一种硅酸钙板表面缺陷在线检测系统的制作方法

1.本发明涉及新材料技术和计算机科学领域，更具体的说，是涉及一种硅酸钙板表面缺陷在线检测系统。


背景技术：

2.硅酸钙板原料主要有水泥、纸浆、硅灰石及其它辅料，经过配料、混料、成型及蒸养等生产工序后，经过砂光机形成表面光滑成品硅酸钙板。硅酸钙板生产过程中会出现黑点、白点、凹坑、沙痕、横纹、未砂全、缺角、粘板、掉坯、裂纹、变形、鼓包、分层、起皮、鱼鳞纹等缺陷。目前缺陷检测都是采用人工检测的方式，现场质检、沙磨、切割的工作量不大，检测人员数量却比较多，约4-5人，工作时间长，噪音和强光等环境容易造成检测人员疲劳，易出错，导致产品质量、工作效率下降。另外，为了保证合格率还需要增加二次检验环节，这更延长了检测时间，增加了检测成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种硅酸钙板表面缺陷在线检测系统，采用工业视觉解决硅酸钙板表面缺陷在线检测问题，代替人工筛检，改善工作环境，减员增效。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
5.本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统，包括横向检测装置、纵向检测装置、数据处理子系统，所述横向检测装置和纵向检测装置分别安装于硅酸钙板生产线的横向输送辊道和纵向输送辊道上；所述横向检测装置包括沿板材运动方向依次设置的横向刷水装置、照明子系统、线阵工业相机；所述横向刷水装置设置两套，分别设置于横向输送辊道的两侧，用于对硅酸钙板上表面刷水；所述横向检测装置中的照明子系统和线阵工业相机均架设于横向输送辊道上方，二者设置于同一个横向遮光罩内，所述横向检测装置中的照明子系统用于向硅酸钙板上表面发射低角度平行光，所述线阵工业相机用于检测硅酸钙板整体表面缺陷以及横向侧微裂纹；所述纵向检测装置包括沿板材运动方向设置的纵向刷水装置、纵向遮光罩；所述纵向刷水装置设置两套，分别设置于纵向输送辊道的两侧，用于对硅酸钙板上表面刷水；所述纵向遮光罩设置两个，分别设置于纵向输送辊道的两侧，每个纵向遮光罩内均架设有位于板材上方的照明子系统和面阵工业相机，所述纵向检测装置中的照明子系统用于向硅酸钙板上表面侧边发射光线，所述面阵工业相机用于检测硅酸钙板的纵向侧边裂纹和缺角；所述数据处理子系统包括交换机、工控一体机、数据处理服务器，所述交换机分别与线阵工业相机、面阵工业相机、工控一体机、生产线dcs系统、数据处理服务器连接；所述工控一体机用于实现人机交互和检测结果呈现；所述数据处理服务器具有图像处理功能、数据统计分析功能、生产控制交互功能。
6.所述横向刷水装置和纵向刷水装置均包括沿板材运动方向设置的涂水装置和刮水装置，所述涂水装置和刮水装置通过支架固定于板材的上方，与支架之间均采用弹簧拉紧；所述涂水装置的涂水器采用工业海绵，所述刮水装置的刮板采用硅胶刮板。
7.所述横向检测装置的照明子系统由低角度斜射光源和控制器构成，所述低角度斜射光源沿垂直于板材运动方向通过支架均匀布置；所述纵向检测装置的照明子系统由光源和控制器构成，所述光源位于面阵工业相机下方。
8.所述横向检测装置中的横向遮光罩架设于横向输送辊道的两侧之间，刷水后的硅酸钙板进入横向遮光罩后，所述横向检测装置中的照明子系统和线阵工业相机先后对硅酸钙板上表面进行光线照射、拍照成像；所述纵向检测装置中的两个纵向遮光罩分别架设于纵向输送辊道的两侧，每个纵向遮光罩内的面阵工业相机和光源均通过支架固定于硅酸钙板侧边正上方，刷水后的硅酸钙板进入纵向遮光罩后，光源和面阵工业相机分别对硅酸钙板上表面边侧进行光线照射、拍照成像；所述横向遮光罩和纵向遮光罩内表面均进行刷黑处理。
9.所述横向检测装置的照明子系统和纵向检测装置的照明子系统均采用反射亮场的照明方案。
10.所述工控一体机实现的人机交互功能包括检测结果实时可视化功能、综合研判统计显示功能、持久历史记录查看功能、系统设置功能。
11.所述数据处理服务器采用gpu运算服务器，放置于控制室内；所述数据处理服务器的图像处理功能关于缺陷检测的核心算法是采用one-stage方式的目标检测网络模型来实现的；所述数据处理服务器的数据统计分析功能是指对图像处理结果进行综合研判并对历史数据进行持久存储的功能，对检测结果从“缺陷的类型”、“缺陷的位置”、
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缺陷程度”不同维度进行综合研判，继而对产品的质量进行评分，通过评分反馈被测板材的质量情况；所述数据处理服务器的生产控制交互功能是将检测结果通过opcua协议上报给生产线dcs系统，分为通过、人工修补、报废三类结果指令，生产线dcs系统收到指令后，发出驱动，驱动转运线剔除不合格的板材。
12.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：（1）本发明中布置横向刷水装置、纵向刷水装置，使用辊道驱动硅酸钙板，部分裂纹缺陷采用刷水显影方式，增加可识别度；（2）本发明布置与生产线上，板材的驱动保持原速度，相机拍摄辊道输送过来的板材，实现在线检测缺陷，获得检测结果后，再与生产线控制系统联动，完成实时筛分，工业设备不受环境客观、人主观条件影响，可胜任长时间、高负荷工作要求，采集的缺陷图像信息高效稳定，保证质检效果稳定可靠；（3）本发明采用服务器客户机架构，服务器性能能够支撑多条产线应用，数据云化存储，灾备安全性能高，可追溯，可分析，形成企业质检经验数据库，进而引领行业产品高质量发展。
附图说明
13.图1是本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统的在线布置示意图。
14.图2是本发明中横向检测装置示意图。
15.图3是本发明中纵向检测装置示意图。
16.图4是本发明中刷水装置示意图。
17.图5是工业相机及照明的布置示意图。
18.图6是综合研判流程图。
19.附图标记：1-硅酸钙板，2-横向刷水装置，3-横向输送辊道，4-线阵工业相机，5-低角度斜射光源，6-横向遮光罩，7-纵向刷水装置，8-纵向遮光罩，9-面阵工业相机，10-光源，11-刮水装置，12-涂水装置，13-纵向输送辊道，14-弹簧。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步的描述。
21.如图1所示，本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统，包括横向检测装置、纵向检测装置、数据处理子系统，所述横向检测装置和纵向检测装置分别安装于硅酸钙板生产线的横向输送辊道3和纵向输送辊道13上。
22.如图2所示，所述横向检测装置包括沿板材运动方向依次设置的横向刷水装置2、照明子系统、线阵工业相机4。所述横向刷水装置2设置两套，分别设置于横向输送辊道3的两侧，用于对硅酸钙板1上表面刷水。所述照明子系统和线阵工业相机4均架设于横向输送辊道3上方，二者设置于同一个横向遮光罩6内，该所述照明子系统用于向硅酸钙板1上表面发射低角度平行光，所述线阵工业相机4主要用于检测硅酸钙板1整体表面缺陷以及横向侧微裂纹。其中，所述照明子系统和线阵工业相机4的高度和角度均可以上下调节。
23.如图3所示，所述纵向检测装置包括沿板材运动方向设置的纵向刷水装置7、纵向遮光罩8。所述纵向刷水装置7设置两套，分别设置于纵向输送辊道13的两侧，用于对硅酸钙板1上表面刷水。所述纵向遮光罩8设置两个，分别设置于纵向输送辊道13的两侧，每个纵向遮光罩8内均架设有位于板材上方的照明子系统和面阵工业相机9，该所述照明子系统用于向硅酸钙板1上表面侧边发射光线，所述面阵工业相机9主要用于检测硅酸钙板1的纵向侧边裂纹和缺角。其中，所述照明子系统和面阵工业相机9的高度和角度均可以上下调节。
24.本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统在板材进口处安装有光电开关，与线阵工业相机4、面阵工业相机9及照明子系统直接连接，当激活时，触发拍照，避免相机空拍，节约系统资源。本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统中线阵工业相机4、面阵工业相机9均采用网线接口与其他子系统通讯。
25.在上述横向检测装置和纵向检测装置中，如图4所示，所述横向刷水装置2和纵向刷水装置7均包括沿板材运动方向设置的涂水装置12和刮水装置11，所述涂水装置12和刮水装置11通过支架固定于板材（即待检测的硅酸钙板1）的上方，与支架之间均采用弹簧14拉紧，无需调整高度就能够适配不同厚度板材产品。板材边缘的裂纹细小，在正常状态下很难显影，基于板材表面吸水速率不同的原理，边缘采用刷水办法，增强裂纹可识别度，所述涂水装置12的涂水器采用工业海绵，涂水均匀，所述刮水装置11的刮板采用硅胶刮板，去除多余未干水分，避免影响拍照识别。
26.在上述横向检测装置和纵向检测装置中，所述横向检测装置的照明子系统由低角度斜射光源5及其控制器构成，所述低角度斜射光源5沿垂直于板材运动方向通过支架均匀布置。所述纵向检测装置的照明子系统由光源10及其控制器构成，所述光源10位于面阵工
业相机9下方。目前板材待检测的缺陷分为表面颜色缺陷、微裂纹缺陷及表面纹理缺陷，其中表面颜色缺陷可通过正常照明方式予以区分，表面纹理缺陷可通过低角度平行光进行拍摄，如图5所示，所述横向检测装置的照明子系统和纵向检测装置的照明子系统均采用反射亮场（rbf，reflected bright field）的照明方案。正常的硅酸钙板纹理表面相对光滑，光线照射后漫反射光线较少，图像较亮；存在缺陷的纹理表面较为粗糙，光线照射后漫反射光线较多，图像较暗。
27.在上述横向检测装置和纵向检测装置中，所述横向检测装置中的横向遮光罩6架设于横向输送辊道3的两侧之间，刷水后的硅酸钙板1进入横向遮光罩6后，照明子系统和线阵工业相机4先后对硅酸钙板上表面进行光线照射、拍照成像。所述纵向检测装置中的两个纵向遮光罩8分别架设于纵向输送辊道13的两侧，每个纵向遮光罩8内的面阵工业相机9和光源10均通过支架固定于硅酸钙板1侧边正上方，刷水后的硅酸钙板1进入纵向遮光罩8后，光源10和面阵工业相机9分别对硅酸钙板1上表面边侧进行光线照射、拍照成像。所述横向遮光罩6和纵向遮光罩8内表面均进行刷黑处理，去除杂光及反射干扰。
28.如图2、图3所示，所述数据处理子系统主要包括交换机、工控一体机、数据处理服务器。所述交换机分别通过网线与线阵工业相机4、面阵工业相机9、工控一体机、生产线dcs系统连接。所述交换机通过光纤与数据处理服务器连接，考虑到图像传输和处理交互的实时性要求，交换机按照支持万兆带宽选型，完成图像数据、识别数据、控制数据的交换。所述工控一体机用于实现人机交互和检测结果呈现，横向检测装置和纵向检测装置共用一台工控一体机进行人机交互，布置于横向检测装置位置附近，工控一体机采用高防护等级和触摸屏操作方式，能够适应恶劣工业环境；所述工控一体机实现的人机交互功能主要包括检测结果实时可视化功能、综合研判统计显示功能、持久历史记录查看功能、系统设置功能。所述数据处理服务器采用gpu运算服务器，是整个系统的大脑，可以放置于远方控制室内，环境良好，运维方便。所述数据处理服务器主要实现图像处理功能、数据统计分析功能、生产控制交互功能，并且可集成多种应用，扩展方便。
29.一、图像处理功能本发明关于缺陷检测的核心算法是采用one-stage方式的目标检测网络模型来实现的。网络结构分为输入、提取、再加工、输出四个部分。其中：1）输入。该部分包括的处理过程有：数据增强：采用了4张图片，随机缩放、随机裁剪、随机排布的方式进行拼接。
30.自适应锚框计算：在算法中，针对不同的数据集，都会有初始设定长宽的锚框。在网络训练中，网络在初始锚框的基础上输出预测框，进而和真实框进行比对，计算两者差距，再反向更新，迭代网络参数。
31.自适应图片缩放：将原始图片统一缩放到一个标准尺寸，再送入检测网络中。
32.2）特征提取。该部分包含三部分：第一部分包括卷积层、归一化层和激活函数层, 卷积层是对样本图像上的每一小块像素区域进行处理，加强图像信息的连续性，使得模型可以学习到图像中的内容，加深模型对图像的理解；归一化层是把卷积层中的数值归一化到0到1之间或者-1到1之间，采用激活函数,可以很好的抑制最大值，提高模型的表达能力，使得模型的检测效果更佳。
33.第二部分是由通道注意力模块和空间注意力模块组成的，通道注意力是指不同的
通道捕捉不同的特征信息，同时找到哪个通道上有重要的特征信息，因为不是图像中所有的区域对任务的贡献都是同样重要的，只有任务相关的区域才是最重要的，所以空间注意力能找到图像中最重要的部位进行处理，所以既能关注物体的全局能力，又能关注物体的局部能力，同时也能让模型得到显著的提升。
34.第三部分将第一部分和第二部分结合，具有精简网络结构，减少计算量，减低模型的推理时间，同时又具有残差连接，能够更好的学习特征，可以有效的防止梯度消失或者是爆炸，同样也具备识别能力，能更好的学习其深度信息。
35.3）再加工。有多个特征提取模块和多个特征融合模块，多个特征融合模块输出的特征图的尺寸分别为输入的表面图像的尺寸的1/4、1/8、1/16、1/32，这样可以对小目标检测有一个显著的提高。
36.4）输出。在最后的输出端，对预测边框与实际标注边框进行对比，计算损失。根据检测框的置信度得分进行降序排序，选取分数最高的检测框a，分别计算检测框a与相邻检测框的重叠度，对大于阈值的检测框设置一个惩罚函数，降低这些检测框的置信度得分，重复这个过程，找到所有被保留下来的检测框二、数据统计分析功能数据统计分析功能是指对图像处理结果进行综合研判并对历史数据进行持久存储的功能，对检测结果从“缺陷的类型”、“缺陷的位置”、
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缺陷程度”等不同维度进行综合研判，继而对产品的质量进行评分，通过评分反馈被测板材的质量情况。通过这种方式，能够在一定程度上避免由于不同人对缺陷的认定保准不一致导致的误判或错判。如图6所示。其中参与评分的内容，由ai检测算法根据样本进行识别和判断，结果传递到加权环节，加权环节根据软件定义的加权评分参数，对缺陷检测进行加权处理，加权后由规则引擎进行最终评分，最终得到研判结果。
37.研判结果分数阈值可以人工该设定，通过设定不同分数区间，定义对应的处置方式。例如：[90-100]：通过[60-89]：可修复[0-59]：不可修复综合研判功能还能够根据产品类别不同，定义不同的规则引擎参数，通过工控一体机界面由人工进行定义。
[0038]
三、生产控制交互功能生产控制交互功能是将检测结果通过opcua协议上报给生产线dcs系统，分为通过、人工修补、报废三类结果指令，生产线dcs系统收到指令后，发出驱动，驱动转运线剔除不合格的板材。
[0039]
本发明硅酸钙板表面缺陷在线检测系统，设置在表面砂光后，主要检测生产过程中出现的黑点、白点、凹坑、沙痕、横纹、未砂全、缺角、粘板、掉坯、裂纹、变形、鼓包、分层、起皮、鱼鳞纹等缺陷。例如本发明的技术参数可如下：检测对象：硅酸钙板（长*宽*厚mm）3050*1220*6~20；检测周期：≤10s；板坯输送速度≤22 m/min；检测环境：运输过程中在线检测，检测设备安装在砂光后工段，工作环境中可能有
沙尘，板坯输送过程中会有颠簸，板坯振幅≤1mm。
[0040]
检测准确度：同比人工选板次品数偏差《5%。
[0041]
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。