先进工业在线检测技术及应用

    在线检测技术是提高产品质量、生产效率和利润效益的重要保障。据统计，每年因钢铁产品各种质量问题导致的经济损失达数千亿元。自主研发先进工业在线检测技术，实现钢铁生产过程关键工艺与质量参数的在线检测意义重大。

       北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心徐科教授、黎敏教授团队面向钢铁企业在线检测技术的迫切需求，在中欧框架计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、教育部领军人才等项目的支持下，围绕钢铁冶金过程对于表面质量、内部质量、表面温度等在线检测的需求，开发了表面缺陷与粗糙度在线检测、多光谱温度在线检测、电磁超声在线探伤、内部缺陷三维表征等技术与装备。

钢铁材料表面缺陷在线检测技术与装备

    随着用户对风电钢、汽车钢、海工钢、管线钢、桥梁钢、核电钢等高端钢种需求的日益增大，钢材表面质量控制愈显重要。本项目开发了短波长激光线光源照明技术、基于多光谱的高温钢材大景深动态成像技术、变断面异形坯多角度高清成像技术，有效提升高温辐射背景下钢材表面微小缺陷的检出能力；开发了多信息融合的高温钢材表面缺陷多维检测模型、基于光度立体的表面缺陷三维检测技术，实现多维度多信息融合的高温钢材表面缺陷识别与质量判定；对高温钢材常见缺陷检出率达97.01%，识别率达91.79%。

    研究团队提出了基于表面质量检测结果反馈的缺陷预测与闭环优化技术，实现了表面裂纹缺陷的实时高精度预报和优化控制，各类缺陷预报准确率达90.60%。

    项目已推广到高温连铸坯、钢管、钢轨、铸管等多条产线，为钢铁材料高效生产、节能降本、质量优化提供了可靠保障，对于金属表面缺陷检测及追溯、工艺优化与闭环控制、智能制造具有重要的理论指导和应用价值。

基于多光谱的温度在线检测技术与装备

    钢铁冶金过程的温度检测与控制是提高冶炼效率和实现质量控制的关键参数。受高温高压密闭空间以及恶劣工作环境的影响，冶炼过程、连铸过程及轧制过程等存在温度检测精度低、实时响应性差、原位在线检测难、间歇式单点温度检测等难题。

       研究团队开发了多光谱近红外高精度温度传感器，融合了可见光波段与近红外波段，成功开发出高精度比色测温模型及智能识别融合技术，实现了±2 ℃@1000 ℃、 ±4 ℃@1500 ℃、 ±6 ℃@2000 ℃的测温范围与检测精度。

       团队先后开发了高炉风口温度在线检测系统与装备、RH精炼炉内可视化与钢液净表面温度在线检测装备、多光谱近红外高温连铸坯净表面温度在线检测装备，以及大视场、高精度、多波段的多光谱风冷线材温度在线检测装备，实现了从高炉风口温度、精炼炉内温度、二冷区铸坯表面温度、中间坯温度、风冷线材温度、主动加热棒材近表面缺陷检测等50~2500 ℃温度区间的全覆盖。

基于电磁超声的在线探伤技术与装备

    钢铁材料内部缺陷的在线探伤是提高钢铁材料质量、提高生产效率、延长材料服役寿命的重要手段，传统压电超声检测方法需要耦合剂，无法应用于高温在线的场景。

       本项目开发了基于电磁超声的高温板材内部缺陷探伤技术与装备，利用电磁感应方式激发和接收超声波，不需要使用水作为耦合剂，避免了压电超声的各种弊端。

       项目已应用于国内某3800 mm中厚板生产线 ，实现了设计、开发、制造的全部国产化，大大降低了设备造价与使用维护成本，成为高端仪器国产化的又一范例。

表面粗糙度在线检测技术与装备

   表面粗糙度是机械零件等材料表面质量评定的主要精度指标之一，其对机械产品的使用寿命和可靠性有着重要影响。传统的接触式测量方法存在效率低、容易损伤表面等缺点，已无法满足实际的需求。

       机器视觉方法具有检测效率高、获取信息量大、测量精度高、柔性好、非接触等优点，逐渐应用于表面粗糙度测量研究中。光度立体视觉是一种三维视觉测量技术，可精细地获取零件表面三维深度信息。

       本项目开发了动态光度立体视觉技术，通过机器人装载检测模组实现了多曲面材料表面的精细三维重构，并对三维轮廓进行取样、评定，实现了表面粗糙度的高精度在线动态测量。

金属材料内部质量超声无损检测与三维表征系统

    金属材料内部质量检测与三维表征技术是一种超声显微检测技术与先进信号、图像处理方法相结合的无损检测技术。该技术可实现金属材料内部缺陷的定位、定量、定型以及定形的表征，进而实现金属材料内部质量的综合评价。

       与传统方法相比，该技术具有制样简单、扫查范围大、检测精度高、体空间表征等优势，可实现金属材料内部缺陷数量、尺寸、位置等信息的统计分析，金属材料夹杂、偏析、缩孔、裂纹等典型缺陷的识别，金属材料内部缺陷的三维体空间分布可视化，结合生产工艺，给出产品质量的优化决策建议。

金属与橡胶复合界面内脱粘缺陷的空气耦合超声检测技术

    固体发动机广泛应用于导弹和航天运载领域，其核心动力来源为固体推进剂药柱，因制造过程中的环境、工艺控制和界面应力，药柱金属壳体与橡胶衬层易出现脱粘缺陷，影响发动机燃烧性能，甚至导致爆炸。

       因为固体推进剂药柱属于易燃易爆的火工品，所以传统使用耦合剂的超声技术不适用于药柱检测。空气耦合超声通过空气传递超声波信号，无需液体或凝胶作为耦合剂，可以实现非接触式无损检测。

作者：徐科，黎敏，周东东
   作者单位：北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心