四、主要攻关内容及技术路线.docVIP

PAGE  PAGE 44 多色宽幅钢板表面缺陷在线检测技术的研究 可行性研究报告 渤海船舶重工有限责任公司 2006年9月8日 项目摘要 在船舶制造过程中，毛坯钢板经过除锈与喷漆工序后，在进入切割工序之前须对钢板表面质量进行检测，分拣出不合格的钢板，进行特殊处理，分拣出合格的钢板进入下一道工序。为此，公司为提高造船流程的效率，降低生产成本，降低工人劳动强度，特开展了多色宽幅钢板表面缺陷在线检测技术的研究。该项目主要研究研究基于CCD高速成像，并采用新的图像处理和模式识别方法与技术将图像分为背景和目标两类，即将目标图谱进行分解，消除多色背景对目标识别的影响，提高缺陷识别率和识别速度。该项目所采用的关键技术较多，全部掌握后，将具有独立的知识产权，其相关产品市场竞争能力很强，且再生产成本低、技术含量高、产品市场规模大，产业化风险较小。 二、项目提出的目的及意义 在船舶制造过程中，需要使用大量不同颜色的钢板板材，而板材表面质量优劣程度不仅影响船体表面的美观，而且最终影响船舶的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳强度等性能。船用钢板具有规格多（长、宽、厚变化频繁）、颜色丰富（近十种颜色）等特点，其缺陷一般包含麻点、剥落、结疤、表皮分层、裂纹、刻痕和气孔等。 目前，世界上发达国家的造船企业对多色钢板表面质量进行在线测量与控制，并在生产中取得了实际应用。而国内造船企业一直沿用人工目视抽检的方法进行表面缺陷检测，并通过概率计算并参考检验员的经验数据得到钢板的综合质量评估，这种方法具有以下突出的缺点： 速度慢，检测双面时操作复杂，不能满足生产线对检测速度的要求； 抽检率低，易漏检，不能真实地反映板材的缺陷状况，给后道工序的正常进行造成障碍，有可能导致整批加工件重加工，甚至报废； 检测结果的一致性差，不同检验人员、不同光线条件起检验结果不同，造成检测的置信度低； 检测环境恶劣（噪声污染、粉尘以及油漆中的苯类挥发物，对检验员人身损害较大，从而分散检验人员的注意力，造成检测结果差错。 目前，钢板表面缺陷检测技术多采用机器视觉检测法，但由于船用多色钢板经打砂和喷漆工序处理后，导致图像背景复杂、反光率极低、信噪比小、缺陷目标小且形态差别大等缺点，采用经典的阈值分割技术，如类间方差法、最大熵法、最小误差法等，只能处理目标和背景的比例较大、信噪比较高的图像，但不能有效地将钢板表面缺陷目标分割出来。从现有的技术水平看，现有图像处理和模式识别技术尚无法提供解决复杂的多色宽幅钢板表面缺陷在线识别问题所需技术手段。 我国在宽幅多色船用钢板表面缺陷在线识别技术的研究方面尚未开展，整体水平较低。国内单位如华中理工大学和哈尔滨工业大学已开展了单色带钢表面缺陷离线静态检测，其识别率低，尚无法用于工业现场生产，更无法用于船用钢板表面缺陷在线检测。因此，研究适合于船用多色钢板表面缺陷在线识别新技术，对于推动检测技术和造船技术的发展具有十分重要的意义。 三、与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析 近年来，西方发达国家的主要造船企业和自动化检测设备供应商均充分认识到船用多色钢板表面在线检测系统在未来国际市场竞争中重要作用，都投入了大量的资金加紧船用钢板在线检测技术的研究工作，其中基于图像识别表面缺陷在线检测技术已成为当前该领域研究的主流方向。 依托该项目开发出的缺陷检测设备可应用于钢铁行业、造船业、飞机制造业等，该设备国内市场容量达数千套，国际市场容量在几十万台以上，因此国内与国际市场规模巨大。当市场培育成熟，相关成像器件的成本会越来越低，其在产品中所占比重较小，因此效益非常显著，并可为我公司形成一个具有国际竞争力的缺陷检测设备产品。 四、主要攻关内容及技术路线 1、船用钢板表面缺陷检测方法基本原理及相关技术内容 对于单色钢板表面自动检测性的研究始于六十年代，其检测方法可分为传统无损检测法和机器视觉检测法两大类。其中传统无损检测又可分为电涡流法、漏磁法、红外测温传感器法，这些方法测量速度慢、分辨力低，无法满足船用钢板对检测系统性能的要求。机器视觉检测法又可分为基于激光扫描机器视觉缺陷检测技术和基于CCD成像缺陷检测技术，这两种方法各有优缺点。基于激光扫描机器视觉缺陷检测技术的特点是可检测缺陷的大小和深度信息，检测缺陷深度精度高，且检测速度慢、造价高；基于CCD成像缺陷检测技术特点是检测缺陷大小的精度高，检测精度可根据需要做调整，但无法检测缺陷的深度信息，且具有检测速度快、测量范围宽和价格低等特点。 基于激光扫描机器视觉缺陷检测技术 70年代中期日本川崎公司开始研制镀锡板的在线检测装置，先后采用了斜交激光扫描系统和平行激光扫描系统对钢板表面缺陷进行检测，并针对特定缺陷的信号进行相关技术分析。1988年美国Sick光电子公司研制成功了带钢激光扫描检测装置，并对图像进行处理，可以检