本發(fā)明屬于高爐料流軌跡測量方法，具體地屬于一種采用高速攝像機測量高爐料流軌跡的方法。
背景技術：
現(xiàn)代大型高爐作為鐵水生產的主力裝備，采用焦炭還原礦石。通常在高爐頂部裝入礦石及焦炭，焦炭及礦石分批分層裝入爐內，原料入爐使用的裝備是無料鐘爐頂裝料設備，該設備通過傳動齒輪箱控制布料溜槽的旋轉、傾動，爐料落在溜槽上后通過溜槽在高爐爐頂不同位置的轉動將爐料分布在高爐內部，伴隨著爐料的滑落，爐料可以在高爐頂部形成需要的料面形狀。
在高爐頂部一般是通過一個布料矩陣實現(xiàn)高爐爐料的分布，一個布料矩陣一般包含如下一些信息，如布料品種、布料重量、溜槽旋轉的角度(一般最多包含11個布料傾角)組合、在每個角位上旋轉的圈數(shù)、角位變化的順序(上抬、下降等)、料線(控制開始布料的料面高度)等。
高爐中溜槽傾動角度范圍在0～55度，為了控制方便，一般將這個區(qū)間分成12個小區(qū)間，根據(jù)區(qū)間設定11個溜槽傾動的角度(αi，i＝1…11)，通過控制所用角位的個數(shù)及每個角位上布料的圈數(shù)(nij，i＝1…11,j＝每個角位布料圈數(shù))來達到爐料控制的目標。
為了有效測定在不同傾角(αi，i＝1…11)位置上不同爐料的下落軌跡，高爐工作者發(fā)明了許多方法。
如張壽榮主編的《武鋼煉鐵40年1958～1998》，華中理工大學出版社出版，在P371～379中列出了一種通過在爐喉直徑上設置2-3根(直徑450mm)水平測量測量桿，通過觀測不同爐料在不同角位上的爐料和測量桿的碰撞位置來計算落點，為了便于識別，在橫桿上每500mm涂上紅、黃、藍三色油漆，在500mm處測量桿下端焊接鐵鏈。該方法的優(yōu)點是直觀，缺點是人為操作誤差較大。
文獻《高爐無料鐘爐頂布料料流軌跡檢測與三維圖像重建》中報道了一種通過空間網(wǎng)格來測定料流軌跡的方法，該方法也是事先在爐喉直徑上安立網(wǎng)格，設定空間坐標，通過觀測爐料下落過程中對網(wǎng)格的沖擊范圍來計算爐料在不同標高下的落點，從而確定出料流軌跡，這種方法和橫桿法相比空間測量減小了測量誤差，但是層層阻擊的網(wǎng)格會形成一種和原始料流不同的軌跡，故所測料流并不能完全代表實際料流，同時因觀測者角度、位置、時間等因素的差異也會導致測量誤差，影響觀測效果。
因此，當前的料流軌跡測量方法操作復雜，且測量誤差較大。
技術實現(xiàn)要素：
為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用高速攝像機測量高爐料流軌跡的方法。該方法是一種基于圖像處理的料流軌跡測量方法，通過將爐料下落過程記錄下來，然后通過對系列圖像做出比對，以其圖像本身的視域，用圖像處理來對料流的寬度、軌跡做出計算。該方法操作相對簡單，且測量誤差較小。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種采用高速攝像機測量高爐料流軌跡的方法，包括以下步驟：
1)安裝除塵風機：在爐頂上方安裝除塵風機；
2)安裝高速攝像機：在爐頂大人孔小平臺上安裝高速攝像機，并將攝錄的信息傳輸?shù)接嬎銠C中；
3)測量前的定位：分別對空轉溜槽在11個不同角位上進行拍照，將拍攝的圖像保存在計算機中，根據(jù)爐料在溜槽起點的位置，在拍攝的圖像中，選擇溜槽與高速攝像機界面垂直位置的圖像作為溜槽位置的基準圖像；且高爐建好后，坐標系即確定，在爐喉鋼磚上參考點的位置就確定；
4)拍攝溜槽的布料過程：對于不同品種、不同批重的爐料，通過11個不同角位進行全程錄像和拍照，并將攝錄的圖像傳輸?shù)接嬎銠C中；
5)計算溜槽布料時的料流軌跡：通過對溜槽旋轉的每一圈進行拍攝，將拍攝的圖像進行比對，在這些圖像中找出與所述步驟3)中爐料在溜槽起點的位置最接近的圖像，獲得垂直于高速攝像機界面的圖像，所述的垂直于高速攝像機界面的圖像即作為溜槽布料時的料流軌跡；計算整個料流在下落過程中每個點的料流寬度，并且確定料流在垂直方向及水平方向的平面坐標；
6)處理精度：以所述步驟3)爐料在溜槽起點的位置和爐喉鋼磚上參考點的位置為基準，既可以求得主料流軌跡，又可以求得料流寬度在水平方向上的分布特征；
7)保存數(shù)據(jù)：將所述步驟6)的主料流軌跡進行離散，將離散后坐標點數(shù)據(jù)保存在計算機數(shù)據(jù)庫中，且料線的標高每變化10cm，保存一個數(shù)據(jù)；
8)應用數(shù)據(jù)：在應用過程中，不在所述步驟7)中數(shù)據(jù)庫的坐標點，通過相鄰兩點的坐標值的差值進行計算。
進一步地，所述步驟5)的具體過程為：
51)在爐喉上建立參考坐標系，x軸設定在0米料線處，y軸設立在高爐中心線處，并且坐標軸的方向向下；
52)求參考坐標系水平方向上每個點的灰度值，通過灰度變化曲線，找出每個點的料流寬度；
53)根據(jù)灰度排列，求得料流在水平方向的曲線；
54)根據(jù)所述步驟52)的灰度變化特征，計算每個料線的料流寬度及主料流位置。
再進一步地，所述步驟52)中，求參考坐標系水平方向上每個點的灰度值，利用一條線去截取爐料下落時的爐喉，爐料是黑色的，在計算灰度時，爐料經過的區(qū)域灰度值會明顯高于其他區(qū)域，通過灰度變化曲線，找出每個點的料流寬度。
更進一步地，所述步驟6)中，通過對比所述步驟5)中圖像的像素數(shù)量可以確定在參考坐標系中料流軌跡的不同點的坐標；既可以求得主料流軌跡，又可以求得料流寬度在水平方向的分布特征。
更進一步地，所述步驟4)中，溜槽每7.5s轉動一周，每拍攝一幅圖像需要0.05s，且溜槽在裝料時，使溜槽由內向外轉。
更進一步地，所述步驟4)中，每次布料時間為30～40s，每次布料獲取600～800幅圖像，溜槽在每個角位獲取8～10幅圖像，且共布料50～150批，布料品種為焦炭和礦石，布料方式為單環(huán)布料。
更進一步地，所述步驟1)中，在爐頂四個上升管位置，打開清灰口盲板，安裝四臺大功率風機，將布料過程中產生的灰塵抽走，全部排空，在相機處形成一個爐內負壓。
更進一步地，所述步驟2)中，高速攝像機為定位用高速數(shù)字攝像機，所述定位用高速數(shù)字攝像機將攝錄信息實時的更新到計算機中，在料面測量前，編寫好圖像處理程序。
本發(fā)明的測量方法的有益效果：本發(fā)明提出了一種比較理想的料流軌跡測量方法，該方法在不干涉料流下落狀態(tài)的情況下，能在盡可能大的空間范圍內準確測定料流下落寬度、軌跡，且本發(fā)明的測量方法操作誤差小，準確度比較高，使用起來也較靈活。
附圖說明
圖1為本發(fā)明測量高爐料流軌跡的方法原理圖。
具體實施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于以下實施例。
結合圖1可知，本實施例公開了一種采用高速攝像機測量高爐料流軌跡的方法，包括以下步驟：
1)安裝除塵風機：在爐頂上方，具體的是在爐頂四個上升管位置，打開清灰口盲板，安裝四臺大功率風機，將布料過程中產生的灰塵抽走，全部排空，避免灰塵對高爐料面測量的干擾；且在裝料時，溜槽由內向外旋轉時，爐料在不斷下降，由于風機啟動，相關灰塵可以絕大部分排到爐外，在高速攝像機處形成一個爐內負壓，保證爐內的灰塵不外溢，便于觀測。
2)安裝高速攝像機：在爐頂大人孔小平臺上安裝高速攝像機，本實施例優(yōu)選定位用高速數(shù)字攝像機，所述定位用高速數(shù)字攝像機將攝錄信息實時的更新到計算機中，在料面測量前，編寫好圖像處理程序。
3)測量前的定位：分別對空轉溜槽在11個角位上進行拍照，將拍攝的圖像保存在計算機中，通過對圖像進行處理，發(fā)現(xiàn)當溜槽垂直高速攝像機的界面時，圖像的l2最小、l1最大，對于每一個角位而言，相對于確定的高爐尺寸，根據(jù)高速攝像機安裝位置及高爐本身的尺寸，l2、l1一般是固定的；
通常爐料在料槽中開始下落的位置，即爐料在溜槽起點的位置是確定的，根據(jù)這個確定的位置，在對空轉溜槽拍攝的圖像中尋找l2最小的圖像，即表明溜槽與高速攝像機的界面垂直的圖像，這個位置的圖像可以作為溜槽位置的基準圖像；
進一步地，高爐建好后，就會建立坐標系，本實施例將x軸設定在0米料線處，y軸設立在高爐中心線處，并且坐標軸的方向向下，在爐喉鋼磚上確定一個參考點，該參考點在高爐建好后，在坐標系中的位置就是確定的了。
4)拍攝溜槽的布料過程：對于不同品種、不同批重的爐料，通過11個不同角位進行全程錄像和拍照，并將攝錄的圖像傳輸?shù)接嬎銠C中保存起來；
具體地，溜槽每7.5s轉動一周，每拍攝一幅圖像需要0.05s，溜槽轉動一周獲得150幅圖像；溜槽在裝料時，使溜槽由內向外轉，且溜槽每轉動2.4度就可以拍攝到一個位置；
本實施例優(yōu)選的布料品種為焦炭和礦石，共布料120批，其中單環(huán)布料裝入60批，軌跡測量主要在這60批之內展開，且焦炭30批，礦石30批，因為要測量11個角位的軌跡，落實到每個品種，在每個角位將測量2～3次，預計每次布料的時間在30～40秒左右，每次布料的圖片獲取量在600～800幅，每個角位可以獲取有效圖像8-10幅。
5)計算溜槽布料時的料流軌跡：對所述步驟4)攝錄到的溜槽布料過程的圖像進行對比，尋找溜槽在每一圈的旋轉過程中，與高速攝像機界面垂直的圖像，選擇所述與高速攝像機界面垂直的圖像作為溜槽布料時料流軌跡，因為該幅圖像可以最大程度的代表溜槽布料時的料流軌跡，通過尺寸對比，可以進一步地計算出整個料流在下落過程中每個點的寬度和尺寸，并且確定料流在垂直方向和水平方向的坐標，這種方法可以最大程度避免人為因素及測量部件對料流軌跡的影響；為了更好的描述所述步驟5)的過程，以下分步驟介紹：
51)在爐喉上建立參考坐標系，同所述步驟3)描述，建立參考坐標系，其中，x軸設定在0米料線處，y軸設立在高爐中心線處，并且坐標軸的方向向下；
52)求參考坐標系水平方向上每個點的灰度值，利用一條線去截取爐料下落時的爐喉，由于爐料是黑色的，在計算灰度時，爐料經過的區(qū)域灰度值會明顯高于其他區(qū)域，通過灰度變化曲線，就可以找出料流寬度，這是圖像處理的常規(guī)技術；
53)根據(jù)灰度排列，求得料流在水平方向的曲線；
54)根據(jù)所述步驟52)的灰度變化特征，計算每個料線的料流寬度及主料流位置；
6)處理精度：以溜槽上爐料在溜槽起點的位置和爐喉鋼磚上的參考點為基準，通過對比像素數(shù)量可以確定在參考坐標系中料流軌跡的不同點的坐標，因此既可以求得主料流軌跡，又可以求得料流寬度在水平方向的分布特征；
7)保存數(shù)據(jù)：將所述步驟6)的主料流軌跡進行離散，離散的方式為采用坐標點代替曲線，曲線上的若干個點的坐標即代表曲線本身，將離散后的數(shù)據(jù)保存在計算機中，且料線的標高每變化10cm，保存一個數(shù)據(jù)；
8)應用數(shù)據(jù)：在應用過程中，不在所述步驟7)中數(shù)據(jù)庫的坐標點，通過相鄰兩點的坐標值的差值進行計算。
本發(fā)明的測量方法是一種基于圖像處理的料流軌跡測量方法，通過將爐料下落過程記錄下來，然后通過對系列圖像做出比對，以其圖像本身的視域，用圖像處理來對料流的寬度、軌跡做出計算。該方法操作相對簡單，且測量誤差較小。
以上實施例僅為最佳舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。除上述實施例外，本發(fā)明還有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。