專(zhuān)利名稱(chēng)：連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼坯的測(cè)長(zhǎng)方法，尤其是一種連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法及裝置，屬 于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程中，連鑄鋼坯的在線長(zhǎng)度檢測(cè)和定尺切割是其中的重要 環(huán)節(jié)，鋼坯切割的控制精度直接影響到連鑄鋼坯的成材率。傳統(tǒng)的連鑄機(jī)采用帶有編碼器 的測(cè)長(zhǎng)輥進(jìn)行鋼坯長(zhǎng)度測(cè)量(稱(chēng)為機(jī)械式測(cè)長(zhǎng))，由于該測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)靠測(cè)量輥與連鑄鋼坯之 間的摩擦力來(lái)驅(qū)動(dòng)，易受現(xiàn)場(chǎng)高溫、鋼坯變形等因素的影響，致使該測(cè)量裝置維護(hù)量大、控 制精度不穩(wěn)定。攝像測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)將攝像機(jī)作為檢測(cè)元件，把采集的鋼坯圖像傳送給計(jì)算機(jī)，利用曲 線擬合等圖像處理技術(shù)進(jìn)行平滑處理，排除圖像中的干擾成分(水汽、陽(yáng)光、電焊光等)對(duì) 正常鋼坯成像的影響，準(zhǔn)確識(shí)別連鑄鋼坯頭部位置，完成鋼坯測(cè)長(zhǎng)(參見(jiàn)圖1)。這種將、圖 像處理技術(shù)與鋼坯切割接合的系統(tǒng)，可以完成連鑄鋼坯切割控制，具有非接觸檢測(cè)、維護(hù)量 小、檢測(cè)精確高、控制精度穩(wěn)定等特點(diǎn)，被越來(lái)越多的鋼鐵企業(yè)所采用。但現(xiàn)有攝像測(cè)長(zhǎng)對(duì)煉鋼連鑄澆鑄過(guò)程中的異常事件造成的鋼坯接痕、過(guò)度冷卻等 部位的檢測(cè)還存在檢測(cè)精度不高、控制精度不穩(wěn)定的問(wèn)題。造成這種狀況的主要原因是攝 像機(jī)在調(diào)試結(jié)束后，焦距、光圈就固定下來(lái)，雖然可以滿(mǎn)足正常情況下的鋼坯長(zhǎng)度檢測(cè)精度 的控制要求，但在異常情況下，不同亮度鋼坯的檢測(cè)，則需要人工干預(yù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)畫(huà)面手 動(dòng)調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈的方式，來(lái)滿(mǎn)足特定工況下不同亮度鋼坯的長(zhǎng)度檢測(cè)。結(jié)果勢(shì)必增加操 作工操作強(qiáng)度，而且檢測(cè)精度不穩(wěn)定。因此，設(shè)法使攝像測(cè)長(zhǎng)能夠自動(dòng)適應(yīng)不同亮度鋼坯的 長(zhǎng)度檢測(cè)非常關(guān)鍵。采用自動(dòng)光圈攝像機(jī)效果不夠理想，主要原因是其攝像聚焦點(diǎn)相對(duì)固定。自動(dòng)調(diào) 光感應(yīng)的是整體的亮度變化，也會(huì)受到外界干擾如軌道反光、水汽、太陽(yáng)照射等因素的影 響，而攝像測(cè)長(zhǎng)僅需要準(zhǔn)確跟蹤不斷運(yùn)動(dòng)的鋼坯頭部亮度變化。檢索發(fā)現(xiàn)相關(guān)專(zhuān)利如下1、申請(qǐng)?zhí)枮?8105869的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種“鋼坯測(cè)長(zhǎng) 方法及裝置”，該方法的特點(diǎn)是以熱鋼坯的自身光為信號(hào)源，CCD感光成像將光信號(hào)變?yōu)橐?頻信號(hào)，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行“二值化”處理，對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用微處理機(jī)進(jìn) 行自動(dòng)采樣和數(shù)據(jù)處理；專(zhuān)利號(hào)為97102342. 5的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了 “攝像測(cè)實(shí)際空間長(zhǎng)度 的方法和光學(xué)系統(tǒng)校正法及其基準(zhǔn)規(guī)”該方法的特點(diǎn)是通過(guò)精密測(cè)定一個(gè)像素的平均實(shí)際 空間長(zhǎng)度，以及測(cè)定或調(diào)整攝像范圍，可以測(cè)定圖像畸變及按其結(jié)果修正圖像畸變的光學(xué) 系統(tǒng)校正。此外，日本專(zhuān)利JP200(^66516公開(kāi)了一種鋼坯接縫處理后表面精密檢測(cè)方法、 JP02160153A公開(kāi)了通過(guò)大包滑動(dòng)水口攝像監(jiān)測(cè)、提高連澆結(jié)合點(diǎn)跟蹤精度的方法。這些均 沒(méi)有涉及攝像測(cè)長(zhǎng)在對(duì)連鑄過(guò)程中異常停機(jī)等造成的鋼坯斷面亮度變化的應(yīng)對(duì)措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可以在異常情況下，自動(dòng)根據(jù)鋼坯頭部亮度調(diào)節(jié)攝像 機(jī)光圈參數(shù)、從而保證鋼坯長(zhǎng)度檢測(cè)精度的連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法，同時(shí)給出相應(yīng)的裝置。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法在由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的 測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中，所述攝像機(jī)鏡頭和光圈控制器的視頻線和通訊線分別通過(guò)接插頭與計(jì)算機(jī)的 對(duì)應(yīng)接口連接，用以傳輸視頻數(shù)據(jù)和通訊信息；所述光圈控制器的控制輸出端接攝像機(jī)光 圈電機(jī)的受控端；其特征在于測(cè)長(zhǎng)步驟如下第一步、在計(jì)算機(jī)中建立測(cè)試得到的鋼坯頭部表面溫度與攝像機(jī)光圈數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 表；第二步、計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)鋼水密度、鋼水熱 容以及初始鋼坯中心溫度、表面平均溫度和冷卻強(qiáng)度，按以下公式，循序算出鋼坯頭部表面 平均溫度
2Δ/ k(Tp)TT1=V+ , λ2 ‘ Ht2p-TlpYAtqZ(Axpc)
(Δχ) pc上式中Ρ——步長(zhǎng)數(shù)，為自然數(shù)1、2、3、4...T2P+1—時(shí)間步長(zhǎng)Ρ+1對(duì)應(yīng)的鋼坯表面平均溫度，攝氏度；T15——時(shí)間步長(zhǎng)P對(duì)應(yīng)的鋼坯中心溫度，攝氏度；Τ2Ρ——時(shí)間步長(zhǎng)P對(duì)應(yīng)的鋼坯表面平均溫度，攝氏度；Δ t——時(shí)間步長(zhǎng)(秒)；K——鋼水導(dǎo)熱系數(shù)；Δ χ——空間步長(zhǎng)(毫米)；ρ——鋼水密度(kg/m3)；c——鋼水熱容(kCal/kg°C )；q——冷卻強(qiáng)度(kCal)以上公式中的前兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果為時(shí)間步長(zhǎng)P+1對(duì)應(yīng)的鋼坯中心溫度 \ρ+1 ；即Τχρ+λ = Τλρ +-- T、p)
(Δχ) pc而時(shí)間步長(zhǎng)Ρ+1對(duì)應(yīng)的鋼坯表面平均溫度T廣1等于時(shí)間步長(zhǎng)Ρ+1對(duì)應(yīng)的鋼坯中心 溫度，減去 Δ t*q/ ( Δ χ* ρ *c)。第三步、計(jì)算機(jī)根據(jù)算出的鋼坯頭部表面平均溫度，由所述關(guān)系表查得對(duì)應(yīng)的成 像光圈參數(shù)，并通過(guò)通訊線傳輸給光圈控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光圈電機(jī)，調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈；第四步、計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的攝像視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)圖像處理，識(shí)別連鑄鋼坯頭部位置， 得出測(cè)長(zhǎng)結(jié)果。這樣，可以根據(jù)澆鑄過(guò)程信息，將計(jì)算的鋼坯頭部表面平均溫度轉(zhuǎn)化為攝像機(jī)光 圈數(shù)據(jù)，用于控制圖像處理系統(tǒng)中攝像機(jī)光圈大小，使得圖像處理系統(tǒng)采集的鋼坯圖像始 終清晰、亮度穩(wěn)定，從而滿(mǎn)足不同工況下鋼坯長(zhǎng)度精確檢測(cè)的要求。本發(fā)明連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)裝置包括由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)，所述攝像 機(jī)鏡頭和光圈控制器的視頻線和通訊線分別通過(guò)接插頭與計(jì)算機(jī)的對(duì)應(yīng)接口連接，用以傳輸視頻數(shù)據(jù)和通訊信息；所述光圈控制器的控制輸出端接攝像機(jī)光圈電機(jī)的受控端；其特 征在于所述計(jì)算機(jī)還用于建立測(cè)試得到的鋼坯頭部表面溫度與攝像機(jī)光圈數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表；根據(jù)輸入的板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)、鋼水密度、鋼水熱容以及初始鋼 坯中心溫度、表面平均溫度和冷卻強(qiáng)度，按以下公式，循序算出鋼坯頭部表面平均溫度Γ/+1 =Τλρ + 2At ^7* \τ2ρ- Τγρ )-Atq/ (Axpc)
(Δχ) pc(式中符號(hào)含義同上)根據(jù)算出的鋼坯頭部表面平均溫度，由所述關(guān)系表查得對(duì)應(yīng)的成像光圈參數(shù)，并 通過(guò)通訊線傳輸給光圈控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光圈電機(jī)，調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈；根據(jù)輸入的攝像視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)圖像處理，識(shí)別連鑄鋼坯頭部位置，得出測(cè)長(zhǎng)結(jié)果。本發(fā)明在原有攝像測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，合理實(shí)現(xiàn)了根據(jù)鋼坯溫度自動(dòng)調(diào)控?cái)z像機(jī) 光圈的功能。由于攝像機(jī)光圈根據(jù)鋼坯表面平均溫度調(diào)控，因此使鋼坯表面平均溫度和攝 像機(jī)光圈參數(shù)對(duì)應(yīng)起來(lái)，使得攝像機(jī)始終根據(jù)檢測(cè)鋼坯頭部區(qū)域溫度情況調(diào)節(jié)光圈數(shù)，從 而屏蔽了異常情況對(duì)連鑄鋼坯局部亮度的干擾，有效提高了鋼坯頭部成像的清晰度，確保 了鋼坯長(zhǎng)度的檢測(cè)精度?？傊?，本發(fā)明克服了由于連鑄過(guò)程中鋼坯冷熱不均造成的鋼坯成像不清晰，減少 了外部因素的干擾，降低了人工干預(yù)程度，確保了連鑄鋼坯的長(zhǎng)度測(cè)量精度。最終使鋼坯長(zhǎng) 度達(dá)到設(shè)定切割長(zhǎng)度時(shí)，向切割機(jī)下發(fā)切割指令，完成鋼坯切割控制。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為攝像測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)示意圖(圖中S攝像機(jī)、P鋼坯、Q切割槍、T圖像處理)。圖2為本發(fā)明連鑄澆鑄段數(shù)據(jù)收集劃分示意圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝置構(gòu)成示意圖。
圖4為圖3實(shí)施例的電路原理圖。圖5為圖3實(shí)施例的控制過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例的攝像測(cè)長(zhǎng)原理如圖1所示，攝像機(jī)S固定于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)連鑄機(jī)水平段，正 對(duì)鋼坯P切割區(qū)域，采集的現(xiàn)場(chǎng)圖像具有固定的視場(chǎng)范圍，攝像頭拍攝的鋼坯圖像在長(zhǎng)度 上呈線性分布。每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一個(gè)實(shí)際位置，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)標(biāo)定來(lái)確定。圖中 鋼坯頭部位于P點(diǎn)的像素位置X可通過(guò)圖像處理獲得，P點(diǎn)到切割槍的距離L(鋼坯長(zhǎng)度) 可通過(guò)測(cè)量獲得，這樣就建立起一組鋼坯像素位置與鋼坯長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系(X，L)。因此，只 要檢測(cè)出鋼坯頭部位置就可以測(cè)量出要切割的鋼坯長(zhǎng)度。連鑄澆鑄段數(shù)據(jù)收集劃分如圖2所示，從結(jié)晶器下口 M到水平段結(jié)束將整個(gè)澆鑄 段以0. 5米為單位，分割成N段，把澆鑄過(guò)程中諸如板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)鋼水 密度、鋼水熱容的原始數(shù)據(jù)以及異鋼種連結(jié)、快換中包以及異常停機(jī)等信息集中輸入到計(jì)算機(jī)中每一段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便計(jì)算出每一段鋼坯表面平均溫度，以及每一段中主要事 件信息如爐次接縫位置、大包快換位置等。本實(shí)施例的連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)裝置如圖3、圖4所示，攝像機(jī)S和計(jì)算機(jī)PC構(gòu)成的 測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中，攝像機(jī)鏡頭X3和光圈控制器)(5的視頻線和通訊線分別通過(guò)接插頭Xl與計(jì)算 機(jī)的對(duì)應(yīng)接口 COMl連接，用以傳輸視頻數(shù)據(jù)和通訊信息。光圈控制器的控制輸出端接攝像 機(jī)光圈電機(jī)M3的受控端。圖4中PRl為光圈電位器。具體而言，攝像機(jī)光圈控制器位于鏡頭攝像機(jī)的前艙，其主要有兩個(gè)功能第一是 將輸入的+24V或+12V轉(zhuǎn)換為+5V，供給鏡頭控制電路使用；第二是接收由系統(tǒng)發(fā)出的控制 指令，將它們轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)鏡頭各相關(guān)機(jī)構(gòu)的控制電壓，實(shí)現(xiàn)鏡頭變光圈的操作，同時(shí)還完成 光圈電位器PRl值采集并變換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。攝像機(jī)的變光圈設(shè)定控制通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口 C0M1，與圖中攝 像機(jī)接插頭Xl中RXD、TXD和信號(hào)地連接，通過(guò)Xl接口發(fā)送計(jì)算機(jī)的光圈設(shè)定值到攝像機(jī) 光圈控制器X5，)(5根據(jù)接收的光圈設(shè)定值控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3，調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈大小。由于澆鑄過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的過(guò)冷卻，因此整個(gè)澆鑄段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)冷熱不均的情 況，極易造成鋼坯暗的區(qū)域無(wú)法檢測(cè)到，亮的部分過(guò)分曝光，都會(huì)影響鋼坯長(zhǎng)度的檢測(cè)控 制。鋼坯暗的區(qū)域與正常區(qū)域亮度需要調(diào)節(jié)光圈的范圍比較大，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)，才能準(zhǔn)確識(shí) 別鋼坯頭部位置。本實(shí)施例通過(guò)在連鑄過(guò)程控制系統(tǒng)中對(duì)鋼坯表面平均溫度的跟蹤、根據(jù) 鋼坯表面平均溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像處理系統(tǒng)中圖像亮度，將攝像機(jī)光圈調(diào)節(jié)值由溫度計(jì)算模 塊發(fā)送到圖像處理系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)光圈自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況的變化。 其具體控制過(guò)程如下(參見(jiàn)圖5)步驟1 在計(jì)算機(jī)中建立鋼坯頭部表面溫度和攝像機(jī)光圈之間對(duì)應(yīng)關(guān)系表。將攝 像機(jī)在正常檢測(cè)位置下，對(duì)不同表面平均溫度范圍的鋼坯，采用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)光圈，使采集 到的圖像清晰。通過(guò)這種方式建立不同溫度范圍內(nèi)鋼坯表面平均溫度和攝像機(jī)光圈的對(duì)應(yīng) 關(guān)系。
序號(hào)表面平均溫度(結(jié)束/C )光圈數(shù)17001278023850348905592011610001權(quán)利要求
1.一種連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法，在由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中，所述攝像機(jī) 鏡頭和光圈控制器的視頻線和通訊線分別通過(guò)接插頭與計(jì)算機(jī)的對(duì)應(yīng)接口連接，用以傳輸 視頻數(shù)據(jù)和通訊信息；所述光圈控制器的控制輸出端接攝像機(jī)光圈電機(jī)的受控端；其特征 在于測(cè)長(zhǎng)步驟如下第一步、在計(jì)算機(jī)中建立測(cè)試得到的鋼坯頭部表面平均溫度與攝像機(jī)光圈數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表；第二步、計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)、鋼水密度、鋼水熱容以 及初始鋼坯中心溫度、表面平均溫度和冷卻強(qiáng)度，按以下公式，循序算出鋼坯頭部表面平均 溫度
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法，其特征在于所述第三步計(jì)算機(jī)先判 斷鋼坯頭部表面溫度值是否高于1000°C或是否低于700°C ；當(dāng)判斷高于1000°C時(shí)，輸出最 小光圈值；當(dāng)判斷低于700°C時(shí)，輸入最大光圈值。
3.—種連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)裝置，包括由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)，所述攝像機(jī) 鏡頭和光圈控制器的視頻線和通訊線分別通過(guò)接插頭與計(jì)算機(jī)的對(duì)應(yīng)接口連接，用以傳輸 視頻數(shù)據(jù)和通訊信息；所述光圈控制器的控制輸出端接攝像機(jī)光圈電機(jī)的受控端；其特征 在于所述計(jì)算機(jī)還用于建立測(cè)試得到的鋼坯頭部表面平均溫度與攝像機(jī)光圈數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表； 根據(jù)輸入的板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)鋼水密度、鋼水熱容以及初始鋼坯中心 溫度、表面平均溫度和冷卻強(qiáng)度，按以下公式，循序算出鋼坯頭部表面平均溫度 2Δ k(Tp)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)裝置，其特征在于所述攝像機(jī)光圈控制器 位于鏡頭攝像機(jī)的前艙，用以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為鏡頭控制電路使用電壓，且同時(shí)用以接收 由系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)鏡頭各相關(guān)機(jī)構(gòu)的控制電壓，以及完成光圈電位 器值采集并變換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及連鑄鋼坯攝像測(cè)長(zhǎng)方法及裝置，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。在由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中，測(cè)長(zhǎng)步驟包括在計(jì)算機(jī)中建立測(cè)試得到的鋼坯表面平均溫度與攝像機(jī)光圈數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表；計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的板坯厚度、時(shí)間步長(zhǎng)、鋼水導(dǎo)熱系數(shù)、鋼水密度、鋼水熱容，按公式算出鋼坯頭部表面平均溫度；計(jì)算機(jī)根據(jù)算出的鋼坯頭部表面平均溫度，由關(guān)系表查得對(duì)應(yīng)的成像光圈參數(shù)，并通過(guò)通訊線傳輸給光圈控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光圈電機(jī)，調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈；計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的攝像視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)圖像處理，識(shí)別連鑄鋼坯頭部位置，得出測(cè)長(zhǎng)結(jié)果。本發(fā)明克服了鋼坯冷熱不均造成的鋼坯成像不清晰，減少了外部因素的干擾，降低了人工干預(yù)程度，確保了連鑄鋼坯的長(zhǎng)度測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01B11/03GK102062582SQ200910234250
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者李衛(wèi)東, 田建良 申請(qǐng)人:上海梅山鋼鐵股份有限公司