王 森

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司， 上海 201900）

引言

加熱爐板坯號自動識別主要是利用圖像處理和模式識別相關(guān)技術(shù)，這兩種技術(shù)被廣泛應(yīng)用。最常見的應(yīng)用有：車牌號自動識別系統(tǒng)、手寫票據(jù)賬號自動識別系統(tǒng)等。板坯號自動識別技術(shù)由于其所用行業(yè)的特殊性，難度要比以上情況復(fù)雜，首先是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，識別目標(biāo)處在高溫輻射中，目標(biāo)背景十分復(fù)雜且與目標(biāo)顏色相近；其次是識別目標(biāo)沒有嚴(yán)格的邊界區(qū)分，且書寫十分潦草，字跡模糊，存在連寫和筆畫覆蓋嚴(yán)重的情況，這些都大大增加了圖像處理和識別的難度。本文在以上技術(shù)的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代機(jī)器視覺技術(shù)，對加熱爐板坯號進(jìn)行高精度識別，完整實(shí)現(xiàn)了板坯號自動識別系統(tǒng)，并得到了較好的應(yīng)用效果。

1 被檢測對象描述

加熱爐板坯號及其字符如圖1 所示，字符被噴印在鋼坯端面上。該字符具有以下特征：鋼坯本體顏色冷態(tài)深色，近似黑色，字符顏色為淺色，色調(diào)穩(wěn)定不變；字符沿板坯寬度方向，縱向排列，所有字符位于同一行，不會出現(xiàn)多行字符；可能出現(xiàn)字符范圍為0～9共10 個數(shù)字，A～Z 共26 個大寫英文字母；每一位上可能出現(xiàn)的字符集合中，不能同時包含以下互斥字符：數(shù)字0 與字母O，數(shù)字1 與字母I；字符大小基本不變，字符間隔基本不變；進(jìn)入位置時，字符朝上，從左到右書寫[1-2]。

2 加熱爐板坯號自動識別系統(tǒng)組成

如圖2 所示為加熱爐板坯號自動識別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括以下部分：

1）龍門架。龍門架用于安裝檢測箱，同時也是人員操作、維護(hù)的臺面。為了不影響軋線輥道檢修，龍門架之上的所有電氣、通訊電纜采用航空插頭連接。檢修軋線輥道時，只需拔掉航空插頭，就可以將龍門架吊放到輥道之外。

2）檢測箱。包括雙層隔熱箱體、工業(yè)相機(jī)、2 臺頻閃光源、制冷裝置、直流電源、交換機(jī)等組件。系統(tǒng)通過一對光電開關(guān)檢測鋼坯的到來，當(dāng)鋼板到達(dá)檢測工位時，立即抓拍一張圖像。頻閃燈與相機(jī)同步曝光，提供照明，保證在各種光線條件下都能采集到清晰的圖像。制冷裝置通過壓縮空氣為檢測箱制冷。檢測箱大小約為2 000 mm×400 mm×400 mm，質(zhì)量約為200 kg[3-4]。

3）電氣箱。電氣箱安裝在龍門架附近，其內(nèi)部包括直流電源、交換機(jī)。直流電源用于給相機(jī)和光電對射開關(guān)供電，交換機(jī)用于將光纖轉(zhuǎn)換成網(wǎng)線，網(wǎng)線再接入相機(jī)。電氣箱與檢測箱之間的電纜采用航空插頭連接，氣管采用快插接頭連接，便于插拔。

4）光電對射開關(guān)。光電對射開關(guān)包括發(fā)射端和接收端，分別安裝在軌道的兩側(cè)，當(dāng)板坯遮擋住光電開關(guān)時，開關(guān)信號發(fā)生跳變，跳變的信號立刻觸發(fā)相機(jī)拍照[5]。

5）服務(wù)器- 電控一體柜。服務(wù)器- 電控一體柜安裝在加熱爐電氣室，其內(nèi)部包括兩臺圖像處理計算機(jī)，一個交換機(jī)，用于操作的顯示器鍵鼠，供配電器件。配置一臺獨(dú)立式I/O 卡，能夠?qū)O 信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。系統(tǒng)與現(xiàn)場所有的通訊接口全部從服務(wù)器- 電控一體柜接出，包括至L1、L2、Fluxx系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)線?？傠娫匆步尤敕?wù)器-電控一體柜。兩臺服務(wù)器的分工是，Server-01 負(fù)責(zé)L輥和M 輥的圖像處理，Server-02 只負(fù)責(zé)上料點(diǎn)的圖像處理。

6）操作終端。包括兩臺操作終端，都安裝到加熱爐操作室，供操作人員使用。

3 加熱爐板坯號自動識別系統(tǒng)功能

1）實(shí)時顯示。板坯號識別系統(tǒng)的操作終端（計算機(jī)顯示器）能實(shí)時顯示板坯輥道監(jiān)控畫面，板坯到達(dá)時可以清楚地看到板坯的號碼。

2）噴號自動識別、比對。當(dāng)板坯到達(dá)指定位置時，系統(tǒng)接收外部觸發(fā)信號，對板坯號碼進(jìn)行識別。對識別出來的板坯號，系統(tǒng)會自動與加熱爐發(fā)過來的板坯號進(jìn)行比對，如果識別的號碼與加熱爐發(fā)送過來的坯號不符則會觸發(fā)警報，系統(tǒng)會將報警信號及數(shù)據(jù)發(fā)送至L2、L3 系統(tǒng)，由操作工進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后的坯號則會發(fā)送至加熱爐L2、L3 系統(tǒng)；若一致，則把坯號直接發(fā)送至加熱爐L2、L3 系統(tǒng)。

3）自動矯正傾斜倒置號碼。系統(tǒng)采用圖像修正算法，對受側(cè)光、順光和逆光影響的圖像，預(yù)先進(jìn)行圖像優(yōu)化，加強(qiáng)識別能力；對斷裂、變淺、模糊的字符，具有較強(qiáng)的模糊識別能力。系統(tǒng)識別字符速度快，不受字符正、反、偏左、偏右的影響，不受紅鋼、冷鋼、白天、晚上的影響，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

4）實(shí)時結(jié)果分析。系統(tǒng)分析速度快速，鑄坯無需停車即可完成檢測。

5）網(wǎng)絡(luò)通信。板坯號識別系統(tǒng)與熱軋廠的L2、L3系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊功能，識別系統(tǒng)能接收板坯號碼及相關(guān)參數(shù)信息，進(jìn)行識別號碼的比對，并將識別出的坯號發(fā)送給加熱爐L2、L3 系統(tǒng)。

6）識別異常報警。板坯號識別系統(tǒng)可以對以下異常情況進(jìn)行報警，包括：被識別字符的置信度不高、數(shù)字不規(guī)則、年號錯誤、爐座號與前后兩根坯料不一樣、在同一爐內(nèi)的流號和支號有重復(fù)、爐號和前后兩個坯料都不一樣、識別出的號碼位數(shù)不對、對已識別的板坯號進(jìn)行檢索，判斷是否為重號，如果是重號進(jìn)行聲光報警。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)識別上述任何情況后都會啟動聲光報警器進(jìn)行報警。

7）手動輸入。對噴號模糊或無噴號的板坯支持手寫錄入號碼（識別出部分號碼的，會與接收的板坯號比對，列出最接近的幾組號碼，方便錄入）。

8）重號報警。對已識別的板坯號進(jìn)行檢索，判斷是否為重號，如果是重號進(jìn)行聲光報警。

9）記錄回爐坯。手動標(biāo)記回爐坯，記錄回爐坯的相關(guān)信息。

10）自動存儲和查找。對已識別號碼的圖片與號碼一一對應(yīng)進(jìn)行存儲，并可以根據(jù)存儲的時間進(jìn)行查找。

4 加熱爐板坯號自動識別系統(tǒng)特點(diǎn)

鋼鐵生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境與自然環(huán)境有很大的差別，一味地強(qiáng)調(diào)對于環(huán)境的適應(yīng)能力必將降低識別的準(zhǔn)確率，本系統(tǒng)在對鋼鐵行業(yè)的作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行了大量卓有成效的調(diào)查分析之后，找到合理而科學(xué)的補(bǔ)光方式，專用于鋼鐵作業(yè)現(xiàn)場，提升了識別準(zhǔn)確度，上述系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：

1）快速性：系統(tǒng)可以實(shí)時對拍攝結(jié)果進(jìn)行檢測分析，并實(shí)時給出檢測結(jié)果，運(yùn)行過程中鋼坯無需停車。

2）自適應(yīng)性：由于很多鋼坯上的號碼都具有一定的規(guī)律，因此輸入一定的有規(guī)律的數(shù)字必定能夠提高整體的識別成功率，同時還可以在未來加入“號碼的升序和降序”機(jī)制，利用其規(guī)律生成自適應(yīng)算法，更進(jìn)一步的提升號碼識別的準(zhǔn)確度。

3）多模板識別：系統(tǒng)可以同時適用于多種字體模板，同時根據(jù)現(xiàn)場的情況，系統(tǒng)可以通過自我學(xué)習(xí)（需軟件工程師現(xiàn)場部署）有效提高識別率。

4）正反識別：系統(tǒng)可以識別因修磨等一系列工藝需求導(dǎo)致的字體倒置。

5）系統(tǒng)自檢：系統(tǒng)可以自動識別系統(tǒng)部件中出現(xiàn)的故障問題，并在HMI 界面進(jìn)行顯示。

5 結(jié)語

加熱爐板坯號識別系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、故障率低、使用成本低的優(yōu)勢，該系統(tǒng)可以有效地提高生產(chǎn)和設(shè)備的安全系數(shù)、工作效率，同時可以最大化地解放勞動生產(chǎn)力，減少勞動強(qiáng)度，節(jié)約人力成本，大大提高工廠的工業(yè)自動化水平。