CN108317966B - 一种阳极导杆钢爪变形检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阳极导杆钢爪变形检测方法及装置，采集阳极导杆钢爪图像，分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形。本发明可以方便、准确地检测出钢爪是否发生变形，根据钢爪正常工作时的最大变形量判别实际钢爪变形量是否满足钢爪正常工作的需要。本发明结构简单、计算量小、性能可靠、且检测效率高。
Description
技术领域
本发明属于电解铝用阳极导电装置技术领域，特别涉及一种阳极导杆钢爪变形检测方法及装置。
背景技术
电解铝用阳极是构成电解铝生产系统的重要组成部分，它由阳极导杆、钢爪、爆炸焊块、浇铸磷铁、阳极炭块组成。在电解铝生产中，阳极炭块下部需浸入在电解槽内处于熔融状态的高温电解质中，随着阳极炭块的不断消耗，整个阳极也需不断下移，而与阳极炭块相连的钢爪温度则随之升高。当阳极炭块消耗到规定的剩余厚度时，需将整个阳极从电解槽中取出，经冷却并去掉阳极炭块残留和浇铸磷铁后，再将由阳极导杆、钢爪、爆炸焊块所组成的阳极导杆组投入下一次循环使用。
阳极导杆在使用过程中，由于阳极结构应用在高温环境下，阳极金属结构在高热条件下变形较大，而阳极的另一组成部分炭块受热变形较小，从而使阳极装置在使用过程中发生钢爪内弯、横梁变形、爪头烧损腐蚀等普遍现象，若钢爪变形量过大则无法置入炭碗内。因此，阳极装置的后期再循环使用需要专门设备进行校正处理，用于解决钢爪内弯变形。公开号为“CN105316704A”，名称为“一种有效解决内弯变形的高导电阳极装置”的中国专利，该专利的高导电阳极装置包括支撑横梁，支撑横梁包括第一U形钢板，第一U形钢板中部通过螺栓组件设置有铝凸台，铝凸台上端由支撑横梁上方伸出，第一U形钢板两端内均设置有活动横梁，横梁结构在长度方向上可以变化，以释放横梁和炭块受热膨胀量不等而产生的应力集中，从而有效解决横梁和钢爪头内弯变形的问题，大大降低了钢爪头和阳极横梁修复的设备投入成本，减少了阳极结构重复在利用周期，大大提高了阳极组装成本线效率。
因此，在对内弯变形的钢爪进行修复时，对钢爪内弯变形的检测尤为重要，但是目前，相当一部分电解铝企业的阳极导杆钢爪变形检测仍然停留在人工肉眼检测水平，不仅检测效率低，劳动强度大，而且产品质量受人为因素的影响，漏检率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阳极导杆钢爪变形检测方法及装置，用于解决现有技术中阳极导杆钢爪变形检测效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种阳极导杆钢爪变形检测方法，包括如下步骤：
1)采集阳极导杆钢爪图像，分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；
2)根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形。
步骤1)中采用图像采集装置采集图像，当阳极导杆运行到图像采集装置正前方时，采集阳极导杆钢爪图像。
进一步地，所述水平跨度值表示为：
L水平跨度＝y右-y左
其中，y右为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最大的点的坐标，y左为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最小的点的坐标；
y左和y右分别表示为：
其中，当a(i，j)＝0时表示对应检测区域中的图像像素值大于设定的像素阈值；当a(i，j)＝1时表示对应检测区域中的图像像素值小于设定的像素阈值，i为钢爪排布方向所在坐标轴上的点，j为阳极导杆延伸方向所在坐标轴上的点。
进一步地，判断钢爪发生变形后还对发生变形的钢爪进行了分选。
进一步地，对各检测区域图像进行二值化处理后，还进行了去噪处理。
进一步地，在采集图像前，设置了作为阳极导杆拍摄背景的背景屏。
本发明还提供了一种阳极导杆钢爪变形检测装置，包括图像采集装置、图像处理装置，所述图像采集装置与所述图像处理装置连接，图像采集装置用于采集阳极导杆钢爪图像，并将采集的阳极导杆钢爪图像发送给图像处理装置，图像处理装置用于分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形。
进一步地，还包括触发装置，当阳极导杆运行到图像采集装置正前方时，所述触发装置触发所述图像采集装置采集阳极导杆钢爪图像。
进一步地，所述水平跨度值表示为：
L水平跨度＝y右-y左
其中，y右为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最大的点的坐标，y左为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最小的点的坐标；
y左和y右分别表示为：
其中，当a(i，j)＝0时表示对应检测区域中的图像像素值大于设定的像素阈值；当a(i，j)＝1时表示对应检测区域中的图像像素值小于设定的像素阈值，i为钢爪排布方向所在坐标轴上的点，j为阳极导杆延伸方向所在坐标轴上的点。
进一步地，还包括分选装置，所述图像处理装置及所述分选装置连接，所述分选装置用于根据所述图像处理装置的处理结果对钢爪进行分选。
进一步地，还包括用于作为阳极导杆拍摄背景的背景屏。
进一步地，所述背景屏上还设置有光源。
进一步地，所述图像采集装置为摄像机。
进一步地，所述触发装置为接近开关。
本发明的有益效果是：
本发明采集阳极导杆钢爪图像，分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形。本发明可以方便、准确地检测出钢爪是否发生变形，根据钢爪正常工作时的最大变形量判别实际钢爪变形量是否满足钢爪正常工作的需要。本发明结构简单、计算量小、性能可靠、且检测效率高。
对各检测区域的钢爪是否发生变形判断完成后，将变形的钢爪分选出去，保证了阳极导杆的生产质量。对各检测区域图像进行二值化处理后，还对图像进行了去噪处理，提高了图像处理的精度。
在采集阳极导杆图像前设置了背景屏，这样在采集阳极导杆钢爪图像时，可以将阳极导杆周围的物体屏蔽掉，使采集的图像只包含阳极导杆钢爪图像，保证了阳极导杆钢爪图像的采集精度。且该背景屏还自带光源，使在灰暗的环境中也能正常完成对阳极导杆图像的采集。
图像采集装置为高速摄像机，高速摄像机实现了对钢爪图像的快速全面的采集，为图像处理装置对钢爪图像的处理提供了良好的基础。
附图说明
图1为阳极导杆钢爪变形检测装置示意图；
图2为钢爪变形示意图；
图3为钢爪图像二值化处理示意图；
图4为钢爪变形检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
随着计算机技术向无损检测技术的渗透，机器视觉已成为无损检测技术中的一个颇具生命力的分支，借助于机电一体化技术、机器视觉技术等形成了一个自动检测系统，提供了一种阳极导杆钢爪变形检测装置，实现了对阳极导杆钢爪的自动检测和分选，其结构简单、计算量小，性能可靠，检测效率高、自动化程度高。
具体的，一种阳极导杆钢爪变形检测装置，包括图像采集装置、图像处理装置，所述图像采集装置与所述图像处理装置连接，图像采集装置用于采集阳极导杆钢爪图像，并将采集的阳极导杆钢爪图像发送给图像处理装置，图像处理装置用于分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形。
本实施例的阳极导杆钢爪变形检测装置还包括触发装置，当阳极导杆运行到图像采集装置正前方时，触发装置触发图像采集装置采集阳极导杆钢爪图像。
进一步地，阳极导杆钢爪变形检测装置还包括分选装置，分选装置与图像处理装置连接，分选装置根据图像处理装置的处理结果对钢爪进行分选，将不满足要求的钢爪剔除出去。
在上述结构的基础上，为了避免采集阳极导杆钢爪图像时会采集到阳极导杆钢爪周围的物体，设置了一个作为阳极导杆拍摄背景的背景屏，该背景屏自带光源，在较灰暗的环境中采集阳极导杆钢爪图像时可以把光源打开，使采集的图像不受灰暗环境的影响。
如图1所示，本实施例的图像采集装置为高速摄像机，高速摄像机能够对阳极导杆钢爪实时高效的图像采集；作为其他实施方式，可以采用其他具有图像采集的装置。且与图像采集装置连接的触发装置为接近开关，接近开关悬吊在高速摄像机与阳极导杆之间，接近开关的设置位置需保证高速摄像机能够采集到阳极导杆正面完整的图像，即当阳极导杆运行到高速摄像机正前方遮挡住接近开关时，接近开关向高速摄像机发送触发信号，高速摄像机接收到触发信号后对阳极导杆进行图像采集。
如图1所示，建立坐标系X-Y-Z，阳极导杆钢爪变形检测装置包括自带光源的背景屏、对中触发接近开关、高速摄像机、图像处理板及分选装置，阳极导杆在移动的过程中触发对中接近开关信号时，高速摄像机开始拍照并存储，嵌入式图像处理板将所拍照片进行图像预处理、图像分割、特征提取与分类，最后由分选装置自动剔除次品。
如图4所示，采用上述阳极导杆钢爪变形检测装置对钢爪变形检测的方法包括以下步骤：
1)如图2所示，以四个钢爪为例，并以阳极导杆钢爪在Y-Z平面内发生变形来说明。阳极导杆钢爪在水平移动的过程中，触发接近开关，触发开关向高速摄像机发送开始工作信号，高速摄像机接收到信号后，开始采集阳极导杆钢爪图像，并将采集的灰度图像发送给图像处理板，分割钢爪图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，如图2所示根据钢爪数量划分为四个检测区域，四个检测区域分别为A、B、C、D；图像处理板对每个检测区域所对应的图像进行二值化处理。
2)如图3所示，二值化处理的过程为：对每一个检测区域定义一个矩阵，假设对检测区域D定义一个m×n的矩阵Q，m等于自定义区域的图像的高度(单位为像素)，n等于自定义区域的图像的宽度(单位为像素)，a(i，j)表示矩阵Q中的元素，i为钢爪排布方向所在坐标轴(即Y轴)上的点，j为阳极导杆延伸方向所在坐标轴(即Z轴)上的点。b(i，j)表示自定义区域中像素值，选定合适的阈值K，若检测区域中某个点的像素值大于阈值K，则矩阵Q中对应的元素值为0，若检测区域中某个点的像素值小于阈值K，则矩阵Q中对应的元素值为1，像素值与矩阵Q的元素值对应的关系表示为：
二值化后，对二值化后的图像进行基于OpenCV的去噪处理，矩阵Q转化为：
3)求取检测区域D中坐标Y轴上位置最小的点与位置最大的点的坐标，即Y轴上的位于最左侧的端点和位于最右侧的端点。其中，位置最小的左端点横向在Y轴上的坐标表示为：
位置最大的右端点横向在Y轴上的坐标表示为：
4)求取检测区域在Y轴上的水平跨度，该水平跨度为最右端点与最左端点在Y轴上的坐标位置的差值，表示为：
LD水平跨度＝y右-y左
5)同理，采用上述方法对检测区域A、B、C在Y轴上的跨度作了判断，将该区域的水平跨度与设定的水平跨度作比较，当其中一个检测区域中各坐标轴上位置最小的点与位置最大的点之间的跨度大于设定的对应跨度时，即
或
或
或
判定为钢爪变形超过允许范围，说明钢爪爪形变化过大，判定为阳极导杆钢爪为次品，由分选装置将次品剔除，本实施例的
设定为同样大小，均为L*。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种阳极导杆钢爪变形检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采集阳极导杆钢爪图像，分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；
2)根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形；
步骤1)中采用图像采集装置采集图像，当阳极导杆运行到图像采集装置正前方时，采集阳极导杆钢爪图像；
所述水平跨度值表示为：
L水平跨度＝y右-y左
其中，y右为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最大的点的坐标，y左为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最小的点的坐标；
y左和y右分别表示为：
其中，当a(i，j)＝0时表示对应检测区域中的图像像素值大于设定的像素阈值；当a(i，j)＝1时表示对应检测区域中的图像像素值小于设定的像素阈值。
2.根据权利要求1所述的阳极导杆钢爪变形检测方法，其特征在于，判断钢爪发生变形后还对发生变形的钢爪进行了分选。
3.根据权利要求1所述的阳极导杆钢爪变形检测方法，其特征在于，对各检测区域图像进行二值化处理后，还进行了去噪处理。
4.根据权利要求2所述的阳极导杆钢爪变形检测方法，其特征在于，在采集图像前，设置了作为阳极导杆拍摄背景的背景屏。
5.一种阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，包括图像采集装置、图像处理装置，所述图像采集装置与所述图像处理装置连接，图像采集装置用于采集阳极导杆钢爪图像，并将采集的阳极导杆钢爪图像发送给图像处理装置，图像处理装置用于分割各钢爪爪头的图像信息，将各钢爪爪头的图像作为检测区域，对各检测区域的图像作二值化处理；根据二值化处理的结果计算各钢爪爪头在钢爪排布方向上的水平跨度值，若其中任一个钢爪爪头的水平跨度值大于对应的设定值时，判定为钢爪发生变形；
还包括触发装置，当阳极导杆运行到图像采集装置正前方时，所述触发装置触发所述图像采集装置采集阳极导杆钢爪图像；
所述水平跨度值表示为：
L水平跨度＝y右-y左
其中，y右为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最大的点的坐标，y左为钢爪排布方向所在的坐标轴上的位置最小的点的坐标；
y左和y右分别表示为：
其中，当a(i，j)＝0时表示对应检测区域中的图像像素值大于设定的像素阈值；当a(i，j)＝1时表示对应检测区域中的图像像素值小于设定的像素阈值，i为钢爪排布方向所在坐标轴上的点，j为阳极导杆延伸方向所在坐标轴上的点。
6.根据权利要求5所述的阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，还包括分选装置，所述图像处理装置及所述分选装置连接，所述分选装置用于根据所述图像处理装置的处理结果对钢爪进行分选。
7.根据权利要求6所述的阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，还包括用于作为阳极导杆拍摄背景的背景屏。
8.根据权利要求7所述的阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，所述背景屏上还设置有光源。
9.根据权利要求5所述的阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，所述图像采集装置为摄像机。
10.根据权利要求5所述的阳极导杆钢爪变形检测装置，其特征在于，所述触发装置为接近开关。
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Application publication date: 20180724 Assignee: Henan Jianhang Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980011687 Denomination of invention: A deformation detection method and device for anode guide rod steel claw Granted publication date: 20200522 License type: Common License Record date: 20211102 |
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