業(yè)祝覺是一門較新 的科學，很少人了解.故應進一步普及.特別是應使現(xiàn)場人員 知道它可解決什么問題：目前鋼鐵工業(yè)使用工業(yè)視覺系統(tǒng) 大都耀引進的，國內的主要是學校、科研單位研制的系統(tǒng)，均 是研究性質或科研基金項目.木能形成產業(yè).而靠高技術人員 或研究宅進行.難以人員固定.更難以精益求榊和髙質益及高 可靠性.價格也昂貴；大都是基于PC計算機的

38、系統(tǒng).很少 使用智能相機方式，因而軟件工作量大.價格昂貴，也不便大 81推廣.而許多項目有共同點.如冷熱板、中厚板其至鋼管. 其衣面峽陷檢測大都大同小異.完全可以造專門行業(yè)智能相機 方式.以降低價格和大量椎廣： 軟件大祁毎個項目分別開 發(fā)，很少使用軟件包方式.因而開發(fā)周期長，耗費大議人力： 適合鋼鐵工業(yè)的工業(yè)視覺系統(tǒng)的軟件平臺國內基本很少人 研究.硬件也大都進口.爭三結束語.工業(yè)視覺在鋼鐵工業(yè)不僅可以提高質it和生產離附加值 的產品，而且有很大商機，據統(tǒng)計.對于機器視覺的研究應 用.日、穗、美等發(fā)達國家早在60年代就開始了，到上世紀90 年代.驗著光電子技術的發(fā)展.機器視覺己取得了廣泛應用.

39、市場潛力巨大 1984年，西歐的工業(yè)視覺系統(tǒng)銷售達589萬美 元.到1989年達4320萬芙元；美國，1984年達6000萬美元. 到1994年達12億美元：日本，2000年達300'400億日元另據 “視覺系統(tǒng)國際公司”的市場調杳報吿 1999、2004年北美機 器視覺市場規(guī)模從168億增到19億美元.年增長率12. 4%.國 內雖發(fā)展較慢，但潛力很大，必將繼北芙.歐、日后為第四大 市場.鋼浹工業(yè)在工業(yè)中占分量很大.其應用方開始.必然前 途廣闊，市場很大.因此.發(fā)展工業(yè)視覺系統(tǒng)在鋼狹工業(yè)中應 用是急不容緩了此外.由于有許多商品的工業(yè)視覺便件和軟 件.開發(fā)和生產王業(yè)視覺其實不算太難.完

40、全可以彖設計常戲 工業(yè)自動化系統(tǒng)那樣.使用集成方法來完成參考文獻1馬竹梧彎鋼鐵工業(yè)自動化(煉鋼卷)北冶金工 業(yè)岀版社，2003.2李煒等基于機器視覺的帶鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)J 華中科技大學學報(自然科學版).2003, 31 (2) : 72-74.3 王全才等燒結機尾紅外熱成像計算機視覺及信息處 理系統(tǒng).山東冶金.2002, 24 (5) : 3840.4 顏發(fā)根等.基于PC的機器視覺系統(tǒng)PLC & FA, 2004,(7) : 129-131J40.5 凌云光視數(shù)字圖像公司.機器視覺軟件PLC 4 FA,2004, (7) : 132-140.6 張文偉等.非接觸式自動定尺切割系統(tǒng)PLC & FA,2005, (2) : 109-111.7】徐科等.冷軋帶鋼表面質UI自動檢測系統(tǒng)的在線應用 研究冶金自動化，2003； 27 (1) : 5153, 74.8 成鵬飛零.圣于機題視覺的鋼特自動計數(shù)系統(tǒng)冶金 自動化.2008, 32 (1) : 22269 楊水山等.帯鋼視覺檢測系統(tǒng)的研