帶鋼表面質(zhì)量檢測(cè)方法的研究與應(yīng)用

帶鋼表面質(zhì)量檢測(cè)方法的研究與應(yīng)用

1帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究作為鋼鐵工業(yè)最重要的產(chǎn)品形式之一，這種優(yōu)質(zhì)鋼已成為汽車、機(jī)械制造、化工、航空、造船等行業(yè)不可或缺的原材料。表面質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)直接影響到最終產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。在帶鋼制造過(guò)程中,由于連鑄鋼坯、軋制設(shè)備、加工工藝等多方面的原因,導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)裂紋、氧化皮、結(jié)疤、輥印、刮傷、孔洞、針眼、鱗皮、表皮分層、麻點(diǎn)等不同類型的缺陷,這些缺陷不僅影響產(chǎn)品的外觀,更嚴(yán)重的是降低了產(chǎn)品的抗腐蝕性、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等性能。目前,國(guó)內(nèi)外鋼鐵制造企業(yè)通常采用人工目視抽檢和頻閃光檢測(cè)等方法進(jìn)行表面質(zhì)量檢測(cè),經(jīng)過(guò)概率計(jì)算并參考檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成帶卷的綜合質(zhì)量評(píng)估。這些方法具有以下突出弊端:抽檢率低,不能真實(shí)可靠地反映100%帶卷上下表面的質(zhì)量狀況;實(shí)時(shí)性差,遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)線高速的生產(chǎn)節(jié)奏;缺乏檢測(cè)的一致性、科學(xué)性,可能導(dǎo)致整批帶卷的降級(jí)、重加工,甚至報(bào)廢;檢測(cè)環(huán)境惡劣、枯燥,對(duì)人身危害較大。當(dāng)前的軋制帶鋼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不具備表面質(zhì)量檢測(cè)功能。與帶鋼軋制過(guò)程現(xiàn)有的質(zhì)量控制技術(shù)——自動(dòng)厚度控制(AGC)、自動(dòng)寬度控制(AWC)和自動(dòng)板形控制(ASC)相比,該課題技術(shù)上的難點(diǎn)在于:①高精度、高可靠性和高靈敏度的圖象傳感器件的選用;②針對(duì)眾多缺陷類型確保高可靠性的檢出;③構(gòu)建高速,實(shí)時(shí)的計(jì)算體系結(jié)構(gòu)作為海量數(shù)字圖象信息處理的硬件平臺(tái);④高性能的缺陷自學(xué)習(xí)分類器的設(shè)計(jì)以及面向缺陷成因的專家系統(tǒng)的建立等問(wèn)題。進(jìn)入90年代,伴隨著高精度圖象傳感器件、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、VLSI技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模式識(shí)別理論及人工智能等相關(guān)研究領(lǐng)域的理論探索和應(yīng)用研究日臻完善和實(shí)用化,帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究工作日趨深入和廣泛。本文通過(guò)分析和綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀,探索我國(guó)開(kāi)展本課題研究的方向和對(duì)策。2檢測(cè)方法探索的發(fā)展階段國(guó)外開(kāi)展帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究始于本世紀(jì)70年代,其發(fā)展可分為三個(gè)階段:檢測(cè)方法探索階段;系統(tǒng)集成及測(cè)試階段;系統(tǒng)完善及實(shí)用化研究階段。2.1特定缺陷的自相關(guān)方法70年代中期,日本川崎公司開(kāi)始研制鍍錫板在線檢測(cè)裝置,利用斜交激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行鋼板表面缺陷檢測(cè),并針對(duì)特定缺陷(如周期性缺陷)采用了自相關(guān)方法。Honeywell公司于1982年完成了連鑄板坯表面缺陷自動(dòng)檢測(cè)裝置的研究,該項(xiàng)研究工作確立了線陣CCD圖象傳感系統(tǒng)、專用圖象陣列處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、基于樹(shù)分類器和句法模式識(shí)別理論的缺陷分類器設(shè)計(jì)思想及自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程的離線數(shù)字仿真等技術(shù)路線的主流地位。2.2系統(tǒng)集成和測(cè)試階段(1)新型照明檢測(cè)系統(tǒng)Westinghouse公司的系統(tǒng)采用線陣CCD攝象機(jī)和高強(qiáng)度的線光源監(jiān)視運(yùn)動(dòng)帶鋼表面,在最高帶速和最大帶寬下可提供0.7mm×2.3mm的橫、縱向缺陷分辨率,并提出了將明域、暗域及微光域等三種照明光路形式組合應(yīng)用于檢測(cè)系統(tǒng)的思路。意大利CentroSviluppoMateriali公司研制出用于不銹鋼表面檢測(cè)的試驗(yàn)樣機(jī),該系統(tǒng)的特點(diǎn)是:可同時(shí)進(jìn)行帶鋼上下表面的自動(dòng)檢測(cè),通過(guò)設(shè)置邊部檢測(cè)攝象機(jī)可以進(jìn)行鋼帶自動(dòng)寬度測(cè)量和孔洞檢測(cè),但其可識(shí)別的缺陷種類相對(duì)較少,并且不具備對(duì)周期性缺陷的檢出能力。另有一些公司分別提出了與上述系統(tǒng)功能相近的解決方案。(2)基于fractal分析方法的缺陷感知技術(shù)美國(guó)Sick光電子公司運(yùn)用平行激光掃描運(yùn)動(dòng)帶鋼上下表面,并通過(guò)光導(dǎo)管及光電倍增器傳遞反射或折射的光信號(hào),通過(guò)合理的光路配置(明域、暗域)可檢出30種以上的缺陷。日本川崎公司針對(duì)輕度周期性缺陷開(kāi)發(fā)了浮動(dòng)鑒別技術(shù)以提高信噪比,探討了Fractal分析方法應(yīng)用于缺陷數(shù)據(jù)信號(hào)處理的可行性。日本住友金屬公司研究了光學(xué)信號(hào)的空間濾波問(wèn)題,以抽取信號(hào)的特征參量。(3)磁通密度的確定日本川崎制鐵千葉制鐵所利用直流磁化的漏磁法,通過(guò)高靈敏度的半導(dǎo)體磁敏電阻檢測(cè)漏磁通密度,以在線確定帶鋼表面微小的非金屬夾雜物的體積。日本茨城大學(xué)工學(xué)部運(yùn)用紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)鋼板表面的裂紋及微小針孔等類型的缺陷,并比較了X射線檢測(cè)、超聲波探傷及熱學(xué)檢測(cè)等方法的檢測(cè)性能,結(jié)果顯示熱學(xué)檢測(cè)效果優(yōu)于前兩者。2.3主要的自學(xué)習(xí)檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)入90年代,完善和提高檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化功能(如缺陷的自動(dòng)分類功能等)及實(shí)用化水平成為當(dāng)前研制工作的熱點(diǎn)。芬蘭RautaruukkiNewTechnology公司研制了Smartvis表面檢測(cè)系統(tǒng),應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法自動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的決策樹(shù)分類器結(jié)構(gòu)。美國(guó)Cognex公司于1994年先后研制成功了iS-2000自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和iLearn自學(xué)習(xí)分類器軟件系統(tǒng),通過(guò)此兩套系統(tǒng)的無(wú)縫連接,整體系統(tǒng)可提供80GOPS的運(yùn)算性能,并有效地改善了傳統(tǒng)自學(xué)習(xí)分類方法在算法執(zhí)行速度、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)吞吐量、樣本訓(xùn)練集規(guī)模及模式特征自動(dòng)選擇等方面的不足之處。德國(guó)Parsytec公司于1997年為韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵公司研制了HTS-2冷軋帶鋼表面檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)首次將基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的分類器設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)用于帶鋼檢測(cè)領(lǐng)域。與以上系統(tǒng)明顯不同,英國(guó)EuropeanElectronicSystem公司(EES)將研究工作的重心確定為提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性,增強(qiáng)缺陷目標(biāo)的檢出能力和缺陷圖象的顯示質(zhì)量,并完善系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的有效控制能力,其熱軋帶鋼表面檢測(cè)系統(tǒng)已在歐美主要鋼鐵制造企業(yè)得到應(yīng)用。3主要的研究趨勢(shì)如圖1所示,目前已開(kāi)發(fā)出的帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括:光源及圖象傳感器子系統(tǒng);數(shù)字信號(hào)預(yù)處理子系統(tǒng);缺陷自動(dòng)分類子系統(tǒng);圖形顯示子系統(tǒng);質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表生成子系統(tǒng);文檔及圖象數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng);人機(jī)接口管理子系統(tǒng)等。當(dāng)前此類自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。(1)采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)CCD攝像機(jī)及照明光源部件,并在具體技術(shù)指標(biāo)的選擇上留有裕量,其目的是在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展的條件下,能夠最大限度地保護(hù)用戶對(duì)硬件資源的投資。(2)通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù),使得系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)通用,功能靈活,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,改進(jìn)和升級(jí)十分方便。(3)低層視覺(jué)計(jì)算任務(wù)如平滑、增強(qiáng)、分割、描述等交由專用處理部件完成,目前的研究趨勢(shì)是采用高速DSP器件。(4)缺陷自動(dòng)分類器的研究,各種基于符號(hào)系統(tǒng)模仿人類智能的傳統(tǒng)人工智能方法(如機(jī)器學(xué)習(xí))和從生物系統(tǒng)底層模擬智能的理論(如ANN)用于解決復(fù)雜的帶鋼表面缺陷識(shí)別問(wèn)題。(5)圖形顯示和用戶接口系統(tǒng)普遍配備高分辨率、工業(yè)級(jí)CRT顯示器,高性能的圖形處理器板,大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)(內(nèi)、外存),可以動(dòng)態(tài)地向操作員提供高清晰度、高分辨率的缺陷二值圖象或偽彩色增強(qiáng)圖象。其設(shè)計(jì)優(yōu)良的交互式人機(jī)接口界面,除允許操作員實(shí)施圖形的平移、卷滾、縮放、旋轉(zhuǎn)、標(biāo)記、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、檢索和回調(diào)等操作之外,還可在線監(jiān)視由系統(tǒng)計(jì)算生成的缺陷特征參量和由過(guò)程控制主機(jī)下傳來(lái)的軋制計(jì)劃數(shù)據(jù)(產(chǎn)品類型、寬度和等級(jí)),并能夠運(yùn)用可視化的軟件模塊精確設(shè)定或輸入缺陷檢測(cè)靈敏度及缺陷分類準(zhǔn)則等系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。(6)一些輔助功能,包括帶卷質(zhì)量評(píng)估報(bào)告及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成,文檔和圖形/圖象數(shù)據(jù)的自動(dòng)管理,網(wǎng)絡(luò)通信功能等,已日趨完善和實(shí)用化,成為當(dāng)代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。3.1ees系統(tǒng)研究EES系統(tǒng)是目前成功應(yīng)用于熱連軋環(huán)境下的帶鋼表面質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)之一,其在最大帶寬和最高帶速下具有1.02mm×2.03mm的橫縱向檢測(cè)分辨率。該系統(tǒng)已于1991年在荷蘭Hoogovens鋼鐵公司熱軋生產(chǎn)線投入試生產(chǎn)運(yùn)行,并為美國(guó)Inland鋼鐵公司和Nucor鋼鐵公司所陸續(xù)采用。EES系統(tǒng)的研制目標(biāo)是在熱連軋的惡劣環(huán)境和高帶速下,能夠?qū)崟r(shí)地提供高清晰度、高可靠的帶鋼上下兩表面100%無(wú)遺漏的缺陷圖象,最終交由操作員進(jìn)行缺陷類型判別并進(jìn)而采取相應(yīng)的修正措施。該系統(tǒng)最為顯著的技術(shù)特色在于其突出的實(shí)用性能。EES系統(tǒng)中最有成效的研究工作在于對(duì)環(huán)境的有效適應(yīng)能力,所采取的相應(yīng)控制手段包括:通過(guò)在攝象機(jī)前端安裝一系列濾光片,可有效濾除熱態(tài)帶鋼表面輻射出的紅外光對(duì)檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的干擾;對(duì)CCD攝象機(jī)進(jìn)行了循環(huán)水冷卻,并對(duì)照明光源采取了通風(fēng)散熱措施;為徹底消除帶鋼輻射熱對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)前端裝置的直接影響,在距離F7精軋機(jī)架出口側(cè)12m處單獨(dú)設(shè)置一個(gè)密閉的現(xiàn)場(chǎng)儀表總站(采用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部冷卻),并將CCD攝象機(jī)和照明光源安裝于總站內(nèi)部;在該儀表站下方設(shè)置了多個(gè)空氣噴嘴來(lái)清除帶鋼表面的蒸汽、水滴、油污及灰塵等雜質(zhì),以便更加有效地進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。3.2is-2000系統(tǒng)檢測(cè)算法及分類系統(tǒng)美國(guó)Cognex公司iS-2000系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要是針對(duì)現(xiàn)有帶鋼自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的如下不足之處:①對(duì)高速運(yùn)行的帶鋼表面上微小的、低對(duì)比度的缺陷檢測(cè)靈敏度較低;②缺陷自動(dòng)分類能力不足。iS-2000系統(tǒng)的技術(shù)起點(diǎn)很高,功能全面完善,屬于目前最先進(jìn)的帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于1994年8月在美國(guó)LTV鋼鐵公司的鍍鋅生產(chǎn)線上投入實(shí)際運(yùn)行。iS-2000系統(tǒng)主要研究了以下問(wèn)題。(1)微小的、低對(duì)比度的缺陷檢測(cè)靈敏度的提高。iS-2000系統(tǒng)探索了從光學(xué)信號(hào)傳感系統(tǒng)、視頻信號(hào)接口部件、數(shù)字圖象預(yù)處理部件到軟件算法的全面解決方案,使系統(tǒng)的橫縱向檢測(cè)精度達(dá)到0.23mm×0.70mm。(2)缺陷自動(dòng)分類器的設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)地分析和綜合現(xiàn)有的基于規(guī)則的分類器技術(shù)和各種自學(xué)習(xí)分類器設(shè)計(jì)技術(shù)(ANN,KNN,RCE等),提出了一個(gè)實(shí)用的自動(dòng)分類系統(tǒng)iLearn,如圖2所示。其中,分類表1直接利用了某些簡(jiǎn)單類型缺陷的先驗(yàn)分類知識(shí),分類表2可使用人工設(shè)計(jì)的早期分類器,分類表3則用于對(duì)已粗分類缺陷所隸屬的子類別進(jìn)行精確調(diào)整,自學(xué)習(xí)的分類器部分利用離線訓(xùn)練所獲得的知識(shí)給出缺陷類別的模糊置信度,通過(guò)調(diào)整置信度閾值,可以防止對(duì)于新缺陷類型發(fā)生誤分類。iLearn系統(tǒng)運(yùn)行于一個(gè)專用處理器之上,可以保證在全軋制速度下實(shí)時(shí)地完成分類任務(wù)。4檢測(cè)分辨率與靈敏度在圖象處理中的部分帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究工作提出了許多問(wèn)題需要解決,關(guān)鍵的部分如:①檢測(cè)分辨率與靈敏度;②高速數(shù)據(jù)采集;③模式識(shí)別與圖象處理(PRIP)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu);④分類器系統(tǒng)等。4.1cd攝象機(jī)相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)如何有效地提高對(duì)帶鋼表面微細(xì)的、低對(duì)比度的缺陷類型的檢測(cè)靈敏度,國(guó)外學(xué)者的研究工作中有許多方面值得借鑒:①采用了兩種不同的檢測(cè)光路配置形式,其一是將CCD攝象機(jī)設(shè)置于明域及暗域交界處,其二是在明域及暗域各設(shè)置一臺(tái)攝象機(jī),雙機(jī)同步工作并相互匹配,研究結(jié)果表明后者效果較為明顯;②提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度,統(tǒng)一考慮ADC的精度與采樣速率、數(shù)字處理部件的運(yùn)算能力及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等多方面因素;③在A/D變換單元內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)增益校正(AGC),并將數(shù)據(jù)規(guī)格化器盡量前移至CCD攝象機(jī)內(nèi)部;④針對(duì)主要感興趣的缺陷類型分別研究專門的閾值化方法并予以綜合運(yùn)用,是現(xiàn)階段較為可行的缺陷目標(biāo)檢出技術(shù)。此外還應(yīng)對(duì)以下方面給予足夠的重視:(1)目前CCD攝象機(jī)的檢測(cè)光路普遍采用“扇束”(Fan-beam)形式,而更為優(yōu)化的檢測(cè)光路應(yīng)采用遠(yuǎn)心光路(Telecentric)形式,如圖3所示。在遠(yuǎn)心光路中,由于攝象機(jī)的焦平面與帶鋼表面重合,有可能進(jìn)一步提高檢測(cè)的靈敏度;(2)根據(jù)微弱信號(hào)檢測(cè)理論,研究檢測(cè)系統(tǒng)中電噪聲的統(tǒng)計(jì)特征及其通過(guò)電路響應(yīng),探索基于Weiner線性濾波理論的信號(hào)波形恢復(fù)和噪聲中微弱信號(hào)的判決及參量估計(jì)方法,還需注意低噪聲前置放大器的選用和電路CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題。4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品在構(gòu)成超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí),數(shù)據(jù)采集部件的關(guān)鍵器件(ADC、SHA等)的指標(biāo)直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的通過(guò)速率,對(duì)A/D的要求主要包括采樣速率和位數(shù)。采樣速率主要由信號(hào)帶寬決定,同時(shí)必須考慮到采樣后系統(tǒng)處理的能力,以及現(xiàn)有A/D的速度。A/D的位數(shù)必須滿足一定的動(dòng)態(tài)范圍要求,以及數(shù)字部分處理精度的要求。對(duì)于運(yùn)動(dòng)帶鋼表面圖象高速采集這一類高端應(yīng)用場(chǎng)合,目前可供選擇的模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品包括閃爍ADC(FlashADC)和流水線ADC(PipelinedADC),其中,前者適用于很高采樣速率和低分辨率場(chǎng)合(可達(dá)500MSPS/8bit),后者的采樣速率略低(低于200MSPS),但分辨率較高(已有16bit器件)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,流水線ADC應(yīng)是較為理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。目前,已開(kāi)發(fā)出CIS圖象傳感器(ContactImageSensors),商品化的CMOS圖像傳感器及單片CMOS模擬前端(AnalogFront-End)等產(chǎn)品。隨著其采樣速率、分辨率和處理精度的逐步提高,必將對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)在線檢測(cè)技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。4.3面向特定應(yīng)用的專用機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別是A/D變換后要完成的處理工作,包括預(yù)處理、增強(qiáng)、分割、描述和自動(dòng)分類,是系統(tǒng)數(shù)字處理運(yùn)算量最大的部分,也是制約系統(tǒng)運(yùn)算性能的瓶頸。因此必須設(shè)計(jì)PRIP專用并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。RPIP專用機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常重要,它包括①系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu);②圖象處理并行算法及其專用語(yǔ)言。面向特定應(yīng)用的專用機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)所必須遵循的原則是:從研究面向應(yīng)用的并行算法開(kāi)始,確定計(jì)算模型,然后設(shè)計(jì)或選擇合適的程序語(yǔ)言,變換應(yīng)用和算法為設(shè)計(jì)模型,最后有效地實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)來(lái)作為軟件和硬件的支持。同時(shí),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮以下關(guān)鍵問(wèn)題:簡(jiǎn)單與規(guī)則的設(shè)計(jì),并行性和通迅問(wèn)題,計(jì)算與I/O平衡問(wèn)題,PRIP智能化及與圖象管理數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合等?？煽紤]混合型視覺(jué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖4所示。低層視覺(jué)處理模塊的任務(wù)是通過(guò)輸入和輸出查找表以及高速DSP器件完成數(shù)字信號(hào)預(yù)處理任務(wù);中層處理模塊主要完成快速分割和描述的任務(wù);高層視覺(jué)處理模塊執(zhí)行基于知識(shí)的推理,完成對(duì)圖像目標(biāo)的識(shí)別和分類,并負(fù)責(zé)與圖象數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互。4.4缺陷分類器系統(tǒng)高準(zhǔn)確性的實(shí)時(shí)缺陷分類器是目前帶鋼自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一。缺陷分類器的設(shè)計(jì)必須綜合考慮如下因素。(1)模糊而不精確的處理目前在鋼鐵生產(chǎn)廠商和用戶中通用的缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)主觀因素判定,具有模糊而不確切的特點(diǎn),無(wú)法直接應(yīng)用于計(jì)算機(jī)處理過(guò)程。因此,應(yīng)統(tǒng)一原有的定性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則并進(jìn)行定量描述和數(shù)字化處理,方可提供缺陷自動(dòng)分類器使用。(2)缺陷樣本采集困難無(wú)論是基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)意義下的樹(shù)分類器還是先進(jìn)的自學(xué)習(xí)分類器的設(shè)計(jì),都需要針對(duì)每種待分類的缺陷類型提供足夠、大量的缺陷樣本以進(jìn)行分類器的參數(shù)優(yōu)化和訓(xùn)練學(xué)習(xí)之用。然而由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的惡劣,造成樣本采集難度較大,根本無(wú)法提供充足的缺陷樣本。同時(shí),對(duì)于發(fā)生概率較低和由于生產(chǎn)工藝調(diào)整所隨機(jī)產(chǎn)生的新缺陷種類,其樣本的搜集都將是異常困難的。(3)分類器性能較差,容易造成訓(xùn)練難以落實(shí)的情況理論研究表明,最優(yōu)的分類器設(shè)計(jì)必須基于貝葉斯估計(jì)方法,然而由于該方法的計(jì)算負(fù)荷相對(duì)較大,導(dǎo)致其未能在需要進(jìn)行實(shí)時(shí)分類的場(chǎng)合得以實(shí)用。因此,轉(zhuǎn)向采用自學(xué)習(xí)的分類器(如ANN,KNN,RCE等)以期提高性能。但其存在如下缺點(diǎn):所需要的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練樣本數(shù)量巨大;實(shí)時(shí)性能較差,若采用專用硬件實(shí)現(xiàn),成本較高;某些分類器可能對(duì)于未經(jīng)訓(xùn)練的樣本產(chǎn)生不可預(yù)計(jì)的結(jié)果;利用先驗(yàn)規(guī)則和專家知識(shí)的能力不足。因此,將樹(shù)分類器的實(shí)時(shí)計(jì)算能力和自學(xué)習(xí)分類器的柔性特點(diǎn)相結(jié)合,已成為今后缺陷自動(dòng)分類器研究的方向之一。4.5檢測(cè)信息宏觀方面目前所開(kāi)發(fā)的各種檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)共性的問(wèn)題就是:人機(jī)交互系統(tǒng)的可操作性和易維護(hù)性較差,系統(tǒng)提供給操作者的檢測(cè)信息模糊不清,物理概念不明確,使得檢測(cè)員無(wú)法作出準(zhǔn)確的判斷;人機(jī)交互方式復(fù)雜,接口界面簡(jiǎn)單、粗糙,缺乏有效的數(shù)據(jù)操作功能;缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和調(diào)整要求檢測(cè)員具有專門的理論知識(shí),并且實(shí)現(xiàn)過(guò)程繁雜,不宜掌握。這些均須在系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善過(guò)程中得到解決。4.6聲及高速運(yùn)行帶鋼的控制措施帶鋼生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件下的高溫、粉塵、水蒸氣、振動(dòng)、電氣噪聲及高速運(yùn)行的帶鋼可能對(duì)前端檢測(cè)裝置造成物理性損傷等因素,必須有效地加以控制。這是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)從原理樣機(jī)向生產(chǎn)實(shí)用轉(zhuǎn)化和不斷升級(jí)過(guò)程中所必須優(yōu)先考慮的問(wèn)題。5自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)面向金屬工業(yè)中表面檢測(cè)任務(wù)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已發(fā)展成為可在制造過(guò)程中及時(shí)提供反饋信息以分析、控制和保證表面質(zhì)量的有效的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。新型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)建立完善的軋制全過(guò)程表面質(zhì)量(缺陷)傳遞數(shù)學(xué)模型并提供全過(guò)程表面質(zhì)量的跟蹤信息反饋,必將在帶鋼計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)中扮演十分重要的角色。(1)隨著新型高精度的圖象傳感器件、檢測(cè)系統(tǒng)光學(xué)器件以及高采樣速率、高動(dòng)態(tài)范圍的A/D轉(zhuǎn)換器件的研制成功并在帶鋼表面自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中逐步得以應(yīng)用,新型缺陷檢測(cè)系統(tǒng)將可提供比現(xiàn)有系統(tǒng)更高的檢測(cè)分辨率和靈敏度,從而使得檢測(cè)更為精細(xì)的缺陷成為可能。(2)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(DSP)、VLSI工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)和并行處理技術(shù)的飛速發(fā)展,將有可能提供檢測(cè)系統(tǒng)所須的并行、實(shí)時(shí)的計(jì)算體系結(jié)構(gòu)作為海量數(shù)字圖象處理的硬件平臺(tái)。同時(shí),設(shè)計(jì)具有更高并行性能的算法及開(kāi)發(fā)并行圖象處理專用語(yǔ)言將成為下一代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的核心技術(shù)問(wèn)題之一。(3)具有更高性能的缺陷分類器應(yīng)能同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和高準(zhǔn)確性的實(shí)用要求?？尚械难芯客緩绞怯行У厝诤蟼鹘y(tǒng)的樹(shù)分類器和先進(jìn)的自學(xué)習(xí)分類器的優(yōu)點(diǎn),從而克服各自的不足,并針對(duì)特定的應(yīng)用背景,在某些性能指標(biāo)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼壑?。同時(shí),為