Ein Aachener Unternehmen hat ein Oberflächen-Inspektionssystem entwickelt, das in allen Prozeßphasen der Bandstahl-Produktion –von Bramme und Warmband bis zu den Kaltwalzphasen wie Beize, Glühe und Beschichtung – eingesetzt werden kann. Das neue Serienprodukt HTS-2 bietet dabei die automatische Inspektion von Stahl-oberflächen mit vollständiger Detektion und Klassifikation auch der subtilsten Fehler bei jeder Bandgeschwindigkeit.
Erreicht wird dies durch die weltweit erste 100 % Software-Lösung. Dadurch kann das System an die unterschiedlichsten Fehlerarten und Stahloberflächen angepaßt werden und erzielt hier dramatisch verbesserte Erkennungsleistungen gegenüber bisherigen Technologieansätzen. Darüber hinaus erlaubt dieses Design während des gesamten Betriebslebens Software-Updates, so daß die Anlage immer auf den modernsten Stand ist.
Flächenkameras erfassen Abschnitte
Insgesamt ermöglicht das System HTS-2 die zuverlässige Inspektion des gesamten Bandstahls und damit auch Rückschlüsse auf Fehler im Produktionsprozeß, was neue Möglichkeiten der Prozeßoptimierung eröffnet. Gleichzeitig wird ein Qualitätsprotokoll und damit eine vollständige Dokumentation erstellt, womit erstmals Bandstahl-Coils mit einer garantierten und dokumentierten Oberflächen-Qualität erzeugt und ausgeliefert werden kann.
Das Oberflächen-Inspektionssystem basiert als weltweit erstes auf einer 100 % Software-Lösung, die z.B. neuronale Netze für die Fehlerklassifikation integriert, sowie dem innovativen Einsatz flächiger Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung und Flächenkameras.
Damit werden ganze Flächenabschnitte des Bandes in optimaler Qualität aufgenommen, die auch als Ganzes verarbeitet werden. Für die online-Verarbeitung des Bildmaterials werden Parallelrechner auf Basis von Standard-Pentium-II-PCs eingesetzt.
Das System ist in der Lage, online auf der gesamten Bandstahloberfläche zuverlässig relevante Fehler zu detektieren und nach Form und Größe und in den spezifischen Produktionsbegriffen, wie z.B. Schalen, Walzeindrücken, Haspelrutschern usw., zu klassifizieren. Aufgrund des softwarebasierten Ansatzes kann das HTS-2 dabei an die unterschiedlichen Stahloberflächen und hier relevanten, z.T. anlagenspezifischen Fehlerarten angepaßt werden. Dadurch ist das System flexibel variierbar für die automatische Inspektion von Bandstahl in allen Prozeßabschnitten – von Bramme und Warmband bis zu den Kaltwalzphasen wie Beize, Glühe und Beschichtung – und bei jeder Produktionsgeschwindigkeit einsetzbar. Darüber hinaus erzielt das Produkt gegenüber bisherigen Systemen deutlich verbesserte Erkennungsleistungen. Die Verarbeitung läuft dabei in folgenden Schritten ab:
Image Capture:
Mit den unterschiedlichen Beleuchtungstechniken wird der Bandstahl so ausgeleuchtet, daß alle Defekte, selbst so unterschiedliche wie Verfärbungen (Hellfeld) und Kratzer (Dunkelfeld), zuverlässig detektiert werden. Gleichzeitig wird mit Differenzbildtechnik gearbeitet, so daß statische und dynamische Varianzen bei der Bildaufnahme, wie z.B. Staub auf der Linse oder Varianzen in der Material-Helligkeit, eliminiert werden.
Das Ganze erfolgt materialorientiert, also auf die jeweilige Oberflächenart abgestimmt.
Die Kameras sind so angeordnet, daß sich die Kameraausschnitte überlappen, so daß in jedem Fall die gesamte Bandbreite aufgenommen wird. Die hierzu übliche komplexe Justage der Kameras zueinander entfällt – der Ausgleich wird per Software realisiert. Um die vollständige Inspektion auch bei höchsten Produktionsgeschwindigkeit sicherzustellen, können mehrere Kamerareihen hintereinander geschaltet werden.
Object-Detection:
Hier werden alle aufgenommenen Bilder online auf Anomalien, also mögliche Defekte hin untersucht, unauffällige Bildbe-reiche brauchen nicht weiter analysiert zu werden. Dadurch wird bereits in diesem frühen Stadium die zu verarbeitende Bildmenge – z.T. über tausend Bilder pro Sekunde – stark reduziert, so daß zusätzliche Rechenleistung für die ausführlichen Bewertung der relevanten Fehler zur Verfügung steht.
Defect-Detection:
In diesem Verarbeitungsschritt findet u.a. eine Analyse der gefundenen Fehlerformen statt, z.B. punktförmig, linienförmig usw. Hier können zudem bereits erste Fehler-erscheinungen als nicht qualitätsrelevant vorklassifiziert und aussortiert werden.
Region Analysis:
Hier werden kleinste benachbarte Fehler erkannt und zu Flächenfehlern zusammen-gefaßt. So werden selbst komplexe Fehlerstrukturen, wie z.B. Haspelrutscher, Rost usw., als Ganzes erfaßt und aufgedeckt.
Feature Extraction:
Die Fehler werden analytisch beschrieben, d.h. ihre genaue Lage auf dem Flachstahl wird zusammen mit ihren signifikanten Merkmalen festgehalten.
Defect-Classification:
Anschließend erfolgt dann die Klassifi-zierung der einzelnen Fehler mit neuronalen Netzen, die auf Basis von Fehlerbild-Datenbanken trainiert worden sind. Auf diese Weise werden Art, Größe und Bedeutung eines jeden Fehlers ermittelt und direkt in den jeweiligen Produktionsbegriffen, wie z.B. Schalen, Walzeindrücke, Haspelrutscher usw., angezeigt. Die Anpassung der Klassifikatoren an anlagen- und materialspezifische Fehler läßt sich dabei einfach über einen dafür jeweils geeignet zusammengestellten Fehlerbild-Katalog realisieren. Für den Anwender ergibt sich daraus insbesondere für die Inbetriebnahme ein Zeitvorteil von mehreren Monaten gegenüber den bisherigen analytischen Fehlerbeschreibungen. Zudem lassen sich so auch nachträglich schnell neue Fehlertypen integrieren. Die Inspektionsergebnisse können dabei jederzeit an der Inspektionskonsole in einer einfach zu bedienenden MS-Windows-Umgebung abgerufen werden. Dazu werden verschiedene Anzeigenmodi angeboten. So kann ein Inspekteur sich z.B. die Coil-Map eines gesamten Bandes anzeigen lassen, aber auch einzelne Defekte herausgreifen und betrachten. Die Inspektionsergebnisse werden darüber hinaus an die Qualitätssteuerungskonsole weitergeleitet, wo ein Qualitätsprotokoll angefertigt wird. Dies kann z.B. als Produktdokumentation zusammen mit dem jeweiligen Coiler an den Kunden gehen, der so aufwendige Eingangsprüfungen spart. Das System HTS-2 ermöglicht neben der genauen Qualitätsbestimmung des Bandstahls außerdem eine unmittelbare Zuordnung der Fehlerursachen. Auf diese Weise können produktionsbedingte Defekte frühestmöglich erkannt und abgestellt werden. Damit öffnet HTS-2 den Weg hin zu einer kontinuierlichen Prozeßoptimierung und ist mittelfristig auf eine deutliche Erhöhung von Gesamtproduktivität und Margen angelegt. Dabei ist das System durch den zu 100 % softwarebasierten Ansatz jederzeit aufrüstbar. So ist es während des gesamten Betriebslebens immer auf dem neusten Stand. Durch die konsequente Verwendung von Standardkomponenten im Kamera- und Hardwarebereich und softwarebedingte kurze Installationszeiten weist das HTS-2 außerdem wesentlich geringere Investitions- und Betriebskosten als bisherige Inspektionstechnologien auf. Die HTS-2-Produkt-familie ist das Resultat einer dreijährigen Verfahrensentwicklung und umfangreicher Feldtests bei dem weltweit zweitgrößten Stahlproduzenten POSCO (Pohang Iron & Steel Ltd.), wo im Juni 1997 ein Bandstahl-Inspektionsprojekt im Kaltwalz-Bereich erfolgreich abgeschlossen worden ist.
Weitere Informationen A QE 406
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