加熱爐板坯號識別系統研究

王 森

（寶鋼工程技術集團有限公司， 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技術，這兩種技術被廣泛應用。最常見的應用有：車牌號自動識別系統、手寫票據賬號自動識別系統等。板坯號自動識別技術由于其所用行業的特殊性，難度要比以上情況復雜，首先是現場環境比較惡劣，識別目標處在高溫輻射中，目標背景十分復雜且與目標顏色相近；其次是識別目標沒有嚴格的邊界區分，且書寫十分潦草，字跡模糊，存在連寫和筆畫覆蓋嚴重的情況，這些都大大增加了圖像處理和識別的難度。本文在以上技術的基礎上采用現代機器視覺技術，對加熱爐板坯號進行高精度識別，完整實現了板坯號自動識別系統，并得到了較好的應用效果。

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：鋼坯本體顏色冷態深色，近似黑色，字符顏色為淺色，色調穩定不變；字符沿板坯寬度方向，縱向排列，所有字符位于同一行，不會出現多行字符；可能出現字符范圍為0～9共10 個數字，A～Z 共26 個大寫英文字母；每一位上可能出現的字符集合中，不能同時包含以下互斥字符：數字0 與字母O，數字1 與字母I；字符大小基本不變，字符間隔基本不變；進入位置時，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組成

如圖2 所示為加熱爐板坯號自動識別系統，系統包括以下部分：

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、工業相機、2 臺頻閃光源、制冷裝置、直流電源、交換機等組件。系統通過一對光電開關檢測鋼坯的到來，當鋼板到達檢測工位時，立即抓拍一張圖像。頻閃燈與相機同步曝光，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，質量約為200 kg[3-4]。

3）電氣箱。電氣箱安裝在龍門架附近，其內部包括直流電源、交換機。直流電源用于給相機和光電對射開關供電，交換機用于將光纖轉換成網線，網線再接入相機。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。光電對射開關包括發射端和接收端，分別安裝在軌道的兩側，當板坯遮擋住光電開關時，開關信號發生跳變，跳變的信號立刻觸發相機拍照[5]。

5）服務器- 電控一體柜。服務器- 電控一體柜安裝在加熱爐電氣室，其內部包括兩臺圖像處理計算機，一個交換機，用于操作的顯示器鍵鼠，供配電器件。配置一臺獨立式I/O 卡，能夠將IO 信號轉換成網絡協議傳輸到計算機。系統與現場所有的通訊接口全部從服務器- 電控一體柜接出，包括至L1、L2、Fluxx系統，遠程監測系統的網線?？傠娫匆步尤敕掌?電控一體柜。兩臺服務器的分工是，Server-01 負責L輥和M 輥的圖像處理，Server-02 只負責上料點的圖像處理。

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功能

1）實時顯示。板坯號識別系統的操作終端（計算機顯示器）能實時顯示板坯輥道監控畫面，板坯到達時可以清楚地看到板坯的號碼。

2）噴號自動識別、比對。當板坯到達指定位置時，系統接收外部觸發信號，對板坯號碼進行識別。對識別出來的板坯號，系統會自動與加熱爐發過來的板坯號進行比對，如果識別的號碼與加熱爐發送過來的坯號不符則會觸發警報，系統會將報警信號及數據發送至L2、L3 系統，由操作工進行確認，確認后的坯號則會發送至加熱爐L2、L3 系統；若一致，則把坯號直接發送至加熱爐L2、L3 系統。

3）自動矯正傾斜倒置號碼。系統采用圖像修正算法，對受側光、順光和逆光影響的圖像，預先進行圖像優化，加強識別能力；對斷裂、變淺、模糊的字符，具有較強的模糊識別能力。系統識別字符速度快，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，系統抗干擾能力強。

4）實時結果分析。系統分析速度快速，鑄坯無需停車即可完成檢測。

5）網絡通信。板坯號識別系統與熱軋廠的L2、L3系統具有網絡數據通訊功能，識別系統能接收板坯號碼及相關參數信息，進行識別號碼的比對，并將識別出的坯號發送給加熱爐L2、L3 系統。

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

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行檢索，判斷是否為重號，如果是重號進行聲光報警。

9）記錄回爐坯。手動標記回爐坯，記錄回爐坯的相關信息。

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

4 加熱爐板坯號自動識別系統特點

鋼鐵生產的作業環境與自然環境有很大的差別，一味地強調對于環境的適應能力必將降低識別的準確率，本系統在對鋼鐵行業的作業現場進行了大量卓有成效的調查分析之后，找到合理而科學的補光方式，專用于鋼鐵作業現場，提升了識別準確度，上述系統的優點有：

1）快速性：系統可以實時對拍攝結果進行檢測分析，并實時給出檢測結果，運行過程中鋼坯無需停車。

2）自適應性：由于很多鋼坯上的號碼都具有一定的規律，因此輸入一定的有規律的數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”機制，利用其規律生成自適應算法，更進一步的提升號碼識別的準確度。

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

4）正反識別：系統可以識別因修磨等一系列工藝需求導致的字體倒置。

5）系統自檢：系統可以自動識別系統部件中出現的故障問題，并在HMI 界面進行顯示。

5 結語

加熱爐板坯號識別系統具有數據準確、性能穩定、故障率低、使用成本低的優勢，該系統可以有效地提高生產和設備的安全系數、工作效率，同時可以最大化地解放勞動生產力，減少勞動強度，節約人力成本，大大提高工廠的工業自動化水平。