征求意見稿-鋼鐵行業(yè) 基于5G的鋼表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要求 第2部分：線材

ICS77-010

CCSH04CISA

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

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鋼鐵行業(yè)基于5G的鋼表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

要求第2部分：線材

Ironandsteelindustry-Technicalrequirementsforunmannedsystemof

stacker-reclaimer

征求意見稿

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)??發(fā)布

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鋼鐵行業(yè)基于5G的鋼表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)要求第2部分：

線材

1.范圍

本文件規(guī)定了基于5G的線材表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案與要求、成像系統(tǒng)技術(shù)要求、

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求、缺陷分析系統(tǒng)技術(shù)要求。

本文件適用于規(guī)格Φ4.5-Φ28mm的高速線材，最高速度120m/s，以及規(guī)格Φ16mm-

Φ50mm的大盤卷，最高速度30m/s，表面最高溫度1100℃的線材表面質(zhì)量檢測(cè),適用于線材

表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、集成、部署和運(yùn)行。

2.規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3.術(shù)語和定義

本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。

4.系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)要求

4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)包含圖像采集系統(tǒng)、并行計(jì)算系統(tǒng)、控制臺(tái)（終端）、數(shù)據(jù)通訊模塊、存儲(chǔ)

節(jié)點(diǎn)，并考慮增加Web服務(wù)器等部件。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)

4.2系統(tǒng)功能

系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能應(yīng)符合表1要求。

表1系統(tǒng)構(gòu)成及說明

名稱功能及說明

?含檢測(cè)箱、工業(yè)相機(jī)、LED光源、光源控制器、線纜、電控柜

成像系統(tǒng)?通過全幅掃描過鋼時(shí)的線材，拍攝線材表面圖像，獲取數(shù)據(jù)

?圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲⑿杏?jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)

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表檢系統(tǒng)機(jī)械及氣動(dòng)模塊?含氣動(dòng)三聯(lián)件、吹掃、管路、空氣干燥器、閥門、法蘭等

防護(hù)單元機(jī)械結(jié)構(gòu)?機(jī)械結(jié)構(gòu)等

?含推理服務(wù)器集群、es服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、及成套系統(tǒng)軟件

?對(duì)線材表面圖像進(jìn)行矯正、去噪、增強(qiáng)等處理，并保存到服務(wù)器上，采

缺陷分析系統(tǒng)用對(duì)應(yīng)的圖像識(shí)別算法，對(duì)線材數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識(shí)別，將分析、檢測(cè)過

后的結(jié)果傳輸?shù)紿MI終端并寫入到數(shù)據(jù)庫

?配置獨(dú)立的UPS電源

?為用戶呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果，系統(tǒng)和用戶交互端

HMI終端?通過以太網(wǎng)將處理過后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿MI終端，并進(jìn)行結(jié)果顯示，缺陷

數(shù)據(jù)導(dǎo)出，打印等符合現(xiàn)場(chǎng)要求的操作

?進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸

5G網(wǎng)絡(luò)

?獲取產(chǎn)線通訊信號(hào)以及上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)

?實(shí)時(shí)缺陷分析模塊

?歷史缺陷查詢模塊

表檢系統(tǒng)軟件?歷史報(bào)警查詢模塊

?實(shí)時(shí)圖像顯示模塊

?系統(tǒng)自診斷模塊

4.3圖像采集和處理

圖像采集系統(tǒng)應(yīng)包含檢測(cè)裝置及其配電、制冷系統(tǒng)。

采集的信息應(yīng)至少包含線材規(guī)格、批號(hào)、卷號(hào)、材質(zhì)、過鋼日期和時(shí)間等。

圖像采集和并行計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)包括圖像采集、圖像處理、圖像識(shí)別分類、檢測(cè)結(jié)果輸出、

采集參數(shù)設(shè)置五部分。圖像采集和處理系統(tǒng)見圖2。

圖2圖像采集結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)裝置

系統(tǒng)配置應(yīng)符合以下要求：

a)檢測(cè)裝置應(yīng)安裝在生產(chǎn)線上，由攝像頭、光源和防護(hù)機(jī)構(gòu)組成。防護(hù)機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝有

高精度光源和攝像頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及制冷冷卻系統(tǒng)。

b)通過控制臺(tái)（即顯示終端）可以觀察到缺陷的在線檢測(cè)結(jié)果，并且可以調(diào)出缺陷的

歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過聲光報(bào)警提示。

c)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶要求自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)表，并可打印，同時(shí)提供人機(jī)交互的接口，

可由人工進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。

5.系統(tǒng)功能要求

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5.1光學(xué)成像

光學(xué)成像應(yīng)滿足以下要求：

a)選擇的相機(jī)、鏡頭的參數(shù)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境和清晰度要求；通常情況下，所選相機(jī)

需在高溫、高濕、高振動(dòng)等惡劣條件下穩(wěn)定工作至少5年，且成像分辨率應(yīng)大于800*800，

同時(shí)需滿足對(duì)比度足夠高，光圈較小的條件，以確保線材與背景有明顯對(duì)比，且有足夠的景

深。還需要考慮外部光線干擾和電磁干擾等因素，確保設(shè)備具備一定的抵抗能力，以維持成

像的穩(wěn)定性。因此通常選擇經(jīng)過工業(yè)級(jí)測(cè)試和認(rèn)證的相機(jī)和鏡頭，因?yàn)檫@樣的設(shè)備通常在高

溫、高濕、高振動(dòng)等惡劣條件下都能穩(wěn)定工作，且具有更強(qiáng)的耐用性和穩(wěn)定性。

b)線材檢測(cè)通常選擇灰度相機(jī)，有色彩需要時(shí)可以選擇彩色相機(jī)；

c)像素深度一般選擇8bit，有額外需要的可以選擇10bit或12bit等；

d)成像景深應(yīng)不小于被檢測(cè)線材運(yùn)動(dòng)過程中的抖動(dòng)幅度，本文件中景深最低要求為

13.4mm；

e)相機(jī)的信噪比在滿足圖像識(shí)別的基礎(chǔ)上，越大越好，一般不低于35dB;

f)成像的視野水平方向能夠覆蓋線材；

g)橫向分辨率大于等于0.02mm/pixel。

5.2圖像采集

圖像采集應(yīng)滿足以下要求：

a)高速采集下，采集的幀率/行頻能夠保證線材運(yùn)動(dòng)時(shí)可以采集到完整信息，面陣相機(jī)

連續(xù)兩幀需要有重疊，線陣相機(jī)最大行頻需大于等于運(yùn)動(dòng)速度/1mm。

b)曝光時(shí)間小于等于1mm/運(yùn)動(dòng)速度，以避免會(huì)產(chǎn)生拖影問題；

c)在高速場(chǎng)景下，采集圖像的數(shù)據(jù)量非常大，要選擇合適的傳輸接口。在本文件中，

單臺(tái)相機(jī)每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可達(dá)238MB以上。根據(jù)需要可以選擇CameraLink、USB3.0或

CoaXPress等符合要求的接口。

5.3圖像處理

a)能夠去除采集圖片中的背景噪聲點(diǎn)；

b)能夠?qū)崟r(shí)并行處理大批量圖片，通常情況下需要每秒處理150張~200張圖片；能夠?qū)?/p>

采集圖片中線材錯(cuò)位、彎曲部分進(jìn)行矯正；

c)能夠?qū)Σ杉瘓D片中線材錯(cuò)位、彎曲部分進(jìn)行矯正；

d)能夠識(shí)別采集圖片中沒有線材的部分，尋找到鋼材頭部位置；

e)處理后的圖片清晰，基本不含噪聲，圖形質(zhì)量?jī)?yōu)秀，可在圖片中觀察到與真實(shí)缺陷

的外形。

f)處理過程中應(yīng)盡可能保留圖像的原始有用信息，不影響原有的缺陷特征，避免對(duì)圖

像進(jìn)行過度壓縮或者格式轉(zhuǎn)換，以免損失圖像中的重要信息；

g)能夠增強(qiáng)圖片中的缺陷特征，以便為后續(xù)缺陷檢測(cè)階段減輕負(fù)擔(dān)；

h)處理后的圖片大小合適，以便進(jìn)行更快和更準(zhǔn)確的檢測(cè)；

i)具有系統(tǒng)重啟自動(dòng)運(yùn)行功能，方便維護(hù)；

j)處理后的圖片中線材圖片邊界橫坐標(biāo)極差應(yīng)該小于5個(gè)像素。

5.4圖像識(shí)別分類

圖像分類應(yīng)達(dá)到以下要求：

a)能夠識(shí)別出缺陷的種類，并為每個(gè)種類分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。

b)能夠確定缺陷的位置，包括缺陷在圖片中的位置和在線材中的位置。

c)能夠定義缺陷的嚴(yán)重程度，可以根據(jù)缺陷的個(gè)數(shù)、大小、形狀、深度、周期性等屬

性來定義不同的嚴(yán)重程度級(jí)別并為每個(gè)級(jí)別分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符；

d)能夠基于一定指標(biāo)對(duì)缺陷檢測(cè)算法性能進(jìn)行評(píng)估，性能指標(biāo)包括但不限于：準(zhǔn)確率、

召回率、精確度等。這些指標(biāo)應(yīng)該與特定應(yīng)用場(chǎng)景的需求相一致，并且應(yīng)該提供評(píng)估算法性

能的數(shù)據(jù)集和評(píng)估方法；

e)具有重啟自動(dòng)運(yùn)行功能，方便維護(hù)；

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f)圖像識(shí)別分類的準(zhǔn)確度和人類手工標(biāo)注相比，準(zhǔn)確度應(yīng)該達(dá)到95%以上。

5.5檢測(cè)結(jié)果輸出

檢測(cè)結(jié)果應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)能夠以一定格式輸出檢測(cè)結(jié)果，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。格式包括但不限于

XML、JSON、CSV等標(biāo)準(zhǔn)格式；

b)檢測(cè)結(jié)果中應(yīng)該包含缺陷的具體屬性，例如缺陷種類、位置、大小、嚴(yán)重程度、置

信度等。應(yīng)該根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和算法需求來定義屬性列表；

c)應(yīng)該定義每個(gè)屬性的數(shù)據(jù)類型和單位，以確保數(shù)據(jù)格式的一致性和可讀性；

d)應(yīng)該定義如何可視化檢測(cè)結(jié)果，以便于人類操作員進(jìn)行人工審查和驗(yàn)證?？梢允褂?/p>

熱圖、標(biāo)記框、顏色編碼等方式來可視化結(jié)果；

e)輸出結(jié)果應(yīng)該按照時(shí)間、缺陷類別、缺陷嚴(yán)重程度等分類存儲(chǔ)到高性能數(shù)據(jù)庫中，

便于實(shí)時(shí)查看和回溯。

5.6參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置要求：

a)對(duì)于特定的缺陷能夠手動(dòng)調(diào)整輸出判別結(jié)果的閾值；

b)對(duì)于報(bào)警提示的規(guī)則應(yīng)該能手動(dòng)調(diào)整，包括但不限于：是否為周期性缺陷等。

6.系統(tǒng)性能要求

6.1連續(xù)允許時(shí)間及穩(wěn)定性

系統(tǒng)應(yīng)不間斷24小時(shí)工作，系統(tǒng)每天檢測(cè)線材量應(yīng)達(dá)到線材生產(chǎn)量。

6.2系統(tǒng)檢測(cè)要求

系統(tǒng)應(yīng)用于在線檢測(cè)線材生產(chǎn)線常見表面缺陷，應(yīng)對(duì)表面缺陷進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、保存、

顯示、打印、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等，應(yīng)滿足以下要求：

a)對(duì)各規(guī)格范圍的（比如高速線材Φ4.5-Φ28mm規(guī)格，按Φ4.5-Φ7mm規(guī)格）線材表

面缺陷進(jìn)行分類收集；

b)檢測(cè)精度：缺陷的周向尺寸≥0.05-0.3mm，缺陷的軸向尺寸≥1.0mm；

c)檢測(cè)率：系統(tǒng)的檢出率≥95%，生產(chǎn)線常見的表面缺陷，包括凹坑、劃傷、刮傷、裂

紋、折疊、過充滿、軋痕、翹皮等；系統(tǒng)對(duì)常見缺陷的識(shí)別率≥90%，常見缺陷包括裂紋、

凹坑、劃傷，其它缺陷識(shí)別率≥85%；

d)檢測(cè)參數(shù)：高速線材規(guī)格Φ4.5-Φ28mm，速度max120m/s；大盤卷規(guī)格Φ16-Φ50mm，

線材速度max30m/s；適應(yīng)表面溫度max1100°C；

e)實(shí)現(xiàn)線材表面缺陷在線分類及報(bào)警，如按照主要形狀可以分為縱向缺陷（裂紋／折

疊，劃傷，過充滿等）、橫向缺陷（翹皮，結(jié)疤，等）及重復(fù)性缺陷。在檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建簡(jiǎn)

易分類器，可按缺陷主要形狀(縱向、橫向、重現(xiàn))、大小（小、中、大）、嚴(yán)重程度（輕微、

中度、嚴(yán)重）等組合分類，并實(shí)現(xiàn)設(shè)定表面缺陷的在線報(bào)警。

6.3系統(tǒng)硬件

圖像分析速度應(yīng)高于圖像采樣速度。

6.4系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件應(yīng)包括圖像采集模塊、圖像推理模塊、圖像實(shí)時(shí)顯示模塊、缺陷實(shí)時(shí)顯示模塊、

統(tǒng)計(jì)分析模塊。其中，圖片采集模塊能夠?qū)崟r(shí)控制相機(jī)采集，方便用戶操作，包括但不限于

更改相機(jī)采集幀率、成像分辨率、圖片預(yù)處理的超參數(shù)等等；圖像推理模塊能夠根據(jù)并行計(jì)

算系統(tǒng)反饋的推理結(jié)果進(jìn)行缺陷圖片的展示；圖像實(shí)時(shí)顯示模塊能夠?qū)崟r(shí)顯示所有相機(jī)當(dāng)前

最新的采集圖片，方便查看當(dāng)前采集狀態(tài)；缺陷實(shí)時(shí)顯示模塊能夠展示系統(tǒng)當(dāng)前已經(jīng)檢出的

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缺陷，方便進(jìn)行后續(xù)處理；統(tǒng)計(jì)分析模塊能夠統(tǒng)計(jì)計(jì)算不同批次鋼材的缺陷信息，包含缺陷

數(shù)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)和缺陷數(shù)量與鋼材規(guī)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系等等。

7.5G技術(shù)性能要求

系統(tǒng)應(yīng)包括三個(gè)模塊：端側(cè)數(shù)據(jù)采集、邊緣側(cè)推理計(jì)算以及云端服務(wù)器，采用邊云協(xié)同

計(jì)算的方式，與5G/F5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深度融合，方案框架見圖3。

圖3質(zhì)檢項(xiàng)目方案框架

a)數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)在端側(cè)采集到的圖像（壓縮），通過5G/F5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至推理服務(wù)器

（解壓），質(zhì)檢算法對(duì)圖像經(jīng)推理計(jì)算獲取質(zhì)檢結(jié)果；結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端系統(tǒng)，在終

端系統(tǒng)輸出結(jié)果并完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

b)上行帶寬：線材檢測(cè)過鋼速度快且在線檢測(cè)要求較高，單個(gè)端側(cè)工業(yè)相機(jī)上行帶寬

要求（壓縮后）：70MBps；端側(cè)X臺(tái)工業(yè)相機(jī)上行帶寬應(yīng)達(dá)到X×70MBps；

c)可靠性要求：對(duì)于5G傳輸信息錯(cuò)誤程度，基本可靠性要求是99.9%，優(yōu)秀可靠性要

求是99.99%。5G通信系統(tǒng)要能夠在傳輸信息時(shí)，保證信息的錯(cuò)誤率非常低。具體而言，對(duì)

于基本可靠性，每1000次傳輸，最多只有1次（0.1%）的傳輸可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤；對(duì)于優(yōu)秀

可靠性，每10000次傳輸，最多只有1次（0.01%）的傳輸可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤

8.系統(tǒng)測(cè)試方法

8.1測(cè)試原則

全面性：測(cè)試應(yīng)該覆蓋系統(tǒng)的所有功能和特性，以確保系統(tǒng)在各種情況下都能正常運(yùn)行。

可重復(fù)性：測(cè)試應(yīng)該是可重復(fù)的，即在相同的條件下，多次執(zhí)行測(cè)試應(yīng)該得到相同的結(jié)

果。

可驗(yàn)證性：測(cè)試結(jié)果應(yīng)該是可驗(yàn)證的，即測(cè)試人員應(yīng)該能夠根據(jù)測(cè)試結(jié)果來驗(yàn)證系統(tǒng)是

否符合預(yù)期的要求。

獨(dú)立性：測(cè)試應(yīng)該是獨(dú)立于開發(fā)過程的，以確保測(cè)試結(jié)果不受開發(fā)人員的影響。

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及時(shí)性：測(cè)試應(yīng)該在系統(tǒng)開發(fā)的早期開