王 偉，蘇惠超

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

在無縫鋼管生產(chǎn)過程中，現(xiàn)有的無損探傷手段主要有漏磁、超聲波、渦流與熒光磁粉等[1-13]。由于無縫鋼管表面缺陷種類繁多，這些探傷設備只能針對其中某些類別的缺陷獲得較好的檢測效果，對于其他缺陷卻存在漏檢可能。例如超聲波設備可以檢測管體內(nèi)外面的裂紋、折疊與結(jié)疤，但在外表面的卻存在一定盲區(qū)；漏磁設備不僅可以檢測內(nèi)外表面裂紋、折疊，還可以檢測寬深比較小的凹坑等缺陷；但對于寬深比較大，過渡平緩的凹坑卻信號很弱。渦流設備針對鋼管夾雜、折疊與凹坑都可以檢測；但對于縱向凹坑缺陷檢測不靈敏，難以檢測180 mm 以上管徑。因此，對于無縫鋼管的外表面凹坑檢測，尤其是寬深比較大的凹坑還需要依靠人工表面檢測；但在人工表面檢測過程中，檢測可靠性容易出現(xiàn)波動從而造成漏報。為了尋找一種可靠的在線檢測設備取代鋼管外表面缺陷的人工表面檢測，近年來，多家設備廠商都嘗試推出機器視覺檢測設備，這其中有的使用工業(yè)相機進行二維（2D）檢測，也有使用三維輪廓儀進行三維（3D）檢測，由于鋼管表面狀態(tài)復雜，2D 檢測誤報較多，在實踐中難以有效達到檢測目的。

2019 年，寶山鋼鐵股份有限公司（簡稱寶鋼股份）無縫鋼管廠引入某研究院研發(fā)的三維表面檢測設備。該設備的主要原理是通過8 路三維傳感器與四路工業(yè)相機，采用非接觸激光三角測距法在線對鋼管表面進行三維輪廓測量：三維傳感器實時發(fā)射線激光，通過三維傳感器自帶相機對線激光進行成像，通過計算電荷耦合器件（CCD）上激光彎曲像素值導出鋼管表面的三維起伏高度，得到鋼管表面的輪廓數(shù)據(jù)。通過自主開發(fā)的程序?qū)崟r拼接8 路三維傳感器的輪廓數(shù)據(jù)，最終生成鋼管表面三維點云數(shù)據(jù)。再通過三維缺陷提取算法實時提取鋼管表面的三維凹坑缺陷，自動判斷鋼管外表面是否達到閾值指標（一般為面積閾值與深度閾值）的三維缺陷[14-15]。3D 表面檢測設備在應用之初，最主要的目的是防止開口性大傷漏報，實踐證明該設備能很好做到這一點，并且在防止大傷漏報的情況下，能夠檢測達到閾值的中小型開口缺陷，是現(xiàn)有無損探傷手段的有益補充。

1 三維表面檢測設備檢測內(nèi)容

3D 表面檢測設備核心的閾值指標是缺陷的面積與深度，如果一個缺陷同時滿足面積閾值與深度閾值，即可報傷。3D 表面檢測設備的報傷報表如圖1 所示。

圖1 3D 表面檢測設備的報傷報表

報表中第一區(qū)域為報傷參數(shù)區(qū)域（黑框區(qū)域），包括時間，合同號，班組號，產(chǎn)品規(guī)格，設定的深度與面積閾值（兩組閾值，一組為淺大傷、一組為深小傷），頭尾盲區(qū)長度設定，報警外設狀態(tài)（包括噴漆、報警燈與翻管），報傷的位置、面積和類型。

報表第二區(qū)域為灰色的深度圖，其中偏黑色部分為凹陷區(qū)域，圖中白框所示為達到淺大傷閾值的缺陷（深度0.4 mm，面積7 mm2），黑框所示為達到深小傷閾值的缺陷（深度1 mm，面積3 mm2）。

報表第三區(qū)域為對應報傷的2D 圖片，從左到右依次對應深度圖角度的分布（深度圖是指將3D 圖像轉(zhuǎn)為二維圖像，將深度值轉(zhuǎn)換為2D 圖像的灰度，其中128 灰度為深度0，顏色越深表示深度越深，顏色越淺表示凸起越高。深度圖角度表示深度圖沿周向角度的分布），從第三張圖片中可以清晰看到該缺陷圖片。

在報傷的同時，3D 表面檢測設備還可以檢測鋼管的長度和管徑，管徑的檢測精度在0.1～0.2 mm，長度檢測精度在0.1%×管長。

2 三維表面檢測設備與漏磁檢測設備報傷對比

在沒有3D 表面檢測設備之前，開口缺陷只能依靠漏磁設備和人工表面檢測來發(fā)現(xiàn)。但由于漏磁設備存在一些不足，比如對某些方向的凹坑或?qū)捝畋却蟮陌伎硬幻舾?、靈敏度隨方向變化，對管端300 mm 內(nèi)的缺陷存在盲區(qū)等，相繼開發(fā)了模擬人眼識別的3D 表面檢測設備。由于原理不同，漏磁設備與3D 表面檢測設備的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 漏磁設備與3D 表面檢測設備優(yōu)缺點對比

為了對比漏磁設備和三維表面檢測設備各自優(yōu)缺點，通過選取寶鋼股份無縫鋼管廠福斯特漏磁設備與三維表面檢測設備進行同時段報傷數(shù)據(jù)對比，共用10635 根鋼管數(shù)據(jù)，其中漏磁報傷753 根（報傷比例3.5%），3D 報傷1066 根（報傷比例5%），3D 與漏磁設備共同報傷94 根（報傷比例0.4%），由于所有報傷管會進行第二遍復探，實際報傷數(shù)需要除以2 才為真正報傷數(shù)。

筆者統(tǒng)計了2022 年2—5 月3D 表面檢測設備和其現(xiàn)有福斯特漏磁設備的報傷數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。由表2 可知，單獨使用漏磁設備，可自動檢出60%左右缺陷；單獨使用3D 表面檢測設備，可自動檢出70%左右缺陷；聯(lián)合使用3D 表面檢測和漏磁設備，可自動檢出90%左右缺陷。

表2 漏磁設備與3D 表面檢測設備報傷準確性對比

結(jié)合表1～2 可以看到，3D 表面檢測設備是現(xiàn)有漏磁設備的有益補充，漏磁與3D 表面檢測設備各有優(yōu)缺點；漏磁單獨報傷的缺陷大部分為折疊、內(nèi)傷等（圖2a），而該類傷表面平整，凹陷很小，因此無法滿足3D 表面檢測的深度與面積閾值，故3D表面檢測設備對于此類平整折疊、發(fā)紋都無能為力；但是如果折疊部分翻開，翻開部分若達到深度與面積閾值，3D 表面檢測設備就可以檢測（圖2b）。

圖2 折疊傷及報傷情況

漏磁未報傷但是3D 表面檢測設備單獨報傷的缺陷主要有三類：管頭尾報傷（圖3a），寬深比較小的傷（圖3b）與斜向傷（圖3c）。

圖3 漏磁未報但3D 表面檢測報傷的傷

3 三維表面檢測設備常見誤報分析

從表2 中可以看到，目前3D 表面檢測設備的主要誤報來源有以下幾種：①鏡頭臟污誤報4 支，占比0.4%；②鋼管頭尾抖動誤報11 支，占比1%；③鋼管頭尾部毛刺13 支，占比1.2%；④鋼管管身臟污誤報9 支，占比0.9%；⑤鋼管附著水滴誤報7 支，占比0.7%。

3D 表面檢測設備由于是光學檢測設備，在日常維護中需要每天清潔3D 傳感器的光學窗口和2D 相機的保護鏡，尤其是底部的相機，特別容易積灰。雖然設備本身自帶定時吹氣清潔裝置，但是為了保障設備正常運轉(zhuǎn)，還是要求操作人員每天清潔一次，否則容易出現(xiàn)相機臟污帶來的誤報。

由于光學檢測都有景深范圍的概念，為了保障在線檢測的實時性，設備的檢測范圍依據(jù)不同鋼管規(guī)格進行了細致優(yōu)化，對于鋼管的抖動允許范圍一般控制在±20 mm 左右，但實際鋼管在頭尾部分由于只有單邊夾送輥的加持，有時候還是會抖出檢測范圍，此時也容易出現(xiàn)抖動誤報。

3D 表面檢測設備的管頭尾檢測盲區(qū)是用戶自行設定的，如果盲區(qū)設定過小，有時候會檢測到管端的鋸切不良，這類缺陷在實際生產(chǎn)中可以不用檢測，因為后續(xù)的管加工流程會把這部分加工掉。

如果3D 表面檢測設備安裝在超聲波設備附近，超聲波檢測需要給管身噴淋耦合水，水滴附著在鋼管表面會帶來誤報，這類誤報設備會通過2D圖片進行二次判斷來排除，但不能100%的過濾，還會有一定比例過濾不掉[16]。

鋼管本身還可能黏附成片的臟污或者矯直不良留下成片的氧化鐵皮，此時鋼管表面輪廓出現(xiàn)整體偏差，檢測的基準面存在較大波動，易出現(xiàn)誤報。

通過兩年多的使用，3D 表面檢測設備在鋼管檢測中被證明能有效防止大傷漏報，是現(xiàn)有超聲波、漏磁與渦流等無損探傷設備的有益補充。但是該設備與現(xiàn)有探傷不同，采用的光學檢測方法，因此要想用好該設備，減少誤報，還需要做好相應的日常維護。具體經(jīng)驗總結(jié)如下：①每天清潔設備底部相機鏡頭，防止鏡頭落灰造成誤報；②定期檢修輥道、夾送輥，防止管頭管尾抖動過大超出檢測范圍，造成誤報；③修磨管采用集中復探，避免修磨處報警與正常報警混淆；④針對厚壁管，由于欠充滿與氧化鐵皮較多，需要增大檢測閾值，否則容易引起誤報；⑤針對鐓粗管需要設定更大檢測范圍，否則容易漏報頭尾鐓粗處缺陷；⑥對于連續(xù)過管的情況，需要增加管縫檢測算法，此時管尾盲區(qū)會受到管長的干擾。

4 結(jié) 語

總結(jié)了近兩年3D 表面檢測設備使用經(jīng)驗，通過對比其與漏磁設備檢測效果，可以清晰看到3D表面檢測設備達到了防止大傷漏報的目的，同時還是現(xiàn)有漏磁、超聲波與渦流等無損檢測設備的有益補充。對于3D 表面檢測設備的誤報，只要做好日常光學窗口清潔，輥道與壓輥的定期維護，誤報率可以有效控制在5%以內(nèi)。