矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置及其检测方法，包括：造球盘、向造球盘输送物料的落料皮带、用于搅动造球盘内物料的刮刀系统和用于向造球盘内部加水的雾化喷水装置；还包括，现场就地控制箱、面阵工业智能相机、高亮LED无影穹顶光源、PLC控制站、工业以太网交换机；位于造球盘出料端和出料挡板之间的溜槽上设置有圆形投影区域的检测区域；雾化喷水装置供水管路上设置有配水调节阀；高亮LED无影穹顶光源直射于检测区域；面阵工业智能相机安装于高亮LED无影穹顶光源顶端的正中间；采用上述技术方案的本发明，控制对象是气动配水调节阀的开度，通过联机调试和实时监测，构建配水量与球团粒度的数学关系，以实现自动辨识和控制。
【专利说明】
矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置及其检测方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及矿热炉冶炼机械设备，特别涉及竖炉铬铁冶炼造球设备，实现对球团粒度的自动辨识，控制成球粒度在规定区间内的矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置及其检测方法。【背景技术】
[0002]国家产业政策对节能环保和产品能耗的要求标准越来越严格，随着智能检测和控制技术的不断进步，传统行业的升级改造步伐加快。在铬铁冶炼工艺流程中，铬精矿粉需经圆盘造球机转化为铬铁球团后入竖炉，成球粒度直接影响竖炉冶炼安全和效率。目前，铬铁球团成球粒度由人工监视，手动调节配水装置，主观性强、效率低、误差大、实时性差，亟待升级改造。
[0003]国内现有粒度检测技术，主要应用于岩块、矿石、燃料等领域，设置单独的取样机构或装置，采用泛光照明装置，依靠前端图像采集设备获取图像，由后台计算机实现处理和分析，获取粒径大小，提供显示或警报。存在设备成本高、易受外界干扰、系统结构复杂、控制功能单一等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述技术问题，提出一种利用机器视觉技术自动辨识铬铁球团粒度的检测控制装置，检测结果输出至控制系统，克服人工监视和手动调节配水的缺点，弥补国内现有粒度检测技术的不足，降低生产企业运营成本，提高矿热炉冶炼智能化水平。
[0005]为达到以上目的，通过以下技术方案实现的:
[0006]矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置，包括:造球盘、向造球盘输送物料的落料皮带、用于搅动造球盘内物料的刮刀系统和用于向造球盘内部加水的雾化喷水装置；
[0007]还包括，现场就地控制箱、面阵工业智能相机、高亮LED无影穹顶光源、PLC控制站、 工业以太网交换机；[〇〇〇8] 其中，位于造球盘出料端和出料挡板之间的溜槽上设置有￠200??300mm圆形投影区域的检测区域;雾化喷水装置供水管路上设置有配水调节阀；
[0009]高亮LED无影穹顶光源直射于检测区域，且与检测区域设有300?600mm的间隙；面阵工业智能相机安装于高亮LED无影穹顶光源顶端的正中间；
[0010]面阵工业智能相机通过相机供电线与现场就地控制箱连接，面阵工业智能相机通过工业智能相机通讯线与工业以太网交换机连接;高亮LED无影穹顶光源通过光源供电线与现场就地控制箱连接;工业以太网交换机输出信号端通过PLC通讯线与PLC控制站连接； PLC控制站通过调节阀控制信号线和调节阀状态反馈线与配水调节阀连接；
[0011]采用上述技术方案的本发明，检测对象是由铬精矿粉、膨润土经落料皮带输运至旋转的造球盘，经雾化喷水装置加水后，在刮刀系统的搅动下，转化成￠8?? 12mm的类球形铬铁球团，成球后从盘边溢出;检测区域位于造球盘出料端和出料挡板之间的溜槽上，?200?? 300mm的圆形投影区域;检测装置主要由现场就地控制箱、工业智能相机、高亮LED 无影穹顶光源、相机供电线、光源供电线、工业智能相机通讯线、调节阀控制信号线和调节阀状态反馈线及相关附件构成，设备电源由现场就地控制箱提供;控制对象是气动配水调节阀的开度，通过联机调试和实时监测，构建配水量与球团粒度的数学关系，以实现自动辨识和控制。
[0012]矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0013]步骤一，高亮LED无影穹顶光源通过底部向上发光的高亮LED颗粒，结合漫反射壳体，形成均匀反射照明，垂直照射检测区域，分辨率不低于200万像素、帧率不低于15fps、高度集成化的面阵工业智能相机安装于高亮LED无影穹顶光源顶端的正中间，通过设置曝光时间、增益、对焦、光圈、标定等参数，实时获取溢出到溜槽的铬铁球团的清晰单帧数字图像；[〇〇14]步骤二，采集图像后，通过内置的处理器和软件就地进行圆形R0I提取，降低光照均匀度影响，滤除边界球团；
[0015]步骤三，为减少图像中的噪声，采用3X3离散高斯滤波器进行平滑滤波;借助高斯函数旋转对称的特点，对于图像各个方向上的平滑效果是均衡的，能够比较好的保护图像边缘，同时滤除颗粒噪声;克服均值滤波使图像变模糊、中值滤波无法滤除均匀分布噪声的缺点；
[0016]步骤四，采用灰度形态学处理，替代传统的数学形态学处理方式;传统方式的缺点是在处理过程中会改变检测物体的实际轮廓，导致测量结果不准确。结合铬铁球团外形轮廓的特点，采用灰度形态学梯度，使输入图像中的灰度变化更加尖锐，不同于一般的空间梯度算子，形态学梯度在处理过程中不会加大或放大噪声，有利于更准确的边缘提取。
[0017]步骤五，考虑到球团背景灰度变化较大，采用8邻域自适应阈值分割，即对每个像素确定以其自身为中心的8邻域窗口，将窗口内所有像素的平均值作为阈值，将图像转化成对比明显的二值化图像；[〇〇18]步骤六，为进一步分割粘连图像而不改变周长等物理参数，采用8连通链码进行轮廓跟踪，用线段跟踪取代传统像素统计，获取更精确的球团参数，推算出单个球团的二维投影面积S、周长C和半径R;
[0019]步骤七，进行圆度计算:4X3iXS + C2,滤除圆度过小的样本，从而将堆叠和粘连引起的干扰样本滤除；获取有效样本后，对粒度大小进行二次筛选和修正，统计球团半径R的分布比例，为配水控制提供依据；
[0020]步骤八，利用工业智能相机集成的I/O接口，将粒度检测结果通过工业智能相机通讯线以TCP/IP协议经工业以太网交换机远程输出至PLC控制站；[0021 ]步骤九，PLC控制站9接收到配水信号后进行循环逻辑判断，同时AI模块通过调节阀状态反馈线14获取开度信息;每10?20个采样周期A0模块对应输出1个逻辑判断后的配水信号，经调节阀控制信号线调整配水调节阀的开度，依此循环，构建配水量与球团粒度的数学关系，实现连续检测和自动控制。[〇〇22]综上，本发明优点和效果为:[〇〇23]1.设备成本低:就地实现图像采集、图像处理、分析计算、结果输出，无需单独的采样装置和后台计算机设备，系统结构简单。
[0024] 2.检测精度高:结合铬铁球团外观和轮廓的特点，图像预处理采用3 X 3离散高斯滤波器进行平滑滤波，既保护图像边缘，又可有效减少图像噪声；图像分割采用灰度形态学处理，替代传统的数学形态学处理方式，克服其改变检测物体的实际轮廓的缺点，使输入图像中的灰度变化更加尖锐，在处理过程中不会加大或放大噪声，有利于更准确的边缘提取； 轮廓跟踪采用链码技术，先采用线段编码获取检测区域的线段表，此过程因线段数远远小于像素数，可有效提高处理速度，然后转化成链码表，获取物理参数信息，使得检测结果更趋近于真实物理尺寸。[〇〇25] 3.抗干扰能力强:采用高亮LED无影穹顶光源，保证检测区域的照明均匀、稳定，工业智能相机镜头安装于光源内部，在不增加遮光罩等附件的条件下，有效降低外部光线干扰对测量结果的影响。[〇〇26] 4.控制功能全:检测结果以TCP/1P传送至PLC控制系统，经逻辑判断和处理，由A0 模块输出调整配水调节阀开度信号，从而控制成球粒度在规定区间内，整套监测装置作为生产控制系统的组成部分，关键参数可供生产运行人员参考。
[0027] 5.可靠性高:采用工业智能相机作为核心设备，利用其集成度高、防护等级高、故障率低、扩展性强的技术优势，适应工业运行环境，满足智能化检测需求。
[0028] 6.维护成本低:编译调试好的程序加载后即可连续自动运行，即使出现意外断电等情况，供电恢复后程序可自动加载、运行，无需人工干预和二次调节。
[0029]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。【附图说明】
[0030]本发明共2幅附图，其中:[〇〇31]图1为本发明的整体结构示意图。[〇〇32]图2为本发明的检测流程图。
[0033]图中:1.现场就地控制箱2.相机供电线3.光源供电线 [〇〇34] 4.工业智能相机5.高亮LED无影穹顶光源6.工业智能相机通讯线 [〇〇35] 7.工业以太网交换机8.PLC通讯线9.PLC控制站10.出料挡板
[0036] 11.检测区域12.造球盘13.调节阀控制信号线14.调节阀状态反馈线 [〇〇37] 15.雾化喷水装置16.刮刀系统17.落料皮带18.配水调节阀。【具体实施方式】
[0038]如图1所示的矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置，包括:造球盘12、向造球盘12输送物料的落料皮带17、用于搅动造球盘12内物料的刮刀系统16和用于向造球盘12内部加水的雾化喷水装置15;[〇〇39] 还包括，现场就地控制箱1、面阵工业智能相机4、高亮LED无影穹顶光源5、PLC控制站9、工业以太网交换机7;
[0040] 其中，位于造球盘12出料端和出料挡板10之间的溜槽上设置有0 200??300mm圆形投影区域的检测区域11;雾化喷水装置15供水管路上设置有配水调节阀18;
[0041]高亮LED无影穹顶光源5直射于检测区域11，且与检测区域11设有300?600mm的间隙;面阵工业智能相机4安装于高亮LED无影穹顶光源5顶端的正中间；
[0042]面阵工业智能相机4通过相机供电线2与现场就地控制箱1连接，面阵工业智能相机4通过工业智能相机通讯线6(TCP/IP)与工业以太网交换机7连接;高亮LED无影穹顶光源 5通过光源供电线3与现场就地控制箱1连接;工业以太网交换机7输出信号端通过PLC通讯线8 (TCP/1P)与PLC控制站9连接;PLC控制站9通过调节阀控制信号线13和调节阀状态反馈线14与配水调节阀18连接；[〇〇43]采用上述技术方案的本发明，检测对象是由铬精矿粉、膨润土经落料皮带17输运至旋转的造球盘12，经雾化喷水装置15加水后，在刮刀系统16的搅动下，转化成? 8?? 12mm的类球形络铁球团，成球后从盘边溢出；检测区域11位于造球盘12出料端和出料挡板 10之间的溜槽上，￠200??300mm的圆形投影区域;检测装置主要由现场就地控制箱1、工业智能相机4、高亮LED无影穹顶光源5、相机供电线2、光源供电线3、工业智能相机通讯线6、 调节阀控制信号线13和调节阀状态反馈线14及相关附件构成，设备电源由现场就地控制箱 1提供;控制对象是气动配水调节阀18(气动)的开度，通过联机调试和实时监测，构建配水量与球团粒度的数学关系，以实现自动辨识和控制。
[0044]如图2所示，矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置的检测方法，包括以下步骤:[0〇45] 步骤一，安装于检测区域11正上方300?600mm的高亮LED无影穹顶光源5通过底部向上发光的高亮LED颗粒，结合漫反射壳体，形成均匀反射照明，垂直照射检测区域11，分辨率不低于200万像素、帧率不低于15fps、高度集成化的面阵工业智能相机4安装于高亮LED 无影穹顶光源5顶端的正中间，通过设置曝光时间、增益、对焦、光圈、标定等参数，实时获取溢出到溜槽的铬铁球团的清晰单帧数字图像；[〇〇46]步骤二，采集图像后，通过内置的处理器和软件就地进行圆形R0I提取，降低光照均匀度影响，滤除边界球团；
[0047]步骤三，为减少图像中的噪声，采用3X3离散高斯滤波器进行平滑滤波;借助高斯函数旋转对称的特点，对于图像各个方向上的平滑效果是均衡的，能够比较好的保护图像边缘，同时滤除颗粒噪声;克服均值滤波使图像变模糊、中值滤波无法滤除均匀分布噪声的缺点；[〇〇48]步骤四，采用灰度形态学处理，替代传统的数学形态学处理方式;传统方式的缺点是在处理过程中会改变检测物体的实际轮廓，导致测量结果不准确。结合铬铁球团外形轮廓的特点，采用灰度形态学梯度，使输入图像中的灰度变化更加尖锐，不同于一般的空间梯度算子，形态学梯度在处理过程中不会加大或放大噪声，有利于更准确的边缘提取。[〇〇49]步骤五，考虑到球团背景灰度变化较大，采用8邻域自适应阈值分割，即对每个像素确定以其自身为中心的8邻域窗口，将窗口内所有像素的平均值作为阈值，将图像转化成对比明显的二值化图像；
[0050]步骤六，为进一步分割粘连图像而不改变周长等物理参数，采用8连通链码进行轮廓跟踪，用线段跟踪取代传统像素统计，获取更精确的球团参数，推算出单个球团的二维投影面积S、周长C和半径R;
[0051]步骤七，进行圆度计算:4X3iXS + C2,滤除圆度过小的样本，从而将堆叠和粘连引起的干扰样本滤除；获取有效样本后，对粒度大小进行二次筛选和修正，统计球团半径R的分布比例，为配水控制提供依据；
[0052]步骤八，利用工业智能相机4集成的I/O接口，将粒度检测结果通过工业智能相机通讯线6以TCP/IP协议经工业以太网交换机远程输出至PLC控制站9;[〇〇53] 步骤九，PLC控制站9接收到配水信号后进行循环逻辑判断，同时AI模块通过调节阀状态反馈线14获取开度信息;每10?20个采样周期A0模块对应输出1个逻辑判断后的配水信号，经调节阀控制信号线13调整配水调节阀18的开度，依此循环，构建配水量与球团粒度的数学关系，实现连续检测和自动控制。[〇〇54]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置，包括:造球盘(12)、向造球盘(12)输送物料的落 料皮带(17)、用于搅动造球盘(12)内物料的刮刀系统(16)和用于向造球盘(12)内部加水的 雾化喷水装置(15);其特征在于:还包括，现场就地控制箱(1)、面阵工业智能相机(4)、高亮LED无影穹顶光 源(5)、PLC控制站(9)、工业以太网交换机(7);其中，位于造球盘(12)出料端和出料挡板(10)之间的溜槽上设置有? 200?? 300mm圆 形投影区域的检测区域(11);雾化喷水装置(15)供水管路上设置有配水调节阀(18);高亮LED无影穹顶光源(5)直射于检测区域(11)，且与检测区域(11)设有300?600mm的 间隙;面阵工业智能相机(4)安装于高亮LED无影穹顶光源(5)顶端的正中间；所述面阵工业智能相机(4)通过相机供电线与现场就地控制箱(1)连接，面阵工业智能 相机(4)通过工业智能相机通讯线(6)与工业以太网交换机(7)连接;所述高亮LED无影穹顶 光源(5)通过光源供电线与现场就地控制箱(1)连接;所述工业以太网交换机(7)输出信号 端通过PLC通讯线(8)与PLC控制站(9)连接;所述PLC控制站(9)通过调节阀控制信号线(13) 和调节阀状态反馈线(14)与配水调节阀(18)连接。2.矿热炉冶炼铬铁球团粒度检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，高亮LED无影穹顶光源(5)通过底部向上发光的高亮LED颗粒，结合漫反射壳体，形成均匀反射照明，垂直照射检测区域(11)，分辨率不低于200万像素、帧率不低于 15fps、高度集成化的面阵工业智能相机(4)安装于高亮LED无影穹顶光源(5)顶端的正中 间，通过设置曝光时间、增益、对焦、光圈、标定等参数，实时获取溢出到溜槽的铬铁球团的 清晰单帧数字图像；步骤二，采集图像后，通过内置的处理器和软件就地进行圆形ROI提取，降低光照均匀 度影响，滤除边界球团；步骤三，为减少图像中的噪声，采用3 X 3离散高斯滤波器进行平滑滤波；步骤四，采用灰度形态学处理，替代传统的数学形态学处理方式；步骤五，考虑到球团背景灰度变化较大，采用8邻域自适应阈值分割，即对每个像素确 定以其自身为中心的8邻域窗口，将窗口内所有像素的平均值作为阈值，将图像转化成对比 明显的二值化图像；步骤六，为进一步分割粘连图像而不改变周长等物理参数，采用8连通链码进行轮廓跟 踪，用线段跟踪取代传统像素统计，获取更精确的球团参数，推算出单个球团的二维投影面 积S、周长C和半径R;步骤七，进行圆度计算:4X3iXS + C2,滤除圆度过小的样本，从而将堆叠和粘连引起的 干扰样本滤除；获取有效样本后，对粒度大小进行二次筛选和修正，统计球团半径R的分布 比例，为配水控制提供依据；步骤八，利用工业智能相机(4)集成的I/O接口，将粒度检测结果通过工业智能相机通 讯线(6)以TCP/IP协议经工业以太网交换机远程输出至PLC控制站(9);步骤九，PLC控制站(9)接收到配水信号后进行循环逻辑判断，同时AI模块通过调节阀 状态反馈线(14)获取开度信息;每10?20个采样周期AO模块对应输出1个逻辑判断后的配 水信号，经调节阀控制信号线(13)调整配水调节阀(18)的开度，依此循环，构建配水量与球 团粒度的数学关系，实现连续检测和自动控制。
【文档编号】G01N15/02GK105973771SQ201610390353
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】徐岩, 隋铢成, 张翌, 王波, 薛海蛟, 谷端玉
【申请人】大连华锐重工集团股份有限公司