一种基于倾斜摄影的液位控制系统及液位测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于倾斜摄影的液位控制系统及液位测量方法，属于非晶薄带加工技术领域。
【背景技术】
[0002]非晶薄带制备采用快速凝固(冷速106°C /s)平面流铸造技术，将高温钢液通过狭缝喷射到高速旋转冷却辊辊面上，该工艺把长流程薄带铸轧工艺缩短到毫米级辊嘴间和仅一米左、右直径冷却辊上，所有制约薄带性能的因素将更为集中、复杂难控。目前，自动化控制程度较高的非晶甩带设备多为国外制造，非晶、纳米晶薄带占据国内市场近70%份额。“十二五”末期多条万吨级非晶带材生产线投产，但国产化的自动化控制水平不高，且薄带质量和磁性能与国外存在很大差距，仍不具备打破国外技术封锁和依赖进口的被动局面。
[0003]恒液位是非晶薄带厚度均匀的必要条件，高品质非晶薄带与液位高度和喷射压力密切相关。液位变化将影响非晶薄带的厚度和横、纵向厚差和表面质量。喷包液位偏低时，会导致喷带压力不够，薄带贴辊困难，出现密集孔洞；液位偏高时，冷却辊转速相应提高，工艺不稳定因素随之出现，还可能导致喷包外溢；最难控制的恒液位，会影响熔潭流场分布和紊流，导致薄带厚度、冷却不均匀、脆裂。
[0004]现有液位测量技术中，通常有接触式和非接触式测量。金属熔体的高温、强热辐射和恶劣环境等使得检测仪表等接触式测量根本不能使用，而通过浮杆或液面漂浮物间接接触测量，受液面波动、成分、密度及表面张力影响，浮杆浸入深度和示数将有所变化，这些隐性因素会影响到液位的控制，另外浮标会污染合金熔体的纯净度；非接触式红外、电容、超声波和激光传感器受环境变化影响，抗干扰能力、分辨力低、测量及系统误差大限制其应用，而放射源和X射线等放射技术测量精度高，但对人身安全危害大、且设备昂贵。随着光电子技术和摄影技术的进步，CCD摄影测量技术受环境和熔体影响小，设备简单可靠，采用高分辨阵面CCD摄影检测方法能较好地实现高温熔体液位的非接触测量和控制，此外，现有的CCD工业摄像机对喷嘴包内液面摄影，由于液面视线为喷包阻挡，正摄影CCD摄像机无法监视到液面高度。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于倾斜摄影技术的非接触液位控制系统及液位测量方法，利用倾斜摄影的CCD摄像机获得喷嘴包内的液面变化的影像信息，及时对喷嘴包内的液面进行测量控制。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于倾斜摄影的液位控制系统，包括喷嘴包，所述喷嘴包上部设有喷嘴包盖，所述喷嘴包盖上设有石英玻璃观察窗，所述玻璃观察窗上设有刻度线，所述喷嘴包内的液位高度与所述喷嘴包的内壁形成液位交线，所述刻度线平行于所述液位交线，所述喷嘴包的上方倾斜设有CCD摄像机，所述CCD摄像机的光轴可穿过所述玻璃观察窗拍摄到所述喷嘴包内的液位交线，所述液位交线、刻度线及所述CCD摄像机的镜头焦点共面，所述CCD摄像机通过数据传输线路连接有PC机。
[0007]所述液位交线为所述喷嘴包内液体的面与所述喷嘴包的内壁之间的交界线。
[0008]所述石英玻璃观察窗为椭圆形，所采用的石英玻璃的厚度为I?2_。优选的石英玻璃的厚度为1.5_。为防止发生严重的折射现象，提高测量准确性，石英玻璃应选择合适厚度，椭圆形与喷包盖上的倾斜观察窗和摄像机倾斜角度匹配，椭圆石英玻璃能满足液位测量和拍摄视野所需。
[0009]所述喷嘴包盖上设有注液口，所述注液口采用浸入式浇道。确保往喷嘴包内注入液体时喷嘴包内的液面平静，不扰动液面。
[0010]所述液位交线、刻度线相平行，且液位交线、刻度线、镜头焦点共面。液位交线在垂直方向移动，液位交线与石英玻璃观察窗上的刻度值的重合线在水平方向移动，液位交线上升或下降时，CCD摄像机可以观察到液位交线和石英玻璃观察窗的刻度线重合的成像画面，画面通过数据输送线路传递给PC机，然后通过PC机的屏幕直观显示出来。
[0011]本发明的有益效果是:采用非接触式CCD摄像机倾斜测量喷嘴包内的液位，测量设备不接触喷嘴包内的钢水，液面不会流动、波动或氧化漂浮物均不影响测量；测量精度高，液面波动小，液位高度能够稳定在±3_甚至更小的变化范围内，喷嘴包的喷射压力能控制在0.03Kg/cm2范围内。本发明测量精度高、测量速度快、结构简单、易拆装、成本低，非晶薄带表面光亮，“鱼鳞纹”不明显，表面气泡尺寸小、数量少，致密度增加，提高了非晶薄带品质。
[0012]本发明还公开了一种液位测量方法，包括获取喷嘴包内的液位高度及观察窗上对应刻度线的图像，所述刻度线用于标示对应的喷嘴包内的液位高度，将喷嘴包内的液位高度转化为观察窗上的刻度线进行计量。
[0013]所述CCD摄像机镜头的固定高度为h，倾斜角度为Θ，所拍摄的喷嘴包内的液位高度为C，对应在玻璃窗的刻度线c' = h.[tan(0)-tan(a)]+a，其中，Θ e [ α，β ]，CCD摄像机镜头所能拍摄的范围喷嘴包内的最低液面为a，对应的倾斜角度为α，最高液面为b，对应的倾斜角度为β，石英玻璃窗上刻度线的划分依上述公式标示。摄像机拍摄到的液位高度及玻璃窗上对应刻度线的液位刻度的图像，通过该图像可直接读出喷嘴包内对应液位高度，快捷方便。
[0014]本发明的有益效果是，通过上述液位测量方法，通过倾斜设置的CCD摄像机及时拍摄喷嘴包内的液位变化及玻璃窗上刻度线对应指示的液位刻度，通过PC机的显示快速直接读出所拍摄的喷嘴包内的液位高度，无需对图像进行识别及后期处理或者说再通过复杂的函数等操作才能计算出所拍摄液位高度，总之，本发明结构简单，操作快捷方便，可通过刻度线直接读取液位高度，及时对喷嘴包内的液位进行检测控制。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图；
[0016]图2为本发明液位变化状态示意图；
[0017]图3为本发明石英玻璃观察窗刻度线划分示意图；
[0018]图中，1、CXD摄像机；2、液位高度；3、玻璃观察窗；4、注液口 ；5、喷嘴包；6、喷嘴包盖；7、最低液位；8、最高液位。
【具体实施方式】
[0019]以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0020]如图1所示，一种基于倾斜摄影的液位控制系统，包括喷嘴包5，所述喷嘴包上部设有喷嘴包盖6，所述喷嘴包盖6上设有石英玻璃观察窗3，所述玻璃观察窗上设有刻度线，所述喷嘴包内的液位高度2与所述喷嘴包的内壁形成液位交线，所述刻度线平行于所述液位交线，所述喷嘴包的上方倾斜设有CCD摄像机1，所述CCD摄像机的光轴可穿过所述玻璃观察窗拍摄到所述喷嘴包内的液位交线，所述液位交线、刻度线及所述CCD摄像机的镜头焦点共面，所述CCD摄像机通过数据传输线路连接有PC机。
[0021]本发明石英玻璃观察窗的石英玻璃厚度为I?2_，优选为1.5_。石英玻璃窗的石英玻璃厚度适中，防止光线发生过度折射，影响测量精度。
[0022]倾斜摄