針對(duì)高速螺紋鋼表面缺陷檢測技術(shù)難題的研究報(bào)告

摘 要：針對(duì)高速螺紋鋼表面缺陷檢測技術(shù)難題，對(duì)螺紋鋼表面尺寸的視覺檢測方法進(jìn)行研究。針對(duì)螺紋鋼外形結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)雜的特點(diǎn)，通過對(duì)螺紋鋼的側(cè)面圖像進(jìn)行分析，獲得其邊緣圖像后，提出了基于投影重心的亞像素邊界定位方法，獲得螺紋鋼橫肋高及內(nèi)徑的尺寸。通過分析螺紋鋼的正面圖像，獲得其邊緣圖像后進(jìn)行垂直投影，求出螺紋鋼縱肋高度；在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)重心遍歷，結(jié)合輪廓跟蹤處理，計(jì)算出橫肋與軸線夾角；結(jié)合與夾角的幾何關(guān)系，計(jì)算得出螺紋鋼橫肋間距、橫肋頂寬的尺寸。獲取的螺紋鋼表面結(jié)構(gòu)尺寸為其缺陷檢測奠定了基礎(chǔ)。

螺紋鋼作為現(xiàn)代化生產(chǎn)中重要的工業(yè)材料，在建筑、機(jī)械、交通、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。其表面橫肋、縱肋的相關(guān)尺寸如果不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，將被視為尺寸缺陷，其產(chǎn)品肯定就是不合格的。隨著市場對(duì)螺紋鋼表面的質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)的人工離線測量的方法已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)線的要求，因此，各種非接觸的、無損傷的檢測方法得到了越來越多的開發(fā)和利用[1]。目前，廣泛使用的表面缺陷檢測技術(shù)有渦流、 超聲波、漏磁和磁粉等檢測方法[2]。這些檢測方法在螺紋鋼表面的尺寸缺陷檢測方面有很大的局限性，其存在檢測精度不足，直觀性差等缺點(diǎn)。因此，為了提高檢測精度，滿足不同尺寸的螺紋鋼的要求，螺紋鋼表面尺寸缺陷檢測應(yīng)用更加精確、智能的機(jī)器視覺表面檢測系統(tǒng)[3,4]。

根據(jù)螺紋鋼尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)的要求（GB 1499.2-2007），需要對(duì)螺紋鋼橫肋高及內(nèi)徑、縱肋高度、橫肋與軸線夾角、橫肋間距和橫肋頂寬6個(gè)尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

為了獲得橫肋、縱肋全部的尺寸信息，在螺紋鋼成像時(shí)需要分別獲得螺紋鋼側(cè)面和正面的圖像，且獲取的圖像范圍寬于螺紋鋼直徑。 要計(jì)算螺紋鋼表面尺寸，檢測螺紋鋼表面尺寸缺陷，首先要把螺紋鋼從背景中分割出來[5]，然后在螺紋鋼范圍內(nèi)對(duì)表面尺寸進(jìn)行計(jì)算求出。螺紋鋼外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要測量的參數(shù)較多，其主要的外形尺寸有9個(gè)（如圖1所示），包括螺紋鋼橫肋高度、螺紋鋼內(nèi)徑、縱肋高度、橫肋與軸線夾角、橫肋間距、橫肋頂寬、縱肋頂寬、縱肋斜角和橫肋斜角。為了便于計(jì)算各參數(shù)，需要對(duì)螺紋鋼的側(cè)面和正面圖像進(jìn)行聯(lián)合處理[6,7]。

圖1 螺紋鋼的部分外形尺寸

基于以上情形，對(duì)復(fù)雜光照條件下螺紋鋼缺陷圖像的檢測方法進(jìn)行研究。在獲得螺紋鋼側(cè)面、正面圖像后，先對(duì)螺紋鋼側(cè)面圖像進(jìn)行處理，計(jì)算出螺紋鋼橫肋高及內(nèi)徑的值；再對(duì)螺紋鋼正面圖像進(jìn)行處理，得出螺紋鋼縱肋高度、橫肋與軸線夾角、橫肋間距、橫肋頂寬的值；從而為螺紋鋼表面尺寸缺陷的機(jī)器視覺檢測奠定了基礎(chǔ)。

1 螺紋鋼側(cè)面圖像處理

圖2 螺紋鋼部分側(cè)面處理圖像

從側(cè)面圖像2(a)中可以看出，由于其橫肋的均勻分布，二值化后的圖像邊緣呈現(xiàn)細(xì)小的鋸齒狀（如圖2(b)所示）。鋸齒頂部由橫肋頂部構(gòu)成，而鋸齒底部為螺紋鋼的內(nèi)徑邊緣。因此，要求橫肋的高和螺紋鋼的內(nèi)徑，首先要精確定位鋸齒狀的邊緣。由于涉及到定位問題，在求取邊緣時(shí)精確性就很重要，因此，在二值化之前，首先對(duì)原始圖像進(jìn)行中值濾波，剔除邊界噪聲，再使用OTSU進(jìn)行分割。邊緣的獲取選擇了效果較好的Sobel算子，但是Sobel算子形成的邊緣較粗，定位性不好，還需要對(duì)其進(jìn)行細(xì)化（如圖2(c)所示），以更能反映邊緣位置信息。圖2(d)是細(xì)化后的邊緣定位情況，可以看出其能比較準(zhǔn)確的反映邊緣橫肋的分布情況。

螺紋鋼的邊緣圖像獲得以后，下一步就是進(jìn)行肋高和內(nèi)徑計(jì)算。一般說來，內(nèi)徑就是兩條細(xì)化邊緣的內(nèi)側(cè)最近距離，而橫肋高就是邊緣的橫向?qū)挾?。但是，由于?shù)字圖像離散化后的精度缺失以及噪聲的影響，其邊緣鋸齒并不是等高的，如果直接遍歷橫向?qū)挾热菀仔纬烧`差。鑒于此，本文提出了基于投影重心的亞像素邊界定位方法。