专利名称：回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法及检测装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到回转窑生产领域，特指一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法及检测装置。
背景技术：
现有技术中，在氧化铝、水泥等回转窑生产过程中，烧结熟料的质量(溶重)是一项衡量生产质量，进行员工考核的重要的工艺指标。长期以来国内回转窑生产行业的烧结质量一直是通过人工间隔采样分析后获取。但是随着企业内部挖潜增效，生产自动化水平地不断提高，企业越来越多地需要烧结工艺的一线生产人员能够安全、稳定、高质、高效地完成烧结熟料的生产任务。现行的熟料质量人工检测模式是人工定时采样，其面临一系列的问题首先，该定时模式经常使一线窑操作工人为追求整点采样时的熟料质量，急功近利，造成生产的波动。其次，人工质检模式不可避免的会有人为的主观因素存在，不利于生产质量的考核和管理。第三，熟料质量不能够实时监测，为窑操作工人的现场操作带来不便，并且直接影响到日后的自动化控制的效果。现场窑操作人员，为做到心中有数，经常要到冷却机下料口处进行现场观察，判断熟料质量为操作提供依据。最后，现有的检测模式还存在工作环境恶劣，不利于改善工人劳动环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术中对回转窑熟料质量进行人工、定时检测存在的问题，本发明提供一种能够对回转窑熟料质量进行连续自动检测的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法及检测装置，从而提高回转窑生产的稳定性和质量，并能有效改善工人劳动环境、提高烧成系统自动化水平。
为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于首先利用图像采集装置和现场热工信号采集装置实时采集回转窑生产现场中的熟料图像信号和热工信号，将采集到的熟料图像信号进行数据预处理后与现场热工信号一起送到装有熟料品质检测系统的计算机中，完成熟料质量的检测工作；所述熟料品质检测系统的检测步骤为①图像冻结连续在图像采集装置采集到的熟料图像中采集某帧图像；②烟雾滤波消除现场烟雾对熟料图像的影响；③图像灰度拉伸对熟料图像进行线性灰度拉伸，突出熟料轮廓，提高图像对比度；④图像分割，将熟料图像从背景中提取出来；⑤分类匹配，采用图像模式识别理论中的自相关分析方法将采集到的熟料图像与熟料品质检测系统中建立好的熟料图像特征数据库中的典型熟料图像进行相似性比对分析，并将现场热工信号与热工信号数据库中典型热工信号进行相似性比对分析，通过现场热工信号进行辅助识别；⑥系统输出将熟料品质检测系统做出的检测结果输出。
在图像分类匹配过程中进一步采用多信息融合检测，利用一个或一个以上的传感器和安装于计算机中的多信息融合系统完成多信息融合检测；该多信息融合检测系统分为两级第一级处理解决热工信号的检测滤波和熟料图像的分类匹配概率结果计算；第二级处理热工信号与图像信息间的特征级融合问题，解决来自一个或一个以上传感器数据的组合规则，以得到熟料质量的联合估计。
所述特征级融合的规则如下①根据熟料图像的分类匹配结果，计算当前熟料图像与熟料图像特征数据库中典型熟料图像的相似度，归一化处理后，计算分到各个类的概率，与某一类的相似概率如果有大于0.6的，则直接输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；②利用当前热工信号修改前一步的各类计算概率，修改后的相似概率如果有大于0.6的，则输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；③系统输出检测失败结果，保存记录下当前失败熟料图像和热工数据，通过人机接口接受人工判断，并将当前数据和熟料图像增加到所属类别的典型熟料图像和数据中，或为当前数据建一个新类别。
所述熟料品质检测系统在运行一段时间后，可将计算机的检测结果与人工检测结果进行对比，对计算机检测结果和熟料图像特征数据库进行系统更新。
所述图像分割过程中，首先计算熟料图像的灰度直方图，如果灰度分布均匀，则根据熟料图像与背景的图像灰度值差异，预先实验设定好最优阈值，对熟料图像进行流域分割，将熟料图像从背景中提取出来；如果灰度分布不匀，因为图像采集装置的位置固定，在实验设定好的位置直接提取熟料图像。
所述熟料品质检测系统包括熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统，熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统的检测步骤相同，熟料品质检测子系统用来检测正常情况下的熟料质量，特殊物料统计子系统用来辨识和记录窑内掉耐火砖、掉窑皮以及其他特殊工况，并可以记录出现的时间和现场视频记录，以供日后的分析和考核参考。
一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测装置，其特征在于它包括第一图像采集装置、第二图像采集装置、热工信号采集装置和工业计算机，所述第一图像采集装置安装于回转窑的冷却机出料口处，第二图像采集装置安装于回转窑的窑头下料口或窑头处，第一图像采集装置和第二图像采集装置通过图像采集卡分别与工业计算机相连，热工信号采集装置与工业计算机相连。
所述第一图像采集装置和第二图像采集装置进一步通过图像分配器分别与工业监视器相连。
与现有技术相比，本发明的优点就在于1、本发明的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，通过设置于回转窑生产现场中的图像采集装置和现场热工信号采集装置实时采集回转窑生产现场中的熟料图像信号和热工信号，然后直接将采集到的熟料图像信号进行数据预处理后与现场热工信号一起送到装有熟料品质检测系统的计算机中，由计算机自动完成熟料质量的检测工作；由此可知，本发明能够对回转窑熟料质量实现客观、连续、实时地自动检测，替代了原有人工定时检查的方式，从而提高了整体检测工作的自动化水平，降低了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境，且能够准确、及时、有效的输出检测结果，并在计算机内形成系统化管理；2、发明的回转窑烧结熟料质量的计算机检测装置结构简单，能够实现自动化的检测过程，且能够通过计算机得到满足现场需求的检测结果。
图1是本发明的工作原理流程示意图；图2是本发明的熟料品质检测系统流程示意图；图3是本发明多传感器信息融合系统的结构示意图；图4是本发明检测装置的结构示意图；图5是本发明检测装置中图像采集装置的安装位置示意图。
图例说明1、第一图像采集装置 2、第二图像采集装置3、工业计算机4、工业监视器5、回转窑6、冷却机7、出料口8、窑头下料口9、窑头 10、图像分配器
11、图像采集卡 12、现场数据采集卡13、信号放大器 14、热工信号采集装置具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，首先利用图像采集装置和现场热工信号采集装置实时采集回转窑生产现场中的熟料图像信号和热工信号，将采集到的熟料图像信号进行数据预处理后与现场热工信号一起送到装有熟料品质检测系统的计算机中，完成熟料质量的检测工作。该热工信号为烧结带温度、窑头温度、窑尾温度、主机负荷电流、料浆流量、窑头负压、窑尾负压、排烟机进口温度或排烟机进口负压等等。参见图1，该熟料品质检测系统包括熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统，熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统的检测步骤相同，熟料品质检测子系统主要是通过图像匹配和多信息融合技术，检测正常情况下的熟料质量；而特殊物料统计子系统主要是通过异常匹配和特殊情况辨识技术，辨识和记录窑内掉耐火砖、掉窑皮以及其他特殊工况，并可以记录出现的时间和现场视频记录，以供日后的分析和考核参考。所述熟料品质检测系统的检测步骤为①图像冻结连续在图像采集装置采集到的熟料图像中采集某帧图像；②烟雾滤波消除现场烟雾对熟料图像的影响；③图像灰度拉伸对熟料图像进行线性灰度拉伸，突出熟料轮廓，提高图像对比度；④图像分割，将熟料图像从背景中提取出来；⑤分类匹配，采用图像模式识别理论中的自相关分析方法将采集到的熟料图像与熟料品质检测系统中建立好的熟料图像特征数据库中的典型熟料图像进行相似性比对分析，并将现场热工信号与热工信号数据库中典型热工信号进行相似性比对分析，通过现场热工信号进行辅助识别；⑥系统输出将熟料品质检测系统做出的检测结果输出。较佳实施例中，熟料品质检测系统在运行一段时间后，可将计算机的检测结果与人工检测结果进行对比，对计算机检测结果和熟料图像特征数据库进行系统更新。
熟料图像的智能模式识别技术是本发明熟料品质检测系统的重点技术之一，首先不同质量熟料的品质可以通过物料的颜色、流速、粒度等物理特征表现出来，实验证明各种质量熟料的形态特征是有限的，软件系统就可以把当前熟料图片和数据库中的典型熟料图片比对，并且结合当前现场热工信号来估计熟料质量。如图2所示，在较佳实施例中，本发明熟料品质检测系统中对熟料质量的检测步骤为图像冻结、烟雾滤波、图像灰度拉伸、图像分割、分类匹配、系统输出、系统更新。现以本发明利用熟料图像模式识别结果与现场信号进行融合检测的方法对氧化铝熟料进行计算机测量为例，详细描述其过程1、第一图像采集装置1和第二图像采集装置2采集到的熟料图像信号经信号放大器13放大后，通过预处理，对其进行图像冻结，即利用图像采集卡11中驱动程序提供的函数，连续采集氧化铝熟料视频中的某帧图像；2、采用中值滤波器对熟料图像信号进行预处理，消除现场烟雾对图像的影响，具体操作中可以采用5个点的滑动窗口，将窗口中各灰度值的中值来代替窗口的中心点灰度值；3、对烟雾滤波处理后的熟料图像进行线性灰度拉伸，突出熟料轮廓，提高熟料图像的对比度；4、计算熟料图像的灰度直方图，如果灰度分布均匀，则根据熟料与背景的图像灰度值差异，预先实验设定好最优阈值，对图像进行流域分割，将熟料图像从背景中提取出来。如果灰度分布不匀，由于图象信号采集装置的位置是固定的，所以可以在实验设定好的位置直接提取熟料图像；5、分类匹配是基于一个特征图像数据库和特征热工信号数据库进行操作的。在特征图像数据库中，存放了高温、低温、正常、掉块、掉转等典型图像。这些典型特征图像是现场长期采集积累的，能够反映各种工况条件下的氧化铝熟料图像。采用图像处理模式识别理论中自相关分析方法将实时获取的熟料图像与特征图像数据库中典型图像进行相似性比对分析，从而决定当前熟料的质量或是否有异常工况发生。为加快图像匹配速度，可采用基于快速傅立叶变换的频域相关性计算方法。本发明在上述过程中收集大量现场图像，建立了比较精确的熟料特征图像数据库，在此基础上利用快速FFT自相关分析方法对实时氧化铝熟料图像进行分类检测。在此过程中，将现场热工信号与热工信号数据库中典型热工信号进行相似性比对分析，通过现场热工信号进行辅助识别。在分类匹配的过程中，考虑到回转窑现场的实际工况和众多不确定的因素，本熟料品质检测系统采用多传感器信息融合技术来提高熟料质量估计的准确性，使熟料品质检测系统的运行更加可靠、稳定。在分类匹配过程中进一步采用多信息融合检测，利用一个或一个以上的传感器和安装于计算机中的多信息融合系统完成多信息融合检测；该多信息融合检测系统分为两级第一级处理解决热工信号的检测滤波和熟料图像的分类匹配概率结果计算；第二级处理热工信号与图像信息间的特征级融合问题，解决来自一个或一个以上传感器数据的组合规则，以得到熟料质量的联合估计。特征级融合的规则如下①根据熟料图像的分类匹配结果，计算当前熟料图像与熟料图像特征数据库中典型熟料图像的相似度，归一化处理后，计算分到各个类的概率，与某一类的相似概率如果有大于0.6的，则直接输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；②利用当前热工信号修改前一步的各类计算概率，修改后的相似概率如果有大于0.6的，则输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；③系统输出检测失败结果，保存记录下当前失败熟料图像和热工数据，通过人机接口接受人工判断，并将当前数据和熟料图像增加到所属类别的典型熟料图像和数据中，或为当前数据建一个新类别。参见图3所示，现场建立在SQL数据库基础上，在多信息融合检测的过程中对SQL数据库实现动态管理，包括典型熟料图像数据的评估、更新和检索，对相似典型图像的合并或清除。多信息融合检测过程可以通过智能化的人机接口对数据库进行维护和检测过程参数进行人工整定；6、系统输出将计算机识别结果输出到生产报表，进行生产管理和考核，也可输出到前台操作人员控制界面，对操作人员的现场控制进行指导。7、系统更新熟料品质检测系统在运行初期，每隔一个月，可将计算机的判断结果与人工结果进行对比，对计算机的结果和特征库，并进行必要修正，调整参数，提高识别精度。
本发明的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法可以对回转窑熟料质量(溶重)进行实时在线测量，可较准确地检测熟料质量等级(从1.0到1.5每隔0.05，共10个等级)。在实际工况下，人工和利用本发明方法检测的一个班(8个小时，每小时人工检测数据)的检测结果对照如下表1所示表1
由表中数据可知本发明的方法在极端情况下，即高温熟料和低温熟料条件下，检测的准确率较高。即便是在正常烧结熟料质量的检测上有较大偏差时，也并不影响现场应用。
如图4和图5所示，本发明的一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测装置，它包括第一图像采集装置1、第二图像采集装置2、热工信号采集装置14和工业计算机3，所述第一图像采集装置1安装于回转窑5的冷却机6出料口7处，第二图像采集装置2安装于回转窑5的窑头下料口8或窑头9处，第一图像采集装置1和第二图像采集装置2通过图像采集卡11分别与工业计算机3相连，热工信号采集装置14与工业计算机3相连。在较佳实施例中，第一图像采集装置1和第二图像采集装置2进一步通过图像分配器10分别与工业监视器4相连。热工信号采集装置14通过现场数据信号采集卡与工业计算机3相连，或通过网络与工业计算机3相连。在本实施例中，第一图像采集装置1和第二图像采集装置2分别采用SONY.FCS-450的CCD摄象机和SUN-331CD-M的耐高温CCD摄像机，工业计算机3采用联想的LIPC-800A工控机，工业监视器4采用SONY.14N6E监视器，图像采集卡11采用大恒CG410的采集卡，图像分配器采用安尼SN-104，热工信号采集装置14为可以为现场数据采集卡12采用台湾研华AD818，或通过工作计算机3内的以太网卡或RS485接口与回转窑现场已有的PLC采集设备相联，通讯获得现场热工信号的采样值。第一图像采集装置1用来摄取冷却后熟料流动的视频图像，第二图像采集装置2的目的是及时检测当前从烧结带流出熟料的物理状况。第一图像采集装置1和第二图像采集装置2分别采集到图像信号并经过信号放大器13后，通过图像分配器10将信号分为两路一路图像信号直接送入工业监视器4供现场操作人员直接监视；另一路图像通过图像采集卡11输入工业计算机3中，经过在线智能监控系统的分析处理，具体分析处理过程已在回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法中详述。本发明实现回转窑烧结熟料质量的实时自动监控，进行质量分析所需的其他相关信号可以通过热工信号采集装置14采集，该热工信号采集装置14可以为现场数据采集卡12，或通过工作计算机3内的以太网卡或RS485接口与回转窑现场已有的PLC采集设备相联，通讯获得现场热工信号的采样值。在实施例中，为了使系统稳定可靠的运行，上述第一图像采集装置1和第二图像采集装置2在安装时，应有送风冷却、加装水冷套、除尘和抗震等方面的保护措施。
权利要求
1.一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于首先利用图像采集装置和现场热工信号采集装置实时采集回转窑生产现场中的熟料图像信号和热工信号，将采集到的熟料图像信号进行数据预处理后与现场热工信号一起送到装有熟料品质检测系统的计算机中，完成熟料质量的检测工作；所述熟料品质检测系统的检测步骤为①图像冻结连续在图像采集装置采集到的熟料图像中采集某帧图像；②烟雾滤波消除现场烟雾对熟料图像的影响；③图像灰度拉伸对熟料图像进行线性灰度拉伸，突出熟料轮廓，提高图像对比度；④图像分割，将熟料图像从背景中提取出来；⑤分类匹配，采用图像模式识别理论中的自相关分析方法将采集到的熟料图像与熟料品质检测系统中建立好的熟料图像特征数据库中的典型熟料图像进行相似性比对分析，并将现场热工信号与热工信号数据库中典型热工信号进行相似性比对分析，通过现场热工信号进行辅助识别；⑥系统输出将熟料品质检测系统做出的检测结果输出。
2.根据权利要求1所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于在图像分类匹配过程中进一步采用多信息融合检测，利用一个或一个以上的传感器和安装于计算机中的多信息融合系统完成多信息融合检测；该多信息融合检测系统分为两级第一级处理解决热工信号的检测滤波和熟料图像的分类匹配概率结果计算；第二级处理热工信号与图像信息间的特征级融合问题，解决来自一个或一个以上传感器数据的组合规则，以得到熟料质量的联合估计。
3.根据权利要求2所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述特征级融合的规则如下①根据熟料图像的分类匹配结果，计算当前熟料图像与熟料图像特征数据库中典型熟料图像的相似度，归一化处理后，计算分到各个类的概率，与某一类的相似概率如果有大于0.6的，则直接输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；②利用当前热工信号修改前一步的各类计算概率，修改后的相似概率如果有大于0.6的，则输出最大概率的分类结果；否则转向下一步；③系统输出检测失败结果，保存记录下当前失败熟料图像和热工数据，通过人机接口接受人工判断，并将当前数据和熟料图像增加到所属类别的典型熟料图像和数据中，或为当前数据建一个新类别。
4.根据权利要求1或2或3所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述熟料品质检测系统在运行一段时间后，可将计算机的检测结果与人工检测结果进行对比，对计算机检测结果和熟料图像特征数据库进行系统更新。
5.根据权利要求1或2或3所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述图像分割过程中，首先计算熟料图像的灰度直方图，如果灰度分布均匀，则根据熟料图像与背景的图像灰度值差异，预先实验设定好最优阈值，对熟料图像进行流域分割，将熟料图像从背景中提取出来；如果灰度分布不匀，因为图像采集装置的位置固定，在实验设定好的位置直接提取熟料图像。
6.根据权利要求4所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述图像分割过程中，首先计算熟料图像的灰度直方图，如果灰度分布均匀，则根据熟料图像与背景的图像灰度值差异，预先实验设定好最优阈值，对熟料图像进行流域分割，将熟料图像从背景中提取出来；如果灰度分布不匀，因为图像采集装置的位置固定，在实验设定好的位置直接提取熟料图像。
7.根据权利要求1或2或3所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述熟料品质检测系统包括熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统，熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统的检测步骤相同，熟料品质检测子系统用来检测正常情况下的熟料质量，特殊物料统计子系统用来辨识和记录窑内掉耐火砖、掉窑皮以及其他特殊工况，并可以记录出现的时间和现场视频记录，以供日后的分析和考核参考。
8.根据权利要求4所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法，其特征在于所述熟料品质检测系统包括熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统，熟料品质检测子系统和特殊物料统计子系统的检测步骤相同，熟料品质检测子系统用来检测正常情况下的熟料质量，特殊物料统计子系统用来辨识和记录窑内掉耐火砖、掉窑皮以及其他特殊工况，并可以记录出现的时间和现场视频记录，以供日后的分析和考核参考。
9.一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测装置，其特征在于它包括第一图像采集装置(1)、第二图像采集装置(2)、热工信号采集装置(14)和工业计算机(3)，所述第一图像采集装置(1)安装于回转窑(5)的冷却机(6)出料口(7)处，第二图像采集装置(2)安装于回转窑(5)的窑头下料口(8)或窑头(9)处，第一图像采集装置(1)和第二图像采集装置(2)通过图像采集卡(11)分别与工业计算机(3)相连，热工信号采集装置(14)与工业计算机(3)相连。
10.根据权利要求9所述的回转窑烧结熟料质量的计算机检测装置，其特征在于所述第一图像采集装置(1)和第二图像采集装置(2)进一步通过图像分配器(10)分别与工业监视器(4)相连。
全文摘要
本发明公开了一种回转窑烧结熟料质量的计算机检测方法及检测装置，首先利用图像采集装置和现场热工信号采集装置实时采集回转窑生产现场中的熟料图像信号和热工信号，将采集到的熟料图像信号进行数据预处理后与现场热工信号一起送到装有熟料品质检测系统的计算机中，完成熟料质量的检测工作，该熟料品质检测系统的步骤依次为图像冻结、烟雾滤波、图像灰度拉伸、图像分割、分类匹配以及系统输出。该装置包括第一图像采集装置、第二图像采集装置、热工信号采集装置和工业计算机。本发明能够对回转窑熟料质量进行连续的自动检测，从而提高回转窑生产的稳定性和质量，并能有效改善工人劳动环境、提高烧成系统自动化水平。
文档编号G06K9/00GK1821756SQ20061003142
公开日2006年8月23日 申请日期2006年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者张小刚, 章兢, 王奎, 王军, 陈旭 申请人:湖南大学