高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法技术

本发明专利技术涉及高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法，先沿铸坯拉速方向上扫描高温铸坯横向方向表面距离，测量铸坯运行方向上及横向方向上距离二维点阵；再将距离二维点阵转换为距离点阵ＨＳＢ二维图，最后对ＨＳＢ二维图进行图像处理，识别表面缺陷的形态并量化计算缺陷深度。本发明专利技术可有效抑制非缺陷但呈缺陷形态的氧化铁皮的干扰，实现９５０℃以上热状态下连铸坯表面缺陷形态及深度的在线检测，并对整体高温铸坯表面缺陷进行质量评估。本发明专利技术对提高高温铸坯表面缺陷检测的自动化水平、降低生产成本、提高连铸坯直接轧制和热送热装率具有重要意义；同时对开发连铸坯质量预报系统及改进连铸过程工艺、提高铸坯质量具有重要的指导作用。

On line nondestructive testing method for surface defect and depth of high temperature continuous casting slab

The present invention relates to a nondestructive detection method of high-temperature continuous casting blank surface defect form and depth online, first along the casting speed direction scanning high temperature billet surface distance measurement of transverse direction, slab running direction and transverse direction from the two-dimensional lattice; then the distance is converted to two-dimensional lattice distance matrix HSB two-dimensional maps, finally to 2D HSB map image processing, morphological and quantitative recognition of surface defect defect depth calculation. The invention can effectively suppress the interference of iron oxide defects but is non defect shape, to achieve more than 950 DEG C under thermal state on-line detection of billet surface defect form and depth, and the overall high temperature surface defect of billet quality evaluation. The invention to improve the detection of surface defects of cast billet high automation level, reduce the production cost and improve the continuous casting direct rolling and hot charging rate is of great significance to the improvement of the continuous casting process; at the same time and process to improve the guiding role of the billet quality has important quality forecasting system for continuous casting billet.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金领域，尤其涉及高温连铸坯表面缺陷在线无损量化检测方 法，同时也涉及到高速钢轨、带钢等表面缺陷形态及深度在线检测。本专利技术对 实现布满非缺陷的氧化铁皮的铸坯表面缺陷在线检测与质量评估控制，提高高 温铸坯表面缺陷检测的自动化水平和铸坯热送热装及直接轧制率具有重要意 义。
技术介绍
高温铸坯热送热装及直接轧制(CC-DR)工艺是一项系统性新技术，这一 技术使炼钢-连铸-热轧生产一体化，其优点直接体现在节省加热能源、降低 氧化烧损、提高加热炉生产能力和产品质量、縮短生产周期、降低生产成本。 实现高温铸坯热送热装及直接轧制的支撑技术包括许多方面，除了无缺陷连 铸坯的生产技术、高温连铸坯的生产技术、过程保温及补热、均热技术、适 应不同铸坯热履历的轧制技术、炼钢-轧钢一体化生产管理技术等方面外，还 包括高温铸坯表面在线无损探伤技术。高温铸坯表面在线无损探伤技术就是 在热状态下(95(TC以上)在线检测铸坯表面及近表面的缺陷，实现这一技术 能实时管理铸坯质量，避免缺陷铸坯毫无意义的继续深加工，实现高质量坯 的热送热轧。虽然连铸技术仍在不断改进，但连铸坯特别是连铸板坯存在的表面缺陷 仍难以避免。目前，国内外钢厂对95(TC以上高温铸坯表面缺陷的检测，主要 依靠人工目测手段定性判断铸坯的表面质量。对高温铸坯近表面缺陷的检测， 主要采用先将铸坯冷却至低温，然后人工火焰清理或抽检酸洗的方法。采用 人工目测法，其缺点是检测的准确率受人工经验制约，且手段落后、自动化无法实现热态下 缺陷连铸坯的在线剔除和高质量坯的热送热轧。现有的高温铸坯表面缺陷在线无损检测技术包括光学、超声和涡流等多 种探伤方法的实验研究。涡流检测技术的最大优点是能实现表面及近表面缺 陷的检测，但受趋肤效应及提离效应的影响，电涡流和超声波检测方法准确 度差，受氧化铁皮和振痕影响大，且无法实现表面及近表面缺陷形态的检测。 常规的光学检测法在高温铸坯表面缺陷形态检测方面存在优势，但由于很难 辨识不是缺陷而呈现某种缺陷图像形态的鳞片状氧化铁皮，即使检测到了某 些尺寸比较大的缺陷，例如较宽的横向裂纹，但因无法检测缺陷的深度信息， 因此也无法对缺陷进行量化评估。迄今为止，国内外还没有一套能稳定、准 确、可靠的在线检测高温铸坯表面缺陷的方法或系统能实际地应用于连铸工 业生产线。
技术实现思路
针对现有检测技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种实现高温 铸坯表面缺陷形态和深度在线无损检测方法，并可视化重构高温铸坯表面缺 陷三维形貌并对整体表面质量进行量化评估。本方法可有效避免铸坯表面布 满呈缺陷形态而非缺陷的鳞片状氧化铁皮及振痕干扰，抑制高背景噪声干扰。本专利技术的目的是这样实现的高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检 测方法，其特征在于它包括以下步骤(1 )沿着高温铸坯横向方向上不同宽度位置安装多台激光干涉成像仪， 连续地对运动的高温铸坯横向方向进行干涉成像，融合不同宽度位置的干涉图 像，从而得到高温铸坯某一横向方向上距离一维点阵；(2)采集铸坯拉速信号，从而得到铸坯拉速方向上不同位置横向方向的 距离一维点阵，所有的距离一维点阵构成铸坯横向和拉速方向的距离二维点阵；(3) 对所获得的距离二维点阵的数据进行处理，转换为距离点阵HSB 二维图；(4) 再对距离点阵HSB 二维图进行图像处理，完成高温铸坯表面缺陷形 态及深度的在线测量。可以在铸坯横向正中间上方安装线阵CCD,用于摄制铸坯表面沿拉坯方向 上的铸坯表面图像，所述距离点阵HSB 二维图与线阵CCD摄制的铸坯表面图像 进行融合，通过ROI搜索算法获取距离点阵HSB二维图的ROI区，通过ROI特 征提取和模式识别，从而识别高温铸坯表面缺陷的形态并量化计算缺陷深度。所述第(3)步距离二维点阵转换为HSB二维图的方法为①先搜索距离 点阵中最大值和最小值；②将最小值和最大值之间的数按照比例归为0-255之 间的数值，得到256级灰度二维点阵数据；③将256级的二维点阵数据转换为 灰度图；④将灰度图转换为距离点阵HSB二维图。所述第(1)步距离一维点阵的获得方法为①在高温保护罩内安装激光 发射器，对铸坯横向上进行激光照射，从而在铸坯横向上形成一条激光光束； ②在上述高温保护罩内沿高温铸坯宽度方向上不同位置处安装铸坯表面缺陷 激光干涉成像仪，从被测铸坯表面返回的激光经过激光干涉成像仪，其输出干 涉条纹图，通过计算获得距离一维点阵。本专利技术可以有效抑制非缺陷但呈缺陷形态的氧化铁皮的干扰，实现高温 状态下连铸坯表面缺陷形态及深度的在线检测，可视化显示铸坯表面缺陷的 三维形貌，实现铸坯表面质量的数字化评估。本专利技术对提高高温铸坯表面缺 陷检测的自动化水平、降低生产成本、提高生产效率具有重要意义；同时对 开发连铸坯质量预报系统及改进连铸过程工艺、提高铸坯质量具有重要的指 导作用。本方法也适用于重轨、高速钢轨、热轧带钢和冷轧带钢等材料表面 缺陷的在线无损检测。附图说明图l-铸坯表面缺陷激光干涉成像测量示意图；图2-测量装置安装示意图；图3-信号采集与数据融合处理流程图。具体实施方式本思路为 一、通过测 量装置得到高温铸坯表面一定宽度区域铸坯表面距离测量装置的距离点阵； 二、若干不同宽度区域的距离点阵构成横向方向上的距离一维点阵，横向方向 上区域的数量由测量装置的扫描频率和测量装置安装数量决定；三、若干横向 方向上的距离一维点阵组合构成铸坯表面距离二维点阵；四、将距离二维点阵 转换为距离点阵HSB二维图；五、对距离点阵HSB二维图进行图像处理和ROI搜索，即可量化计算缺陷深度并识别高温铸坯表面缺陷的形态，给出高温铸坯 表面缺陷的形态及深度量化数据，并对整体高温铸坯表面缺陷进行质量评估。其具体的操作步骤为 (1 )沿着高温铸坯横向方向上不同宽度位置安装多台激光干涉成像仪， 连续地对运动的高温铸坯横向方向进行干涉成像，融合不同宽度位置的干涉图 像，从而得到高温铸坯某一横向方向上距离一维点阵；(2) 由于铸坯是不断运动的，因此只要采集铸坯拉速信号(铸坯拉速信 号的采集由脉冲发生器实现，脉冲发生器安装在拉矫辊上)，就可以得到铸坯 拉速(运行)方向上不同位置横向方向的距离一维点阵，所有的距离一维点阵 构成铸坯横向和拉速方向的距离二维点阵；(3) 对所获得的距离二维点阵的数据进行处理，转换为距离点阵HSB 二维图；(4) 再对距离点阵HSB 二维图进行图像处理，识别高温铸坯表面缺陷的 形态并量化计算缺陷深度。所述第(1)步距离一维点阵的获得方法为①在高温保护罩内安装激光 发射器，对铸坯横向上进行激光照射，从而在铸坯横向上形成一条激光光束；度方向上不同位置处安装铸坯表面缺陷 激光干涉成像仪，从被测铸坯表面返回的激光经过激光干涉成像仪，其输出干 涉条纹图，通过计算即可获得距离一维点阵。所述第(3)步距离二维点阵转换为HSB二维图的方法为①先搜索距离 点阵中最大值和最小值；②将最小值和最大值之间的数按照比例归为0-255之 间的数值，得到256级灰度二维点阵数据；③将256级的二维点阵数据转换为 灰度图；④将灰度图转换为HSB二维图。进一步地，可以在铸坯横向正中间安装线阵CCD，用于摄制铸坯表面沿拉 坯方向上的铸坯表面图像。所述距离点阵HS本文档来自技高网...

【技术保护点】
高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：　（１）沿着高温铸坯横向方向上不同宽度位置安装多台激光干涉成像仪，连续地对运动的高温铸坯横向方向进行干涉成像，融合不同宽度位置的干涉图像，从而得到高温铸坯某一横 向方向上距离一维点阵；　（２）采集铸坯拉速信号，从而得到铸坯拉速方向上不同位置横向方向的距离一维点阵，所有的距离一维点阵构成铸坯横向和拉速方向的距离二维点阵；　（３）对所获得的距离二维点阵的数据进行处理，转换为距离点阵ＨＳＢ二维 图；　（４）再对距离点阵ＨＳＢ二维图进行图像处理，完成高温铸坯表面缺陷形态及深度的在线测量。

【技术特征摘要】
1、高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法，其特征在于它包括以下步骤(1)沿着高温铸坯横向方向上不同宽度位置安装多台激光干涉成像仪，连续地对运动的高温铸坯横向方向进行干涉成像，融合不同宽度位置的干涉图像，从而得到高温铸坯某一横向方向上距离一维点阵；(2)采集铸坯拉速信号，从而得到铸坯拉速方向上不同位置横向方向的距离一维点阵，所有的距离一维点阵构成铸坯横向和拉速方向的距离二维点阵；(3)对所获得的距离二维点阵的数据进行处理，转换为距离点阵HSB二维图；(4)再对距离点阵HSB二维图进行图像处理，完成高温铸坯表面缺陷形态及深度的在线测量。2、 根据权利要求1所述的高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测 方法，其特征在于在铸坯横向正中间上方安装线阵CCD，用于摄制铸坯表面 沿拉坯方向上的铸坯表面图像，所述距离点阵HSB 二维图与线阵CCD摄制的铸 坯表面图像进行融合，通过ROI搜索算法获取距离点阵HSB 二维图的ROI区， 通过ROI特征提取和模式识别，从而识别高温铸坯表面缺陷的形态并量...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳奇，陈登福，赵和明，温良英，张兴兰，赵立明，张健，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[]