Введение

Световые пятна, или отпечатки, – это одного из наиболее труднообнаруживаемых визуальных дефектов холоднокатаной стальной ленты, проявляющийся только на этапах последующей обработки – например, при горячем цинковании. Оптические неоднородности, обусловленные остаточными загрязнениями, микрошероховатостью, поверхностными оксидами или микроскопическим различием в кристаллографической структуре, могут быть незаметны для системы визуального автоматического контроля на прокатных или полировальных линиях. Эти дефекты наносят значительный ущерб качеству готовой продукции, особенно при использовании листа в автомобильной, электронной, фасадной промышленности.

Устранение световых пятен на этапе прокатки невозможно, если они не зафиксированы заранее. Следовательно, необходим надёжный метод обнаружения таких дефектов на ранней стадии и с привязкой к координатам.

Физическая основа метода

Метод основан на дифференциальной теплопроводности и теплоёмкости участков со слегка различной отражательной способностью. Участки, имеющие более высокое альбедо (отражают большую часть падающего ИК-излучения), нагреваются медленнее и в момент выхода из зоны нагрева имеют температуру ниже по сравнению с более тёмными участками.

Согласно закону теплового баланса:

Q = aeI∙dt

Где:

– a – коэффициент поглощения;

– e – излучательная способность;

– I – плотность потока ИК-излучателя;

– dt – время облучения.

Для микро неоднородностей (толщина < 0,01 мм) даже незначительное отличие отражательной способности приводит к разнице в остаточной температуре от 0,2 C и выше, которой достаточно для термографического различия.

Таким образом:

Температурная аномалия после ИК-облучения = функция локальной оптической неоднородности.

Концепция и описание метода

На движущийся стальной лист в зоне прокатки или после неё с определённой скоростью направляется узкополосный линейный ИК-излучатель (например, ИК-лампа или массив излучающих диодов), формирующий равномерный тепловой фронт поперёк всей ширины ленты. Через 10–100 мс работы источник отключается, и сразу за ним установлен тепловизор (планшетный термосканер), “снимающий” картину остывания поверхности.

Рис. 9. Схемная реализация термического способа обнаружения оптически неоднородных дефектов.

В полученном термографическом изображении дефекты проявляются как зоны пониженной температуры, отстоящие от в среднем равномерного температурного поля. Алгоритм выделяет эти зоны и привязывает их координаты к положению листа.

Аппаратная реализация

Структурная схема установки:

– ИК-источник (линейный) длиной, соответствующей ширине ленты (1–2 м):

Лампы галогенные ИК-диапазона (2–3 мкм);

Массив ИК-светодиодов;

– Питание и управляющий модуль генерации импульса/нагрева;

– Планшетный тепловизор (640×480 или 320×240, чувствительность ≤ 0,05 C);

– Программный блок анализа термограммы;

– Привязка координат термокарты к скорости движения и дате/порядковому № рулона.

Сканирование осуществляется автоматически при достижении листом зоны контроля.

При отсутствии промышленного тепловизора может быть реализовано конструктивное улучшение чувствительности – с усилением температурных различий по эффекту Риге–Ледюка (см. ниже).

Повышение чувствительности – эффект Риге–Ледюка

Если стандартного чувствительного тепловизора нет, предложено применение физического эффекта Риге–Ледюка – отклонение теплового потока под действием магнитного поля, перпендикулярного градиенту температуры. Размещение неодимовых магнитов в шахматном порядке снизу зоны ИК-нагрева усиливает развитие поперечных тепловых градиентов, создавая локальный температурный контраст даже при крайне малой разнице оптических свойств.