礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置，包括：造球盤、向造球盤輸送物料的落料皮帶、用于攪動造球盤內物料的刮刀系統和用于向造球盤內部加水的霧化噴水裝置；還包括，現場就地控制箱、面陣工業智能相機、高亮LED無影穹頂光源、PLC控制站、工業以太網交換機；位于造球盤出料端和出料擋板之間的溜槽上設置有圓形投影區域的檢測區域；霧化噴水裝置供水管路上設置有配水調節閥；高亮LED無影穹頂光源直射于檢測區域；面陣工業智能相機安裝于高亮LED無影穹頂光源頂端的正中間；采用上述技術方案的本實用新型，控制對象是氣動配水調節閥的開度，通過聯機調試和實時監測，構建配水量與球團粒度的數學關系，以實現自動辨識和控制。
【專利說明】
礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及礦熱爐冶煉機械設備，特別涉及豎爐鉻鐵冶煉造球設備，實現對球團粒度的自動辨識，控制成球粒度在規定區間內的礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]國家產業政策對節能環保和產品能耗的要求標準越來越嚴格，隨著智能檢測和控制技術的不斷進步，傳統行業的升級改造步伐加快。在鉻鐵冶煉工藝流程中，鉻精礦粉需經圓盤造球機轉化為鉻鐵球團后入豎爐，成球粒度直接影響豎爐冶煉安全和效率。目前，鉻鐵球團成球粒度由人工監視，手動調節配水裝置，主觀性強、效率低、誤差大、實時性差，亟待升級改造。
[0003]國內現有粒度檢測技術，主要應用于巖塊、礦石、燃料等領域，設置單獨的取樣機構或裝置，采用泛光照明裝置，依靠前端圖像采集設備獲取圖像，由后臺計算機實現處理和分析，獲取粒徑大小，提供顯示或警報。存在設備成本高、易受外界干擾、系統結構復雜、控制功能單一等缺點。

【發明內容】

[0004]本實用新型針對上述技術問題，提出一種利用機器視覺技術自動辨識鉻鐵球團粒度的檢測控制裝置，檢測結果輸出至控制系統，克服人工監視和手動調節配水的缺點，彌補國內現有粒度檢測技術的不足，降低生產企業運營成本，提高礦熱爐冶煉智能化水平。
[0005]為達到以上目的，通過以下技術方案實現的:
[0006]礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置，包括:造球盤、向造球盤輸送物料的落料皮帶、用于攪動造球盤內物料的刮刀系統和用于向造球盤內部加水的霧化噴水裝置；
[0007]還包括，現場就地控制箱、面陣工業智能相機、高亮LED無影穹頂光源、PLC控制站、工業以太網交換機；
[0008]其中，位于造球盤出料端和出料擋板之間的溜槽上設置有Φ200?Φ300mm圓形投影區域的檢測區域;霧化噴水裝置供水管路上設置有配水調節閥；
[0009]高亮LED無影穹頂光源直射于檢測區域，且與檢測區域設有300?600mm的間隙；面陣工業智能相機安裝于高亮LED無影穹頂光源頂端的正中間；
[0010]面陣工業智能相機通過相機供電線與現場就地控制箱連接，面陣工業智能相機通過工業智能相機通訊線與工業以太網交換機連接;高亮LED無影穹頂光源通過光源供電線與現場就地控制箱連接;工業以太網交換機輸出信號端通過PLC通訊線與PLC控制站連接；PLC控制站通過調節閥控制信號線和調節閥狀態反饋線與配水調節閥連接；
[0011]采用上述技術方案的本實用新型，檢測對象是由鉻精礦粉、膨潤土經落料皮帶輸運至旋轉的造球盤，經霧化噴水裝置加水后，在刮刀系統的攪動下，轉化成Φ 8?Φ 12mm的類球形鉻鐵球團，成球后從盤邊溢出；檢測區域位于造球盤出料端和出料擋板之間的溜槽上，Φ200?Φ300πιπι的圓形投影區域;檢測裝置主要由現場就地控制箱、工業智能相機、高亮LED無影穹頂光源、相機供電線、光源供電線、工業智能相機通訊線、調節閥控制信號線和調節閥狀態反饋線及相關附件構成，設備電源由現場就地控制箱提供;控制對象是氣動配水調節閥的開度，通過聯機調試和實時監測，構建配水量與球團粒度的數學關系，以實現自動辨識和控制。
[0012]礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0013]步驟一，高亮LED無影穹頂光源通過底部向上發光的高亮LED顆粒，結合漫反射殼體，形成均勻反射照明，垂直照射檢測區域，分辨率不低于200萬像素、幀率不低于15fps、高度集成化的面陣工業智能相機安裝于高亮LED無影穹頂光源頂端的正中間，通過設置曝光時間、增益、對焦、光圈、標定等參數，實時獲取溢出到溜槽的鉻鐵球團的清晰單幀數字圖像；
[0014]步驟二，采集圖像后，通過內置的處理器和軟件就地進行圓形ROI提取，降低光照均勻度影響，濾除邊界球團；
[0015]步驟三，為減少圖像中的噪聲，采用3X3離散高斯濾波器進行平滑濾波;借助高斯函數旋轉對稱的特點，對于圖像各個方向上的平滑效果是均衡的，能夠比較好的保護圖像邊緣，同時濾除顆粒噪聲;克服均值濾波使圖像變模糊、中值濾波無法濾除均勻分布噪聲的缺點；
[0016]步驟四，采用灰度形態學處理，替代傳統的數學形態學處理方式;傳統方式的缺點是在處理過程中會改變檢測物體的實際輪廓，導致測量結果不準確。結合鉻鐵球團外形輪廓的特點，采用灰度形態學梯度，使輸入圖像中的灰度變化更加尖銳，不同于一般的空間梯度算子，形態學梯度在處理過程中不會加大或放大噪聲，有利于更準確的邊緣提取。
[0017]步驟五，考慮到球團背景灰度變化較大，采用8鄰域自適應閾值分割，即對每個像素確定以其自身為中心的8鄰域窗口，將窗口內所有像素的平均值作為閾值，將圖像轉化成對比明顯的二值化圖像；
[0018]步驟六，為進一步分割粘連圖像而不改變周長等物理參數，采用8連通鏈碼進行輪廓跟蹤，用線段跟蹤取代傳統像素統計，獲取更精確的球團參數，推算出單個球團的二維投影面積S、周長C和半徑R ；
[0019]步驟七，進行圓度計算:4X3iXS+ C2，濾除圓度過小的樣本，從而將堆疊和粘連引起的干擾樣本濾除；獲取有效樣本后，對粒度大小進行二次篩選和修正，統計球團半徑R的分布比例，為配水控制提供依據；
[0020]步驟八，利用工業智能相機集成的I/O接口，將粒度檢測結果通過工業智能相機通訊線以TCP/IP協議經工業以太網交換機遠程輸出至PLC控制站；
[0021 ]步驟九，PLC控制站9接收到配水信號后進行循環邏輯判斷，同時Al模塊通過調節閥狀態反饋線14獲取開度信息;每10?20個采樣周期AO模塊對應輸出I個邏輯判斷后的配水信號，經調節閥控制信號線調整配水調節閥的開度，依此循環，構建配水量與球團粒度的數學關系，實現連續檢測和自動控制。
[0022]綜上，本實用新型優點和效果為:
[0023]1.設備成本低:就地實現圖像采集、圖像處理、分析計算、結果輸出，無需單獨的采樣裝置和后臺計算機設備，系統結構簡單。
[0024]2.檢測精度高:結合鉻鐵球團外觀和輪廓的特點，圖像預處理采用3 X 3離散高斯濾波器進行平滑濾波，既保護圖像邊緣，又可有效減少圖像噪聲；圖像分割采用灰度形態學處理，替代傳統的數學形態學處理方式，克服其改變檢測物體的實際輪廓的缺點，使輸入圖像中的灰度變化更加尖銳，在處理過程中不會加大或放大噪聲，有利于更準確的邊緣提取；輪廓跟蹤采用鏈碼技術，先采用線段編碼獲取檢測區域的線段表，此過程因線段數遠遠小于像素數，可有效提高處理速度，然后轉化成鏈碼表，獲取物理參數信息，使得檢測結果更趨近于真實物理尺寸。
[0025]3.抗干擾能力強:采用高亮LED無影穹頂光源，保證檢測區域的照明均勻、穩定，工業智能相機鏡頭安裝于光源內部，在不增加遮光罩等附件的條件下，有效降低外部光線干擾對測量結果的影響。
[0026]4.控制功能全:檢測結果以TCP/1P傳送至PLC控制系統，經邏輯判斷和處理，由AO模塊輸出調整配水調節閥開度信號，從而控制成球粒度在規定區間內，整套監測裝置作為生產控制系統的組成部分，關鍵參數可供生產運行人員參考。
[0027]5.可靠性高:采用工業智能相機作為核心設備，利用其集成度高、防護等級高、故障率低、擴展性強的技術優勢，適應工業運行環境，滿足智能化檢測需求。
[0028]6.維護成本低:編譯調試好的程序加載后即可連續自動運行，即使出現意外斷電等情況，供電恢復后程序可自動加載、運行，無需人工干預和二次調節。
[0029]上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0030]本實用新型共2幅附圖，其中:
[0031 ]圖1為本實用新型的整體結構示意圖。
[0032]圖2為本實用新型的檢測流程圖。
[0033]圖中:1.現場就地控制箱2.相機供電線3.光源供電線
[0034]4.工業智能相機5.高亮LED無影穹頂光源6.工業智能相機通訊線7.工業以太網交換機8.PLC通訊線9.PLC控制站10.出料擋板11.檢測區域12.造球盤13.調節閥控制信號線14.調節閥狀態反饋線15.霧化噴水裝置16.刮刀系統17.落料皮帶18.配水調節閥。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示的礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置，包括:造球盤12、向造球盤12輸送物料的落料皮帶17、用于攪動造球盤12內物料的刮刀系統16和用于向造球盤12內部加水的霧化噴水裝置15;
[0036]還包括，現場就地控制箱1、面陣工業智能相機4、高亮LED無影穹頂光源5、PLC控制站9、工業以太網交換機7;
[0037]其中，位于造球盤12出料端和出料擋板10之間的溜槽上設置有Φ 200?Φ 300mm圓形投影區域的檢測區域11;霧化噴水裝置15供水管路上設置有配水調節閥18;
[0038]高亮LED無影穹頂光源5直射于檢測區域11，且與檢測區域11設有300?600mm的間隙;面陣工業智能相機4安裝于高亮LED無影穹頂光源5頂端的正中間；
[0039]面陣工業智能相機4通過相機供電線2與現場就地控制箱I連接，面陣工業智能相機4通過工業智能相機通訊線6(TCP/IP)與工業以太網交換機7連接;高亮LED無影穹頂光源5通過光源供電線3與現場就地控制箱I連接;工業以太網交換機7輸出信號端通過PLC通訊線8 (TCP/1P)與PLC控制站9連接;PLC控制站9通過調節閥控制信號線13和調節閥狀態反饋線14與配水調節閥18連接；
[0040]采用上述技術方案的本實用新型，檢測對象是由鉻精礦粉、膨潤土經落料皮帶17輸運至旋轉的造球盤12，經霧化噴水裝置15加水后，在刮刀系統16的攪動下，轉化成Φ8?Φ 12mm的類球形絡鐵球團，成球后從盤邊溢出；檢測區域11位于造球盤12出料端和出料擋板10之間的溜槽上，Φ200?Φ300πιπι的圓形投影區域;檢測裝置主要由現場就地控制箱1、工業智能相機4、高亮LED無影穹頂光源5、相機供電線2、光源供電線3、工業智能相機通訊線
6、調節閥控制信號線13和調節閥狀態反饋線14及相關附件構成，設備電源由現場就地控制箱I提供;控制對象是氣動配水調節閥18(氣動)的開度，通過聯機調試和實時監測，構建配水量與球團粒度的數學關系，以實現自動辨識和控制。
[0041]如圖2所示，礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0042]步驟一，安裝于檢測區域11正上方300?600mm的高亮LED無影穹頂光源5通過底部向上發光的高亮LED顆粒，結合漫反射殼體，形成均勻反射照明，垂直照射檢測區域11，分辨率不低于200萬像素、幀率不低于15fps、高度集成化的面陣工業智能相機4安裝于高亮LED無影穹頂光源5頂端的正中間，通過設置曝光時間、增益、對焦、光圈、標定等參數，實時獲取溢出到溜槽的鉻鐵球團的清晰單幀數字圖像；
[0043]步驟二，采集圖像后，通過內置的處理器和軟件就地進行圓形ROI提取，降低光照均勻度影響，濾除邊界球團；
[0044]步驟三，為減少圖像中的噪聲，采用3X3離散高斯濾波器進行平滑濾波;借助高斯函數旋轉對稱的特點，對于圖像各個方向上的平滑效果是均衡的，能夠比較好的保護圖像邊緣，同時濾除顆粒噪聲;克服均值濾波使圖像變模糊、中值濾波無法濾除均勻分布噪聲的缺點；
[0045]步驟四，采用灰度形態學處理，替代傳統的數學形態學處理方式;傳統方式的缺點是在處理過程中會改變檢測物體的實際輪廓，導致測量結果不準確。結合鉻鐵球團外形輪廓的特點，采用灰度形態學梯度，使輸入圖像中的灰度變化更加尖銳，不同于一般的空間梯度算子，形態學梯度在處理過程中不會加大或放大噪聲，有利于更準確的邊緣提取。
[0046]步驟五，考慮到球團背景灰度變化較大，采用8鄰域自適應閾值分割，即對每個像素確定以其自身為中心的8鄰域窗口，將窗口內所有像素的平均值作為閾值，將圖像轉化成對比明顯的二值化圖像；
[0047]步驟六，為進一步分割粘連圖像而不改變周長等物理參數，采用8連通鏈碼進行輪廓跟蹤，用線段跟蹤取代傳統像素統計，獲取更精確的球團參數，推算出單個球團的二維投影面積S、周長C和半徑R ；
[0048]步驟七，進行圓度計算:4X3iXS+ C2，濾除圓度過小的樣本，從而將堆疊和粘連引起的干擾樣本濾除；獲取有效樣本后，對粒度大小進行二次篩選和修正，統計球團半徑R的分布比例，為配水控制提供依據；
[0049]步驟八，利用工業智能相機4集成的I/O接口，將粒度檢測結果通過工業智能相機通訊線6以TCP/IP協議經工業以太網交換機遠程輸出至PLC控制站9;
[0050]步驟九，PLC控制站9接收到配水信號后進行循環邏輯判斷，同時Al模塊通過調節閥狀態反饋線14獲取開度信息;每10?20個采樣周期AO模塊對應輸出I個邏輯判斷后的配水信號，經調節閥控制信號線13調整配水調節閥18的開度，依此循環，構建配水量與球團粒度的數學關系，實現連續檢測和自動控制。
[0051]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.礦熱爐冶煉鉻鐵球團粒度檢測裝置，包括:造球盤(I2)、向造球盤(12)輸送物料的落料皮帶(17)、用于攪動造球盤(12)內物料的刮刀系統(16)和用于向造球盤(12)內部加水的霧化噴水裝置(15); 其特征在于:還包括，現場就地控制箱(1)、面陣工業智能相機(4)、高亮LED無影穹頂光源(5)、PLC控制站(9)、工業以太網交換機(7); 其中，位于造球盤(12)出料端和出料擋板(1)之間的溜槽上設置有Φ 200?Φ 300mm圓形投影區域的檢測區域(11);霧化噴水裝置(15)供水管路上設置有配水調節閥(18); 高亮LED無影穹頂光源(5)直射于檢測區域(11)，且與檢測區域(11)設有300?600mm的間隙;面陣工業智能相機(4)安裝于高亮LED無影穹頂光源(5)頂端的正中間； 所述面陣工業智能相機(4)通過相機供電線與現場就地控制箱(I)連接，面陣工業智能相機(4)通過工業智能相機通訊線(6)與工業以太網交換機(7)連接;所述高亮LED無影穹頂光源(5)通過光源供電線與現場就地控制箱(I)連接;所述工業以太網交換機(7)輸出信號端通過PLC通訊線(8)與PLC控制站(9)連接;所述PLC控制站(9)通過調節閥控制信號線(13)和調節閥狀態反饋線(14)與配水調節閥(18)連接。
【文檔編號】G01N15/02GK205665140SQ201620535945
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】徐巖, 隋銖成, 張翌, 王波, 薛海蛟, 谷端玉
【申請人】大連華銳重工集團股份有限公司