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,78 北京科技大学学报 第30卷 作用，距离越远，光源的照度就越低，达不到照明效 数据传送到并行计算机处理系统来进行处理，该处 果 理系统是由多台客户机组成，每台客户机与单独的 激光具有良好的聚光性，一般的激光光源是点 一台相机相连，接收并处理该相机所传送的数据，从 光源.为了用于线阵CCD摄像机的照明，在激光点 而保证每个摄像头采集的图像可以由单独的计算机 光源前加一柱面镜，将点光源扩散成线光源).由 进行处理，这样就实现多台计算机对图像的并行处 于这种光源的能量集中，并且具有良好的单色性，适 理，从而提高系统的数据处理能力 用于热轧带钢生产线，本文主要研究基于激光线光 并行计算机处理系统对图像进行处理和分析 源与线阵CCD摄像机的检测系统的原理及设计，这 后，把得到的处理结果即缺陷信息传给服务器.因 套系统已在某钢铁公司1700热轧带钢生产线得到 为如果某些缺陷较大，很有可能分布在不同相机采 了成功应用 集的图像中；因此服务器需要对这些结果进行合并， 得到整个带卷的缺陷分布情况，以便对带卷的表面 1检测原理及系统构成 质量进行总体评价，同时，服务器还将带卷的缺陷 系统采用CCD摄像原理，光源发出的光照射 分布情况保存在数据库中，以便存档和将来使用 到运行状态的带钢表面上，置于钢板上方的线阵 服务器与多台控制台终端相连，用来显示和记 CCD摄像机对带钢表面进行横向扫描，采集从钢板 录带钢的缺陷图像和数据，表面检测系统通过热轧 表面反射的光，并将反射光的强度转换成灰度图像， 生产线自动化系统和过程计算机控制系统，获取带 线阵CCD相机自身完成横向一维扫描，而带钢的运 钢的代码、状态、钢种、速度、宽度和长度等数据，结 行实现纵向扫描，从而构成二维图像. 合表面质量检测结果，最终形成每卷带钢完整的质 系统采用明场照明的方式，摄像机放置在反射 量信息 光的光路上，如果表面没有缺陷，反射光在摄像机 各个区域上的光强应该是分布均匀的；如果表面出 2系统的设计 现缺陷，那么反射光的强度将会发生变化，钢板表 2.1检测指标 面的缺陷可以分为两大类，一类是二维缺陷，另一类 系统的设计指标包括：(1)纵向与横向的检测 是三维缺陷.二维缺陷是一些斑类的缺陷，如锈斑 精度为0.5mm:(2)最大检测宽度为1650mm:(3) 和乳化液斑，这类缺陷又称有色缺陷，它们没有对钢 最大检测速度为18ms1. 板表面造成机械损伤.由于这些缺陷对光的吸收比 根据检测指标的要求，选取1024像素、最大采 较多，因此造成反射光的强度减小.三维缺陷是对 集速度为36000行s的线阵CCD摄像机，上下表 钢板表面造成机械损伤的缺陷，如裂纹、划伤和辊 面各用4台，每台摄像机的采集宽度为1650/4= 印.光在这类缺陷区域的反射过程中会造成大量散 412.5mm,事实上，由于相邻摄像机采集到的图像 射，同样也会造成反射光强度的减小，即采用明场 会有部分重合，需要将摄像机采集宽度加大一些，设 方式采集到的缺陷图像，无论是二维缺陷还是三维 计为420mm,摄像机的检测精度为0.42mm,由于 缺陷，都存在着背景区域亮而缺陷区域暗的现象。 摄像机的最大采集速度为36000行s1,因此当生 系统是由上、下表面检测单元，并行计算机处理 产线速度为18ms-1时，系统纵向检测精度为18× 系统，服务器和控制台四部分组成（图1）· 103/36000=0.5mm.选择这种类型的线阵CCD摄 服务器 像机及其数量，可以保证系统的横向检测精度与纵 向检测精度都满足指标要求 并行处理系统 图2是一幅系统在线采集到的纵裂缺陷样本图 上表面检测单元 像，白色方框内是一个纵裂缺陷，缺陷的宽度小于 带钢 ●●●●●●● 0.5mm 辊道 下表面检测单元 2.2系统的防护 无论是摄像机还是激光光源，都对环境要求比 图1表面检测系统的结构 较严格，需要特别的防护，它们都需要安装在事先建 Fig.1 Configuration of the surface inspection system 好的检测小房内，检测小房为钢结构框架，上表面 上、下表面检测单元中包括光源和摄像机，用来 检测小房的房体分防护层和保温层，横跨在辊道上， 获取带钢表面的图像信息，并且把运动状态的带钢 小房底部设置防撞框架，以避免堆钢时对设备的冲作用距离越远光源的照度就越低达不到照明效 果． 激光具有良好的聚光性一般的激光光源是点 光源．为了用于线阵 CCD 摄像机的照明在激光点 光源前加一柱面镜将点光源扩散成线光源［5］．由 于这种光源的能量集中并且具有良好的单色性适 用于热轧带钢生产线．本文主要研究基于激光线光 源与线阵 CCD 摄像机的检测系统的原理及设计这 套系统已在某钢铁公司1700热轧带钢生产线得到 了成功应用． 1 检测原理及系统构成 系统采用 CCD 摄像原理．光源发出的光照射 到运行状态的带钢表面上置于钢板上方的线阵 CCD 摄像机对带钢表面进行横向扫描采集从钢板 表面反射的光并将反射光的强度转换成灰度图像． 线阵 CCD 相机自身完成横向一维扫描而带钢的运 行实现纵向扫描从而构成二维图像． 系统采用明场照明的方式摄像机放置在反射 光的光路上．如果表面没有缺陷反射光在摄像机 各个区域上的光强应该是分布均匀的；如果表面出 现缺陷那么反射光的强度将会发生变化．钢板表 面的缺陷可以分为两大类一类是二维缺陷另一类 是三维缺陷．二维缺陷是一些斑类的缺陷如锈斑 和乳化液斑这类缺陷又称有色缺陷它们没有对钢 板表面造成机械损伤．由于这些缺陷对光的吸收比 较多因此造成反射光的强度减小．三维缺陷是对 钢板表面造成机械损伤的缺陷如裂纹、划伤和辊 印．光在这类缺陷区域的反射过程中会造成大量散 射同样也会造成反射光强度的减小．即采用明场 方式采集到的缺陷图像无论是二维缺陷还是三维 缺陷都存在着背景区域亮而缺陷区域暗的现象． 系统是由上、下表面检测单元并行计算机处理 系统服务器和控制台四部分组成（图1）． 图1 表面检测系统的结构 Fig．1 Configuration of the surface inspection system 上、下表面检测单元中包括光源和摄像机用来 获取带钢表面的图像信息并且把运动状态的带钢 数据传送到并行计算机处理系统来进行处理．该处 理系统是由多台客户机组成每台客户机与单独的 一台相机相连接收并处理该相机所传送的数据从 而保证每个摄像头采集的图像可以由单独的计算机 进行处理这样就实现多台计算机对图像的并行处 理从而提高系统的数据处理能力． 并行计算机处理系统对图像进行处理和分析 后把得到的处理结果即缺陷信息传给服务器．因 为如果某些缺陷较大很有可能分布在不同相机采 集的图像中；因此服务器需要对这些结果进行合并 得到整个带卷的缺陷分布情况以便对带卷的表面 质量进行总体评价．同时服务器还将带卷的缺陷 分布情况保存在数据库中以便存档和将来使用． 服务器与多台控制台终端相连用来显示和记 录带钢的缺陷图像和数据．表面检测系统通过热轧 生产线自动化系统和过程计算机控制系统获取带 钢的代码、状态、钢种、速度、宽度和长度等数据结 合表面质量检测结果最终形成每卷带钢完整的质 量信息． 2 系统的设计 2∙1 检测指标 系统的设计指标包括：（1） 纵向与横向的检测 精度为0∙5mm；（2） 最大检测宽度为1650mm；（3） 最大检测速度为18m·s —1． 根据检测指标的要求选取1024像素、最大采 集速度为36000行·s —1的线阵 CCD 摄像机上下表 面各用4台每台摄像机的采集宽度为1650／4＝ 412∙5mm．事实上由于相邻摄像机采集到的图像 会有部分重合需要将摄像机采集宽度加大一些设 计为420mm摄像机的检测精度为0∙42mm．由于 摄像机的最大采集速度为36000行·s —1因此当生 产线速度为18m·s —1时系统纵向检测精度为18× 103／36000＝0∙5mm．选择这种类型的线阵 CCD 摄 像机及其数量可以保证系统的横向检测精度与纵 向检测精度都满足指标要求． 图2是一幅系统在线采集到的纵裂缺陷样本图 像白色方框内是一个纵裂缺陷缺陷的宽度小于 0∙5mm． 2∙2 系统的防护 无论是摄像机还是激光光源都对环境要求比 较严格需要特别的防护它们都需要安装在事先建 好的检测小房内．检测小房为钢结构框架上表面 检测小房的房体分防护层和保温层横跨在辊道上 小房底部设置防撞框架以避免堆钢时对设备的冲 ·78· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷