钢材表面缺陷

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改进YOLO的钢材表面缺陷检测算法

改进YOLO的钢材表面缺陷检测算法一、综述随着钢铁行业的发展，钢材表面缺陷检测在生产过程中具有重要的意义。

传统的钢材表面缺陷检测方法主要依赖于人工观察和经验判断，这种方法不仅耗时耗力，而且容易受到操作者主观因素的影响，导致检测结果的不准确性。

随着计算机视觉技术的发展，基于深度学习的图像识别方法在钢材表面缺陷检测领域取得了显著的成果。

现有的钢材表面缺陷检测算法仍存在一定的局限性，如对复杂背景的适应性较差、对噪声和光照变化敏感等问题。

为了提高钢材表面缺陷检测的准确性和鲁棒性，本文针对现有问题对YOLO(You Only Look Once)算法进行了改进，提出了一种新的钢材表面缺陷检测方法。

该方法在保持原有实时性和高效性的基础上，提高了对复杂背景和噪声的适应性，为钢铁行业的生产过程提供了有力的技术支持。

1.1 背景介绍随着钢铁行业的不断发展，钢材表面缺陷检测在生产过程中具有重要的意义。

钢材表面缺陷不仅会影响到产品的外观质量，还可能导致产品在使用过程中出现安全隐患。

对钢材表面缺陷进行准确、高效的检测显得尤为重要。

传统的钢材表面缺陷检测方法主要依赖人工观察和经验判断，这种方法存在一定的局限性，如检测速度慢、精度低、易受人为因素影响等。

为了提高钢材表面缺陷检测的准确性和效率，研究人员开始尝试将计算机视觉技术应用于钢材表面缺陷检测领域，其中一种较为成熟的方法是基于深度学习的目标检测算法。

YOLO(You Only Look Once)是一种实时目标检测算法，由Joseph Redmon和Ali Farhadi于2016年提出。

YOLO在计算机视觉领域取得了显著的成果，其性能远超传统的目标检测算法。

由于YOLO算法本身的设计理念和训练数据集的特点，它在钢材表面缺陷检测领域的应用仍面临一些挑战。

YOLO算法对于小尺寸目标的识别能力较弱，这使得在钢材表面缺陷检测中可能无法准确定位这些微小的缺陷。

YOLO 算法在处理复杂背景时的表现也不如预期，这可能导致误检或漏检的情况发生。

钢材缺陷等级

钢材缺陷等级钢材缺陷等级是指对钢材中存在的缺陷按照一定的标准进行分类和评定的等级。

钢材缺陷等级的划分对于保证钢材的质量和使用安全起着重要的作用。

下面将详细介绍钢材缺陷等级及其对应的标准和特征。

一、一级缺陷一级缺陷是指对钢材性能和使用安全影响较大的缺陷。

一级缺陷通常包括以下几类：1. 包含气孔或夹杂物的缺陷：这类缺陷会降低钢材的强度和韧性，容易引起断裂和疲劳破坏。

2. 钢材内部裂纹：内部裂纹是钢材中最严重的缺陷之一，会导致钢材的断裂和失效。

3. 钢材表面裂纹或剥离：表面裂纹或剥离会使钢材的耐蚀性下降，容易引发腐蚀和氧化。

二、二级缺陷二级缺陷是指对钢材性能和使用安全有一定影响的缺陷。

二级缺陷通常包括以下几类：1. 钢材表面的凹坑：凹坑会降低钢材的表面光洁度和美观度，但对钢材的力学性能影响较小。

2. 钢材的尺寸偏差：尺寸偏差是指钢材的实际尺寸与设计尺寸之间的差异，虽然会影响钢材的安装和使用，但对钢材的强度和韧性影响较小。

3. 钢材的表面划痕：表面划痕会降低钢材的表面质量，但对钢材的力学性能影响较小。

三、三级缺陷三级缺陷是指对钢材性能和使用安全影响较小的缺陷。

三级缺陷通常包括以下几类：1. 钢材的表面氧化层：氧化层是指钢材表面形成的一层氧化物，虽然会降低钢材的美观度，但对钢材的力学性能影响很小。

2. 钢材的表面镀层缺陷：表面镀层缺陷通常是指钢材表面的镀层存在的缺陷，例如气泡、剥落等，虽然会降低钢材的耐蚀性，但对钢材的强度和韧性影响很小。

3. 钢材的表面颜色不均匀：表面颜色不均匀是指钢材表面的颜色存在差异，虽然会影响钢材的美观度，但对钢材的力学性能影响很小。

钢材缺陷等级的划分主要分为一级缺陷、二级缺陷和三级缺陷。

一级缺陷对钢材的性能和使用安全影响最大，需要严格控制和修复；二级缺陷对钢材的性能和使用安全有一定影响，需要适当处理；三级缺陷对钢材的性能和使用安全影响较小，可以接受一定程度的缺陷。

钢材生产和使用过程中需要根据不同的缺陷等级采取相应的措施，确保钢材的质量和使用安全。

钢材表面缺陷检测技术研究

钢材表面缺陷检测技术研究钢材制造是众多工业领域所需要的核心原材料，因其在各种建设、机械制造等领域中具有不可替代的作用。

然而，在钢材的制造加工过程中，常常会出现各种表面缺陷，如裂纹、脱附、氧化、污染等，这些缺陷会影响钢材的质量和使用寿命，甚至会导致事故的发生。

因此，对钢材表面缺陷的检测技术发展显得尤为重要。

传统的钢材表面缺陷检测方法往往是依靠人工目测来完成的。

这种方法虽然简单直观，但是存在很多问题。

例如：人工目测的能力、识别缺陷的依据、缺陷位置的确认等等。

这些问题很难解决，且检测效率低下。

因此，随着科技的不断发展，各种先进的钢材表面缺陷检测技术开始出现。

目前，常用的钢材表面缺陷检测技术主要分为机械检测、磁粉检测、涂料检测和图像检测四类。

机械检测是一种常见的的表面缺陷检测方法，其原理是依靠人工或机器使用触探法检测钢材表面上的凹凸不平的部位。

通过机器的精确度与灵敏度的快速反应，能够准确地检测出钢材较深的缺陷，但无法检测二维或不规则图案的缺陷。

磁粉检测是一种电磁检测方法，利用磁粉吸附效应，对钢材表面缺陷进行检测。

该方法操作简单易行，检测速度较快，但是只能检测表面缺陷。

涂料检测是考虑到涂层对钢材表面的保护作用，检测这种涂层是否存在缺陷。

检测过程中采用涂敷一层荧光涂料，经过UV灯照射后，将荧光图像进行处理，尽可能的发现涂层管理的细微问题。

但其不足之处在于，这种方法无法检测到未经涂层保护的裸晒钢材表面缺陷。

图像检测是一种高新技术，主要利用光学成像，成像分析及计算机处理等手段，将图像增强后再进行表面检验。

其中，较常用的方法是红外图像检测与高分辨率三维形貌重建。

红外图像检测技术能够对钢材表面缺陷进行准确的定位和分类，并给出缺陷的大小和形状等信息。

高分辨率三维形貌重建技术能够依据钢材表面缺陷的高度等特征来进行检测，检测效果明显，但是对设备和人员的要求较高。

在我国的钢铁工业中，缺陷检测技术逐渐向自动化方面发展。

其中，图像检测和磁粉检测技术是比较成熟的技术手段。

所有钢材常见缺陷及原因

钢材常见缺陷及原因、圆钢1划伤特征：一般呈直线型沟痕，可见沟底，长度由肉眼刚刚可见到几毫米不等，长度自几毫米至几米不等，可断续分布，也可能通长分布。

原因：导卫表面不光滑，有毛刺或磨损严重；滚动导轮不转或磨损严重；翻钢板表面不光滑刮伤；在运输过程中辊道盖板等刮伤。

2折叠特征：沿轧制方向呈直线状分布，外形似裂纹，边缘有时呈锯齿状，连续或断续分布，深浅不一，内有氧化铁皮，在横断面上看，一般呈折角。

原因：前某一道次出耳子；前某道次产生划伤、轴错、轧槽损坏或磨损严重、飞边等；原料表面有尖锐棱角或裂纹。

3结疤特征：一般呈舌形或指甲形，宽而厚的一端和基体相连；有时其外形呈一封闭的曲线，嵌在钢材表面上。

原因：前一孔型轧槽损坏破损或磨损严重；外界金属落在轧件上被带入孔型，压入钢材表面；前一道次轧件表面有深度较大的凹坑。

4耳子特征：出现于成品的两旁辊缝处，呈平行于轴线的突起条状。

有两侧耳子、单侧耳子、全长出耳、局部出耳和周期出耳等。

原因：孔型设计不良，宽展估计过小；成品前料型高度较大；成品孔辊缝小；终轧温度低，宽展增加；成品导板安装不正、尺寸大或磨损严重；横梁或导板盒松动；轧槽更换错误或轧机轴承损坏。

5弯曲特征：有头部弯曲、局部弯曲、全长弯曲等。

原因：出口导卫安装过高或过低；温度不均；上下辊径差过大；冷床不平，成品在冷床上排列不齐，移动速度不一致，翻钢设备不良；冷却水分布不均匀，成品冷却不均；精整操作不良。

6翘皮特征：呈鱼鳞状或分层翘起的薄皮，大部分是生根的，也有不生根的。

原因：导卫装置加工或安装不良，围盘有尖锐棱角，刮伤了轧件表面，再轧后，引起翘皮；输送辊道表面粗糙，刮起伤了轧件表面，再轧后造成翘皮；轧件带有薄耳子；轧槽磨损严重，轧件在孔型内打滑；连铸坯内部有较大的皮下气泡，轧后破裂形成翘皮。

7表面夹杂特征：一般呈点状、条状或块状分布，其颜色有暗红、暗黄、灰白等，机械地粘结在成品表面上，不易剥落，且有一定的深度。

钢材表面的缺陷

轧钢常见缺陷

(1)头太、头小产生的主要原因是轧制温度和轴瓦的磨损及轧机部件的松动等造成。
2)腰厚、腰薄产生的主要原因是：如按孔型设计头部压下量为77—=6.7mm；腰部压下量为16一＝1.5mm，如果六孔压下量加大l.5mm，则头部尺寸为75.5mm压下量由6.7mm减少到5.2mm，腰部压下量由1.5mm减少到0，自然头部对腰部有拉伸加之腰部无压下而宽展，所以腰变薄，反之腰部变厚。
(1)因辊式或立式矫直机调整操作不当，将钢轨矫断。
(2)钢质不好，如局部夹杂、偏析，在矫直过程中被矫(压)裂(断)。
3、线材常见缺陷
缺陷名称
缺陷特征
产生原因
耳子
盘条表面沿轧制方向的条状凸起称为耳子，有单边耳子，也有双边耳子。在高速线材轧机(连轧)生产中，最终产品头尾两端很难避免耳子的产生。
1)轧槽导卫安装不正及放偏过钢，使轧件产生耳子。
(1)卫板安装不良，使钢轨产生力偶，形成扭转。
(2)轧件温度不均或压下量不均，造成各部延伸不一致。
(3)矫直机调整不当，钢轨受力偶作用。
(4)在冷却台架上翻钢时因温度较高也会出现扭转。
弯曲
钢轨沿垂直或水平方向呈现不平直的现象叫弯曲，一般呈镰刀形或波浪形，仅在端部的弯曲又叫弯头。
(1)由于重轨的头、腰、底面积相差较大，使轧制、冷却等工序操作易产生弯曲。
(1)钢坯带来的表面非金属夹杂物。
(2)在加热或轧制过程中，偶然有非金属夹杂物(如加热炉的耐火材料及炉渣等)，附在钢坯表面上，轧制时被压入钢材，冷却经矫直后部分脱落。
分层
此缺陷在型钢的锯切断面上呈黑线或黑带状，严重的分离成两层或多层，分层处伴随有夹杂物。
(1)主要是由于镇静钢的缩孔或沸腾钢的气囊未切净。
(1)主要因钢坯缩孔部分未切净。

轧钢常见缺陷分析

(1)孔型设计不良，轧辊车削不正确及轧机调整不当，使轧件进入成品孔时由于金属量不足，造成孔型充填不满。
(2)轧槽错牙或入口导板安装不当，造成轧件某一面缺少金属，再轧时孔型充填不满。
(3)前、后孔磨损程度不一样。
(4)圆轧件弯、扭造成进孔不正。
(5)对于工、槽钢，困钢坯不清理，往往出现结疤掉到闭口腿内，在轧制过程中便会出现周期性的腿尖缺肉。
(1)主要因钢坯缩孔部分未切净。
(2)钢坯中心聚集大量的非金属夹杂物，在轧制中不能使金属焊合。
开裂
钢坯在轧制中，自动裂开称开裂。工业轨尤为多见。
(1)由于钢锭中心部位集中大量气体和非囊属夹杂物所致。
(2)由于钢“内裂”或“穿孔”所致。
过烧
因钢坯加热不当，钢轨表面出现的横向粗糙裂口叫“过烧”。裂口多出现在轨头和轨底侧边，金相观察裂口处金属晶粒粗大。
(1)钢坯带来的表面非金属夹杂物。
(2)在加热或轧制过程中，偶然有非金属夹杂物(如加热炉的耐火材料及炉渣等)，附在钢坯表面上，轧制时被压入钢材，冷却经矫直后部分脱落。
分层
此缺陷在型钢的锯切断面上呈黑线或黑带状，严重的分离成两层或多层，分层处伴随有夹杂物。
(1)主要是由于镇静钢的缩孔或沸腾钢的气囊未切净。
(2)矫直机操作调整不良或矫直温度过高。
(3)成品孔出口卫板过低，锯齿磨损太老，垫板太低，在辊道运送速度过快时，碰撞档板等都容易产生弯头。
尺寸超差（规格不合）
钢轨断面几何尺寸不符合标准规定，统称尺寸超差。
其中：钢轨头部超过正偏差的叫头大，超过负偏差的叫头小。轨腰厚度超过正偏差的叫腰厚．超过负偏差的叫腰薄。轨底宽度超过正偏差的叫底宽，超过负偏差的叫底小。轨腰高度超过正偏差的叫腹高，超过负偏差的叫腹低。轨的高度超过正偏差的叫轨高，超过负偏差的叫轨低。断面不与其垂直轴线对称的叫不对称(又叫偏称)。

钢材表面缺陷

钢材表面缺陷
钢材表面缺陷通常分为以下几种类型：
1. 钢材表面氧化：当钢材暴露在空气中时，容易发生氧化反应，形成氧化层，使表面变为黑色或棕色。

这种缺陷会降低钢材的美观度，并影响其使用寿命。

2. 钢材表面生锈：如果钢材长时间暴露在潮湿或有腐蚀性物质的环境中，表面容易生锈。

生锈不仅会破坏钢材的外观，还会减弱其强度和耐久性。

3. 剥落和划痕：钢材在制造、运输和使用过程中，可能会出现剥落和划痕的表面缺陷。

这些缺陷会导致钢材的强度受损，并且可能会对钢材的加工和装配产生负面影响。

4. 异物：在钢材的表面上可能会附着一些异物，例如灰尘、油脂或其他杂质。

这些异物会影响钢材的粘附性能，甚至会导致涂层不牢固，出现剥落现象。

以上是常见钢材表面的缺陷，对于使用钢材的企业和个人来说，及时发现和修复这些缺陷是保障钢材质量和延长使用寿命的重要措施。

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热轧产品质量要求
非周期压痕缺陷特征：如下图，缺陷呈凹坑状，在上下表面任何部位均有可能出现，有时单个出现，有时成簇出现，有时呈项链状延伸；任何钢种均可能发生。产生原因：异物黏附、铁皮粉末黏附压入、库内石子等硬物。也不排除厂外运输、加工产生。整改对策：防止异物、铁皮等卷入钢卷。
热轧产品质量要求
热轧产品质量要求
异物压入缺陷特征：如下图，缺陷呈大小不等、形态不一的异物压入状。在钢卷表面任意位置均可产生。任何钢种均可能发生。产生原因：带钢轧制过程中，外界异物掉落，被碾压嵌入钢带表面。整改对策：1）机械确认设备稳固性；2）检修后严格执行4S工作；3）定修轧线板道检查。
热轧产品质量要求
腰折缺陷特征：如下图，缺陷呈与轧制方向垂直的横向折皱，弯折或流变区。开卷时用肉眼就可鉴别。带钢的上、下表面均可能发生，头尾居多。低碳软钢容易出现。产生原因：1）低C软钢存在过长的屈服平台；2）精整开卷温度过高；3）开卷时的张力、深弯辊及速度的设定不合适。整改对策：1）低C钢成分优化设计或调整 FT、CT；2）开卷温度小于50 ℃；3）开卷投入大张力、深弯辊高压力随动压下及较高的开卷速度有助于减少该缺陷的发生。
热轧产品质量要求
镰刀弯缺陷特征：沿长度方向在板平面内旁弯，呈镰刀状产生原因：1）存在内应力；2）矫直工艺不准确。整改对策：1）优化轧线及层冷的冷却均匀性；2）使用表面较好轧辊；3）优化矫直工艺参数。
热轧产品质量要求
氧化铁皮类氧化铁皮压入缺陷特征：如下图，带状分布，有延伸变形痕迹，钢卷下表居多产生原因：精轧前机架轧辊氧化膜剥落严重整改对策：1）因材备辊； 2）检查轧辊冷却水水嘴状态； 3）优化前机架轧制负荷。
热轧产品质量要求
翘曲缺陷特征：L翘，沿长度方向呈“L”状，两端上翘。C 翘，沿宽度方向呈“C”状，主要集中在高强钢。产生原因：1）L翘，带钢存在内应力；矫直工艺不合理。2）C翘，加热上下表温差大；轧线、层流冷却、空冷不均匀，存在内应力。整改对策：1）优化加热工艺；2）轧线喷水状态检查，尽量使带钢均匀冷却；3）轧后缓冷；4）调整矫直机辊缝设定，优化矫直工艺参数。
热轧产品质量要求
边部翘皮缺陷特征：如下图，在带钢表面两侧不规则掀起皮状物，缺陷根部与基体相连。距边部15～30mm左右，沿在轧线方向出现全长性起皮缺陷。此缺陷在包晶钢上易发（包晶钢碳在0.09～0.15）。产生原因：1）连铸过程中，二次冷却区域角部受到过量或过少的喷水；2）在连铸过程中，产生热脆现象即低熔点的金属渗入并穿进晶粒间界引起的。整改对策：1）在连铸工序，降低和检查喷水的水流密度，时常检查喷嘴；2）对板坯拉枪清理检查；3）在结晶器表面涂镀一层不会引起热脆的材料。
热轧产品质量要求
热轧产品的性能要求项目：拉伸试验；弯曲试验；冲击试验；化学分析；落锤撕裂试验；硬度；HIC性能，等等用户在原料入厂或成品出厂检验时发现；用户使用中出现开裂、断裂、制耳等。
热轧产品质量要求
塔
形
卷层错动
折
边
扁卷Biblioteka 热轧产品质量要求红铁皮缺陷特征：如下图，一般红褐色，点状、条状或片状，分布于整个钢带上，上下表都有可能发生，常见于特殊钢种。产生原因：硅含量高、板坯加热温度高。整改对策：1）优化质量设计，降低硅含量；2）控制炉内中性或微氧化性气氛； 3）故障期间降低炉温。
热轧产品质量要求
压痕类卷取周期辊印缺陷特征：如下图，缺陷呈周期性的凹坑状，有时单个出现，有时成簇出现，其周期相当于接触辊子的周长；在上下表面任何部位、任何钢种均可能出现。产生原因：精轧轧破、甩尾后破碎物黏着到卷取夹送辊、助卷辊等表面；夹送辊、助卷辊材质不良（硬度低）。整改对策：1）控制精轧轧破；2）保证夹送辊、助卷辊等材质；3）发生轧破后对夹送辊辊面进行确认和修磨。
钢材表面缺陷介绍
热轧产品质量要求
板形类浪形缺陷特征：主要集中在高强钢，一些结构钢和锅炉用钢也有出现，2050、1580和1880都存在该缺陷。产生原因：1）单边浪，带钢宽度方向温度；精轧压下系统单侧状态；粗轧来料。2）双边浪和中浪，板形控制模型设定；带钢冷却不均匀；轧辊磨损（双边浪）。整改对策：1）操作工人工干预；2）带钢温度均匀；3）优化板形控制模型。
热轧产品质量要求
氧化铁皮细孔缺陷特征：如下图，较均匀分布，胡椒面状，面状分布，有时条带状，下表居多。产生原因：精轧前机架氧化膜剥落；轧制温度偏高。整改对策：1）因材备辊； 2）检查轧辊冷却水水嘴状态； 3）降低精轧入口温度；4）投入精轧除鳞水和F23机架水； 5）表面要求高的带钢终轧温度按照下限控制。
DENT 缺陷缺陷特征：如下图，缺陷在钢带表面呈的弧形状压痕，一般发生在带钢头部。厚板易产生。产生原因：卷取过程中卷筒膨胀后，助卷辊压迫轧件头部位置。整改对策：1）从L1调整助卷辊踏步控制时序； 2）确保头部让开。
热轧产品质量要求
其它表面类划伤缺陷特征：如下图，缺陷在带钢表面呈直线、沟槽状，全长全宽随机分布，一般在下表面出现。任何钢种均可能发生。产生原因：轧线区域板道有凸出物，或死辊、被动辊与带钢表面摩擦。也不排除厂外加工产生。整改对策：每天和停机换辊的时候对轧线板道进行检查确认。