基于多传感器融合技术的高温铸坯表面缺陷可靠检测

高温铸坯表面缺陷在线检测对降低生产成本、提高铸坯的热送热装和直接轧制率具有重要意义。本课题通过实验测定高温铸坯表面氧化铁皮、铸坯表面本身、缺陷、水膜等表面物的光谱辐射和光敏特性，研究确定铸坯表面物最佳成像的CCD响应光谱、滤波片中心波长及照明光路。采用激光相移干涉CCD成像方法，解决缺陷的深度测量及铸坯表面鳞片状氧化铁皮引起的背景高噪声干扰问题；采用陶瓷型电涡流阵列探测器对近表面缺陷检测进行正逆向问题研究，量化检测高温铸坯近表面缺陷；为了提高检测系统的可靠性及评估表面质量，先提取各自图像的ROI区，然后针对ROI区分别采用主成分分析、小波变换和多光谱算术组合方式进行融合处理，对融合后的ROI图像进行形态学重构分水岭分割，确定最佳的融合及分割算法，有效提取缺陷目标图像并计算缺陷二维及三维尺寸，实现缺陷的三维形貌重构。本项目研究成果为开发高温铸坯表面缺陷无损探伤装置提供理论基础和技术支撑。

高温铸坯表面在线无损探伤技术就是在热状态下在线检测铸坯表面及近表面的缺陷，实现这一技术能实时管理铸坯质量，避免缺陷铸坯毫无意义的继续深加工，实现高质量高温铸坯的热送热装或者直接轧制。课题组经过三年研究，在以下几个方面取得了研究成果。. （1）确定了高温铸坯表面物辐射光谱特性。采用可见光光谱仪及红外光谱仪，测试了高温铸坯表面物，包括高温铸坯本体、氧化铁皮、缺陷、水膜等物质的光谱辐射特性，为理论设计非接触机器视觉测量系统的电子耦合器件（CCD）响应光谱、滤光片及辅助光源波长等参数设计提供了实验数据及理论依据。. （2）高温连铸坯宏观缺陷及缺陷深度的激光干涉条纹成像。传统的CCD辐射测量，因为表面氧化铁皮、水模及高温等条件的限制，误检率高。为此，项目组开展了系列激光扫描成像及缺陷重构理论及实验研究，提出了连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，实现了高温铸坯表面缺陷形态及深度在线无损检测。该方法能有效抑制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，能有效分割背景图像，准确地识别缺陷目标图像，并实现了缺陷深度的量化检测,该方法在检测理论上创新性提出了海量距离点阵的二维HSB表征模型。探索性研究了高温物体表面正弦激光光栅投影检测方法，建立了基于表面温度、拉速为反馈信号的激光光栅投影及面阵CCD成像光路理论计算模型。确定了成像系统CCD内部固定参数及可变外部参数标定模型。研究了不同拉速条件下激光光栅相位计算及控制方法，以获取运动连铸坯表面相移条纹图。建立了连铸坯表面激光光栅相位、相点与表面点三维坐标之间的映射关系，实现了高温连铸坯表面的三维形貌重构。. （3）高温连铸坯近表面缺陷的在线检测方法研究。针对高温连铸坯近表面的缺陷，开展了系列电涡流探伤检测、电磁超声检测及激光电磁超声方法研究。研究了检测线圈输出信号在激励方式、提离距离、温度、表面缺陷的响应规律，为了进一步优化及探索高温条件下的连铸坯近表面缺陷的可靠检测，与英国沃里克大学超声波研究中心进行国际交流合作，开展了系列高温条件下，连铸坯近表面缺陷的电磁超声无损检测、激光电磁超声无损检测理论及实验研究。