本發(fā)明屬于保護(hù)渣厚度測(cè)量領(lǐng)域，具體為一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、結(jié)晶器是連鑄機(jī)中的關(guān)鍵組件，位于鋼水流出連鑄機(jī)澆鑄口后，使鋼水在冷卻過(guò)程中形成固態(tài)鋼坯。保護(hù)渣的主要作用是在結(jié)晶器表面形成一層液相保護(hù)層，防止鋼水與外界氣體接觸氧化，同時(shí)促進(jìn)結(jié)晶器內(nèi)溫度和流動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定，有利于鋼坯的質(zhì)量形成。因此，保護(hù)渣的厚度測(cè)量是確保鋼坯生產(chǎn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。

2、中國(guó)公開專利號(hào)cn117268223a公開了一種新型連鑄保護(hù)渣渣層厚度檢測(cè)方法，通過(guò)插入帶有刻度的碳化硅或氮化硅棒和鍍鋅或銅鋼條到保護(hù)渣和鋼液中，可以準(zhǔn)確測(cè)量不同層次的保護(hù)渣層厚度，包括液渣層、粉渣層和燒結(jié)層的總厚度，上述方法為大多數(shù)現(xiàn)有的保護(hù)渣厚度測(cè)量的技術(shù)方案，這類方法為接觸式測(cè)量，測(cè)量時(shí)破壞了保護(hù)渣層，并且在鋼水部分會(huì)融化一定量鍍金屬的鋼條，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的鋼坯質(zhì)量造成一定的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，以克服接觸式測(cè)量無(wú)法連續(xù)檢測(cè)渣厚的問(wèn)題，并降低因測(cè)量導(dǎo)致鋼坯質(zhì)量下降的影響。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，包括：

3、s1：確定紅外相機(jī)拍攝位置和激光測(cè)距儀安裝位置，記錄紅外相機(jī)和激光測(cè)距儀的位置參數(shù)和紅外相機(jī)內(nèi)部參數(shù)；

4、s2：對(duì)采集的保護(hù)渣區(qū)域紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理，檢測(cè)出圖像中所有輪廓特征，利用相似三角形關(guān)系計(jì)算出保護(hù)渣的視覺檢測(cè)厚度；

5、s3：利用激光測(cè)距儀測(cè)量出保護(hù)渣液面與激光測(cè)距儀的間距，結(jié)合鋼水液面高度，利用幾何關(guān)系計(jì)算出保護(hù)渣的激光檢測(cè)厚度；

6、s4：利用擴(kuò)展卡爾曼濾波處理視覺檢測(cè)厚度和激光檢測(cè)厚度，獲得結(jié)晶器保護(hù)渣厚度估計(jì)值，將估計(jì)值作為當(dāng)前周期的保護(hù)渣厚度測(cè)量值，重復(fù)所述步驟s2至s4，得到每個(gè)周期的狀態(tài)估計(jì)值；

7、s5：控制紅外相機(jī)和激光測(cè)距儀，按預(yù)設(shè)周期采集相應(yīng)數(shù)據(jù)并檢測(cè)，持續(xù)測(cè)量連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣在每個(gè)周期的厚度。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1的具體為：

9、s11：根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際溫度范圍選擇紅外相機(jī)，確保紅外相機(jī)能夠拍攝具有足夠的分辨率的圖像，紅外圖像只需包含保護(hù)渣區(qū)域即可，無(wú)需拍攝過(guò)大范圍，增加運(yùn)算成本；

10、s12：確定紅外相機(jī)的安裝位置，紅外相機(jī)安裝角度需與鋼水表面平行，并記錄紅外相機(jī)與連鑄結(jié)晶器間的拍攝距離d1和內(nèi)部參數(shù)焦距f1；

11、s13：為避免結(jié)晶器中鋼水顏色對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，選用了波長(zhǎng)范圍不同的綠色激光，選取相位法測(cè)距的激光測(cè)距傳感器的測(cè)量精度為1mm，確定激光測(cè)距儀安裝位置，并記錄激光測(cè)距儀測(cè)量點(diǎn)與工作表面間距d2。

12、優(yōu)選的，所述s2中，獲得保護(hù)渣視覺檢測(cè)厚度的具體步驟為：

13、s21：針對(duì)紅外圖像的特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，利用ssr算法對(duì)采集的連鑄結(jié)晶器紅外圖像進(jìn)行增強(qiáng)，經(jīng)過(guò)去噪處理后進(jìn)行雙邊濾波，凸顯邊緣特征；

14、s22：對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度處理；

15、s23：采用canny算法檢測(cè)出圖像所有邊緣特征，并篩選出屬于保護(hù)渣表面對(duì)應(yīng)輪廓和鋼水表面對(duì)應(yīng)輪廓，計(jì)算保護(hù)渣的視覺檢測(cè)厚度。

16、優(yōu)選的，所述s23中輪廓篩選和保護(hù)渣視覺檢測(cè)厚度計(jì)算的具體步驟為：

17、s231：將所有輪廓長(zhǎng)度低于50個(gè)像素的輪廓剔除；

18、s232：檢測(cè)每條輪廓上所有點(diǎn)的縱坐標(biāo)，將檢測(cè)結(jié)構(gòu)的最大值與最小值差值在5個(gè)像素內(nèi)的輪廓視為水平輪廓；

19、s233：計(jì)算兩條水平輪廓上所有點(diǎn)縱坐標(biāo)的算術(shù)平均值，分別記為和比較兩者大小，較大值對(duì)應(yīng)的輪廓為保護(hù)渣上表面輪廓，較小值對(duì)應(yīng)的輪廓為鋼水表面輪廓；

20、s234：計(jì)算保護(hù)渣上表面和鋼水表面間的像素差利用相似三角形關(guān)系計(jì)算出保護(hù)渣的視覺檢測(cè)厚度h1，計(jì)算公式為

21、優(yōu)選的，所述s3中，獲得保護(hù)渣激光檢測(cè)厚度的具體步驟為：

22、s31：連鑄作業(yè)時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面位置基本保持不變，記錄鋼水液面與工作平臺(tái)間距d0；

23、s32：計(jì)算激光測(cè)距儀測(cè)量點(diǎn)與保護(hù)渣表面被測(cè)點(diǎn)的間距d，相位法測(cè)距的計(jì)算公式為其中，c為光速，f2為激光頻率，為測(cè)量點(diǎn)和被測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的相位差；

24、s33：結(jié)合激光方向與保護(hù)渣表面垂直方向的偏角θ，計(jì)算出保護(hù)渣的激光檢測(cè)厚度h2＝d2+d0-d·cosθ。

25、優(yōu)選的，所述s4中，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波處理多模態(tài)測(cè)量結(jié)果的具體步驟為：

26、s41：進(jìn)行系統(tǒng)建模，設(shè)置測(cè)量周期t為10秒，系統(tǒng)狀態(tài)向量定義為：其中是保護(hù)渣的視覺檢測(cè)厚度變化率，是保護(hù)渣的激光檢測(cè)厚度變化率，可由前后周期測(cè)量值的差值與周期比值來(lái)表示；狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程定義為其中f(x,u)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，x是初始化狀態(tài)向量，u是控制輸入，w是過(guò)程噪聲；利用傳感器測(cè)量模型將狀態(tài)映射到觀測(cè)空間的觀測(cè)方程為z＝h(x)+v，其中h(x)為觀測(cè)函數(shù)，v是觀測(cè)噪聲；

27、s42：使用狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程x-＝f(x,u)進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，通過(guò)p-＝f·p·ft+q計(jì)算狀態(tài)預(yù)測(cè)的協(xié)方差矩陣，其中q是過(guò)程噪聲的協(xié)方差矩陣，p為狀態(tài)協(xié)方差矩陣，f為雅可比矩陣；

28、s43：通過(guò)k＝p-·ht·(h·p-·ht+r)-1計(jì)算卡爾曼增益k，其中h是觀測(cè)矩陣，r是觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，然后使用觀測(cè)方程對(duì)狀態(tài)進(jìn)行更新同時(shí)更新狀態(tài)協(xié)方差矩陣p＝(i-k·h)·p-，i為單位矩陣；

29、s44：重復(fù)步驟s21至步驟s43，持續(xù)輸出每個(gè)周期的狀態(tài)估計(jì)值

30、優(yōu)選的，所述s44中的狀態(tài)估計(jì)值的前兩個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)視覺檢測(cè)厚度估計(jì)值和激光檢測(cè)厚度估計(jì)值取兩者平均值作為當(dāng)前周期的保護(hù)渣厚度檢測(cè)結(jié)果

31、有益效果：采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下效果：

32、(1)鑒于現(xiàn)有的絕大多數(shù)測(cè)量方法采用的是通過(guò)插入帶有刻度的碳化硅或氮化硅棒和鍍鋅或銅鋼條到保護(hù)渣和鋼液中，測(cè)量保護(hù)渣層厚度，而這類接觸式測(cè)量方法導(dǎo)致保護(hù)渣層密封性被破壞的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，通過(guò)紅外相機(jī)和激光測(cè)距儀去測(cè)量保護(hù)渣厚度，測(cè)量過(guò)程無(wú)需接觸，有效克服了上述問(wèn)題。

33、(2)本發(fā)明提供了一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，按照預(yù)設(shè)周期循環(huán)測(cè)量，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波處理不同模態(tài)的測(cè)量結(jié)果，保證了測(cè)量精確程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)保護(hù)渣厚度的實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，所述s1具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚檢測(cè)方法，其特征在于，所述s2中，獲得保護(hù)渣視覺檢測(cè)厚度的具體步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，所述s23中輪廓篩選和保護(hù)渣視覺檢測(cè)厚度計(jì)算的具體步驟為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，獲得保護(hù)渣激光檢測(cè)厚度的具體步驟為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，所述s4中，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波處理多模態(tài)測(cè)量結(jié)果的具體步驟為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，其特征在于，所述s44中的狀態(tài)估計(jì)值的前兩個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)視覺檢測(cè)厚度估計(jì)值和激光檢測(cè)厚度估計(jì)值取兩者平均值作為當(dāng)前周期的保護(hù)渣厚度檢測(cè)結(jié)果

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于多模態(tài)融合的連鑄結(jié)晶器渣厚度檢測(cè)方法，包括：確定紅外相機(jī)拍攝位置和激光測(cè)距儀安裝位置，記錄紅外相機(jī)和激光測(cè)距儀的內(nèi)部參數(shù)；對(duì)采集的保護(hù)渣區(qū)域的紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理，檢測(cè)出圖像中所有輪廓特征，利用相似三角形關(guān)系計(jì)算保護(hù)渣的視覺檢測(cè)厚度；利用激光測(cè)距儀測(cè)量保護(hù)渣液面與激光測(cè)距儀間的間距，篩選出有效測(cè)量結(jié)果取算術(shù)平均值作為保護(hù)渣的激光檢測(cè)厚度；控制紅外相機(jī)和激光測(cè)距儀，每10S一個(gè)周期采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波持續(xù)獲取連鑄機(jī)保護(hù)渣在每個(gè)周期的厚度，本發(fā)明克服傳統(tǒng)接觸式測(cè)量方法無(wú)法連續(xù)測(cè)量的問(wèn)題，并通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波處理多模態(tài)的檢測(cè)結(jié)果，提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性及效率。

技術(shù)研發(fā)人員：馮旭剛,阮善會(huì),王正兵,宋愛國(guó),孫興凍,王璐,唐得志,沈浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工業(yè)大學(xué)科技園有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10