[发明专利]连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及高温连铸坯表面缺陷形态及深度在线无损量化检测方法，同时也可运用到带钢、重轨、高速钢轨表面缺陷检测及三维表面形貌的精确检测。

背景技术

连铸坯热送-直轧(CC-DR)是综合了炼钢、连铸和轧钢等方面的最新技术而迅速发展起来的一项冶金工艺技术。它具有大量节能、提高成才率、缩短生产周期等许多优点。目前，虽然连铸技术仍在不断改进，但连铸坯上存在的表面裂纹等缺陷仍难以完全避免。为了保证炼钢、连铸、轧钢能按照生产计划进行生产，保证整个生产流程的节奏均衡，就必须进行在线无损检测，在热态下及时发现铸坯上的缺陷以便及时处理，从而避免毫无意义的继续加工。目前，国内外钢厂对铸坯表面缺陷的检测，主要依靠人工目测和离线测量手段定性判断铸坯的表面缺陷情况；对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、自动化程度低、工作强度大；火焰清理或抽检酸洗法因为造成能量资源的巨大浪费导致成本高、生产率低、自动化程度低、工作强度大。这二种方法都无法实现铸坯表面缺陷的在线精确的量化检测和质量评估。

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，受氧化铁皮和缺陷影响大，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，但由于很难辨识本身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，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、可靠的高温铸坯表面缺陷在线检测系统能应用于连铸工业生产线。

发明内容

针对现有检测技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种连铸热坯表面缺陷形态及深度在线无损检测方法，本方法可有效避免铸坯表面呈缺陷形态而非缺陷的鳞片状氧化铁皮及水膜等伪缺陷的干扰，实现高温铸坯表面缺陷二维形态及三维形貌的量化检测。

本发明的目的是这样实现的：连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，它包括以下步骤：

1)在高温连铸坯上方安装线形激光发射器，按一定的发射角度对铸坯横向进行激光照射，从而在铸坯横向上产生一条(窄的)激光线束；

2)由面阵CCD图像传感器扫描所述激光线束，面阵CCD图像传感器扫描方向同时与高温连铸坯表面和激光线束垂直；

3)提取扫描的激光线束上所代表的缺陷深度信息，该深度信息与横向不同的位置信息对应，从而得到连铸热坯上与所述激光线束对应的区域不同横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵；

4)将所述一维距离点阵映射为不同灰度级的灰度图像；

5)根据连铸热坯拉速信息(该拉速信息由脉冲发生器完成，脉冲发生器安装在连铸坯拉矫辊上)确定面阵CCD图像传感器扫描频率，由此得到沿拉速方向上热坯不同横向位置的灰度图像，拼接所有灰度图像，从而得到含有整个热坯表面二维距离点阵信息的整体灰度图像，完成铸坯表面及表面缺陷激光扫描成像及缺陷形态和深度的量化检测；

6)通过图像处理算法对整体灰度图像所代表的铸坯表面缺陷进行识别并重构高温铸坯表面三维形貌图，从而实现铸坯表面缺陷形态及深度的在线检测。

在面阵CCD图像传感器镜头前加装有特定波长带通滤色片，以阻止连铸热坯红光辐射通过而仅使激光线形通过；也可以通过设定面阵CCD图像传感器快门时间，使在该快门时间下仅使高能量的激光线形被捕获而漏掉其它光线。

所述第4)步一维距离点阵映射为灰度图的方法为：①先搜索一维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之间的自然数值，得到256级灰度一维点阵数据；③将256级的一维点阵数据映射为灰度图。

本发明可以有效抑制不是缺陷但呈缺陷形态的高温铸坯表面鳞片状氧化铁皮及水膜的干扰，避免这些伪缺陷对检测精度的影响，有效分割背景图像，准确地识别缺陷目标图像，并实现缺陷深度的量化检测，从而实现高温状态下连铸坯表面缺陷形态及深度的同时在线检测。本发明能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。