CN108441889A - 一种阳极导杆钢爪附着物检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阳极导杆钢爪附着物检测方法及装置，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进行二值化处理；计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。本发明可以方便、准确地检测出钢爪附着物的含量，根据钢爪正常工作时的最大附着物量判别实际钢爪附着物量是否满足钢爪正常工作的需要，且本发明结构简单、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附着物检测方法及装置。
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。经过长期使用的电解铝用阳极在钢爪爪头及炭块表面凝结形成了铝渣电解质与铝、钠、钾、钙、镁、锂、氟等成分结合的硬壳，使之无法再次循环使用。为此要求先粗略清楚残极炭块表面95％以上的凝固电解质，然后再精细清理钢爪和残极炭块上的少量电解质附着物、钢爪高温氧化皮及其它碳化附着物，使杂质完全脱落，显露出钢爪净金属本体和无电解质附着物的残极炭块，精细清理后的钢爪有一定的金属光泽和粗糙度，以便增加炭块附着力，从而增加导电性能，满足新的电解阳极组装要求。但目前主要采用的是手工清理方式，这种清理方式的结果是，人的劳动强度大，而效率低，且易产生粉尘，对环境污染较大。
针对此问题，公开号为“CN103849892A”，名称为“一种新型残阳极电解质清理设备”的中国专利提出了一种对阳极电解质清理的设备，该清理设备包括悬链小车部件、液压震动破碎锤部件、铲刀清理部件、甩链清理部件，该方案能够实现完全自动化生产，提高生产效率，能够完成残极炭块表面全部凝固电解质的清理、精细清理钢爪和残极炭块上的少量电解质附着物、钢爪上氧化皮及其它炭化附着物，使杂质完全脱落。
但是，该专利提供的方案在对钢爪附着物进行清理时，未对钢爪是否黏附有附着物进行检测，如果不对是否有附着物进行检测，而将钢爪无一例外的清理，不但会增加对钢爪附着物清理的盲目性，而且也会增加钢爪附着物清理的时间，影响钢爪扶着物清理的效率，再者，清理设备如果一直不停歇的对钢爪进行清理，也会造成清理设备自身的使用寿命。所以，在对阳极导杆钢爪附着物进行清理之前，对附着物的检测尤为重要，但是，目前相当一部分电解铝企业的阳极导杆钢爪残留附着物的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附着物检测方法及装置，用于解决现有技术中阳极导杆钢爪残留附着物检测效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种阳极导杆钢爪附着物检测方法，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进行二值化处理；
2)计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。
进一步地，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，检测区域的面积表示为：
其中，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；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，n为自定义区域的图像的宽度，m为自定义区域的图像的高度。
进一步地，判断钢爪附着物超出允许范围后，将超出钢爪附着物允许范围的钢爪分选出去。
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附着物检测装置，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进行二值化处理；计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。
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，检测区域的面积表示为：
其中，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；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，n为自定义区域的图像的宽度，m为自定义区域的图像的高度。
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进行二值化处理；计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。本发明可以方便、准确地检测出钢爪附着物的含量，根据钢爪正常工作时的最大附着物量判别实际钢爪附着物量是否满足钢爪正常工作的需要，且本发明结构简单、计算量小、性能可靠、且检测效率高。
对各检测区域的钢爪附着物是否超过允许范围后，将附着物超过允许范围的钢爪分选出去，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为阳极导杆钢爪附着物检测装置示意图；
图2为钢爪附着物示意图；
图3为钢爪图像二值化处理示意图；
图4为图像去噪处理示意图；
图5为钢爪附着物检测方法流程图。
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附着物检测装置，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，一种阳极导杆钢爪附着物检测装置，包括图像采集装置、图像处理装置，图像采集装置与图像处理装置连接，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进行二值化处理；计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。
本实施例的阳极导杆钢爪附着物检测装置还包括触发装置，触发装置与图像采集装置连接。
进一步地，阳极导杆钢爪附着物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。
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功能的装置。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，阳极导杆钢爪附着物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5所示，采用上述阳极导杆钢爪附着物检测装置对钢爪附着物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平面内钢爪上含有附着物来说明。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)如图4所示，采用基于OpenCV的开放处理将采集的图像中的高亮点噪声去除，保留原始轮廓后得出该区域的图像0-1矩阵，然后根据矩阵求面积的方法计算检测区域D的面积，检测区域D的面积SD表示为：
4)同理，采用上述方法对检测区域A、B、C的面积SA、SB、SC分别进行计算，若则判断为A钢爪不合格，若则判断为B钢爪不合格，若则判断为C钢爪不合格，若则判断为D钢爪不合格，本实施例的设定为同样大小，均为S*，若其中一个检测区域的面积大于S*就判定为钢爪附着物超过允许范围，进一步判定为阳极导杆钢爪为次品，由分选装置将次品剔除。
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附着物检测方法，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进行二值化处理；
2)计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。
2.根据权利要求1所述的阳极导杆钢爪附着物检测方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的阳极导杆钢爪附着物检测方法，其特征在于，检测区域的面积表示为：
其中，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；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，n为自定义区域的图像的宽度，m为自定义区域的图像的高度。
4.根据权利要求2所述的阳极导杆钢爪附着物检测方法，其特征在于，判断钢爪附着物超出允许范围后，将超出钢爪附着物允许范围的钢爪分选出去。
5.根据权利要求1所述的阳极导杆钢爪附着物检测方法，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。
6.根据权利要求4所述的阳极导杆钢爪附着物检测方法，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。
7.一种阳极导杆钢爪附着物检测装置，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进行二值化处理；计算二值化处理后的各检测区域的面积，将计算得到的各检测区域的面积与对应的设定面积比较，若其中任一个检测区域的面积大于对应的设定面积时，判定为钢爪附着物超出允许范围。
8.根据权利要求7所述的阳极导杆钢爪附着物检测装置，其特征在于，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。
9.根据权利要求8所述的阳极导杆钢爪附着物检测装置，其特征在于，检测区域的面积表示为：
其中，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；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，n为自定义区域的图像的宽度，m为自定义区域的图像的高度。
10.根据权利要求8所述的阳极导杆钢爪附着物检测装置，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。
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Application publication date: 20180824 Assignee: Henan Jianhang Energy Technology Co.,Ltd. Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980011689 Denomination of invention: An attachment detection method and device for anode guide rod steel claw Granted publication date: 20200626 License type: Common License Record date: 20211102 |
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