摘要：通过介绍表面质量检测系统的功能和工作原理来探讨表面质量检测系统。从表面检测系统的应用深度上，讨论表面检测系统的快速性、有效性以及实时性，将铝板带材表面存在的缺陷反馈给生产人员，使得产品的表面质量能够得到及时、完整的把控；随着5G网络及高速存储智能数字化的不断进步，从纵向角度，应用表面检测系统的归类，合并大数据网络信息化，利用铝卷材表面质量信息，追溯导致表面缺陷的缘由，及时反馈到生产和工艺中，对相关的生产参数进行及早地调整和干预，对生产排查计划进行及时调整，防止质量问题发生。
　　关键词：表面检测；辨识器；缺陷库
　　随着铝板带材生产线的先进化及铝板带材的应用领域扩张，对铝板带材的表面质量要求越来越高，各个生产厂家不仅通过改进生产设备，更是从辅助设备应用着手来进一步提高产品质量，增强自身竞争力，表面质量检测系统也因此得到广泛的应用。
　　1表面质量检测系统在热轧线和精整清洗线中的应用
　　由Gognex提供的SmartView metals系统分别应用在两台先进生产线1+3热精轧线和精整清洗线的出料处，分别对产品的源头和终端把严表面质量关。1+3热精轧线主要功能是将熔铸生产的400~650mm的扁铸锭压延到2.1~8mm厚度卷材铝板带。生产出来的铝卷温度至少在260℃以上，铝卷的表面质量如果没有表面质量检测系统，靠人工只能等到卷温下降后才能进行检查确认。而在等待过后，有可能出现停产或质量达不到标准，从生产效率和成本上都要付出很大的代价，同时人工检测无法系统性地对整个长度无死角地进行检测。因此在线的表面质量检测系统变得不可或缺。精整清洗线作为精整设备即铝卷产品的最后一道工序，主要生产高端PS板和罐体盖料等，其对带材的表面质量要求尤为高。实时、完整、系统的在线的表面检测系统也给产品的表面质量检测带来了极大的帮助［1-2］。
　　2表面质量检测系统工作原理和功能描述
　　表面检查系统采用了高速行扫描CCD相机和高频发射LED光源，光源经过特殊工艺装置进行聚光处理，光源强度有要求。系统的主要工作原理是利用光的反射原理，带材在经过建张辊，光源聚光打在卷材绕过的建张辊包角处，形成一条平整的线条光亮带，并反射到CCD相机处，相机和光源形成一个角度，当带材表面正常光滑平整，反射到CCD相机上的光的强度与带材表面有缺陷的强度不一样，这种用灰度值和亮度值来体现，生产运行中的卷材经过建张辊，卷材的表面情况在相机行扫描后传送到处理器，使得在表检服务器运行的检测画面上是不断通过的带材表面画面，根据灰度值和亮度值体现到带材表面画面，相机接收到光的强弱反馈到处理器，使得处理器上形成灰度值亮度值不一的带材显现到画面上，根据缺陷库缺陷特征，反馈到的灰度值组合的缺陷进行分类，并标识出来，缺陷标识上均有相应的备注名称，方便质检人员及时发现缺陷［3］。
　　对表面要求比较严格的机列线，安装有明视场和暗视场，明视场在检测到缺陷的时候，反射光强度比正常表面的弱，而暗视场在检测到缺陷的时候比正常表面反射的光强度强，因缺陷的形成机理和观测角度的不同发现的缺陷类型不同，利用明暗场的特性，能更全面的找准带材表面的缺陷。具体表面检测原理图如图1所示。
　　SmartView Metals系统在配置上提供了高分辨率模拟值转数字化，使得传送过程视觉图片的失真，以及现场的信号干扰可能导致信号的误判，有效精准地反馈带材表面的真实情况。
　　SmartView Metals系统是Cognex实用经验丰富的行扫描技术和先进的照明光源的完美结合。其主要由以下六部分组成，如图2所示。
　　（1）光源及其支架。
　　（2）相机及相机梁。
　　（3）编码器及建张辊。
　　（4）缺陷的检测、识别的处理器。
　　（5）缺陷的分析、分类和可视化及缺陷数据库的服务器。
　　（6）缺陷数据汇报及可视化客户机。

3结构配置描述
　　3.1同步性
　　表检系统通过建张辊和编码器、光源梁、相机梁形成立体水平结构的组合，来达到带材板面宽幅方向上的同步性，在一个带材板面宽幅上各有3~5台相机同时工作，可以有上下表面检测，也有单表面明暗场检测，不同需求的场合组合均可实现。但每个相机与相机之间必须有同步性，使得检测到的缺陷是由同一水平方向多台相机组合而成，没有错动的使得缺陷变形或收集的信息不准，错误报缺陷等问题。在同步性上各个相机的处理器的处理速度必须完全一致，在该系统中采用第一个相机为主机，其他相机跟随同步的方式，而服务器采用高速运转CPU使得对每台的处理器发送的扫描数据同步，且同时进行线转面成图，进行缺陷提取分析汇总，上置可视化汇报给到生产或质检［4］。
　　在设计各个相机和光源及建张辊同平行，同步性专门有一套标定系统。采用标准的标定纸或标定尺来实现。首先，需要调整相机梁宽度上照射在建张辊带材的包角切线位置，且操作侧和传动侧是一个水平，而后在这个水平处用水平仪射出一条光亮细线，在光亮细线上贴上标定尺，根据相机数量，和两点确定一条直线的原理，标定尺对应每个相机都有两个小黑点，每个小黑点内各有个针头大小的小白点，在固定贴好标定尺后，用相机配置系统下，利用相机的线扫描功能，对每台相机进行粗调标定，使得每个相机都能找到相应的小黑点，在找到小黑点的基础上，再将每台相机进行微调，仔细找到每个小黑点里的小白点，在线曲线上凹下部分为小黑点，在凹下横线上凸起一个小尖牙则表示小白点找到。每个小白点都找到后，则相机的同一水平就都找准，该方法有效精准，且相机检测卷材表面的角度也能确定。这样大部分的缺陷都能被检测到，而一些非常细微的小缺陷需要再进一步的微调。
　　3.2自动化程度高
　　该系统在一级采用光缆高速通讯方式，在二级上采用高速1000M速率的TCP/IP通讯，利用与卷材主机列系统与可视化汇报系统实时通讯，实现卷材生产即可自动启动检测系统进行检测，生产结束，就可停止检测系统，生产速度和检测速度同步由高速编码器测速实现，生产的米数实时性达到。在每个卷材生产中，通过二级系统传送当前卷材生产数据规格及信息，在可视画面上显示，便于操作手和质检员比对数据，系统也将对检测过程的数据以当前卷的卷号命名文件进行存储，便于后续的缺陷追踪。在每个存储的数据中的缺陷都有对应卷材的具体位置，及形貌特征。这不仅可以展示给人员检查，也能汇总缺陷和特征到数据库，便于对卷材的判级，还能对卷材缺陷库大数据的建立数据创建条件。该系统也是采用最常规的SQL数据库，为后期大数据创建的兼容性带来了方便。
　　3.3精准性
　　该系统的主要辨识器中包含有多个次要辨识器（个别辨识器），针对各次要辨识器的结果，及随机取样的结果来进行分析，分辨率高达96.98%，部分未检出主要存在在现有的缺陷库中缺乏该类缺陷的特征辨识和归类，这个在后期使用过程，随着特殊缺陷的频次增多后，收集到足够的形貌特征，新增好辨识器后，将会得到提高，随着使用的经验不断增加，分辨率的精准度将可以不断地逼近百分百。准确地定位缺陷的位置或在线检测后杜绝缺陷的再次产生，可以降低人工成本，减少剥皮检测量，既减轻人工工作量，也减少铝卷损耗。
　　3.4高效性
　　相机采用焦距范围为50mm的高速行扫描智能相机。该相机对铝板带表面进行连续的线扫描，每秒高达2万行的信号跟踪。分辨的准确率高达0.2×0.2mm。在目前铝加工行业中的高速运行的生产线上足够满足需求。采用特殊影像处理器IPB板将信号进行预处理，采用傅里叶变换，对信号降噪，调整图像的亮度和对比度，边缘锐化和平滑滤波。通过采用高效自动的信号处理，表检系统可以实现背景过滤和边缘锐化处理，如建张辊的边部和带材的边部的分界点，对非卷材部分辊面为背景色自动过滤处理，界定好检测卷材的两个边部，防止把辊面缺陷作为带材缺陷误入到缺陷报告中，且随着生产过程，卷材与辊面的不断接触，辊面颜色与带材的表面颜色的接近，表检系统也能非常高效的区分，这主要是因为连续缺陷检测提供了至少两种以上的算法，如水平阈值和基线阈值。而从相机接收光亮强度的信号转换到处理器数字信号，再到服务器灰度值和亮度值的体现，进行缺陷辨识器的判定出卷材表面的具体缺陷，全过程一般在毫秒级，个别情况最多需要50ms，这样才能保证真正的实时检测［5］。
　　3.5智能化
　　该系统自带有铝行业较全面的缺陷库，这使系统现场的适应性非常强，在运行过程中，通过图片处理后，即可对同类型缺陷进行界定。在系统中，根据现场生产过程中遇到的新缺陷类型，质检员可以在缺陷样本库中不断新增样本，在不断地优化中，系统则会自学习，对形貌接近的归类。在每个卷材的报告中均有详实的缺陷报告，包含最为关注的头尾、操作侧、传动侧、中心线以及主要缺陷分布带，整卷每个位置形貌也是包含在内。使得现场的使用更加准确和方便。
　　从熔铸、铣面、热轧、冷轧到精整各个工序，铝加工全流程中，每个工序对下游工序的影响都至关重要，环环相扣，影响铝板带材表面质量的原因复杂多样。依托现在流行的大数据平台，研究人员设计了表检集控中心，利用高速存取功能，设计大容量、兼容性强，主要以某司20几台表检底层数据库展开创建，将来源分散、格式多样的数据进行整合、存储和关联，并进行统一梳理，使成品卷具备一个身份证，而后追根溯源在各道工序的质量性能特点，根据大数据的缺陷形貌记录，质检人员从批量卷材中找到同规格、同工艺的共同规律，并找出个别差异，更能快速便捷地确认工艺的合理性，及时地优化工艺，或人工介入。
　　4总结
　　企业的稳健发展，质量起着决定性作用，在铝加工未来的发展中，表面检测系统对提质增效方面越来越显著，表面质量报告将成为产品合格证的其中一部分。而表检的稳定、高效、智能化也将是各表检生产商的重点研发。在5G时代，大数据的平台和视觉功能的普及和精准性，也将会给表检系统的性价比提供更好的基础，对表检的适应性带来更多的可实现条件。在铝加工行业中，还有很大部分高速运转及环境恶劣的设备更亟待有表检系统，来对产品的质量的把控，减轻人员的工作负担和减少安全风险等，这也将会给表检带来更多研发意义和发展前景。
　　参考文献
　　［1］张晓琳，余威，曹来福，等.基于大数据平台的表面缺陷分析系统功能的实现［J］.科技与创新，2020（10）：139-140.
　　［2］张福义，王科峰，郭瀚明，等.鞍钢自主研发表检与进口表检在冷轧生产中的应用对比［C］//中国金属学会.第十三届中国钢铁年会论文集—4.轧制与热处理.鞍山钢铁集团有限公司冷轧四分厂生产作业区，2022：4.
　　［3］王林，于洋，倪有金，等.表检系统在冷轧板表面线性缺陷检测中的应用［J］.中国冶金，2022，32（9）：105-112.
　　［4］杨国义，张悦.Cognex表面检测设备缺陷样本库的创建途径与技巧［J］.武钢技术，2017，55（1）：43-49.
　　［5］施超群.铝板带表面缺陷智能检测技术的应用［J］.科技创新与应用，2013（21）：41.