一种不锈钢卷材外观检测装置的制作方法

1.本发明实施例涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种不锈钢卷材外观检测装置。


背景技术：

2.卷材主要是指直径5-9mm的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢。大多通过卷线机卷成盘卷供应，也称盘条或盘圆。线材主要用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工(如拨丝，制订等)原料。由此，线材的外观是否平整，或者是否存在缺陷对结构件的加工有着至关重要的影响。因此，在卷材形成过程中，需要对卷材的外观进行检测。
3.目前，不锈钢卷材的外观检测存在以下难点：无法对卷材进行全部检测。由于不锈钢卷材生产好后，会盘成卷材，只能对卷材的外漏的一部分进行抽检，卷在内部的绝大部分卷材无法检测。同时目前检测主要由人工检测，检测准确性、一致性以及检测效率都比较低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种不锈钢卷材外观检测装置，以实现在不锈钢卷材生成过程中就对不锈钢卷材进行缺陷检测，并同时可以对不锈钢卷材的各类缺陷进行检测。
5.为实现上述目的，本发明实施例提出了一种不锈钢卷材外观检测装置，包括：
6.线扫成像系统和面阵成像系统，所述线扫成像系统和所述面阵成像系统依次位于待检测不锈钢卷材随传送带运动的路径上；所述线扫成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第一类缺陷；所述面阵成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第二类缺陷，其中，所述待检测不锈钢卷材成型之后随传送带运动至卷材设备出口进行卷材，所述第一类缺陷与所述第二类缺陷不同。
7.根据本发明的一个实施例，所述线扫成像系统包括：多级照明光源、线扫相机和控制器；
8.所述线扫相机的光轴方向与第一方向呈第一夹角，多级所述照明光源中各所述照明光源依次与所述第一方向远离，各所述照明光源的光束出射方向与所述第一方向的夹角依次为第二夹角至第n夹角；其中，所述第二夹角至所述第n夹角依次增大，所述第一方向为垂直于所述待检测不锈钢卷材表面的方向，n为正整数，n大于2；
9.所述控制器用于控制多级所述照明光源依次交替点亮，并控制所述线扫相机在多级所述照明光源中其中一个光源点亮时，对所述待检测不锈钢卷材表面进行图像采集。
10.根据本发明的一个实施例，多级照明光源包括：第一光源和第二光源；
11.所述第一光源的光束出射方向与所述第一方向呈第二夹角，所述第二光源的光束出射方向与所述第一方向呈第三夹角，其中，所述第二夹角小于所述第三夹角；
12.所述控制器用于控制所述第一光源和所述第二光源交替亮灭；并控制所述线扫相机在所述第一光源点亮时对所述待检测不锈钢卷材表面进行图像采集，以及在所述第二光源点亮时对所述待检测不锈钢卷材表面进行图像采集。
13.根据本发明的一个实施例，所述第一夹角的范围为9
°
至11
°
，所述第二夹角的范围为10
°
至12
°
，所述第三夹角的范围为15
°
至30
°
。
14.根据本发明的一个实施例，所述面阵成像系统包括：面阵相机、面光源和条纹光栅；
15.在所述面光源的光束出射方向上设置有条纹光栅，经过所述条纹光栅的光束入射至所述待检测不锈钢卷材的表面，经过所述待检测不锈钢卷材的表面反射之后，入射至所述面阵相机，所述面阵相机对所述待检测不锈钢卷材的表面进行图像采集。
16.根据本发明的一个实施例，所述面阵相机的光轴与所述第一方向平行，所述第一方向为垂直于所述待检测不锈钢卷材的表面的方向；还包括半透半反镜；
17.所述面光源的光束出射方向与所述第一方向垂直，所述面光源出射的光束经过所述条纹光栅之后，再经过所述半透半反镜反射至所述待检测不锈钢卷材的表面，经所述待检测不锈钢卷材的表面反射后，经所述半透半反镜透射入射至所述面阵相机。
18.根据本发明的一个实施例，所述面阵相机的光轴与所述第一方向的夹角，与所述面光源光束出射的方向与所述第一方向的夹角相同且大于0
°
，所述第一方向为垂直于所述待检测不锈钢卷材的表面的方向。
19.根据本发明的一个实施例，所述条纹光栅为黑白条纹光栅。
20.根据本发明的一个实施例，所述线扫相机的分辨率为4k或8k或16k中的其中一种。
21.根据本发明的一个实施例，所述面阵相机的分辨率为29m或65m或101m或151m中的其中一种。
22.根据本发明实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置，包括：线扫成像系统和面阵成像系统，所述线扫成像系统和所述面阵成像系统依次位于待检测不锈钢卷材随传送带运动的路径上；所述线扫成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第一类缺陷；所述面阵成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第二类缺陷，其中，所述待检测不锈钢卷材成型之后随传送带运动至卷材设备出口进行卷材，所述第一类缺陷与所述第二类缺陷不同。以实现在不锈钢卷材生成过程中就对不锈钢卷材进行缺陷检测，可适用于在线及离线检测，并同时可以对不锈钢卷材的各类缺陷进行检测，提升了检测效率以及检测的准确性。
附图说明
23.图1是本发明实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置的结构示意图；
24.图2是本发明一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中线扫成像系统的光路原理图；
25.图3是本发明一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统的光路原理图；
26.图4是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统的光路原理图；
27.图5是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统中条纹光栅的结构示意图；
28.图6是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统中成像细节示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
30.图1是本发明实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置的结构示意图。如图1所示，该不锈钢卷材外观检测装置100，包括：
31.线扫成像系统200和面阵成像系统300，线扫成像系统200和面阵成像系统300依次位于待检测不锈钢卷材400随传送带500运动的路径上；线扫成像系统200用于检测待检测不锈钢卷材400上的第一类缺陷；面阵成像系统300用于检测待检测不锈钢卷材400上的第二类缺陷，其中，待检测不锈钢卷材400成型之后随传送带500运动至卷材设备出口进行卷材，第一类缺陷与第二类缺陷不同。
32.可以理解的是，待检测不锈钢卷材400在成型之后，随传送带500运动，运动的速度以及运动距离可以通过驱动电机的编码器信号控制，最后至卷材设备出口进行卷材，在待检测不锈钢卷材400随传送带500运动的路径上，依次布置线扫成像系统200和面阵成像系统300，其中，线扫成像系统200和面阵成像系统300可以沿待检测不锈钢卷材400运动的路径一前一后设置，具体哪个成像系统设置在前，哪个成像系统设置在后，本发明对此不作具体限制。
33.当待检测不锈钢卷材400随传送带500运动时，线扫成像系统200检测待检测不锈钢卷材400上的第一类缺陷，面阵成像系统300检测待检测不锈钢卷材400上的第二类缺陷。其中，第一类缺陷为划伤、凹凸点缺陷，待检测不锈钢卷材400的表面形变变化比较剧烈，第二类缺陷为压痕、折痕缺陷，待检测不锈钢卷材400的表面形变变化比较轻微。由此，在待检测不锈钢卷材400随传送带500运动时，不锈钢卷材外观检测装置100就对待检测不锈钢卷材400上的各种缺陷进行了检测，避免了只能由人工对不锈钢卷材的边缘部分进行抽检，提升了检测效率以及检测的准确性。
34.根据本发明的一个实施例，图2是本发明一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中线扫成像系统的光路原理图；如图2所示，线扫成像系统200包括：多级照明光源201、线扫相机202和控制器203；
35.线扫相机202的光轴方向与第一方向x呈第一夹角θ1，多级照明光源201中各照明光源依次与第一方向x远离，各照明光源201的光束出射方向与第一方向x的夹角依次为第二夹角至第n夹角；其中，第二夹角至第n夹角依次增大，第一方向x为垂直于待检测不锈钢卷材400表面的方向，n为正整数，n大于2；
36.控制器203用于控制多级照明光源201依次交替点亮，并控制线扫相机202在多级照明光源201中其中一个光源点亮时，对待检测不锈钢卷材400表面进行图像采集。
37.其中，多级照明光源201可以为二级、三级或者四级，二级照明光源即包括两个光源，三级照明光源即包括三个光源，四级照明光源即包括四个光源。当多级照明光源201包括四个光源时，第一光源、第二光源、第三光源和第四光源的光束出射的方向与第一方向x的夹角依次增大，也就是说，第一光源、第二光源、第三光源和第四光源依次远离第一方向x。多级照明光源201中的光源均为线光源。
38.举例来说，线扫相机202与第一方向x的夹角为第一夹角，第一光源与第一方向x的
夹角为第二夹角，第二光源与第一方向x的夹角为第三夹角，第三光源与第一方向x的夹角为第四夹角，第四光源与第一方向x的夹角为第五夹角，那么，第一夹角可以与第二夹角、第三夹角、第四夹角以及第五夹角中的任意一个夹角相同，此时与第一夹角相同的该光源则可以作为明场光源，其余三个光源作为暗场光源。
39.假如第三光源为明场光源，其余为暗场光源，那么控制器203可以先控制第一光源点亮，其余光源熄灭，线扫相机202采集一行待检测不锈钢卷材400表面图像，接着控制第二光源点亮，其余光源熄灭，线扫相机202再采集一行待检测不锈钢卷材400表面图像，接着控制第三光源点亮，其余光源熄灭，线扫相机202再采集一行待检测不锈钢卷材400表面图像，接着控制第四光源点亮，其余光源熄灭，线扫相机202再采集一行待检测不锈钢卷材400表面图像；在循环点亮第一光源至第四光源之后，线扫相机202获得了待检测不锈钢卷材400同一位置的四行表面图像。再依次循环点亮第一光源至第四光源，依次循环，线扫相机202可以获取待检测不锈钢卷材400表面的整幅图像。如此，通过四个光源的设置，设置了四个光场，通过线扫相机202获取的不锈钢卷材400表面的整幅图像，可以抽离出四个光场下不同的不锈钢卷材400表面的图像，进而可以根据四幅不同的图像去查找不锈钢卷材400表面的第一类缺陷。
40.在其他的实施例中，还可以多布置光源，实际中以第一类缺陷容易检出以及成本低廉考虑设置光源的数量。
41.根据本发明的一个优选的实施例，如图2所示，多级照明光源201包括：第一光源201a和第二光源201b；
42.第一光源201a的光束出射方向与第一方向x呈第二夹角θ2，第二光源201b的光束出射方向与第一方向x呈第三夹角θ3，其中，第二夹角θ2小于第三夹角θ3；
43.控制器203用于控制第一光源201a和第二光源201b交替亮灭；并控制线扫相机202在第一光源201a点亮时对待检测不锈钢卷材400表面进行图像采集，以及在第二光源201b点亮时对待检测不锈钢卷材400表面进行图像采集。
44.其中，第一夹角θ1的范围为9
°
至11
°
(优选为10
°
)，第二夹角θ2的范围为10
°
至12
°
(优选为11
°
)，第三夹角θ3的范围为15
°
至30
°
。
45.在该优选的实施例中，第一光源201a为明场光源，第二光源201b为暗场光源，控制器203通过第一光源201a和第二光源201b的交替亮灭，线扫相机202依次对待检测不锈钢卷材400表面进行成像。其成像的过程以及缺陷检测的过程与前一实施例中叙述相同，该实施例中不再赘述。当明场光源照亮时，可以检测凹陷缺陷，当暗场光源照亮时，可以检测凸起缺陷。
46.由此，通过线扫相机202可以识别待检测不锈钢卷材400在运动过程中的第一类缺陷。根据本发明的一个实施例，线扫相机的分辨率为4k或8k或16k中的其中一种。优选为8k分辨率。
47.根据本发明的一个实施例，图3是本发明一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统的光路原理图；如图3所示，面阵成像系统300包括：面阵相机301、面光源302和条纹光栅303；
48.在面光源302的光束出射方向上设置有条纹光栅303，经过条纹光栅303的光束入射至待检测不锈钢卷材400的表面，经过待检测不锈钢卷材400的表面反射之后，入射至面
阵相机301，面阵相机301对待检测不锈钢卷材400的表面进行图像采集。
49.需要说明的是，面光源302出射的光束经过条纹光栅303后形成条纹光源，如果该条纹光源入射至无缺陷的待检测不锈钢卷材400的表面，那么面阵相机301对待检测不锈钢卷材400的表面所成的像仍然是规则条纹，反之，如果该条纹光源入射至有缺陷(有折痕，表面形变轻微)的待检测不锈钢卷材400的表面，那么面阵相机301对待检测不锈钢卷材400的表面所成的像是不规则条纹或者发生变形的条纹。由此，通过面光源302、条纹光栅303和面阵相机301可以对待检测不锈钢卷材400的第二类缺陷进行检测。
50.根据本发明的一个实施例，如图3所示，面阵相机301的光轴与第一方向x的夹角，与面光源302光束出射的方向与第一方向x的夹角相同且大于0
°
，第一方向x为垂直于待检测不锈钢卷材400的表面的方向。
51.也就是说，面阵相机301与面光源302位于待检测不锈钢卷材400的表面的一侧，并且位于垂直于第一方向x的两侧，面光源302出射的光束直接入射至待检测不锈钢卷材400的表面，这样，未经过中间转换部件光能量不发生损失，面阵相机301获取的待检测不锈钢卷材400的表面的图像更加清晰。
52.根据本发明的一个实施例，图4是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统的光路原理图；如图4所示，面阵相机301的光轴与第一方向x平行，第一方向x为垂直于待检测不锈钢卷材400的表面的方向；还包括半透半反镜304；
53.面光源302的光束出射方向与第一方向x垂直，面光源302出射的光束经过条纹光栅303之后，再经过半透半反镜304反射至待检测不锈钢卷材400的表面，经待检测不锈钢卷材400的表面反射后，经半透半反镜304透射入射至面阵相机301。
54.需要说明的是，半透半反镜304可以为45度半透半反镜。
55.通过半透半反镜304的设置，面阵相机301的光轴与面光源302出射的光束经过条纹光栅303后入射至待检测不锈钢卷材400的光束同轴。
56.根据本发明的一个实施例，图5是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统中条纹光栅的结构示意图；如图5所示，条纹光栅303为黑白条纹光栅。其中，黑白条纹宽度均相同，可以为1mm。
57.根据本发明的一个实施例，面阵相机301的分辨率为29m或65m或101m或151m中的其中一种。
58.可以理解是，在如图3和图4所示的实施例中，图6是本发明另一个实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置中面阵成像系统中成像细节示意图，如图6所示，当待检测不锈钢卷材400的表面上有折痕时，该点的待检测不锈钢卷材400的表面相对于整张待检测不锈钢卷材400的水平面具有一个角度α，那么如果待检测不锈钢卷材400的表面无缺陷时，条纹在a点，此时，待检测不锈钢卷材400的表面有缺陷，并与水平面具有一个角度α，那么原先在a点的条纹不能成像，而由移动了2α的b点的条纹进行成像。
59.综上所述，根据本发明实施例提出的不锈钢卷材外观检测装置，包括：线扫成像系统和面阵成像系统，所述线扫成像系统和所述面阵成像系统依次位于待检测不锈钢卷材随传送带运动的路径上；所述线扫成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第一类缺陷；所述面阵成像系统用于检测所述待检测不锈钢卷材上的第二类缺陷，其中，所述待检测不锈钢卷材成型之后随传送带运动至卷材设备出口进行卷材，所述第一类缺陷与所述第二
类缺陷不同。以实现在不锈钢卷材生成过程中就对不锈钢卷材进行缺陷检测，可适用于在线及离线检测，并同时可以对不锈钢卷材的各类缺陷进行检测，提升了检测效率以及检测的准确性。
60.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。