基于視覺檢測的連鑄中間包鋼水液位測量方法的研究.pdf

1、中間包鋼水液位是保證連鑄生產順利進行的重要工藝參數之一。中間包鋼水液位的實時測量與控制對于穩(wěn)定澆注、防止漏鋼事故、提高鑄坯質量及增加中間包內襯耐材壽命等均有直接影響。特別是在停澆末期，根據準確的鋼水液位信息，盡可能地減少中間包內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，準確地測量中間包鋼水液位具有實際意義。
　　中間包鋼水液位測量是一個至今未能解決的難題，由于中間包內鋼水上方存在厚度不定的保護渣（覆蓋劑、

2、鋼渣和鋼水中上浮的雜質），以及高溫、多塵、強干擾等惡劣環(huán)境均給鋼水液位的測量帶來困難，使得超聲、渦流、微波和視覺等方法一直不能應用于中間包鋼水液位的測量。
　　針對中間包鋼水液位測量難題，本文研究一種基于視覺檢測的鋼水液位測量方法，其研究工作包括機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定位、測量系統(tǒng)誤差校正及現(xiàn)場試驗。主要研究內容與創(chuàng)新工作如下:
　　(1)基于視覺檢測的中間包鋼水液位測量方法
　　

3、本文測量鋼水液位的方法是利用一支耐火材料制成的測量棒插入中間包鋼水中感知溫度，由于中間包內從上至下存在具有不同溫度變化速率的空氣層、保護渣層、鋼水層三層介質，熱平衡后測量棒軸向溫場分布在空氣層-保護渣層以及保護渣層-鋼水層分界面處會出現(xiàn)溫度梯度的突變點，利用這一特性，通過視覺檢測定位兩個分界面位置，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溫棒三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并進行了數值計算，通過現(xiàn)場

4、實際溫度測量數據與模型計算結果比較對模型進行驗證。數值計算結果分析表明，測量棒縱向溫度場分布在保護渣層-鋼水層分界面以及空氣層-保護渣層分界面處均存在明顯的溫度梯度的突變點，為本文的鋼水液位測量方法提供了理論依據。
　　通過測量系統(tǒng)的參數對液位測量結果的影響分析，并結合現(xiàn)場實際條件，確定系統(tǒng)的測量參數。視覺系統(tǒng)空間分辨率最低約為2mm/pixel，最高可達0.4mm/pixel，滿足測量精度要求。
　　(2)測量棒溫度信息的

5、可靠提取及溫度梯度分界面定位
　　針對常規(guī)的圖像分割方法對于本文測量圖像在邊沿定位精度與干擾消除級間存在矛盾，不能較好地解決測量棒與背景、噪聲的分離問題，提出和研究一種改進的粒子群ostu分割方法，該方法利用目標和背景的最大類間方差作為判據，實現(xiàn)了測量棒和背景、噪聲的分離，同時用與信息熵相結合的自適應步長改進粒子群搜索方法，實現(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，最終實現(xiàn)測量棒溫度信息的可靠提取。
　　針

6、對在復雜噪聲及流渣干擾下保護渣層-鋼水層分界面的微弱特征被掩蓋而無法可靠定位的難題，提出和研究一種基于圖像信息與機理模型相結合的微弱目標定位方法。以機理模型模擬計算得到的目標特征判據，抑制圖像數據中的復雜噪聲及流渣干擾等形成的偽特征，實現(xiàn)微弱目標的可靠搜索、提取和定位，分界面定位準確率達到95％左右。
　　(3)液位測量系統(tǒng)校正與現(xiàn)場試驗
　　提出和研究一種改進的單目視覺畸變校正方法，該方法是在實現(xiàn)控制點的自動、準確、魯棒提

7、取的基礎上，建立畸變圖像與原始圖像的多項式映射模型，并結合雙曲線插值運算對視覺系統(tǒng)進行校正，從而減小鋼水液位測量偏差。視覺畸變導致液位測量最大偏差約20mm，校正后偏差減小到0.4mm。同時，針對系統(tǒng)動態(tài)測量中的參數變化問題，利用基準參照物的物象關系實現(xiàn)參數的校正，校正后，參數變化對測量影響偏差小于2.5mm。為驗證測量準確性，利用手動插入金屬棒驗證測量鋼水液位，本文的液位測量方法與手動驗證方法相比較，測量統(tǒng)計偏差為4.3mm。