连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置的使用方法与流程

本发明涉及用于计量厚度的特定类型计量装置的计量设备领域，具体为一种连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置及其使用方法。

背景技术：

连铸是现代钢铁冶金工艺中的必须环节，连铸比代表着钢铁冶金技术的先进水平。连铸机用以生产供应轧机的圆坯、方坯、板坯等坯料，保护渣是连铸机生产的必须消耗品。保护渣经由连铸机结晶器上部加入，发挥隔热保温、防止氧化、润滑、吸收非金属夹杂物、促进坯壳均匀生长（渣膜）等作用。

常规工艺是在结晶器上部加入固态保护渣，固态保护渣在结晶器钢水上部形成固渣层、烧结层和液渣层的三层结构，固态保护渣只有被熔化后才可能具有润滑和渣膜作用。相比之下，液态保护渣（简称液渣）直接具备润滑和渣膜的作用，较固态保护渣更有优越性。采用液态保护渣加入工艺，为了提高液渣加入控制的自动化水平和渣层高度的稳定性，使液渣消耗量和液渣加入量相匹配，首先需要检测到渣层高度。但是，目前多依靠人工观察渣层高度来调节液渣加入量，存在延时和操作不便等问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，提供一种测量准确、操作方便、适应性强的厚度检测方法，本发明公开了一种连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置及其使用方法。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置，包括结晶器，其特征是：还包括红外摄像头、隔热套、干燥器、计算机和主控制器，

结晶器的盖板上设有浸入式水口；

红外摄像头为非接触式，红外摄像头内设有工作波段在近红外的电荷耦合器件（即Charge Coupled Device，简称CCD，CCD是一种半导体装置，用于把光学影像转化为数字信号），红外摄像头设于结晶器浸入式水口的一侧，红外摄像头正对浸入式水口内铜板和液渣之间的交界处，红外摄像头上设有隔热套；

干燥器的压缩空气出口正对红外摄像头；

红外摄像头的数字信号输出端通过信号线连接计算机，计算机还通过信号线连接主控制器，主控制器还通过信号线连接连铸机。

所述的连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置，其特征是：

隔热套外表面的表面粗糙度的Ra值不大于0.02μm，即做镜面抛光处理；

红外摄像头的数量有2个，2个红外摄像头分别设于浸入式水口的两侧。

所述的连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

a. 配置：在连铸机的浇铸准备过程中，将红外摄像头设于结晶器的一侧，并使红外摄像头正对浸入式水口内铜板和液渣之间的交界处，经过干燥器干燥后的压缩空气吹入红外摄像头以对红外摄像头实施冷却和吹扫，隔热套用以隔离辐射至红外摄像头的辐射热；

b. 标定：通过预先的标定程序标定结晶器铜板的高度值，标定检测范围为0～60mm，分辨率的数值小于1mm；

c. 捕捉：主控制器控制连铸机启动浇铸作业后，结晶器钢水液面高度由主控制器输入计算机储存，在液渣流至结晶器的上部时，红外摄像头开始捕捉从浸入式水口处辐射出的近红外图像并转换成数字信号输入计算机，计算机通过显示器实时显示近红外图像以为操作人员提供监视手段并为工艺技术人员提供液渣层流动变化的分析手段；

d. 识别：物体的温度不同，反映在近红外图像上的灰度值也不同，结晶器铜板的表面温度不超过600K，液渣的表面温度高于1200K，因此近红外图像中从铜板的灰度像至液渣的灰度像之间存在灰度值跃变，计算机接收到输自红外摄像头的加载有近红外图像的数字信号后，根据灰度值跃变识别出近红外图像中铜板灰度像和液渣灰度像之间的交界线；

e. 计算：根据步骤b标定所得的铜板高度值计算交界线的高度，交界线的高度即液渣的高度，液渣高度减去结晶器钢水液面高度即得出液渣厚度。

所述的连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置的使用方法，其特征是：

步骤c时，结晶器钢水液面高度由主控制器每1sec计算1次，并采用10sec内的10个高度值作滤波处理，随后经滤波处理的结晶器钢水液面高度值输入计算机储存；

步骤e时，液渣的厚度由计算机每1sec计算1次，并采用10sec内的10个高度值作滤波处理，随后经滤波处理的液渣厚度值储存在计算机内。

本发明为渣层厚度闭环控制提供反馈值，是实现闭环控制连铸机液渣层的厚度的关键步骤，可应用于采用液态保护渣加入工艺的液渣层厚度检测，本发明的实施具有普遍性，可以应用于方坯、圆坯、板坯等各型连铸机；由于采用故态保护渣的工艺也存在固态保护渣熔化成液体的情形，因此本发明也可以应用于采用固态保护渣加入工艺的连铸机，用以监视保护渣的加入和熔化情况；本发明还可应用于涡流检测、超声波检测等。

本发明的有益效果是：测量准确，操作方便，适应性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明使用时标定液渣和铜板分界线的示意图；

图3是本发明标定时标定器的一个实际位置示意图；

图4是本发明标定时红外摄像头拍摄到的图3的影像图；

图5是本发明标定时标定器的又一实际位置示意图；

图6是本发明标定时红外摄像头拍摄到的图5的影像图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种连铸机液态保护渣厚度检测的图像处理装置，包括结晶器1、红外摄像头2、隔热套21、干燥器3、计算机4和主控制器5，如图1所示，具体结构是：

结晶器1的盖板上设有浸入式水口11；

红外摄像头2为非接触式，红外摄像头2内设有工作波段在近红外的电荷耦合器件（即Charge Coupled Device，简称CCD。CCD是一种半导体装置，用于把光学影像转化为数字信号），红外摄像头2的数量有2个，2个红外摄像头2分别设于浸入式水口11的两侧，红外摄像头2正对浸入式水口11内铜板61和液渣62之间的交界处，红外摄像头2上设有隔热套21，隔热套21外表面的表面粗糙度的Ra值不大于0.02μm，即做镜面抛光处理；

干燥器3的压缩空气出口正对红外摄像头2；

红外摄像头2的数字信号输出端通过信号线连接计算机4，计算机4还通过信号线连接主控制器5，主控制器5还通过信号线连接连铸机。

本实施例中，红外摄像头2选用分辨率为1024×768的近红外CCD相机，红外摄像头2和计算机4之间、计算机4和主控制器5之间的数据传输都采用TCP/IP协议；计算机4带图像采集卡，红外摄像头2通过千兆以太网接口连接计算机4的图像采集卡以传输液渣62的近红外图像；计算机4完成液渣层高度计算后，将计算结果再通过TCP/IP协议传输给主控制器5；计算机4也可以通过IO数据卡和外围系统通讯，数字量和模拟量信号都可以被选择。

本实施例使用时，按如下步骤依次实施：

a. 配置：在连铸机的浇铸准备过程中，将红外摄像头2设于结晶器1的一侧，并使红外摄像头2正对浸入式水口11内铜板61和液渣62之间的交界处，经过干燥器3干燥后的压缩空气吹入红外摄像头2以对红外摄像头2实施冷却和吹扫，隔热套21用以隔离辐射至红外摄像头2的辐射热；

b. 标定：通过预先的标定程序标定结晶器1铜板61的高度值，标定检测范围为0～60mm，分辨率的数值小于1mm；

标定程序：标定是指将图像中获得的液渣62的位置与实际的液渣62位置相对应的过程。标定方法如下：使用标定器10模拟已知高度的液渣62位置，使液渣62被精确定位在红外摄像头2的视野内，红外摄像头2根据已知的一组高度值获得对应的图像位置，此过程即为标定，如图3～图6所示：红外摄像头2拍摄下标定器10的影像，如图3和图5所示，标定器10用以模拟液渣62的位置，事先测得标定器10的实际位置，将实际位置和红外摄像头2拍摄下的影像即图4和图6做比对，从而判断出影像上标定器10的位置，也就能得出液渣62的位置。在后续的识别过程中，根据标定的结果，按照液渣62在影像中的位置，计算出实际的液渣62位置；

c. 捕捉：主控制器5控制连铸机启动浇铸作业后，结晶器1钢水液面高度由主控制器5输入计算机4储存，在液渣62流至结晶器1的上部时，红外摄像头2开始捕捉从浸入式水口11处辐射出的近红外图像并转换成数字信号输入计算机4，计算机4通过显示器实时显示近红外图像以为操作人员提供监视手段并为工艺技术人员提供液渣层流动变化的分析手段；

结晶器1钢水液面高度由主控制器5每1sec计算1次，并采用10sec内的10个高度值作滤波处理，随后经滤波处理的结晶器1钢水液面高度值输入计算机4储存；

滤波处理：在数值处理过程中，为消除扰动，需进行滤波处理。处理步骤如下：将10个检测值按照从小至大或从大至小的方法排序，根据排序结果将10个检测值依次编号为1号至10号，取第4号至第7号的4个检测值的平均数作为结晶器1钢水液面高度值；

d. 识别：物体的温度不同，反映在近红外图像上的灰度值也不同，结晶器1铜板61的表面温度不超过600K，液渣62的表面温度高于1200K，因此如图2所示，近红外图像中从铜板61的灰度像至液渣62的灰度像之间存在灰度值跃变，计算机4接收到输自红外摄像头2的加载有近红外图像的数字信号后，根据灰度值跃变识别出近红外图像中铜板61灰度像和液渣62灰度像之间的交界线，即图2中的直线L，为清晰起见，图2中交界线两侧各加划了虚线以作指示；

e. 计算：根据步骤b标定所得的铜板61高度值计算交界线的高度，交界线的高度即液渣62的高度，液渣62高度减去结晶器1钢水液面高度即得出液渣62厚度；

液渣62的厚度由计算机4每1sec计算1次，并采用10sec内的10个高度值作滤波处理，步骤e中的滤波处理和步骤c中的滤波处理相同，随后经滤波处理的液渣62厚度值储存在计算机4内。