一种回转窑表面红外扫描测温中高温点的精确定位方法与流程

本发明涉及信号处理技术领域，具体是一种温度扫描点的位置校正方法。

背景技术：

近年来，随着我国建材、冶金、化工和环保等工业的高速发展，这些行业所需回转窑的数量也不断增长。回转窑是生产工艺中原料煅烧环节的核心设备，其运转情况的好坏直接关系到熟料的产量、质量和成本。回转窑内衬为耐火材料，在温度因素、化学侵蚀、机械磨损等不同情况下，会使耐火材料发生不同程度的破损和脱落，导致窑体内部凸凹不平,厚薄不均。一旦局部耐火材料脱落，会给生产及安全带来严重威胁。回转窑内衬的厚薄程度主要是通过回转窑表面温度进行检测。当回转窑某区域出现异常高温则说明此处窑衬已受损，存在红窑隐患。一旦发生红窑事故，将会给厂家的经营生产带来巨大的经济损失，甚至威胁人身安全,因此需要实时监测回转窑表面的温度，精确定位高温点位置，及时找出故障可能发生的位置，指导工作人员采取补救措施，以保障回转窑经济、稳定、安全地生产。因此，本文提出了高温点精确定位算法，有效的防止了红窑等回转窑生产故障的出现。

现有的定位算法主要有等角度定位算法与等间距定位算法，等间距定位算法计算简单，但定位误差大，相比等间距定位算法等角度定位算法定位精度更高，所以工程应用中一般采用等角度定位算法，等角度定位方法根据扫描仪的每两个相邻扫描点之间的扫描角度是相等的，利用回转窑与扫描仪之间的几何关系计算出每两个相邻扫描点之间的扫描间距，但是等角度扫描并未充分考虑回转窑生产现场实际情况，进而假定扫描仪与回转窑是在同一水平面上，而忽视了扫描仪实际工作中可能高于或者低于回转窑的位置，因此等角度定位算法未能实现高精度的扫描点定位，因些不能准确找出回转窑高温点所在的位置。

技术实现要素：

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现高温点精确定位的方法。本发明的技术方案如下：

一种回转窑表面红外扫描测温中高温点的精确定位方法，其包括以下步骤：

101、调整扫描仪视窗，使其扫描范围覆盖整个回转窑表面；

102、现场测量以下数据：扫描仪与回转窑的水平距离H、扫描仪到回转窑窑头距离l、回转窑长度L、回转窑与扫描仪垂直高度差h以及确定总的扫描点数N；

103、根据传统等角度算法原理，假设每两个扫描点之间的扫描角度是相等的，并结合回转窑与扫描仪垂直高度差h，扫描仪与回转窑的水平距离H得到更精确的扫描间距Δi计算公式；

104、最后分析扫描仪采集到的温度数据，找出最高温点所对应的扫描点号，利用高温点定位公式计算出高温点n在回转窑上的实际位置。L_n表示高温点到回转窑头部的长度。

进一步的，步骤103结合回转窑与扫描仪垂直高度差h，扫描仪与回转窑的水平距离H得到更精确的Δi计算公式包括：

根据传统等角度算法原理，假设每两个扫描点之间的扫描角度是相等的，计算出各扫描点的间距Δi；

引入高度差变量h，由三角形AA₁O之间的边关系计算出扫描仪到回转窑的真实距离H₁；

用扫描仪到回转窑真实距离H₁，代替Δi表达式中扫描仪到回转窑的近似距离H，得到更精确的扫描间距Δi计算公式。

进一步的，传统等角度算法原理扫描点Δi的计算公式为：

Δi＝H(tan(arctan(l/H)-i*Δθ)

-tan(arctan(l/H)-(i+1)*Δθ))

其中Δi表示第i个扫描点的扫描间距，H表示扫描仪到回转窑的距离，l表示窑头到扫描仪与回转窑垂足点的距离，i表示扫描点号，Δθ表示相邻扫描点之间的夹角。

进一步的，扫描仪到回转窑的真实距离H₁计算公式为：其中H为扫描仪与回转窑的近似距离，h表示回转窑与扫描仪的垂直高度差。

进一步的，将H₁代替H后得到的精确定位后的Δi计算公式：

其中Δi表示第i个扫描点的扫描间距，H表示扫描仪到回转窑的近似距离，l表示窑头到扫描仪与回转窑垂足点的距离，i表示扫描点号，Δθ表示相邻扫描点之间的夹角，h表示回转窑与扫描仪的垂直高度差。

进一步的，所述步骤104中L_n计算公式为：其中n表示最高温度所对应的扫描点号，Δi表示引入高度差变量后的各扫描点之间的距离。

进一步的，所述步骤104找出最高温点所对应的扫描点号包括：红外探头在步进电机驱动下，以水平方向360度扫描回转窑，由于回转窑表面温度通常是100到500度，与环境温度差值很大，因此可以把高于100度的温度数据判断为有效数据，因此只需截取其中大于100度的温度数据具备为有效数据，发送到PC配套测温软件，测温软件将接收到的一行温度数据进行比较，找出其中最高温及其对应的扫描点号。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明充分考虑了工业现场实际情况，引入了扫描仪与回转窑高度差，结合等角度定位算法的小偏差、实时性强等优点，提出了一种回转窑表面红外扫描测温中高温点精确定位方法。该方法包括，按传统等角度定位算法得出各扫描点之间的间距，然后引入扫描仪与回转窑高度差这一变量，进一步校正传统算法的扫描点位置，从而得出更精确扫描点间距数据，最后找出高温点所对应的扫描点号，计算出高温点所在的位置，实现高温点精确定位。本发明方法实施过程简单、与实际位置吻合度高，具有较高应用与推广价值。

附图说明

图1是现有技术中等角度算法示意图；图中L表示回转窑长度，l表示窑头到回转窑与扫描仪垂足点的距离，H表示扫描仪到回转窑的距离，Δi表示第i个扫描间距；

附图2是扫描仪安装位置示意图；

附图3是扫描仪安装模型图；图中点A表示扫描仪所在位置，线段BC表示回转窑，A₁表示传统等角度定位算法中假定的扫描仪位置，β表示扫描俯角。H₁表示扫描仪到回转窑的实际距离；

附图4本发明实施例的定位方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，

为实现精确定位本发明引入了回转窑与扫描仪高度差变量h,如图3所示，引入高度差h扫描仪到回转窑的距离则由H变为H₁，而H₁更符合实际工程应用情况。

回转窑表面红外扫描测温中高温点精确定位方法的技术方案如下：

101、根据传统等角度算法原理，假设每两个扫描点之间的扫描角度是相等的，计算出各扫描点的间距Δi，等角度算法示意图如图1所示。

102、根据示意图2，出引入的高度差变量h，由三角形AA₁O之间的边关系计算出扫描仪到回转窑的真实距离H₁。

103、用扫描仪到回转窑真实距离H₁，代替101中Δi表达式中扫描仪到回转窑的近似距离H，得到更精确的Δi计算公式。

104、分析扫描仪所采集到的温度数据找出最高温度点所在的扫描点号n，再将高温点前面的n个扫描间距累加，则可得到高温点距离窑头的实际位置L_n。

优选的，步骤101中扫描点Δi的计算公式为：

Δi＝H(tan(arctan(l/H)-i*Δθ)

-tan(arctan(l/H)-(i+1)*Δθ))

其中Δi表示第i个扫描点的扫描间距，H表示扫描仪到回转窑的距离，l表示窑头到扫描仪与回转窑垂足点的距离，i表示扫描点号，Δθ表示相邻扫描点之间的夹角。

优选的，在步骤102中，H₁计算公式为：其中H为扫描仪与回转窑的近似距离，h表示回转窑与扫描仪的垂直高度差。

优选的，在步骤103中，将H₁代替H后得到的精确定位后的Δi计算公式：

其中Δi表示第i个扫描点的扫描间距，H表示扫描仪到回转窑的近似距离，l表示窑头到扫描仪与回转窑垂足点的距离，i表示扫描点号，Δθ表示相邻扫描点之间的夹角，h表示回转窑与扫描仪的垂直高度差。

优选的，在步骤104中，L_n计算公式为：其中n表示最高温度所对应的扫描点号，Δi表示引入高度差变量后的各扫描点之间的距离。

回转窑红外扫描测温系统由红外扫描仪与PC端的配套温度监测软件组成，红外扫描中的红外探测头在电机的带动下进行数据采集、本发明中电机采用的是等角度水平旋转方式。因此在电机驱动下红外探头将从左至右水平扫描回转窑一行数据。回转窑与扫描仪关系示意图如图2所示，扫描仪安装在距离回转窑一定距离的塔楼上，以防止障碍物遮挡。

本发明采用西南水泥有限公司广安、秀山生产线实际生产数据进行阐述。首先到回转窑生产现场按图1所示测得以下数据：回转窑长度为L＝60m、回转窑与扫描水平距离H＝30m、扫描仪距离窑头的距离l＝30m、扫描仪与回转窑垂直高度差h＝5m。本红外扫描系统统总扫描点数N＝600。

再由以上数据并根据本发明提出的定位方法计算出每两个扫描点之间的间距Δi。然后分析由扫描仪发送到PC端测温软件的扫描数据，找出一行温度数据中最高温点所对应的扫描点号。

最后根据高温点定位公式得出高温点n在回转窑上的实际位置。

本发明提出回转窑表面温度精确定位算法，引入扫描仪扫描俯仰角度，由此得到扫描仪与回转窑的垂直高度差，属于工业安防领域。本发明回转窑工程应用实际情况，充分考虑各种影响定位误差的因素，在等角度算法的基础上充分考虑扫描仪与回转窑之间高度差对定位精度的影响，极大地提高了定位精度。本发明算法简单，运算量小，具有较大应用前景。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。