鋼管無(wú)損檢測(cè) 表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)通則 征求意見(jiàn)稿

1GB/TXXXX—XXXX鋼管無(wú)損檢測(cè)表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)通則本文件規(guī)定了鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的一般要求、對(duì)比試樣、檢測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)性能要求、檢測(cè)程序、結(jié)果判定、檢測(cè)記錄和報(bào)告。本文件適用于鋼管表面自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)。其他鋼產(chǎn)品的表面視覺(jué)檢測(cè)可參照本文件執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T9445無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證GB/T40659智能制造機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)系統(tǒng)通用要求YB/T145鋼管探傷對(duì)比試樣人工缺陷尺寸測(cè)量方法YB/T4083鋼管、鋼棒自動(dòng)渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測(cè)試方法3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T40659界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1視覺(jué)檢測(cè)visualinspection通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，如CCD）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)判斷被測(cè)鋼管表面是否存在缺欠。3.2采集服務(wù)器data-acquisitionserver負(fù)責(zé)與CCD相機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)相機(jī)圖像的采集，需要根據(jù)鋼管的檢測(cè)速度及采樣頻率進(jìn)行針對(duì)性3.3推理服務(wù)器computingserver將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的鋼管外表面圖像進(jìn)行缺陷檢出及分類運(yùn)行，服務(wù)器性能要滿足實(shí)時(shí)性及數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)等各方面的要求。3.4用戶終端userterminal運(yùn)行質(zhì)量檢測(cè)軟件，為用戶提供缺陷報(bào)警、缺陷分布預(yù)覽、歷史數(shù)據(jù)查詢等多種表面質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用。以及系統(tǒng)維護(hù)、缺陷樣本收集等功能。3.5線結(jié)構(gòu)光三維深度檢測(cè)Linestructuredlightthree-dimensionaldepthdetection2GB/TXXXX—XXXX線結(jié)構(gòu)光三維深度檢測(cè)是基于三角測(cè)量的原理進(jìn)行三維重建。相機(jī)在采集圖像過(guò)程中，線激光投射下來(lái)為一個(gè)光平面；對(duì)相機(jī)進(jìn)行內(nèi)外參標(biāo)定后，將圖像上的像素點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)為世界坐標(biāo)，通過(guò)光平面的約束使得目標(biāo)物體的深度信息可以求解。4縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。CNN：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ConvolutionalNeuralNetworks)CCD：攝像機(jī)(ChargeCoupledDevices)MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem)SPC：統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(StatisticalProcessControl)DMS：數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem)LAN：局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork)5通用要求5.1.1當(dāng)按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)時(shí)，供需雙方應(yīng)在合同或相關(guān)文件中指定檢測(cè)標(biāo)定人工缺陷的類型、質(zhì)量等級(jí)等。5.1.2除非在供需雙方協(xié)議中特殊約定，視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)在主要生產(chǎn)工序（軋制、熱處理、冷熱加工和矯直等）完成之后進(jìn)行。5.1.3執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)人員應(yīng)按GB/T9445或相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行培訓(xùn)，并取得資格證書(shū)。凡簽發(fā)檢測(cè)報(bào)告者，應(yīng)取得目視2級(jí)或2級(jí)以上資格證書(shū)。并由雇主或其他代理對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)和操作授權(quán)。5.1.4被檢鋼管的表面應(yīng)平整、光滑，無(wú)影響耦合的氧化皮、污物、油漆以及凹坑等缺陷。必要時(shí)，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ宄蜻M(jìn)行機(jī)加工，以滿足檢測(cè)要求。5.1.5檢測(cè)環(huán)境應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)光、強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)振動(dòng)、腐蝕性氣體、嚴(yán)重粉塵等影響檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作和檢測(cè)人員可靠觀察的因素。6對(duì)比試樣6.1材料對(duì)比試樣表面狀態(tài)應(yīng)與被檢測(cè)鋼管相同或相近；材料表面不應(yīng)存在影響設(shè)備校驗(yàn)的缺陷。6.2制作與測(cè)量人工缺陷可采用機(jī)械或電火花等加工方法制作，其尺寸和精度應(yīng)滿足表1要求。人工缺陷在制作階段進(jìn)行的尺寸測(cè)量，測(cè)量方法應(yīng)按照YB/T145或其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行。對(duì)比試樣測(cè)試合格，應(yīng)出具合格證書(shū)或測(cè)試證書(shū)。6.3直徑、長(zhǎng)度和平直度自動(dòng)檢測(cè)對(duì)比試樣的直徑滿足公稱尺寸要求，長(zhǎng)度和平直度應(yīng)滿足視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備的要求。6.4人工缺陷在對(duì)比試樣中部的不同區(qū)域分別制作規(guī)定大小的條狀或孔狀人工缺陷。根據(jù)檢測(cè)設(shè)備類型和檢測(cè)要求，人工缺陷可位于對(duì)比試樣中間或端部。當(dāng)有端部不可檢測(cè)區(qū)要求時(shí)，對(duì)比試樣兩端可制作相應(yīng)橫孔。6.5尺寸和等級(jí)以及漏報(bào)率要求3GB/TXXXX—XXXX人工缺陷的尺寸以及漏誤報(bào)率要求如表1所示。表1人工缺陷尺寸注2：對(duì)比試樣上人工缺陷的尺寸不解釋為可以檢測(cè)到7檢測(cè)系統(tǒng)7.1系統(tǒng)架構(gòu)7.1.1鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)涉及到設(shè)備層、控制層及車間層，如圖1所示，主要包括圖像采集單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、圖像分類單元、結(jié)果顯示單元、外接信號(hào)單元及信號(hào)傳輸單元。7.1.2設(shè)備層主要涉及接收相關(guān)控制命令并反饋檢測(cè)信息的各類檢測(cè)執(zhí)行設(shè)備，諸如軋制設(shè)備、托輥設(shè)備、傳輸設(shè)備等。7.1.3控制層主要涉及檢測(cè)系統(tǒng)的圖像采集單元、圖像處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、圖像分類單元、結(jié)果顯示單元、外接信號(hào)單元、LAN及信號(hào)傳輸單元等。7.1.4車間層主要涉及與MES、SPC、DMS等車間管理系統(tǒng)的相互通信及反饋。4GB/TXXXX—XXXX圖1鋼管表面缺陷自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)7.2輸入模塊7.2.1檢測(cè)系統(tǒng)的輸入模塊主要包括外部信號(hào)輸入單元和成像系統(tǒng)兩個(gè)部分。7.2.2外部信號(hào)輸入單元用于將用于檢測(cè)即將過(guò)鋼的信號(hào)發(fā)送到成像系統(tǒng)，外部信號(hào)來(lái)源通常有編碼器、光電觸發(fā)器或其他設(shè)備控制。7.2.3成像系統(tǒng)用于將鋼管表面轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，通常由光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、采集控制器、耐高溫耐粉塵防護(hù)裝置、表面清潔吹掃裝置等組成；7.2.4環(huán)境要求：包括溫度、濕度、清潔等級(jí)、照明等。7.2.5檢測(cè)要求：包括工作距離、鋼管過(guò)管速度、鋼管直徑、長(zhǎng)度、表面狀況、顏色、反射、粗糙度等、鋼管表面缺陷自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)前工位狀態(tài)等。7.2.6采集要求：包括圖像的質(zhì)量（分辨率、對(duì)比度、透視、畸變等）和數(shù)量。7.3處理模塊7.3.1檢測(cè)系統(tǒng)的處理模塊宜采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法及線結(jié)構(gòu)光三維檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)圖像檢測(cè)處理，主要包括樣本標(biāo)注、模型訓(xùn)練、三維深度檢測(cè)和檢測(cè)判別四個(gè)主要步驟。7.3.2對(duì)采集的鋼管表面圖像以及存儲(chǔ)模塊中樣本圖像中的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行人工標(biāo)注，可以借助部分標(biāo)注工具進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)注。7.3.3將完成缺陷標(biāo)注的樣本圖像和對(duì)應(yīng)判別結(jié)果標(biāo)簽組成訓(xùn)練樣本集，輸入到CNN等機(jī)器學(xué)習(xí)模型中進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練，生成檢測(cè)數(shù)學(xué)模型。7.3.4三維深度檢測(cè)：線結(jié)構(gòu)光三維深度檢測(cè)一般通過(guò)結(jié)構(gòu)光光條點(diǎn)云預(yù)處理、提取算法、三維深度檢測(cè)模型等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鋼管外表面深度學(xué)習(xí)的在線檢出。7.3.5將輸入模塊獲取的鋼管表面圖像輸入到訓(xùn)練好的檢測(cè)數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行判別，輸出鋼管表面缺陷類型的判別結(jié)果。7.3.6處理速度應(yīng)滿足生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)拍要求，并與資源消耗和檢測(cè)效果相適應(yīng)。7.3.7處理過(guò)程應(yīng)滿足硬件負(fù)載，并與圖像采集、輸入、輸出的資源占用相適應(yīng)。7.3.8處理結(jié)果應(yīng)滿足用戶設(shè)定的漏報(bào)率和誤報(bào)率限值的要求。7.4輸出模塊7.4.1檢測(cè)系統(tǒng)輸出的判別結(jié)果通過(guò)LAN傳輸給結(jié)果顯示單元，同時(shí)還通過(guò)外部系統(tǒng)接口傳輸給其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和共享，傳輸?shù)姆绞桨ㄓ芯€傳輸（串行接口、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等）和無(wú)線傳輸（WLAN、工業(yè)WiFi、藍(lán)牙、4G、5G等）。7.4.2輸出數(shù)據(jù)的格式應(yīng)滿足與車間管理系統(tǒng)和檢測(cè)設(shè)備相適應(yīng)的編碼和存儲(chǔ)要求。7.4.3輸出形式應(yīng)滿足輸出顯示設(shè)備和相關(guān)生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口的要求。7.4.4輸出文件宜包含文件設(shè)置相關(guān)信息、鋼管物流號(hào)相關(guān)信息、鋼管生產(chǎn)批次相關(guān)信息、生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)信息、檢測(cè)相關(guān)信息、缺陷結(jié)果相關(guān)信息（缺陷長(zhǎng)度、缺陷寬度、缺陷深度、缺陷位置、缺陷分類等）、報(bào)告相關(guān)信息等。7.5系統(tǒng)信息流7.5.1輸入模塊首先由外部信號(hào)輸入單元發(fā)送即將過(guò)鋼的信號(hào)給鋼管表面缺陷自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入模塊，輸入模塊中的平行光源和相機(jī)開(kāi)始進(jìn)行按照既定的成像方案啟動(dòng)采集。7.5.2處理模塊接收到輸入模塊通過(guò)成像和系統(tǒng)LAN提供的圖像數(shù)據(jù)，圖像分類單元通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)度和寬度檢測(cè)處理，通過(guò)三維深度檢測(cè)對(duì)缺陷深度進(jìn)行在線檢測(cè)，輸出鋼管表面缺陷信息及類別判別結(jié)果。5GB/TXXXX—XXXX7.5.3輸出模塊按照特定形式和接口要求將判別結(jié)果及檢測(cè)相關(guān)信息分別傳輸至檢測(cè)執(zhí)行設(shè)備和存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、結(jié)果顯示單元及系統(tǒng)LAN，以供MES、SPC、DMS等車間管理系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)。7.5.4存儲(chǔ)模塊將鋼管表面缺陷信息及類別判別結(jié)果和相關(guān)信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，以滿足檢測(cè)數(shù)據(jù)管理、查詢等需求，同時(shí)為處理模塊提供樣本數(shù)據(jù)（包括鋼管表面缺陷樣本圖像和對(duì)應(yīng)判別結(jié)果）。7.5.5根據(jù)存儲(chǔ)模塊及結(jié)果顯示單元判別結(jié)果執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，并反饋執(zhí)行信息給車間管理系統(tǒng)，形成信息流閉環(huán)。7.6光路配置鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工作之光路的配置形式是成像的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，它是根據(jù)光在不同直徑鋼管表面的不同反射形式(即鏡面反射和漫反射)和被檢測(cè)物體的表面缺陷情況進(jìn)行選擇的，目前表面檢測(cè)的光路配置形式主要有：明場(chǎng)光路、暗場(chǎng)光路及介于明暗相間的中間場(chǎng)光路配置。7.7功能要求7.7.1檢測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、操作模式、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)自診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)和互聯(lián)互通等功能應(yīng)滿足GB/T40659的要求。7.7.2檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能，如信噪比、周向靈敏度差、漏報(bào)率、誤報(bào)率、端部盲區(qū)和穩(wěn)定性等指標(biāo)可參照YB/T4083要求。8系統(tǒng)性能要求8.1設(shè)備性能鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備性能要求主要包括。a)能夠輸入信號(hào)并輸出鋼管外表面缺陷長(zhǎng)度、寬度、深度、數(shù)量、類型、位置等處理結(jié)果。b)外觀應(yīng)滿足設(shè)備要求，應(yīng)無(wú)瑕疵、無(wú)活動(dòng)、無(wú)斷裂、無(wú)機(jī)械損壞，且相關(guān)銘牌標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰。c)應(yīng)符合設(shè)備安全性和信息安全性的要求，避免誘發(fā)危險(xiǎn)。d)應(yīng)具備可靠性：衡量標(biāo)準(zhǔn)可包括平均故障間隔時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間、可用性和使用壽命。e)應(yīng)具備可維護(hù)性：在特定條件下經(jīng)指定程序和資源執(zhí)行系統(tǒng)修復(fù)后，可維持或恢復(fù)到指定功能。8.2性能過(guò)程鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程性能要求一般包括。a)精度：系統(tǒng)檢測(cè)到的被檢測(cè)對(duì)象特征值的鄰近度應(yīng)滿足用戶要求。b)速度：系統(tǒng)對(duì)與輸入對(duì)象相關(guān)的輸入信號(hào)的反應(yīng)速度應(yīng)滿足用戶要求。c)穩(wěn)定性：系統(tǒng)可在檢測(cè)各階段和工作環(huán)境中對(duì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定的圖像采集和圖像處理分析，包括成像穩(wěn)定性和軟件穩(wěn)定性。d)靈活性：系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)外部需求的變化。e)學(xué)習(xí)能力：當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象發(fā)生異常變化時(shí)，系統(tǒng)可自行學(xué)習(xí)并檢測(cè)出異常情況。f)缺陷檢出信息全面性：數(shù)學(xué)模型應(yīng)能識(shí)別出鋼管外表面的常見(jiàn)缺陷，并給出缺陷的位置、長(zhǎng)度、寬度、深度、數(shù)量、類型等具體信息。g)軟件功能全面性：運(yùn)行質(zhì)量檢測(cè)軟件，為用戶提供缺陷報(bào)警、缺陷分布預(yù)覽、歷史數(shù)據(jù)查詢等多種表面質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用。以及系統(tǒng)維護(hù)、缺陷樣本收集等功能。6GB/TXXXX—XXXX8.3制造管理性能鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的制造管理性能要求主要包括。a)質(zhì)量保證：硬件與軟件的開(kāi)發(fā)、制造、集成等活動(dòng)應(yīng)嚴(yán)格符合質(zhì)量保證體系的要求和程序b)維護(hù)支持：系統(tǒng)生命周期的所有階段都應(yīng)有維護(hù)系統(tǒng)支持，以確保其滿足指定的工作質(zhì)量。c)兼容性：應(yīng)滿足內(nèi)部兼容性和外部兼容性的要求。d)物理特性：應(yīng)考慮物理特性造成的約束，包括質(zhì)量、體積、散熱等因素。8.4檢測(cè)性能鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)性能要求主要包括。a)準(zhǔn)確性：使用規(guī)定方法在指定時(shí)間檢測(cè)一定數(shù)量產(chǎn)品樣本的正確率應(yīng)滿足企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)漏報(bào)率、誤報(bào)率等目標(biāo)要求。b)一致性：多次重復(fù)執(zhí)行相同的檢測(cè)任務(wù)，判別結(jié)果應(yīng)一致。c)實(shí)時(shí)性：系統(tǒng)應(yīng)滿足用戶在循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成的檢查任務(wù)，通常要求檢測(cè)速度應(yīng)比信號(hào)采集間隔速度快，計(jì)算及控制系統(tǒng)對(duì)缺陷數(shù)據(jù)的識(shí)別周期不大于1秒。d)缺陷類型判別全面性：應(yīng)準(zhǔn)確的檢測(cè)出鋼管外表面的劃傷、裂紋、折疊、凹坑等缺陷。e)缺陷數(shù)據(jù)可保存性：軟件應(yīng)具備嚴(yán)重缺陷報(bào)警、缺陷分布預(yù)覽、缺陷統(tǒng)計(jì)等功能，能保存3年以上的缺陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，且可轉(zhuǎn)存到其他存儲(chǔ)介質(zhì)。9檢測(cè)程序鋼管表面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)程序一般包括儀器通電與標(biāo)定、設(shè)備對(duì)中調(diào)整、檢測(cè)主機(jī)調(diào)整、檢測(cè)靈敏度調(diào)整、判別閾值調(diào)整等主要環(huán)節(jié)。a)儀器通電、標(biāo)定：檢測(cè)儀器在調(diào)試前應(yīng)預(yù)先通電、進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保儀器使用過(guò)程中性能穩(wěn)定。b)設(shè)備對(duì)中調(diào)整：設(shè)備應(yīng)根據(jù)管徑的變化進(jìn)行檢測(cè)中心線對(duì)中。c)檢測(cè)主機(jī)調(diào)整：鋼管鋼直徑和檢測(cè)要求，調(diào)整檢測(cè)主機(jī)高度和鋼管運(yùn)行速度，以確保檢測(cè)的覆蓋率。d)檢測(cè)靈敏度調(diào)整：為檢測(cè)對(duì)比試樣上的人工缺陷，對(duì)系統(tǒng)判定閾值等進(jìn)行的調(diào)整。e)判別閾值調(diào)整：檢測(cè)前，在上述調(diào)整的基礎(chǔ)上，用選定的檢測(cè)速度連續(xù)運(yùn)行與檢測(cè)鋼管相同規(guī)格對(duì)比試樣，保證至少通過(guò)3次，每次對(duì)比試樣上的所要求的人工缺陷均能可靠報(bào)警，作為檢測(cè)閾值。10結(jié)果判定10.