基于机器视觉的电解铝生产中铝液及电解质水平测量系统的制作方法

本发明涉及电解铝生产过程中铝液及电解质水平的检测和图像处理、视觉测量，运用对视觉系统定标、图像预处理、图像识别、图像测距的方式自动测量铝液及电解质水平。属于电解铝生产行业技术领域。

背景技术：

电解铝生产过程中，铝水平和电解质水平是电解槽生产管理的两个重要参数。电解质的主要作用是导电、溶解氧化铝以及分离阳极反应与阴极反应，电解质水平的高低直接关系到对氧化铝的溶解能力，也影响到电解质内部的传质以及氧化铝溶解的均匀性，且电解质水平的高低也影响到电解槽的热稳定性与阳极的消耗。铝水平的主要作用是促使阴极反应发生、储存热量、导电导热。所以铝水平的选择对电解槽热平衡具有重要影响，如提高铝水平，能够降低铝液及电解质的流速，减少铝的溶解损失，增加炉底散热，有益于组织低过热度生产，提高电流效率；但是铝水平过高，会降低氧化铝的溶解能力，造成大量氧化铝沉淀到炉底。所以，如何真实、有效地获得电解质水平与铝水平的数据是电解槽智能化管理的前提。

目前电解铝生产过程中，主要采用人工测量，对大多数电解铝生产企业而言，目前测量工具主要有两种。无论哪种测量工具，都需要人工放入与取出测量钎，并握持水平仪进行水平放置，人工进行钢尺比对测量，人工笔录等操作，操作环境恶劣，劳动强度较大，测试过程至少需要两位测试人员，且测试的误差较大，数据的键入容易出错，在一定程度上影响到测试的准确性。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种基于机器视觉的电解铝生产中铝液及电解质水平测量系统，将该设备装载到agv小车上，能够自动站位、自动识别出铝孔，测量钎自动探入及收回，机器视觉测量与数据储存、传输。该设备能够减轻工人劳动强度，提高劳动生产率，有利于数据的实时传输与数据分析利用，对于实现电解铝工业的智能化、自动化具有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

首先，本发明提出了一种基于机器视觉的电解铝生产中铝液及电解质水平测量系统，包括agv巡检小车系统，在agv巡检小车系统上部设有测量钎系统，在agv巡检小车系统下部设有机器视觉检测系统；前述的测量钎系统包括一根倾斜设置的测量钎，测量钎的底部位于电解液中，测量钎的顶部位于agv巡检小车系统上；前述的机器视觉检测系统采用单目定焦摄像机以位于固定景深平面内的测量钎为识别目标和尺寸参考目标。

进一步的，前述的agv巡检小车系统通过二维码进行路线导航与槽号识别。agv巡检小车系统通过标记视觉对位自动将钢钎对准火孔。

进一步的，测量钎由步进电机进行驱动，并设置运动导轨。测量钎的材质选用铸铁。测量钎导轨末端设置把持器。测量钎设置两段伸缩节。

进一步的，前述的机器视觉检测系统将图像从rgb转为hsv色彩空间，二值化、高斯滤波消除背景干扰，通过亚像素边缘检测获得分界线，初步确定浸入段长度；再通过测量钎图像测量长度和已知长度计算误差率，然后对浸入长度进行修正，得到准确测量钎浸入部分长度；最终结合测量钎的倾斜角换算成竖直高度。机器视觉识别流程图如图2所示。

本发明还提出了采用前述基于机器视觉的电解铝生产中铝液及电解质水平测量系统的测量方法，包括如下步骤：

s1，伸缩控制系统将测量钎向上回收；

s2，当完全收回测量钎后，暂停2-10秒；此时，原本浸没在铝液中的测量钎将呈现暗灰色，原本浸没在电解质中测量钎将呈现亮红色；

s3，由位于顶端的机器视觉测量系统进行图像采集；

s4，计算机对图像进行二值化处理，去除背景并获得清晰的测量钎轮廓和分界线；

s5，计算机进行边缘检测，探测到测量钎表面亮、暗涂层的分界线坐标；

s6，分别统计出暗段、亮段的像素数量；

s7，按已知测量钎的物理长度进行标定，将像素数转换成铝液段、电解质段的物理长度；

s8，最后结合测量钎的倾斜角度，将两段物理长度校正为竖直高度，实现铝液、电解质水平的测量。

本发明的装置由agv载体、测量钎系统和视觉系统等部分组成，将测量钎安装在agv小车上，运用标定良好的单目定焦机器视觉系统准确识别测量钎并根据图像内容测量插入深度，进而实现铝液及电解质水平的自动测量，并及时将测试数据通过wifi传输至mes系统，有利于减轻工人劳动强度，提高生产效率，且测量系统误差较小，精确度较高，重复性与再现性较好，对于实现电解铝工业的智能化、自动化具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的机器视觉识别流程图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于机器视觉的电解铝生产中铝液及电解质水平测量系统的具体实施方式、结构、特征及其效果进行详细说明。其中涉及的附图仅说明了本发明的某些实施案例，不应被看着是对范围的限定，对于本专业的技术人员来讲，在结合具体病例及自身技术水平的实际情况下，还可以根据附图获取其他相关的信息。

本发明的自动测量电解槽中铝液、电解质水平的设备包括以下几个系统：agv巡检小车系统1；测量钎系统2及其控制系统；机器视觉检测系统3；相应的，还包括在磁场环境下的无线传输系统，采用现有电解铝中采用的无线传输系统即可。如图1所示。其中，agv巡检小车系统1的agv巡检小车按照电解槽巡检路线进行巡检测量，识别到电解槽身份信息后能够自动站位，通过图像识别系统自动捕捉火孔，进行精确定位。

测量钎系统2的测量钎在驱动步进电机的驱动下，深入到电解质和铝液中，驱动器提供一定量脉冲，电机转动一周，导轨行程5mm，根据plc产生的脉冲频率，设定行程最大速度。则驱动电机提供电压越大，则电机转矩越大。测量钎在电解质及铝液中停留一段时间后，测量钎通过步进电机驱动沿导轨收回。

测量钎在收回途中，通过机器视觉检测系统3中标定好的工业摄像机进行图像采集，浸没在铝液中的测量钎呈现暗灰色，浸没在电解质中测量钎呈现亮红色，通过镜头投影到很多ccd组成阵列的元件板上。这样计算机通过a/d转换，读取ccd的数据，得到完整的影像。当计算机从ccd端获得影像，经二值化处理得出影像轮廓。经过边缘检测可得出图像轮廓的像素位置差，结合每像素对应尺寸进行的标定，经特征提取与模式匹配计算出换算系数，从而根据浸没在电解质及铝液中的颜色差别来实现铝液、电解质水平的精确测量。

具体实施时，包括如下步骤：①伸缩控制系统将测量钎向上回收。②当完全收回测量钎后，暂停2-10秒。此时，原本浸没在铝液中的测量钎将呈现暗灰色，原本浸没在电解质中测量钎将呈现亮红色。③由位于顶端的机器视觉测量系统进行图像采集。④计算机对图像进行二值化处理，去除背景并获得清晰的测量钎轮廓和分界线。⑤计算机进行边缘检测，探测到测量钎表面亮、暗涂层的分界线坐标。⑥分别统计出暗(铝液)段、亮(电解质)段的像素数量。⑦按已知测量钎的物理长度进行标定，将像素数转换成铝液段、电解质段的物理长度。⑧最后结合测量钎的倾斜角度，将两段物理长度校正为竖直高度，实现铝液、电解质水平的测量。

需要注意的是：测量钎在收回过程中，通过把持器将测量钎上粘接的电解质及铝进行刮除，以满足下台槽测试的要求。经过模数转化得到的测量数据经过wifi及时传输到mes系统。

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，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。