СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОЛОСЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01N21/89 

Изобретение относится к оптико-электронным методам определения дефектов поверхности, например металлопроката, и может найти применение в прокатных цехах металлургического производства.

Известен способ выявления дефектов поверхности, заключающийся в том, что получают оптическую развертку изображения контролируемой поверхности, преобразуют развертку в видеосигнал, разделяют этот видеосигнал на множество отрезков, каждый из которых соответствует определенной зоне контролируемой поверхности, для каждого отрезка находят среднюю величину сигнала, сравнивают ее с текущим значением выходного видеосигнала и по результатам сравнения делают вывод о наличии или отсутствии дефектов в виде пиковых значений, превышающих усредненное значение выходного сигнала.

Известно устройство, содержащее формирователь оптической развертки изображения контролируемой поверхности, формирователь видеосигнала этой развертки, устройство усреднения сигнала отрезков развертки, соответствующих определенным зонам контролируемой поверхности, и устройство сравнения средней величины сигнала отрезка с текущим значением выходного сигнала. Указанные способ и устройство позволяют определять наличие дефектов поверхности по отношению амплитуды пика к средней величине на всех отрезках развертки, каждый из которых соответствует определенной зоне исследуемой поверхности.

Недостатком данного способа и устройства является невысокая достоверность выявления дефектов малых размеров, обусловленная уменьшением амплитуды видеосигнала за счет уменьшения коэффициента передачи модуляции на высоких пространственных частотах. При контроле дефектов малых размеров (точечная окалина, риски и др.) использование данного способа и устройства неэффективно.

Наиболее близким к изобретению является способ выявления дефектов движущейся поверхности, заключающийся в сканировании контролируемой поверхности линейным формирователем видеосигнала, получении усредненного значения сигнала нескольких строк для каждого элемента формирователя, обновляемого через некоторые промежутки времени, сравнении этой средней величины со значением видеосигнала, пришедшего с формирователя, и определении дефекта по результатам сравнения.

Известно также устройство, содержащее линейный формирователь видеосигнала, усреднитель сигнала нескольких строк для каждого элемента формирователя и устройство сравнения получаемой средней величины со значениями выходного сигнала формирователя видеосигнала.

Однако указанные способ и устройство имеют недостаточную достоверность выявления дефектов малых размеров, что обусловлено искажениями, описываемыми частотно-контрастной характеристикой формирователя видеосигнала (ФВС). Коэффициент передачи модуляции, представляющей домноженное на 100% отношение выходного сигнала ФВС фиксированной пространственной частоты к сигналу нулевой пространственной частоты, заметно снижается при переходе в область высоких пространственных частот. Таким образом, в рассмотренных способе и устройстве при сканировании объектов малой величины имеют место искажения выходного сигнала ФВС в виде уменьшения амплитуды выходного сигнала, а в случае их преобладания использование данного способа и устройства нецелесообразно.

Целью изобретения является повышение достоверности выявления дефектов малых размеров путем корректировки каждого значения видеосигнала.

Цель достигается тем, что при способе выявления дефектов движущейся поверхности, включающем построчное сканирование контролируемой поверхности и формирование видеосигнала, получение усредненного сигнала для каждого элемента формирователя, обновляемого периодически, сравнение значения этого сигнала с текущим значением видеосигнала формирователя и определение дефектов по результатам сравнения, дополнительно все текущие значения видеосигнала запоминают на время периода строчной развертки, в каждом периоде строчной развертки диапазон значений видеосигнала от черного до белого фона разбивают на равные по величине участки, суммируют количество отсчетов видеосигнала в пределах указанных участков, полученным суммам ставят в соответствие коэффициенты коррекции, причем для участков видеосигнала с количеством отсчетов, не превышающим заданного минимального значения, устанавливают коэффициенты коррекции, равные единице, и каждое задержанное на время периода строчной развертки текущее значение видеосигнала данного участка в течение последующего периода корректируют путем его домножения на указанный коэффициент.

Цель достигается также тем, что устройство выявления дефектов движущейся поверхности, содержащее линейный формирователь видеосигнала и последовательно соединенные блок формирования усредненных значений, блок сравнения и блок принятия решений, дополнительно содержит блок коррекции видеосигнала, вход которого соединен с выходом съемочной установки, выход блока коррекции видеосигнала соединен с входом блока формирования усредненных значений и с блоком сравнения, причем блок коррекции видеосигнала состоит из блока задержки, блока задания участков, генератора импульсов, блока анализа длительности видеосигнала, блока формирования коэффициентов коррекции, запоминающего устройства и блока корректировки, при этом вход блока задержки соединен с входом блока задания участков, выход блока задания участков соединен с входом блока анализа длительности видеосигнала и входом блока формирования коэффициентов коррекции, выход блока анализа длительности видеосигнала соединен с вторым входом блока формирования коэффициентов коррекции, выход блока формирования коэффициентов коррекции соединен с входом запоминающего устройства, выход запоминающего устройства и выход блока задержки подключены к двум входам блока корректировки, выход генератора подключен к входу блока задания участков, входу блока анализа длительности видеосигнала и входу блока формирования коэффициентов коррекции, а выход блока корректировки является выходом блока коррекции видеосигнала.

Осуществление задержки каждого значения видеосигнала на время периода строчной развертки, разбиение диапазона значений видеосигнала от черного до белого фона на равные по величине участки, выполнение счета количества отсчетов видеосигнала в пределах указанных участков, формирование по результатам счета коэффициентов коррекции, установление коэффициентов коррекции, равных единице для участков видеосигнала с количеством отсчетов, не превышающим заданного минимального значения, и домножение каждого значения задержанного на время периода строчной развертки видеосигнала на полученные коэффициенты позволяет повысить достоверность выявления дефектов малых размеров.

На чертеже представлена структурная схема устройства выявления поверхностных дефектов движущейся полосы.

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируемую поверхность сканируют и формируют видеосигнал, значения которого усредняют по нескольким строкам для каждого элемента формирователя, и усредненную величину обновляют через некоторые промежутки времени, усредненные значения сравнивают с текущими значениями видеосигнала и дефекты выявляют по результатам этого сравнения, причем выполняют коррекцию каждого значения поступающего от формирователя видеосигнала. Задача коррекции состоит в том, чтобы скомпенсировать уменьшение коэффициента передачи модуляции на высоких пространственных частотах, соответствующих дефектам малых размеров. Для этого каждое значение видеосигнала запоминают на время периода строчной развертки. Одновременно диапазон видеосигнала от черного до белого фона разбивают на равные по величине участки и проводят счет количества отсчетов видеосигнала в пределах указанных участков.

Каждое суммирование проводят в течение времени от момента попадания значения видеосигнала в пределы участка до момента его выхода из установленных пределов. Если во время текущего периода строчной развертки происходит повторное попадание значений видеосигнала на тот же участок, то его воспринимают как новый и проводят очередное суммирование количества отсчетов видеосигнала. Искомым суммам по зависимости, полученной из ранее проведенных исследований, ставят в соответствие коэффициенты домножения и запоминают их. В следующем периоде строчной развертки каждое значение задержанного сигнала корректируют посредством домножения на соответствующие коэффициенты домножения. Для обеспечения фильтрации шумового сигнала, появляющегося в виде высокочастотных изменений видеосигнала, поступают следующим образом. В случае, когда время пребывания видеосигнала в пределах участка не превышает установленного минимального значения, изменение сигнала воспринимают как шум и ставят ему в соответствие коэффициент домножения, равный единице.

Соотношения между количествами отсчетов видеосигнала в пределах участков и коэффициентами домножения определяют следующим образом. Отклик формирователя видеосигнала при проецировании на его фоточувствительную поверхность отдельных полос постоянной контрастности зависит от значения ширины этих полос и соответствует отклику формирователя видеосигнала (ФВС) при проецировании на его фоточувствительную поверхность чередования полос объекта-микрометра или другого эталонного устройства. При этом полупериоды пространственных частот объекта-микрометра равны значению ширины указанных отдельных полос. На основании сказанного и используя данные частотно-контрастной характеристики формирователя видеосигнала строят таблицу соответствия коэффициентов коррекции результатам измерения ширины проецируемых на ФВС полос, а также результатам счета количества отсчетов видеосигнала в пределах участков диапазона.

Частотно-контрастную характеристику формирователя видеосигнала представляют в виде зависимости коэффициента передачи модуляции от значений пространственной частоты f и получают на основе эксперимента путем задания определенных пространственных частот и измерения соответствующих выходных сигналов ФВС.

Экспериментальная установка содержит ФВС, средство измерения выходного сигнала ФВС, источник света, дающий пучок параллельно направленных лучей одинаковой интенсивности и определенного спектрального диапазона, объект-микрометр или другое эталонное устройство, представляющее последовательность прозрачных и непрозрачных полос фиксированной ширины, задающих пространственную частоту, а также кожух, закрывающий установку от попадания внешнего света.

Источник света направляют перпендикулярно чувствительной поверхности ФВС и помещают между ними в плоскости, параллельной указанной поверхности, объект-микрометр. Лучи источника света, просвечивая объект-микрометр, попадают на чувствительную поверхность ФВС в виде чередования светлых и темных полос, причем период чередования равен шагу объекта-микрометра и определяет пространственную частоту.

Рабочий диапазон пространственных частот ФВС распространяется от нулевой пространственной частоты до половинной частоты Найквиста, после которой появляются ложные изображения в виде муаровых полос.

Для построения частотно-контрастной характеристики формирователя видеосигнала выбирают объект-микрометр с шагом, изменяющимся в пределах рабочего диапазона пространственных частот, измеряют для каждой из выбранных частот выходной сигнал ФВС и определяют коэффициент передачи модуляции как домноженное на 100% отношение сигнала А_f, измеренного на пространственной частоте f, к сигналу А_о нулевой пространственной частоты.

Для построения таблицы каждой выбранной частоте ставят в соответствие ширину проецируемой на ФВС полосы Δ , равную половине периода Т выбранной пространственной частоты и определяемую из соотношения
Δ=Т/2=1/2f, (1)
а также коэффициент передачи модуляции k_m, определяемый как
k_m=(A_f/A_o)˙100%. (2)
Коэффициент коррекции К представляют как число, на которое необходимо домножить сигнал A_f, измеренный на пространственной частоте f, для получения значения A_o, соответствующего выходному сигналу ФВС нулевой пространственной частоты, и определяют как
K=100%/k_m. (3)
Таким образом, корректируют каждое значение видеосигнала, чем обеспечивают повышение достоверности выявления дефектов малых размеров.

Устройство для осуществления способа выявления поверхностных дефектов движущейся полосы включает съемочную установку 1 в виде линейного ФВС, блок 2 коррекции видеосигнала, блок 3 формирования усредненных значений, блок 4 сравнения, блок 5 принятия решений. Коррекцию значений поступающего от ФВС видеосигнала осуществляют с помощью блока коррекции видеосигнала (БКВ).

БКВ состоит из блока 6 задержки, блока 7 задания участков, генератора 8 импульсов, блока 9 анализа длительности видеосигнала, блока 10 формирования коэффициентов коррекции, запоминающего устройства (ЗУ) 11 и блока 12 корректировки. Вход блока 6 задержки соединен с входом блока 7 задания участков, выход блока 7 задания участков соединен с входом блока 9 анализа длительности видеосигнала и входом блока 10 формирования коэффициентов коррекции, выход блока 9 анализа длительности видеосигнала соединен с вторым входом блока 10 формирования коэффициентов коррекции, выход блока 10 формирования коэффициентов коррекции соединен с входом ЗУ 11, выход ЗУ 11 и выход блока 6 задержки подключены к двум входам блока 12 корректировки, выход генератора 8 подключен к входу блока 7 задания участков, входу блока 9 анализа длительности видеосигнала и входу блока 10 формирования коэффициентов коррекции.

Устройство работает следующим образом.

Съемочная установка в виде линейного формирователя видеосигнала сканирует контролируемую поверхность движущейся полосы в направлении, перпендикулярном направлению движения полосы, и формирует видеосигнал, однозначно отображающий оптическое изображение поверхности. Со съемочной установки видеосигнал поступает одновременно на два канала блока коррекции. Одним из каналов является блок 6 задержки, где каждое значение видеосигнала задерживают на время периода строчной развертки, второй канал включает последовательно соединенные блок 7 задания участков, блок 9 анализа длительности видеосигнала, блок 10 формирования коэффициентов коррекции и ЗУ 11. Блок 7 задания участков определяет значения величин участков видеосигнала и формирует импульс, фиксирующий выход видеосигнала за пределы данного участка. Блок 9 анализа длительности видеосигнала подсчитывает количество значений видеосигнала за время, в течение которого он находится в пределах данного участка. Блок 10 формирования коэффициентов коррекции запоминает количество импульсов указанного участка, генерирует соответствующий этому значению коэффициент коррекции и передает полученные коэффициенты коррекции ЗУ 11. Зависимость значений коэффициентов коррекции от количества импульсов, подсчитанных за время нахождения видеосигнала в пределах участков, определяется из ранее проводимых исследований.

Второй канал синхронно с поступлением от блока 6 задержки задержанного на время периода строчной развертки видеосигнала передает на блок корректировки соответствующие значения коэффициентов коррекции. ЗУ 11 состоит из двух одинаковых секций, переключаемых по истечении периода строчной развертки. Одна из них подключена к блоку 10 формирования коэффициентов коррекции, другая - к блоку 12 корректировки. Первая секция запоминает на время периода строчной развертки матрицу коэффициентов коррекции значений видеосигнала. Вторая секция синхронно с поступлением от блока 6 задержки видеосигнала передает на блок корректировки соответствующие значения коэффициентов коррекции. Блок 12 корректировки непосредственно осуществляет корректировку поступающего на него с первого канала видеосигнала посредством перемножения его значений с поступающими с второго канала соответствующими коэффициентами коррекции.

Все блоки устройства выполнены по стандартной схемотехнике. В качестве блока 6 задержки видеосигнала используется аналоговая линия задержки, блок 7 задания участков выполнен на базе аналого-цифрового преобразователя параллельного преобразования и схемы совпадения кодов, регистрах и логических ячейках, генератор 8, блок 9 анализа длительности и блок 10 формирования коэффициентов коррекции выполнены на базе счетчиков, регистров и логических ячеек.

Сущность изобретения: корректировку каждого значения видеосигнала проводят путем компенсации уменьшения коэффициента передачи модуляции на высоких пространственных частотах, соответствующих дефектам малых размеров. Для этого осуществляют сканирование контролируемой поверхности линейным формирователем видеосигнала (ФВС). Каждое значение сформированного видеосигнала запоминают на время периода строчной развертки. Одновременно диапазон видеосигнала от черного до белого фона разбивают на равные участки и проводят счет количества отсчетов видеосигнала в пределах указанных участков. Каждое суммирование проводят в течение времени от момента попадания значения видеосигнала в пределы участка до момента его выхода из установленных пределов. Искомым суммам по зависимости, полученной из ранее проведенных исследований, ставят в соответствие коэффициенты домножения и запоминают их. В следующем периоде каждое значение задержанного видеосигнала корректируют посредством домножения на соответствующие коэффициенты. Для обеспечения фильтрации шумового сигнала, появляющегося в виде высокочастотных изменений видеосигнала, поступают следующим образом. В случае, когда время пребывания видеосигнала в пределах участка не превышает установленного минимального значения, изменение видеосигнала воспринимают как шум и ставят ему в соответствие коэффициент, равный единице. Затем скорректированные значения видеосигнала усредняют по нескольким строкам для каждого элемента ФВС, получаемую величину обновляют через некоторые промежутки времени, усредненные значения сравнивают с текущими значениями видеосигнала и дефекты выявляют по результатам этого сравнения. Устройство для осуществления способа содержит съемочную установку 1, блок 2 коррекции видеосигнала, блок 3 формирования усредненных значений, блок 4 сравнения, блок принятия решений 5. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ выявления поверхностных дефектов движущейся полосы, включающий построчное сканирование контролируемой поверхности и формирование видеосигнала, получение усредненного сигнала для каждого элемента формирователя, периодически сравнение значения этого сигнала с текущим значением видеосигнала формирователя и определение дефектов по результатам сравнения, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности выявления дефектов малых размеров путем корректировки каждого значения видеосигнала, дополнительно все текущие значения видеосигнала запоминают на время периода строчной развертки, в каждом периоде строчной развертки диапазон значений видеосигнала от черного до белого фона разбивают на равные по величине участки, суммируют количество отсчетов видеогсинала в пределах каждой из указанных участков, полученным суммам ставят в соответствие коэффициенты коррекции, причем для участков видеосигнала с количеством отсчетов, не превышающим заданного минимального значения, устанавливают коэффициенты коррекции, равные единице, и каждое задержанное на время периода строчной развертки текущее значение видеосигнала данного участка в течение последующего периода корректируют путем его домножения на указанный коэффициент. 2. Устройство выявления поверхностных дефектов движущейся полосы, содержащее линейный формирователь видеосигнала и последовательно соединенные блок формирования усредненных значений, блок сравнения и блок принятия решений, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности выявления дефектов малых размеров путем корректировки каждого значения видеосигнала, оно дополнительно содержит блок коррекции видеосигнала, выход которого соединен с выходом формирователя видеосигнала, выход блока коррекции видеосигнала соединен с входом блока формирования усредненных значений и с блоком сравнения, причем блок коррекции видеосигнала состоит из блока задержки, блока задания участков, генератора импульсов, блока анализа длительности видеосигнала, блока формирования коэффициентов коррекции, запоминающего устройства и блока корректировки, при этом вход блока задержки соединен с входом блока задания участков, выход блока задания участков соединен с входом блока анализа длительности видеосигнала и входом блока формирования коэффициентов коррекции, выход блока анализа длительности видеосигнала соединен с вторым входом блока формирования коэффициентов коррекции, выход блока формирования коэффициентов коррекции соединен с входом запоминающего устройства, выход запоминающего устройства и выход блока задержки подключены к двум входам блока корректировки, выход генератора подключен к входу блока задания участков, входу блока анализа длительности видеосигнала и входу блока формирования коэффициентов коррекции, а выход блока корректировки является выходом блока коррекции видеосигнала.