专利名称：一种薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于光学传感器的液位检测技术，特别涉及一种采用多个电感耦合器件(CCD)传感器来检测薄带连铸生产中钢水液位的检测装置。
背景技术：
薄带连铸工艺是一项全新的冶金生产技术，它将钢水直接浇注在两个结晶辊之间从而得到近成品的薄带产品。在其生产过程中，为了保证薄带连铸生产系统的安全、可靠和连续地运行和获得高品质的薄带产品，必须根据液位传感器测量得到的薄带钢水液位等对薄带生产速度进行实时控制，因此如何快速、准确地测定钢水液位是实现薄带连铸产业化的一项核心技术。
图1示出了一种采用CCD传感器测量薄带钢水液位的方法，如图所示，钢水浇注在结晶辊1a和1b之间从而形成薄带三角区2。摄像头3安装在三角区2的上方，其包括光学系统和感测图像的传感元件，其中，光学系统的光轴一般正对结晶辊辊缝，并且采用CCD传感器作为获取图像的传感元件。在检测过程中，三角区液面的图像经摄像头内的光学系统(例如透镜等，未画出)在CCD传感器4位置处成像，图像处理单元(未画出)自动检测出图像内钢水液面两个边界之间的距离W’，并根据光学系统的放大倍数计算出钢水液面边界之间的实际距离或液面宽度W，由此即可利用结晶辊辊径、液面宽度和三角区液面高度之间的三角函数关系计算出钢水液位的准确高度。
采用图1所示的方法比较简单，但是有诸多缺点，主要表现在首先，当为了检测出浪型变化而采用面阵CCD传感器时，如果采用高分辨率的型号，则需要以牺牲处理速度为代价，反之，若采用低分辨率的型号，则不得不以牺牲检测精度为代价，因此在应用上二者很难折衷，从而导致使用单个CCD传感器无法彻底解决薄带钢水液位检测技术。其次，如采用线阵CCD传感器，则虽然可提高分辨率和处理速度，但是无法检测到三角区内钢水波动的浪型变化，从而造成一定的失真。最后，光学系统的焦点通常根据生产工艺的特点须设定在液位的常态最佳工作点上，因此采用线列CCD传感器时在特殊工况条件下(如开浇时钢水的液位情况)就无法以较佳的状态对液位进行检测。
为了解决上述难题，自然而然可以考虑采用两个摄像头分别检测液面两侧边界的方法，但是由于薄带连铸工艺设备内的空间非常拥挤，因此实际生产现场根本无法安装两个摄像头，此外，该方法仅能在液位处于正常位置附近时使用，对于开浇时薄带三角区钢水的液位变化情况仍然无法进行检测，因此制约了自动开浇功能的实现。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置，它针对薄带连铸液位检测应用的特殊性，在一个摄像头内安装多个具有适当相对位置的CCD传感器以同时多点采集钢水液面的信息，从而实现在全工况使用条件下对薄带三角区的液位检测，并且具有快速高效、高解析、辨识精确的检测效果。
本实用新型的上述目的通过下列技术方案实现一种薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置，包括光学成像系统和感测成像的图像传感单元，其中，所述图像传感单元包括第一CCD传感器和第二CCD传感器，其中心点设置于所述光学成像系统像距为L2的平面内并对称分布在与所述光学系统光轴距离为d的位置上，所述像距L2和距离d分别满足下列方程式1L1+1L2=1f]]>d=W02×L2L1]]>这里，W0为第一设定液位时的钢水液面宽度，f为所述光学系统的焦距，L1为以第一设定液位时钢水液面为成像物体的物距；第三CCD传感器，其中心点位于所述光学系统光轴上并设置于所述光学系统像距为L4的平面内，所述像距L4满足下列方程式
1L3+1L4=1f]]>这里，L3为以第二设定液位时钢水液面为成像物体的物距。
比较好的是，在上述薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置中，所述CCD传感器为小型面阵CCD传感器。
本实用新型液位检测装置在一个摄像头内的适当位置安装多片CCD传感器，因此提高了解像力、辨识率和信息传输速度等，同时，装置的工作状态也稳定可靠，并且能够有效地消除各种检测对象的干扰造成测量上误差，所以它特别适用于薄带生产的液位全过程快速精确检测。
图1为现有技术下检测装置的示意图。
图2为按照本实用新型较佳实施例的检测装置示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术液位检测装置的不足，本实用新型的检测装置在一个摄像头内安装多个面阵CCD传感器。如图3所示，根据连铸工艺的特点，为了获取浇注生产时钢水液面两个边界附近的图像，在其所对应成像位置上分别设置第一和第二CCD传感器5a和5b，与此同时，为液位最低的开浇区(也就是结晶辊辊缝位置)设置第三CCD传感器5c以在开浇时能很清晰地观察到钢水的情况。
与现有技术的检测装置相比，由于观察区域缩小，因此采用小型面阵CCD传感器即可使得在需要检测区域内有足够多的像素，从而以较低的成本保证了检测精度。另一方面，观察区域仅局限于边界和辊缝位置，CCD传感器将不再采集液面其它区域的画面，因此加快了图像的传输和处理速度，为薄带连铸高速生产的实时控制提供了保障。
以下描述CCD传感器在摄像头3内的布局位置。
为了能够准确地获取液面边界和辊缝处的图像，需要将上述三个CCD传感器都布置在各自的最佳位置，其中，检测两个边界的CCD传感器5a和5b应设置在成像与钢水边部对应的位置，而开浇检测CCD传感器5a应设置在成像与结晶辊辊缝对应的位置，也即关系成像系统的光轴上。
根据工艺方面的设定，钢水设定液位H0(正常浇注时的液位)和该液位下的钢水液面宽度W0是预先确定的，当以设定液位作为成像物体时，为了获得清晰的成像，摄像头光学成像系统(这里为透镜6)的物距L1、像距L2和焦距f存在如下关系1L1+1L2=1f---(1)]]>CCD传感器5a和5b应该位于像距为L2的平面(以下称为边界成像面)内，这样，这两个传感器沿光轴方向的位置即被确定下来。
当物距和像距确定后，即可计算出光学系统的成像放大率L2/L1，并由此计算出钢水在CCD传感器5a和5b所处平面上的成像宽度WFWF=W0×L2L1---(2)]]>这样，为了获得最佳的工作状态，CCD传感器5a和5b的中心点应该对称地设置于上述边界成像面内与光轴距离为1/2WF的位置上，这样，这两个传感器沿垂直于光轴方向的位置也被确定下来。
由于辊缝与设定液位之间存在一定的高度差，如果CCD传感器5c与其它传感器处于同一成像平面上，则由于景深的原因，刚开始浇注时钢水液面在CCD传感器5c上的成像将产生虚化现象。为此，需要将CCD传感器5c的位置向靠近钢水的方向靠近。
假设根据工艺需要，将期望的开浇钢水最佳液位设定为与结晶辊轴心水平面距离为H1的位置上，则对于传感器5c而言，其物距L3为L3＝L1+(H0-H1)(3)
这里，H0为正常浇注时液位与结晶辊轴心水平面的距离。
根据成像公式，则有1L3+1L4=1f---(4)]]>由此可以得到CCD传感器5c的像距L4L4=11f-1L1+H0-H1---(5)]]>这样，为了获得最佳的工作状态，传感器5c的位置应比其他CCD传感器5a和5b适当地提前一段距离LΔLΔ＝L2-L4(6)应当注意的是，由于成像平面的变化，开浇检测CCD传感器5c的放大倍率与其他两个CCD传感器5a和5b的放大倍率有所不同，因此在图像处理时应当考虑该因素。
权利要求1.一种薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置，包括光学成像系统和感测成像的图像传感单元，其特征在于，所述图像传感单元包括第一CCD传感器和第二CCD传感器，其中心点设置于所述光学成像系统像距为L2的平面内并对称分布在与所述光学系统光轴距离为d的位置上，所述像距L2和距离d分别满足下列方程式1L1+1L2=1f]]>d=W02×L2L1]]>这里，W0为第一设定液位时的钢水液面宽度，f-为所述光学系统的焦距，L1为以第一设定液位时钢水液面为成像物体的物距；第三CCD传感器，其中心点位于所述光学系统光轴上并设置于所述光学系统像距为L4的平面内，所述像距L4满足下列方程式1L3+1L4=1f]]>这里，L3为以第二设定液位时钢水液面为成像物体的物距。
2.如权利要求1所述的薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置，其特征在于，所述CCD传感器为小型面阵CCD传感器。
专利摘要一种薄带连铸工艺中钢水液位的检测装置，它针对薄带连铸液位检测应用的特殊性，在一个摄像头内安装多个具有适当相对位置的CCD传感器以同时多点采集钢水液面的信息，从而实现在全工况使用条件下对薄带三角区的液位检测，并且具有快速高效、高解析、辨识精确的检测效果。该检测装置包括的摄像头包括光学成像系统和感测成像的图像传感单元，其中，所述图像传感单元包括第一CCD传感器和第二CCD传感器，其中心点设置于所述光学成像系统像距为L
文档编号G01F23/22GK2743803SQ20042010781
公开日2005年11月30日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者方志宏, 夏勇 申请人:宝山钢铁股份有限公司