一种基于嵌入式技术的在线带钢表面缺陷检测系统的制作方法

本发明涉及钢铁轧制，具体涉及一种基于嵌入式技术的热轧、酸轧、冷轧等在线带钢表面缺陷检测系统。

背景技术：

1、随着钢铁生产线自动化程度不断提高，传统的人工检测方式存在诸多问题，如效率低下、易出错、耗时长等，且已无法满足生产线高速运转、实时检测的需要。因此，基于计算机视觉技术的智能化检测设备应运而生。

2、计算机视觉技术作为一种应用广泛的技术，其发展迅速，已经在多个领域得到了广泛应用。在带钢表面缺陷检测领域，计算机视觉技术可以通过数字信号处理、图像分析、模式识别等方式实现智能化检测，有效地提高检测准确率和效率。但大部分机器视觉依赖于大型化的工控机，主要是因为早期的机器视觉算法和处理技术较为复杂，需要更大的计算资源来处理图像采集、图像处理和分析等任务。这给在有限的现场空间上进行项目实施带来了一定的限制，同时工控机高功耗以及系统的欠稳定性也是一种弊端。

3、因此现有技术需要一种高集成化、小型化、低功耗、高稳定性的嵌入式系统来代替工控机系统满足现场需求，同时这种设备要具备高算力以满足生产线高速运转、实时检测的需求，还要具备丰富的对外接口以满足实时与外部系统通讯的需要。然而嵌入式系统的开发需要突破一定的技术难点，比如需要进行优化的编程和算法设计，充分利用有限的计算能力、存储容量；需要根据系统功能的需求自行配置不同的软件运行环境，解决各种兼容性问题；充分考虑针对不同的外部接口需要进行适配和驱动程序的开发；需要确保在外部复杂的环境下正常运行，并具备故障检测和恢复机制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种基于嵌入式技术的在线带钢表面缺陷检测系统，该系统利用嵌入式计算机小型化、低功耗、高稳定性等特点，解决用户现场空间不足以及适应复杂的生产环境的问题，其具有的高稳定性和丰富的对外接口非常有利于现场自动化水平提高和高质量的发展；其具有的实时性、稳定性和高效性等特点，能够取代传统的视觉检测方式，成为钢铁生产线中必不可少的智能化检测设备。

2、为解决上述技术问题，本发明的内容包括：

3、一种基于嵌入式技术的在线带钢表面缺陷检测系统，包括产线速度采集器、嵌入式数据处理装置、工业线阵相机、数据存储装置以及数据展示和统计装置；所述产线速度采集器用于采集产线运行速率，并将采集到的产线运行速率转换成脉冲信号后发送给嵌入式数据处理装置，所述嵌入式数据处理装置收到脉冲信号后，触发工业线阵相机，所述工业线阵相机以与产线速率相匹配的采集速率，对钢铁轧制过程中带钢的上下表面图像进行采集，并将采集到图像发送给嵌入式数据处理装置；所述嵌入式数据处理装置对采集到的带钢表面图像进行图像压缩、缺陷检出和缺陷分类处理，并将处理后得到的压缩后图像、缺陷检出图像以及缺陷信息经发送给数据存储装置，数据存储装置根据不同的数据类型选用对应的存储格式对接收到的数据进行存储；所述数据展示和统计装置对从数据存储装置中获取的数据进行展示和统计分析。

4、进一步的，所述产线速度采集器为旋转编码器，其安装于产线上用于控制输送带钢速度的主动轴上，该主动轴转动时带动旋转编码器同步转动。

5、进一步的，所述嵌入式数据处理装置包括脉冲信号分配模块、camera link图像采集模块、图像处理模块和数据传输模块；所述产线速度采集器产生的脉冲信号发送给脉冲信号分配模块，脉冲信号分配模块将该脉冲信号同频一分为二，再发送给camera link图像采集模块，camera link图像采集模块触发工业线阵相机，实现同步采集两路图像数据；工业线阵相机将采集到的带钢表面图像发送给camera link图像采集模块，再由camera link图像采集模块将采集到的带钢表面图像发送给图像处理模块；所述图像处理模块对采集到的带钢表面图像进行图像压缩、缺陷检出和缺陷分类处理，并将处理后得到的压缩后图像、缺陷检出图像以及缺陷信息经数据传输模块发送给数据存储装置。

6、进一步的，所述图像处理模块对图像的处理包括图像压缩处理、缺陷检出处理和缺陷分类处理；所述图像压缩处理采用gstreamer技术框架，使用x264视频编码器元素将采集到的带钢表面图像压缩成jpg格式，得到压缩后的图像；所述缺陷检出处理是对采集到的带钢表面图像依次进行图像预处理、特征提取、图像分割和图像裁剪，得到缺陷检出图像；所述缺陷分类处理是对缺陷检出处理得到的缺陷检出图像按照预先训练好的分类模型进行缺陷的分类，得到缺陷信息。

7、进一步的，所述缺陷信息为缺陷图像的特征信息，包括缺陷的大小、缺陷的位置坐标和缺陷的分类。

8、进一步的，所述图像预处理包括对图像进行去噪、滤波和增强；所述特征提取包括从预处理后的图像中提取纹理和形状，所述图像分割是基于阈值化和边缘检测将图像中的缺陷区域分割出来，图像裁剪是在缺陷区域周围添加一定的边框，按照缺陷大小的矩形进行裁剪，形成单独的图像数据。

9、进一步的，所述数据传输模块的数据传输过程采用grpc远程过程调用框架，数据传输模块作为grpc的客户端，数据存储装置中配备了grpc的服务端，数据传输模块向服务端发起请求，把压缩后的图像、缺陷检出的图像、缺陷信息推送给服务端。

10、进一步的，所述工业线阵相机采用8k线阵相机，采用行触发的方式，对产线中的带钢以像素为单位一行一行采集，当采集1024行像素时形成一帧图像再传输至camera link图像采集模块。

11、进一步的，所述数据存储装置为存储服务器，该服务器中配备了lmdb数据库和mysql数据库，lmdb数据库用于存储压缩后的图像和缺陷检出的图像，mysql数据库用于以建立多个表的形式存储缺陷信息数据。

12、进一步的，所述数据展示和统计装置包括缺陷实时展示模块、检测结果数据报表模块和历史数据查询模块；所述缺陷实时展示模块还与生产二级系统相连，用于获取带钢的钢卷信息；所述缺陷实时展示模块包括两部分展示，第一部分为图像的连续刷新，模拟现场带钢传输过程；第二部分为缺陷信息报表式展示；所述检测结果数据报表模块用于对缺陷的检测结果进行查询和分析；所述历史数据查询模块用于添加历史钢卷列表、查询历史已检测钢卷列表并进行加载、对加载到历史钢卷列表中的钢卷数据进行展示以及统计已加载钢卷纵向方向上缺陷的数量趋势。

13、本发明的有益效果是：

14、1）实时性更高：由于采用了嵌入式技术，使得检测系统能够实时进行数据采集、处理和分析，可以快速响应缺陷信号，提高检测的及时性。

15、2）准确性更高：基于嵌入式技术的检测系统具有强大的信号处理能力，能够对信号进行高效、准确的处理和分析，从而实现更精准的缺陷检测，减少误判率。

16、3）自动化程度更高：采用了嵌入式技术后，检测系统可以实现自动化运行，无需人工干预，提高了生产效率和稳定性。

17、4）系统成本更低：与传统的离线检测方式相比，嵌入式检测系统所需的设备、材料、人力等资源成本更低，更加经济实用。