基于視覺檢測(cè)的連鑄中間包鋼水液位測(cè)量方法的研究.pdf

1、中間包鋼水液位是保證連鑄生產(chǎn)順利進(jìn)行的重要工藝參數(shù)之一。中間包鋼水液位的實(shí)時(shí)測(cè)量與控制對(duì)于穩(wěn)定澆注、防止漏鋼事故、提高鑄坯質(zhì)量及增加中間包內(nèi)襯耐材壽命等均有直接影響。特別是在停澆末期，根據(jù)準(zhǔn)確的鋼水液位信息，盡可能地減少中間包內(nèi)鋼水的剩余量而又保證不卷渣，從而提高鋼水收得率，增加企業(yè)效益。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量中間包鋼水液位具有實(shí)際意義。
　　中間包鋼水液位測(cè)量是一個(gè)至今未能解決的難題，由于中間包內(nèi)鋼水上方存在厚度不定的保護(hù)渣（覆蓋劑、

2、鋼渣和鋼水中上浮的雜質(zhì)），以及高溫、多塵、強(qiáng)干擾等惡劣環(huán)境均給鋼水液位的測(cè)量帶來(lái)困難，使得超聲、渦流、微波和視覺等方法一直不能應(yīng)用于中間包鋼水液位的測(cè)量。
　　針對(duì)中間包鋼水液位測(cè)量難題，本文研究一種基于視覺檢測(cè)的鋼水液位測(cè)量方法，其研究工作包括機(jī)理模型的建立與分析、溫度信息的合理提取、溫度梯度的微弱目標(biāo)定位、測(cè)量系統(tǒng)誤差校正及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新工作如下:
　　(1)基于視覺檢測(cè)的中間包鋼水液位測(cè)量方法
　　

3、本文測(cè)量鋼水液位的方法是利用一支耐火材料制成的測(cè)量棒插入中間包鋼水中感知溫度，由于中間包內(nèi)從上至下存在具有不同溫度變化速率的空氣層、保護(hù)渣層、鋼水層三層介質(zhì)，熱平衡后測(cè)量棒軸向溫場(chǎng)分布在空氣層-保護(hù)渣層以及保護(hù)渣層-鋼水層分界面處會(huì)出現(xiàn)溫度梯度的突變點(diǎn)，利用這一特性，通過(guò)視覺檢測(cè)定位兩個(gè)分界面位置，從而得到鋼水液位高度。
　　為從理論上分析本論文方法的可行性，基于有限元分析建立了測(cè)溫棒三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)

4、實(shí)際溫度測(cè)量數(shù)據(jù)與模型計(jì)算結(jié)果比較對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析表明，測(cè)量棒縱向溫度場(chǎng)分布在保護(hù)渣層-鋼水層分界面以及空氣層-保護(hù)渣層分界面處均存在明顯的溫度梯度的突變點(diǎn)，為本文的鋼水液位測(cè)量方法提供了理論依據(jù)。
　　通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)液位測(cè)量結(jié)果的影響分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，確定系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)。視覺系統(tǒng)空間分辨率最低約為2mm/pixel，最高可達(dá)0.4mm/pixel，滿足測(cè)量精度要求。
　　(2)測(cè)量棒溫度信息的

5、可靠提取及溫度梯度分界面定位
　　針對(duì)常規(guī)的圖像分割方法對(duì)于本文測(cè)量圖像在邊沿定位精度與干擾消除級(jí)間存在矛盾，不能較好地解決測(cè)量棒與背景、噪聲的分離問(wèn)題，提出和研究一種改進(jìn)的粒子群ostu分割方法，該方法利用目標(biāo)和背景的最大類間方差作為判據(jù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量棒和背景、噪聲的分離，同時(shí)用與信息熵相結(jié)合的自適應(yīng)步長(zhǎng)改進(jìn)粒子群搜索方法，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分割閾值的獲取，閾值搜索速度提高到迭代法的2.4倍，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)量棒溫度信息的可靠提取。
　　針

6、對(duì)在復(fù)雜噪聲及流渣干擾下保護(hù)渣層-鋼水層分界面的微弱特征被掩蓋而無(wú)法可靠定位的難題，提出和研究一種基于圖像信息與機(jī)理模型相結(jié)合的微弱目標(biāo)定位方法。以機(jī)理模型模擬計(jì)算得到的目標(biāo)特征判據(jù)，抑制圖像數(shù)據(jù)中的復(fù)雜噪聲及流渣干擾等形成的偽特征，實(shí)現(xiàn)微弱目標(biāo)的可靠搜索、提取和定位，分界面定位準(zhǔn)確率達(dá)到95％左右。
　　(3)液位測(cè)量系統(tǒng)校正與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
　　提出和研究一種改進(jìn)的單目視覺畸變校正方法，該方法是在實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)的自動(dòng)、準(zhǔn)確、魯棒提

7、取的基礎(chǔ)上，建立畸變圖像與原始圖像的多項(xiàng)式映射模型，并結(jié)合雙曲線插值運(yùn)算對(duì)視覺系統(tǒng)進(jìn)行校正，從而減小鋼水液位測(cè)量偏差。視覺畸變導(dǎo)致液位測(cè)量最大偏差約20mm，校正后偏差減小到0.4mm。同時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量中的參數(shù)變化問(wèn)題，利用基準(zhǔn)參照物的物象關(guān)系實(shí)現(xiàn)參數(shù)的校正，校正后，參數(shù)變化對(duì)測(cè)量影響偏差小于2.5mm。為驗(yàn)證測(cè)量準(zhǔn)確性，利用手動(dòng)插入金屬棒驗(yàn)證測(cè)量鋼水液位，本文的液位測(cè)量方法與手動(dòng)驗(yàn)證方法相比較，測(cè)量統(tǒng)計(jì)偏差為4.3mm。