CN103954330B - 一种kr脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法，其技术方案是：在铁水罐(3)倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机(1)，工业相机(1)的镜头正对铁水罐(3)回位后的回位方向一侧的铁水(4)液面，工业相机(1)位于铁水罐(3)形心转动的平面上；在铁水罐(3)回位方向一侧的铁水牵引车(5)上装有回位极限开关(6)，回位极限开关(6)位于铁水罐(3)回位完成时的相接触处；工业相机(1)的镜头上安装有滤光片(2)。回位极限开关(6)与数据采集卡(7)的A/D‑1口相连，工业相机(1)与计算机(9)相连，计算机(9)装有数据采集卡(7)和液面高度测量软件(8)。

Description

一种KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及铁水液面高度测量技术领域，尤其涉及一种KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法。

背景技术

KR脱硫作业中，铁水液面高度是一个很重要的参数，用以确定搅拌器的插入深度，而搅拌器的插入深度是否合理将严重影响脱硫效果，因此对KR脱硫铁水液面高度进行准确测量非常必要。目前，确定KR脱硫铁水液面高度有以下几种：

1.根据铁水重量和铁水罐形状计算液面高度，其具体计算方法是：先称铁水罐空罐重量，然后盛入铁水后再次称重，两次称重相减得到铁水重量，再根据铁水密度及铁水罐内部空间形状计算出铁水液面高度；由于铁水罐罐壁粘渣、罐底腐蚀等会导致铁水罐内部形状及铁水罐本体质量发生变化，而且由于铁水成分、温度等不同会引起铁水密度波动，这些都会导致铁水液面高度计算的不准确。

2.根据搅拌器粘连的铁水估算液面高度，其具体方法是：先将搅拌器的一部分下降至浸入铁水中，停留数秒后提起，然后通过人工观测搅拌器上粘连铁水的情况估算出铁水液面高度；该方法由于需要将搅拌器先下降、再停止、后提升一系列动作，导致耗时较长，且由于液面高度是人工估算，准确性难以保证。

3.利用雷达测量铁水液面高度，其具体方法是：测量铁水液面时，将测量装置安装于铁水液面正上方，铁水作为高温液体其正上方温度很高，会导致测量装置容易损坏，不利于对铁水液面高度的长期、稳定测量。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种操作简便、测量准确、能够长期稳定工作的KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是由KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法组成；KR脱硫铁水液面高度测量系统是：在铁水罐倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机，工业相机的镜头正对铁水罐回位后的回位方向一侧的铁水液面，工业相机位于铁水罐形心转动的平面上；在铁水罐回位方向一侧的铁水牵引车上装有回位极限开关，回位极限开关位于铁水罐回位完成时的相接触处；工业相机的镜头上安装有滤光片。

回位极限开关与数据采集卡的A/D-1口相连，工业相机与计算机相连，计算机装有数据采集卡和液面高度测量软件。

所述的液面高度测量软件的主流程是：

S1、输入参数；

(1)铁水罐处于回位状态时罐口离地面的高度H1；

(2)图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1；

(3)图像A上的线段a的长度L2；

(4)物像比k。

S2、扫描A/D-1通道，当铁水罐回位完成瞬间，检测到回位极限开关闭合。

S3、在回位极限开关闭合瞬间，从工业相机采集一幅回位方向一侧的铁水液面图像，所述铁水液面图像即为图像B。

S4、在图像B上确定一个矩形区F，矩形区F的中心线与图像B上的铁水罐中心线重合，矩形区F上端与图像B上边缘的距离等于图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1，矩形区F的宽度为20个像素，矩形区F的长度为图像A上的线段a的长度L2的2倍。

S5、利用矩形区F截取图像B，对所截取的矩形区F进行灰度化，得到图像C。

S6、求图像C最后10行的平均灰度m，

$m=\left(\underset{r=R-9}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\underset{c=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}{P}_C\right[r,c\left]\right)/200,$

其中：P_C[r,c]为图像C第r行第c列的灰度值，

R为图像C的灰度矩阵的行数；

S7、对图像C进行二值化，二值化阈值为0.9×平均灰度m，得到二值化后的图像D。

S8、将图像D从上往下相邻两行对应像素点的灰度值相减，将相减的结果取绝对值相加，再将相加的结果存入数组Arr中，即

$\mathrm{Arr}\left[i\right]=\underset{n=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}\left|P_D\right[i+1,j]-P_D[i,j\left]\right|$

其中：P_D[i,j]为图像D第i行第j列的灰度值。

S9、找到数组Arr中的最大值，该最大值在数组Arr中索引为n。

S10、计算铁水液面高度，H_{铁水液面高度}＝H1-n×k。

S11、保存数据，本次测量结束。

所述KR脱硫铁水液面高度测量系统的使用方法是：

步骤一、未盛铁水的铁水罐处于回位状态时，在铁水罐形心转动的平面与铁水罐内壁的交线上从罐口往下标记一段线段a，线段a的长度L1为铁水罐高度的0.15～0.25倍。

步骤二、启动计算机装有的液面高度测量软件，点击采集图像按钮，液面高度测量软件通过工业相机采集一幅包含铁水罐内壁标记线段a的图像，得到图像A。

步骤三、点击计算标记区长度按钮，液面高度测量软件计算图像A上线段a的长度，得到图像A上的线段a的长度L2。

步骤四、点击计算物像比按钮，液面高度测量软件计算得到物像比k，物像比k＝L1/L2，其中：L1为线段a的长度，L2为图像A上的线段a的长度。

步骤四、点击计算罐口高度按钮，液面高度测量软件在图像A上计算线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离，得到图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1。

步骤五、点击液面高度测量按钮，打开液面高度测量主界面。

步骤六、在液面高度测量主界面输入参数

(1)铁水罐处于回位状态时罐口离地面的高度H1；

(2)图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1；

(3)图像A上的线段a的长度L2；

(4)物像比k。

步骤七、点击开始测量铁水液面高度按钮，得到铁水液面高度。

步骤八、液面高度测量完成，退出液面高度测量软件，结束。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明在铁水罐倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机，工业相机的镜头正对铁水罐回位后的回位方向一侧的铁水液面；在铁水罐回位方向一侧的铁水牵引车上装有回位极限开关，回位极限开关位于铁水罐回位完成时的相接触处。不仅系统结构简单，且其中的工业相机受温度影响较小，能长期稳定工作，同时在测量铁水液面高度时不影响原有的KR脱硫操作工艺流程。

本发明当铁水罐倾翻扒渣结束后，在铁水罐回位动作完成瞬间，铁水罐内壁还没有被与之相接触的铁水充分加热，铁水与铁水罐内壁存在明显的分界线。通过工业相机采集该分界线的图像，液面高度测量软件利用所述图像就能够计算得到铁水液面高度。同时由于本测量方法涉及因素少、所需要设备也少，使得KR脱硫铁水液面高度的测量操作简单化、测量准确化。

因此，本发明具有操作简便、测量准确和能长期稳定工作的特点。

附图说明

图1为本发明的当铁水罐倾翻时的测量系统示意图；

图2为本发明的当铁水罐回位完成瞬间的测量系统示意图；

图3为本发明的液面高度测量软件主流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制：

实施例1

一种KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法。KR脱硫铁水液面高度测量系统如图1和图2所示：在铁水罐3倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机1，工业相机1的镜头正对铁水罐3回位后的回位方向一侧的铁水4液面，工业相机1位于铁水罐3形心转动的平面上；在铁水罐3回位方向一侧的铁水牵引车5上装有回位极限开关6，回位极限开关6位于铁水罐3回位完成时的相接触处；工业相机1的镜头上安装有滤光片2。

如图1和图2所示，回位极限开关6与数据采集卡7的A/D-1口相连，工业相机1与计算机9相连，计算机9装有数据采集卡7和液面高度测量软件8。

所述的液面高度测量软件8的主流程如图3所示：

S1、输入参数；

1铁水罐3处于回位状态时罐口离地面的高度H1；

2图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1；

3图像A上的线段a的长度L2；

4物像比k。

S2、扫描A/D-1通道，当铁水罐3回位完成瞬间，检测到回位极限开关6闭合。

S3、在回位极限开关6闭合瞬间，从工业相机1采集一幅回位方向一侧的铁水4液面图像，所述铁水4液面图像即为图像B。

S4、在图像B上确定一个矩形区F，矩形区F的中心线与图像B上的铁水罐3中心线重合，矩形区F上端与图像B上边缘的距离等于图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1，矩形区F的宽度为20个像素，矩形区F的长度为图像A上的线段a的长度L2的2倍。

S5、利用矩形区F截取图像B，对所截取的矩形区F进行灰度化，得到图像C。

S6、求图像C最后10行的平均灰度m，

$m=\left(\underset{r=R-9}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\underset{c=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}{P}_C\right[r,c\left]\right)/200,$

其中：P_C[r,c]为图像C第r行第c列的灰度值，

R为图像C的灰度矩阵的行数；

S7、对图像C进行二值化，二值化阈值为0.9×平均灰度m，得到二值化后的图像D。

S8、将图像D从上往下相邻两行对应像素点的灰度值相减，将相减的结果取绝对值相加，再将相加的结果存入数组Arr中，即

$\mathrm{Arr}\left[i\right]=\underset{n=1}{\overset{20}{\mathrm{\Σ}}}\left|P_D\right[i+1,j]-P_D[i,j\left]\right|$

其中：P_D[i,j]为图像D第i行第j列的灰度值。

S9、找到数组Arr中的最大值，该最大值在数组Arr中索引为n。

S10、计算铁水4液面高度，H_{铁水液面高度}＝H1-n×k。

S11、保存数据，本次测量结束。

所述KR脱硫铁水液面高度测量系统的使用方法是：

步骤一、未盛铁水4的铁水罐3处于回位状态时，在铁水罐3形心转动的平面与铁水罐3内壁的交线上从罐口往下标记一段线段a，线段a的长度L1为铁水罐3高度的0.15～0.25倍。

步骤二、启动计算机9装有的液面高度测量软件8，点击采集图像按钮，液面高度测量软件8通过工业相机1采集一幅包含铁水罐3内壁标记线段a的图像，得到图像A。

步骤三、点击计算标记区长度按钮，液面高度测量软件8计算图像A上线段a的长度，得到图像A上的线段a的长度L2。

步骤四、点击计算物像比按钮，液面高度测量软件8计算得到物像比k，物像比k＝L1/L2，其中：L1为线段a的长度，L2为图像A上的线段a的长度。

步骤四、点击计算罐口高度按钮，液面高度测量软件8在图像A上计算线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离，得到图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1。

步骤五、点击液面高度测量按钮，打开液面高度测量主界面。

步骤六、在液面高度测量主界面输入参数

1铁水罐3处于回位状态时罐口离地面的高度H1；

2图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1；

3图像A上的线段a的长度L2；

4物像比k。

步骤七、点击开始测量铁水液面高度按钮，得到铁水4液面高度。

步骤八、液面高度测量完成，退出液面高度测量软件8，结束。

本发明在铁水罐3倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机1，工业相机1的镜头正对铁水罐3回位后的回位方向一侧的铁水4液面；在铁水罐3回位方向一侧的铁水牵引车5上装有回位极限开关6，回位极限开关6位于铁水罐3回位完成时的相接触处。不仅系统结构简单，且其中的工业相机1受温度影响较小，能长期稳定工作，同时在测量铁水液面高度时不影响原有的KR脱硫操作工艺流程。

本发明当铁水罐3倾翻扒渣结束后，在铁水罐3回位动作完成瞬间，铁水罐3内壁还没有被与之相接触的铁水4充分加热，铁水4与铁水罐3内壁存在明显的如图2中所示的弧线分界线。通过工业相机1采集该分界线的图像，液面高度测量软件8利用所述图像就能够计算得到铁水液面高度。同时由于本测量方法涉及因素少、所需要设备也少，使得KR脱硫铁水液面高度的测量操作简单化、测量准确化。

因此，本发明具有操作简便、测量准确和能长期稳定工作的特点。

Claims (2)

1.一种KR脱硫铁水液面高度测量系统，其特征在于所述的铁水液面高度测量系统是：在铁水罐(3)倾翻方向一侧的上方固定地装有工业相机(1)，工业相机(1)的镜头正对铁水罐(3)回位后的回位方向一侧的铁水(4)液面，工业相机(1)位于铁水罐(3)形心转动的平面上；在铁水罐(3)回位方向一侧的铁水牵引车(5)上装有回位极限开关(6)，回位极限开关(6)位于铁水罐(3)回位完成时的相接触处；工业相机(1)的镜头上安装有滤光片(2)；

回位极限开关(6)与数据采集卡(7)的A/D-1口相连，工业相机(1)与计算机(9)相连，计算机(9)装有数据采集卡(7)和液面高度测量软件(8)；

所述的液面高度测量软件(8)的主流程是：

S1、输入参数

(1)铁水罐(3)处于回位状态时罐口离地面的高度H1，

(2)图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1，

(3)图像A上的线段a的长度L2，

(4)物像比k；

S2、扫描A/D-1通道，当铁水罐(3)回位完成瞬间，检测到回位极限开关(6)闭合；

S3、在回位极限开关(6)闭合瞬间，从工业相机(1)采集一幅回位方向一侧的铁水(4)液面图像，所述铁水(4)液面图像即为图像B；

S4、在图像B上确定一个矩形区F，矩形区F的中心线与图像B上的铁水罐(3)中心线重合，矩形区F上端与图像B上边缘的距离等于图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1，矩形区F的宽度为20个像素，矩形区F的长度为图像A上的线段a的长度L2的2倍；

S5、利用矩形区F截取图像B，对所截取的矩形区F进行灰度化，得到图像C；

S6、求图像C最后10行的平均灰度m

$m=(\underset{r=R-9}{\overset{R}{\Σ}}\underset{c=1}{\overset{20}{\Σ}}{P}_C\[r,c\])/200$

其中：P_C[r,c]为图像C第r行第c列的灰度值，

R为图像C的灰度矩阵的行数；

S7、对图像C进行二值化，二值化阈值为0.9×平均灰度m，得到二值化后的图像D；

S8、将图像D从上往下相邻两行对应像素点的灰度值相减，将相减的结果取绝对值相加，再将相加的结果存入数组Arr中，即

$Arr\[i\]=\underset{j=1}{\overset{20}{\Σ}}\left|P_D\[i+1,j\]-P_D\[i,j\]\right|$

其中：P_D[i,j]为图像D第i行第j列的灰度值；

S9、找到数组Arr中的最大值，该最大值在数组Arr中索引为n；

S10、计算铁水(4)液面高度，H_{铁水液面高度}＝H1-n×k；

S11、保存数据，本次测量结束；

所述线段a为未盛铁水(4)的铁水罐(3)处于回位状态时，在铁水罐(3)形心转动的平面与铁水罐(3)内壁的交线上从罐口往下标记的一段线段；

所述图像A为液面高度测量软件(8)通过工业相机(1)采集的一幅包含铁水罐(3)内壁标记线段a的图像；

所述物像比k为L1/L2的比值，其中：L1为线段a的长度，L2为图像A上的线段a的长度。

2.如权利要求1所述KR脱硫铁水液面高度测量系统的使用方法，其特征在于所述方法的步骤是：

步骤一、未盛铁水(4)的铁水罐(3)处于回位状态时，在铁水罐(3)形心转动的平面与铁水罐(3)内壁的交线上从罐口往下标记一段线段a，线段a的长度L1为铁水罐(3)高度的0.15～0.25倍；

步骤二、启动计算机(9)装有的液面高度测量软件(8)，点击采集图像按钮，液面高度测量软件(8)通过工业相机(1)采集一幅包含铁水罐(3)内壁标记线段a的图像，得到图像A；

步骤三、点击计算标记区长度按钮，液面高度测量软件(8)计算图像A上线段a的长度，得到图像A上的线段a的长度L2；

步骤四、点击计算物像比按钮，液面高度测量软件(8)计算得到物像比k，物像比k＝L1/L2，其中：L1为线段a的长度，L2为图像A上的线段a的长度；

步骤五、点击计算罐口高度按钮，液面高度测量软件(8)在图像A上计算线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离，得到图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1；

步骤六、点击液面高度测量按钮，打开液面高度测量主界面；

步骤七、在液面高度测量主界面输入参数：

(1)铁水罐(3)处于回位状态时罐口离地面的高度H1，

(2)图像A上的线段a的上端点距离图像A的上边缘的距离h1，

(3)图像A上的线段a的长度L2，

(4)物像比k；

步骤八、点击开始测量铁水液面高度按钮，得到铁水(4)液面高度；

步骤九、液面高度测量完成，退出液面高度测量软件(8)，结束。