加热炉板坯号识别系统研究

王 森

（宝钢工程技术集团有限公司， 上海 201900）

引言

加热炉板坯号自动识别主要是利用图像处理和模式识别相关技术，这两种技术被广泛应用。最常见的应用有：车牌号自动识别系统、手写票据账号自动识别系统等。板坯号自动识别技术由于其所用行业的特殊性，难度要比以上情况复杂，首先是现场环境比较恶劣，识别目标处在高温辐射中，目标背景十分复杂且与目标颜色相近；其次是识别目标没有严格的边界区分，且书写十分潦草，字迹模糊，存在连写和笔画覆盖严重的情况，这些都大大增加了图像处理和识别的难度。本文在以上技术的基础上采用现代机器视觉技术，对加热炉板坯号进行高精度识别，完整实现了板坯号自动识别系统，并得到了较好的应用效果。

1 被检测对象描述

加热炉板坯号及其字符如图1 所示，字符被喷印在钢坯端面上。该字符具有以下特征：钢坯本体颜色冷态深色，近似黑色，字符颜色为浅色，色调稳定不变；字符沿板坯宽度方向，纵向排列，所有字符位于同一行，不会出现多行字符；可能出现字符范围为0～9共10 个数字，A～Z 共26 个大写英文字母；每一位上可能出现的字符集合中，不能同时包含以下互斥字符：数字0 与字母O，数字1 与字母I；字符大小基本不变，字符间隔基本不变；进入位置时，字符朝上，从左到右书写[1-2]。

2 加热炉板坯号自动识别系统组成

如图2 所示为加热炉板坯号自动识别系统，系统包括以下部分：

1）龙门架。龙门架用于安装检测箱，同时也是人员操作、维护的台面。为了不影响轧线辊道检修，龙门架之上的所有电气、通讯电缆采用航空插头连接。检修轧线辊道时，只需拔掉航空插头，就可以将龙门架吊放到辊道之外。

2）检测箱。包括双层隔热箱体、工业相机、2 台频闪光源、制冷装置、直流电源、交换机等组件。系统通过一对光电开关检测钢坯的到来，当钢板到达检测工位时，立即抓拍一张图像。频闪灯与相机同步曝光，提供照明，保证在各种光线条件下都能采集到清晰的图像。制冷装置通过压缩空气为检测箱制冷。检测箱大小约为2 000 mm×400 mm×400 mm，质量约为200 kg[3-4]。

3）电气箱。电气箱安装在龙门架附近，其内部包括直流电源、交换机。直流电源用于给相机和光电对射开关供电，交换机用于将光纤转换成网线，网线再接入相机。电气箱与检测箱之间的电缆采用航空插头连接，气管采用快插接头连接，便于插拔。

4）光电对射开关。光电对射开关包括发射端和接收端，分别安装在轨道的两侧，当板坯遮挡住光电开关时，开关信号发生跳变，跳变的信号立刻触发相机拍照[5]。

5）服务器- 电控一体柜。服务器- 电控一体柜安装在加热炉电气室，其内部包括两台图像处理计算机，一个交换机，用于操作的显示器键鼠，供配电器件。配置一台独立式I/O 卡，能够将IO 信号转换成网络协议传输到计算机。系统与现场所有的通讯接口全部从服务器- 电控一体柜接出，包括至L1、L2、Fluxx系统，远程监测系统的网线。总电源也接入服务器-电控一体柜。两台服务器的分工是，Server-01 负责L辊和M 辊的图像处理，Server-02 只负责上料点的图像处理。

6）操作终端。包括两台操作终端，都安装到加热炉操作室，供操作人员使用。

3 加热炉板坯号自动识别系统功能

1）实时显示。板坯号识别系统的操作终端（计算机显示器）能实时显示板坯辊道监控画面，板坯到达时可以清楚地看到板坯的号码。

2）喷号自动识别、比对。当板坯到达指定位置时，系统接收外部触发信号，对板坯号码进行识别。对识别出来的板坯号，系统会自动与加热炉发过来的板坯号进行比对，如果识别的号码与加热炉发送过来的坯号不符则会触发警报，系统会将报警信号及数据发送至L2、L3 系统，由操作工进行确认，确认后的坯号则会发送至加热炉L2、L3 系统；若一致，则把坯号直接发送至加热炉L2、L3 系统。

3）自动矫正倾斜倒置号码。系统采用图像修正算法，对受侧光、顺光和逆光影响的图像，预先进行图像优化，加强识别能力；对断裂、变浅、模糊的字符，具有较强的模糊识别能力。系统识别字符速度快，不受字符正、反、偏左、偏右的影响，不受红钢、冷钢、白天、晚上的影响，系统抗干扰能力强。

4）实时结果分析。系统分析速度快速，铸坯无需停车即可完成检测。

5）网络通信。板坯号识别系统与热轧厂的L2、L3系统具有网络数据通讯功能，识别系统能接收板坯号码及相关参数信息，进行识别号码的比对，并将识别出的坯号发送给加热炉L2、L3 系统。

6）识别异常报警。板坯号识别系统可以对以下异常情况进行报警，包括：被识别字符的置信度不高、数字不规则、年号错误、炉座号与前后两根坯料不一样、在同一炉内的流号和支号有重复、炉号和前后两个坯料都不一样、识别出的号码位数不对、对已识别的板坯号进行检索，判断是否为重号，如果是重号进行声光报警。系统发现识别上述任何情况后都会启动声光报警器进行报警。

7）手动输入。对喷号模糊或无喷号的板坯支持手写录入号码（识别出部分号码的，会与接收的板坯号比对，列出最接近的几组号码，方便录入）。

8）重号报警。对已识别的板坯号进行检索，判断是否为重号，如果是重号进行声光报警。

9）记录回炉坯。手动标记回炉坯，记录回炉坯的相关信息。

10）自动存储和查找。对已识别号码的图片与号码一一对应进行存储，并可以根据存储的时间进行查找。

4 加热炉板坯号自动识别系统特点

钢铁生产的作业环境与自然环境有很大的差别，一味地强调对于环境的适应能力必将降低识别的准确率，本系统在对钢铁行业的作业现场进行了大量卓有成效的调查分析之后，找到合理而科学的补光方式，专用于钢铁作业现场，提升了识别准确度，上述系统的优点有：

1）快速性：系统可以实时对拍摄结果进行检测分析，并实时给出检测结果，运行过程中钢坯无需停车。

2）自适应性：由于很多钢坯上的号码都具有一定的规律，因此输入一定的有规律的数字必定能够提高整体的识别成功率，同时还可以在未来加入“号码的升序和降序”机制，利用其规律生成自适应算法，更进一步的提升号码识别的准确度。

3）多模板识别：系统可以同时适用于多种字体模板，同时根据现场的情况，系统可以通过自我学习（需软件工程师现场部署）有效提高识别率。

4）正反识别：系统可以识别因修磨等一系列工艺需求导致的字体倒置。

5）系统自检：系统可以自动识别系统部件中出现的故障问题，并在HMI 界面进行显示。

5 结语

加热炉板坯号识别系统具有数据准确、性能稳定、故障率低、使用成本低的优势，该系统可以有效地提高生产和设备的安全系数、工作效率，同时可以最大化地解放劳动生产力，减少劳动强度，节约人力成本，大大提高工厂的工业自动化水平。