Контроль качества металлопроката упирается в одну задачу: не отгрузить лист, рулон или трубу с дефектом, который потребитель найдёт у себя на входном контроле. Дефекты металла делятся на две неравные части. Первая лежит на поверхности: риски, царапины, вмятины, раскатанные плены. Вторая сидит в теле проката – расслоения, внутренние раковины, поры в сварном шве трубы, – и в видимом диапазоне 380–780 нм не видна вообще. Выборка инспектора ОТК закрывает первую часть частично, вторую не закрывает никак.
Мы ставим на линию камеры и подсветку, обучаем модель на изображениях с вашего стана и переводим осмотр из выборочного в сплошной: каждый метр полосы, а не образец от партии. Съёмка идёт в четырёх спектральных диапазонах – оптика цветная и чёрно-белая, инфракрасный, ультрафиолетовый, рентген. Решение по кадру система выносит быстрее чем за секунду, дефект уходит в отбраковку через АСУ ТП. Прямого внедрения на прокатном стане у нас нет, и смежный опыт ниже отмечен как смежный.
Какие дефекты металлопроката мы находим на линии
Виды дефектов в металле раскладывают по глубине залегания, а классификация дефектов металла закрыта отраслевым стандартом. ГОСТ 21014 даёт названия дефектов поверхности проката чёрных металлов: плена, волосовина, риска, закат, рванина, вкатанная окалина. Этим словарём пользуемся и мы: модель размечается терминами вашего сертификата качества. ГОСТ 15467-79 добавляет второе деление – явный и скрытый дефект. Явный дефект металла ловится хотя бы выборочным осмотром, а дефекты металлов, остающиеся скрытыми до отгрузки, дают основную массу рекламаций.
Детекцию мы обучаем под конкретный сортамент. Система различает сотни типов дефектов, но набор классов собирается из ваших изображений, а не из каталога: допустимая на горячекатаном листе рябизна на холоднокатаном под окраску уже брак. Дефекты стали закладываются на разных переделах – часть приходит из непрерывной разливки неметаллическими включениями, часть рождается на стане от изношенного валка или вкатанной окалины. Поэтому дефекты проката мы размечаем вместе с вашим технологом: одна и та же риска на металле для одного заказа повод в брак, для другого остаётся в допуске.
| Класс дефекта | Где он сидит | Чем находим |
|---|---|---|
| Риски, царапины, вырыв металла | поверхность, вдоль прокатки | ЧБ камера, косое освещение |
| Вмятины, сколы, забоины | рельеф поверхности | структурированная подсветка |
| Плены, волосовины, закаты | отслоившийся слой поверхности | камера высокого разрешения |
| Расслоения, раковины, каверны | тело листа, стенка трубы | рентген, ультразвук на посту |
| Поры, непровары, трещины в шве | сварное соединение трубы | рентген по ГОСТ 7512-82, ВИК по РД 03-606-03 |
Поверхностные дефекты: трещины, риски, сколы, вмятины, шероховатость
Дефекты поверхности металла делят на технологические (валок, проводка, травление) и механические (перевалка, транспортировка). Трещина в металле здесь самый жёсткий класс: она концентрирует напряжение и растёт на следующем переделе, поэтому раскатанные трещины на металле бракуют без оглядки на глубину. Риски на металле – ровные продольные борозды по направлению прокатки. Дальше механика: вмятина на металле от удара на рольганге, скол металла на кромке, сколы на металле с полимерным покрытием после размотки. Шероховатость поверхности для полимерного покрытия рулонной стали нормируют параметрами Ra и Rz по ГОСТ 2789-73, и здесь дефекты на металле начинаются с выхода за границу поля допуска.
Всё это видно в оптике, но не любой камерой и не при любом свете. Царапина глубиной в десятые доли миллиметра в рассеянном освещении сливается с фоном, а в косом боковом даёт чёткую тень, поэтому контроль дефектов поверхности начинается с подбора подсветки, а не с выбора нейросети. На движущейся полосе мы ставим линейные камеры (line-scan): они собирают изображение построчно, синхронно с энкодером стана. Матричная камера остаётся там, где объект дискретный: торец пакета, маркировка рулона, зона реза. Детекция – это машинное зрение плюс математические модели, кадр разбирается быстрее чем за секунду.
Скрытые дефекты проката: расслоения, раковины, волосовины, каверны
Расслоение металла – несплошность, вытянутая в плоскости прокатки, чаще всего раскатанное неметаллическое включение или подкорковый пузырь из слитка. На поверхности листа расслоения металла не видно, зато оно вылезает при гибке и резке, уже у потребителя. Раковины в металле остаются от усадки при кристаллизации, каверна в металле – та же полость, вскрытая после травления. Волосовины вытягиваются в нити, плена – отслоение металла, закатанное в тело листа. Это дефекты основного металла, а не сварного шва.
Здесь включается второй спектральный слой. Внутренние несплошности показывает рентген контроль: плотность материала в зоне раковины или расслоения ниже, и участок читается на снимке темнее фона. Ближний инфракрасный диапазон от 780 нм берёт структурный контраст на однородной в видимом свете поверхности. Ультрафиолет-A 315–400 нм даёт свечение люминофора при капиллярном контроле по ГОСТ 18442-80: метод показывает только выходящие на поверхность дефекты, зато берёт волосовины и микротрещины. Для ферромагнитных марок добавляется магнитопорошковый контроль по ГОСТ 21105-87, на аустенитных сталях он не работает. Границу мы обозначаем прямо: ультразвук по стенке трубы видит то, чего не видит ни одна камера, и машинным зрением его не заменить.
Как мы контролируем лист, рулон и трубу на конвейере
Форм-фактор диктует схему. Полоса шириной больше метра не помещается в одну камеру с нужным разрешением, поэтому зону осмотра набирают несколькими линейными камерами внахлёст: поверхности проката мы контролируем с двух сторон, иначе дефект нижней стороны рулона уедет в отгрузку. Дефекты листового проката привязываются к координате – номер рулона, метраж от начала, отступ от кромки, – и по ней пост маркировки метит полосу. Контроль качества стального листа на агрегате поперечной резки проще: лист дискретный, кадр матричный.
Контроль качества трубы отличается тем, что смотреть надо и тело, и шов, по всей окружности. Тело разворачивают под камеры вращением или кольцом камер, а сварной шов ведут отдельным каналом – рентген плюс визуальный измерительный контроль. Дальше включается автоматическая отбраковка: сигнал уходит в АСУ ТП, отбраковщик снимает изделие с потока или маркирует дефектный участок под вырезку. Отбраковщики мы производим сами, поэтому пост встраивается в вашу линию. По той же логике работает конвейерная отбраковка листа у топ-3 российского производителя гипсокартона: другой материал, та же задача – широкое полотно и непрерывный поток; система там в эксплуатации больше четырёх лет.
Методы контроля: от визуального осмотра и ГОСТ к машинному зрению
Классическая схема на прокате – визуальный и измерительный контроль плюс выборочная приёмка партии. Для сварных соединений методика описана в ГОСТ Р ИСО 17637 и РД 03-606-03, выборку строят по ГОСТ Р ИСО 2859-1: объём партии, план контроля, приёмочный уровень качества AQL. У схемы встроенное ограничение – она оценивает партию, а не каждую единицу продукции. Методы контроля дефектов металла в лаборатории добавляют глубины: радиографический контроль сварных соединений по ГОСТ 7512-82, ультразвуковой по ГОСТ Р 55724-2013, магнитопорошковый по ГОСТ 21105-87, капиллярный по ГОСТ 18442-80. Все они точечные – образец, вырезка, отдельный пост.
Машинное зрение меняет не метод, а охват. Контроль поверхностных дефектов идёт непрерывно, на скорости линии, по одной методике в дневную и в ночную смену. Дефекты поверхности ГОСТ 21014 описывает словами, а модель размечает те же классы на изображении и добавляет измерение: длину риски, площадь плены, глубину вмятины. Для сварного шва трубы результат стыкуется с уровнями качества по ГОСТ Р ИСО 5817 и классификацией по ГОСТ Р ИСО 6520-1. Как этот подход выглядит на производстве целиком, разобрано на странице контроль качества продукции.
Что это даёт производству металлопроката
Контроль качества металла на выходе линии превращает рекламацию в отбраковку. Дефектный рулон, снятый до отгрузки, стоит переработки; найденный у потребителя – возврата, штрафа и разбора с коммерческой службой. На проектах Spectra в других отраслях это дало до 100% сокращения брака в отгрузке, +5% и выше к пропускной способности и +25% и выше к продуктивности персонала, а экономия клиентов на потерях от брака превысила ₽2 млрд. Металлургические дефекты в этой логике не отличаются от дефектов гипсокартонного листа: решение принимается на линии, а не в отделе претензий.
Второй результат – данные. Каждый дефект пишется в аналитику Grafana с временем, координатой и классом, а затем сводится с номером плавки, партией и сменой. Через месяц такой записи видно, что рябизна растёт к концу кампании валка, а вкатанная окалина привязана к конкретному поставщику сляба, – это разговор о причине, а не о факте брака. Архив кадров закрывает и претензионную работу: на спорную партию поднимается изображение конкретного метра полосы, а требования ISO 9001 к записям выполняются снимком.
Внедрение идёт проектом, а не подпиской: обследование линии, подбор камер и подсветки, разметка изображений, обучение моделей, интеграция с АСУ ТП, пусконаладка – от нескольких недель до нескольких месяцев. Ближайшая к прокату задача из тех, что мы ведём сейчас, – рентген-контроль сварных швов труб на Курской АЭС, 43 типа дефектов, проект в стадии реализации. Стоимость считаем после разбора вашей линии: сортамент, скорость и число зон осмотра меняют состав комплекса. Приходите с описанием стана и списком дефектов, из-за которых сейчас возвращают продукцию.