CN109200946A - 一种造球机成球率检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造球机成球率检测方法及系统，具体的，通过采用摄像装置观察造球机的出球区，实时采集出球区的出球情况图像，然后，利用图像处理软件对摄像装置所采集的图像进行分析，获得预设时间内出球区的合格生球数量和对应的粒径，进而得到造球机的排出的合格生球质量。同时，通过数据跟踪的方式，获得在预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入造球机的总入料质量。最后，根据在上述预设时间内的合格生球质量和总入料质量，计算出造球机成球率，进而可以实现单台造球机成球率检测与数据跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及球团矿制造技术领域，尤其涉及一种造球机成球率检测方法及系统。
背景技术
在钢铁工业中，球团矿制造是当前常用的铁矿石提炼的技术。其中，造球工序是铁精矿球团生产线的重要工序，生球质量及产量的稳定和提高主要依赖于造球工序。作为造球工序中的核心设备，造球机主要包括圆盘造球机和圆筒造球机，其中，在大规模高产量生产线中一般采用圆筒造球机，但目前中小规模球团生产线占主导地位，因此圆盘造球机更为普遍。
图1为一种典型圆盘造球机的基本结构示意图。如图1所示，该圆盘造球机主要包括刮刀架15、电动机12及造球盘13。在该圆盘造球机工作的过程中，料仓21中的物料经过设有称量部件的供料皮带22输送至造球盘13；喷水管23将水滴喷洒在物料落入造球盘13的位置、或将水滴落在造球盘13中球长大的区域；造球盘13在电动机12的带动下绕中心轴11旋转；同时，造球盘13中刮刀架15底部的刮刀14推动造球盘底部的物料运动以防止物料粘连。造球盘13中的物料在造球盘13自转带动以及刮刀14的推动下，滚动成球并且达到一定的强度，最后，达到合格生球粒级时，在造球盘13出球区将形成的生球排出。排出的生球从造球盘13出来后落入生球大皮带31并被运输至下级受料点。
由于造球机的成球率是造球工序的关键参数，在保证生球质量的前提下，成球率越高，生球的产量也就越高，进而会大大节省各环节的能耗和设备损耗。目前造球机的常用成球率检测方法是：将造球工序所有(一般至少5～6台)造球机排出的生球一起经过筛分系统，筛出不合格的生球，返回到磨矿系统或直接到造球机继续造球，并且通过皮带称重计量的方法，检测出生球的总重量和不合格生球的重量，计算出造球工序的平均成球率。
然而，利用上述成球率检测所方法得到的成球率只能用于判别整个造球工序的成球效果，无法获知单台造球机的成球率，因此，上述成球率对调节单台造球机的运行参数便没有实质指导意义。
发明内容
本发明提供了一种造球机成球率检测方法及系统，以检测单台造球机的成球率。
根据本发明实例的第一方面，提供了一种造球机成球率检测方法，所述方法包括：
在造球机中的物料达到预设填充率时，控制图像采集装置按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集；
对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量；
根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量；
获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量；
根据所述合格生球质量和所述总入料质量，计算出所述预设时间内造球机的成球率。
可选地，对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量，包括：
对所述图像采集装置所采集的出球图像进行图像分析，得到预设时间内所述造球机排出的各种粒径的生球粒径分布和对应的生球数量；
根据预设合格生球的粒径阈值范围，从所述各种粒径的生球粒径分布中筛选出合格生球粒径分布和对应的生球数量。
可选地，对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量，包括：
对预设时间内所述图像采集装置所采集的每一帧图像进行图像分析，分别得到所述每一帧图像中所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量。
可选地，根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量，包括：
根据所述每一帧图像中所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量M2，其中：
k为所述预设时间内所拍摄的图像帧数，mj为第j帧图像中的合格生球质量，dn为合格生球粒径的下限值，dm为合格生球粒径的上限值，di为第i种合格生球的粒径，ni为第i种合格生球的数量，ρ为合格生球密度。
可选地，获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量，包括：
获取在第一时间前，所述造球机的供料皮带在所述预设时间内送入造球盘的物料质量M1；
获取在第二时间前，所述造球机的喷水管在所述预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F；
将所述物料质量M1和添加水的质量F之和，作为所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前送入所述造球机的总入料质量。
可选地，所述造球机的供料皮带在所述预设时间内送入造球盘的物料质量M1的计算方法包括：
获取在第一时间前，所述造球机的料仓送入供料皮带的物料瞬时流量w1；
根据所述物料瞬时流量w1，计算出所述供料皮带在预设时间内送入造球盘的物料质量M1；
其中，w1的单位包括kg/s、kg/min或kg/h，T1为所述预设时间。
可选地，所述造球机的喷水管在所述预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F的计算方法包括：
获取在第二时间前，所述造球机的喷水管添加到所述造球盘内添加水的瞬时流量FI；
根据所述添加水的瞬时流量FI，计算出所述喷水管在预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F；
其中，FI的单位包括kg/s、kg/min或kg/h，T1为所述预设时间。
可选地，所述图像采集装置对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集的工作频率的确认方法包括：
获取生球从所述造球机的出球区的排出速度v、以及所述图像采集装置的图像纵向宽度L；
根据所述排出速度v和图像纵向宽度L，计算出所述图像采集装置的工作频率f＝1/(L/v)。
根据本发明实施例的第二发面，提供了一种造球机成球率检测系统，所述系统包括：
图像采集装置：用于在造球机中的物料达到预设填充率时，按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集；
入料质量采集装置：用于获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量；
数据处理装置：分别与所述图像采集装置和所述入料质量采集装置连接，用于对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量；根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量；根据所述合格生球质量和所述总入料质量，计算出所述预设时间内造球机的成球率。
可选地，所述系统还包括多个照明模块，其中：
所述多个照明模块，用于从多个角度为所述图像采集模块提供照明。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供一种造球机成球率检测方法及系统，通过采用摄像装置观察造球机的出球区，实时采集出球区的出球情况图像，然后，利用图像处理软件对摄像装置所采集的图像进行分析，获得预设时间内出球区的合格生球数量和对应的粒径，进而得到造球机的排出的合格生球质量。同时，通过数据跟踪的方式，获得在预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入造球机的总入料质量。最后，根据在上述预设时间内的合格生球质量和总入料质量，计算出造球机成球率，进而可以实现单台造球机成球率检测与数据跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种典型圆盘造球机的基本结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种造球机成球率检测方法的基本流程示意图；
图3为本发明实施例提供的圆盘造球机成球、以及出球状况监控过程示意图；
图4为本发明实施例提供的对进入造球机的物料和水分数据跟踪过程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种造球机成球率检测系统的基本结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
针对现有对造球机成球率的评估方式是判别整个造球环节的成球效果，而无法获知单台造球机的成球率，对单台造球机的运行参数的调节没有指导意义的问题，本发明实施例提供了一种成球机成球率检测方法，其基本原理为利用机器视觉技术分析出球情况与入料数据跟踪的方式实现单台成球机的成球率检测。基于上述原理，下面结合附图对本发明实施例提供的方法进行详细介绍。
图2为本发明实施例提供的一种造球机成球率检测方法的基本流程示意图。如图2所示，所述方法具体包括如下步骤：
步骤S110：在造球机中的物料达到预设填充率时，控制图像采集装置按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集。
本发明实施例对造球机成球率的检测，是在造球机中的物料达到预设填充率时，即不考虑圆盘造球机从没有物料(空盘)到物料进入的状态，因为物料只有达到一定的填充率时才出球。而只考虑物料已经达到正常时的填充率时，圆盘造球机才会有一个稳定的物料填充率才能保证造球效果。
本发明实施例采用工业相机观察圆盘造球机的出球区。图3为本发明实施例提供的圆盘造球机成球、以及出球状况监控过程示意图。如图3所示，物料从入料点151进入造球盘15后，经过加水、母球成球、球长大等过程最终成球并从出球区152排出的特点，本实施例利用图像采集装置41按照预设频率实时采集出球区的出球情况图像。
进一步的，为了提高对出球区出球监控的准确度、同时减少后期对图像分析的数据处理量，本发明实例还提供了图像采集装置41对造球机出球区152的出球状况进行图像采集的工作频率的确认方法包括：
1)获取生球从造球机的出球区的排出速度v、以及图像采集装置的图像纵向宽度L。
其中，上述生球的排出速度v、即生球从造球盘飞出的线运动速度，此处可以采用生球的平均线运动速度，作为其排出速度v。图像纵向宽度，即生球从造球盘飞出的方向上，图像采集装置所拍摄的各帧图像所能拍摄到的纵向范围。
2)根据排出速度v和图像纵向宽度L，计算出图像采集装置的工作频率f＝1/(L/v)。
按照上述方法计算出采集装置的工作频率，可以尽可能避免同一个生球出现在两帧图像中，进而可以减少图像分析以及数据处理量。当然，还可以提高其工作频率，然后利用补偿算法等方式去除重复采集的生球图像等等。
步骤S120：对图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量。
具体的，可利用对图像分析处理算法，对图像采集装置所采集的出球图像进行图像分析，得到预设时间内造球机排出的各种粒径的生球粒径分布和对应的生球数量；然后，根据预设合格生球的粒径阈值范围，从各种粒径的生球粒径分布中筛选出合格生球粒径分布和对应的生球数量。
其中，在对图像分析时，可以采集的图像进行依次进行降噪、二值化处理以及提取特征值等过程，来获取图像中的生球图像，其具体处理过程可以参考现有的常用图像处理算法，本实施例在此不再赘述。
步骤S130：根据合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出预设时间内造球机排出的合格生球质量。
具体的，上述对进行图像分析，得到造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量时，可以对预设时间内图像采集装置所采集的每一帧图像进行图像分析，分别得到每一帧图像中造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量。
例如，每一帧图像内生球的数量及粒径分布为：d1，d2，d3，……，dn，对应的生球数量为n1，n2，n3，……，nn。
假设8～16mm粒径范围为合格生球，则合格生球体积为：
在公式(1)中，具体符号表示为：
di为第i种合格生球的粒径，单位mm；
ni为第i种合格生球的数量；
V合格生球的体积，单位mm3。
然后，通过取样获取生球的密度ρ，则每一帧图像内合格生球的质量为：
在公式(2)中，具体符号表示为：
mj为第j帧图像中合格生球的质量，单位kg；
Vj为第j帧图像中合格生球的体积，单位mm3；
ρ合格生球的密度，单位kg/mm3。
因此，在预设时间内合格生球质量M2为：
在公式(3)中，k为预设时间内所拍摄的图像帧数。
需要说明的是，本发明实施例以一帧图像为一个单位时间进行生球质量的计算，当然，还可以有其它的划分方式，例如，上述图像采集装置是由多个图像采集模块组成，即从多个角度对出球区出球状态进行监测，则可以将上述一个单位时间定义为图像采集装置每拍摄一帧图像所用的时间，进而上述公式(3)中的k则为在预设时间内所包含单位时间的个数；或者，还可以将拍摄两帧或两帧以上的图像所用的时间，作为一个单位时间，对应的，将上述公式中的每一帧图像替换为每一个单位时间的相应数据即可，本实施例在此不再赘述。
步骤S140：获取预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入造球机的总入料质量。
造球机正常工作时，物料从进入圆盘造球机，经过加水、母球成球、球长大等成球过程，再到最终成球一般需要几分钟的时间，基于该特点，本实施例采用物料数据跟踪的方式获取生球在成球前对应加入到造球机的物料量。
具体的，进入造球机的物料为粉料，通过供料皮带输送，供料皮带机设置有配料皮带秤，造球机的料仓送入供料皮带的物料瞬时流量w1，单位可以为kg/s,kg/min,kg/h，则在预设时间T1内进入造球机的物料量可以表示为：
同样的，造球机的喷水管添加到造球盘内水的瞬时流量FI，单位可以为kg/s,kg/min,kg/h，根据水的瞬时流量FI，则在预设时间T1内进入造球机的添加水的质量可以表示为：
图4为本发明实施例提供的对进入造球机的物料和水分数据跟踪过程示意图。如图4所示，在A区数据跟踪中，在预设时间内进料量为M1、瞬时流量为w1,数据包D包括M1和w1，数据包整体按预设时间T2/n进行数据移动，其中，预设时间T2为物料从进入皮带称重区至进入造球盘后喷水管开始加水时所用的时间。B区数据跟踪中，增加了水量，因此在预设时间内刻物料和水为M1+F,瞬时流量为M1+F,数据包D包括M1+F和M1+F，数据包整体按预设时间T3/m进行数据移动，直至出球区，其中，预设时间T3为物料进入造球盘后喷水管开始加水时至排出生球所用的时间。虽然在造球过程中，物料已经变成了生球，但数据在缓冲区中移动仍然是存在的，可以模拟物料在移动，并在在出球区，物料变成了生球以及未成球的粉料等，其中，n、m为自然数。
因此，图像采集装置采集到的在预设时间内的出球情况，可以利用数据跟踪的方式，获得制备图像采集装置所监控的生球所用的加入到造球机的物料。
具体的，可以首先，获取在第一时间前，造球机的供料皮带在预设时间内送入造球盘的物料质量M1，其中，第一时间为上述预设时间T2与预设时间T3之和。当然，也可以采用其它的时间段划分方式，即以物料进入造球盘为两个时间段划分点，对应的第一时间便为造球盘成球时间(物料从进入造球盘到排出的时间)和物料由供料皮带进入造球盘所用时间之和。
然后，再获取在第二时间前，造球机的喷水管在预设时间内添加到造球盘的添加水的质量F,其中，第二时间即为上述预设时间T3，当然，也可以采用其它的时间段划分方式，即以物料进入造球盘为两个时间段划分点，对应的，第二时间为造球盘成球时间，即加水点归于成球时间内。
最后，将上述物料质量M1和添加水的质量F之和，作为送入造球机的总入料质量。
步骤S150：根据合格生球质量和总入料质量，计算出预设时间内造球机的成球率。
结合前述数据跟踪可知，在出球区，物料及水分跟踪到达出球点时的物料量应该与出料量相等，造球盘内的填充率才能保持平衡。而出料量包括合格出球量与非合格出球量，非合格出球量还包括合格尺寸外的小球、大球、粉料等。因此，预设时间内造球机成球率应为：
进一步的，将预设时间的时长设计为瞬时时间时，则可以得到任一时刻内造球机成球率应为：
因此，利用本发明实例提供的方法，可以计算出任一时刻造球机的成球率，用于在线实时定量分析造球机的成球率，当成球率降低时，可采取相关措施进行干预，以达到较高的成球效果，节能降耗。
基于上述方法，本发明实例还提供了一种造球机成球率检测系统。图5为本发明实施例提供的一种造球机成球率检测系统的基本结构示意图。如图5所示，该系统主要包括：
图像采集装置41：用于在造球机中的物料达到预设填充率时，按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集。
其中，在图像采集装置的选择方面，为了精确测量出球的粒径，同时抑制运动拖影，可以选择高分辨率、高帧率工业相机，如VCXG-13M型号相机(130万像素、96帧)。镜头的选择：综合考虑精度要求、成像尺寸、拍摄物距等因素，选取35mm焦距，百万像素高清镜头。
入料质量采集装置51：用于获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量。
数据处理装置61：分别与所述图像采集装置和所述入料质量采集装置连接，用于对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量；根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量；根据所述合格生球质量和所述总入料质量，计算出所述预设时间内造球机的成球率。
可选地，系统还包括多个照明模块，多个照明模块，用于从多个角度为图像采集模块提供照明。如，选用大功率高亮LED光源，抑制外界光照变化的影响，设计多光源、多角度打光方案，以消除光照阴影。
需要说明的是上述实施例仅是以圆盘造球机为例，当然，本实施例提供的成球率检测方法和系统，同样适用于圆筒造球机。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。以上的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种造球机成球率检测方法，其特征在于，所述方法包括：
在造球机中的物料达到预设填充率时，控制图像采集装置按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集；
对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量；
根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量；
获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量；
根据所述合格生球质量和所述总入料质量，计算出所述预设时间内造球机的成球率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量，包括：
对所述图像采集装置所采集的出球图像进行图像分析，得到预设时间内所述造球机排出的各种粒径的生球粒径分布和对应的生球数量；
根据预设合格生球的粒径阈值范围，从所述各种粒径的生球粒径分布中筛选出合格生球粒径分布和对应的生球数量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量，包括：
对预设时间内所述图像采集装置所采集的每一帧图像进行图像分析，分别得到所述每一帧图像中所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量，包括：
根据所述每一帧图像中所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量M2，其中：
k为所述预设时间内所拍摄的图像帧数，mj为第j帧图像中的合格生球质量，dn为合格生球粒径的下限值，dm为合格生球粒径的上限值，di为第i种合格生球的粒径，ni为第i种合格生球的数量，ρ为合格生球密度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量，包括：
获取在第一时间前，所述造球机的供料皮带在所述预设时间内送入造球盘的物料质量M1；
获取在第二时间前，所述造球机的喷水管在所述预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F；
将所述物料质量M1和添加水的质量F之和，作为所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前送入所述造球机的总入料质量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述造球机的供料皮带在所述预设时间内送入造球盘的物料质量M1的计算方法包括：
获取在第一时间前，所述造球机的料仓送入供料皮带的物料瞬时流量w1；
根据所述物料瞬时流量w1，计算出所述供料皮带在预设时间内送入造球盘的物料质量M1；
其中，w1的单位包括kg/s、kg/min或kg/h，T1为所述预设时间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述造球机的喷水管在所述预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F的计算方法包括：
获取在第二时间前，所述造球机的喷水管添加到所述造球盘内水的瞬时流量FI；
根据所述水的瞬时流量FI，计算出所述喷水管在预设时间内添加到所述造球盘的添加水的质量F；
其中，FI的单位包括kg/s、kg/min或kg/h，T1为所述预设时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像采集装置对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集的工作频率的确认方法包括：
获取生球从所述造球机的出球区的排出速度v、以及所述图像采集装置的图像纵向宽度L；
根据所述排出速度v和图像纵向宽度L，计算出所述图像采集装置的工作频率f＝1/(L/v)。
9.一种造球机成球率检测系统，其特征在于，所述系统包括：
图像采集装置：用于在造球机中的物料达到预设填充率时，按照预设频率对所述造球机出球区的出球状况进行图像采集；
入料质量采集装置：用于获取所述预设时间内造球机排出的生球在成球时间前，对应送入所述造球机的总入料质量；
数据处理装置：分别与所述图像采集装置和所述入料质量采集装置连接，用于对所述图像采集装置在预设时间内所采集的出球图像进行图像分析，得到所述造球机排出的合格生球粒径分布和对应的生球数量；根据所述合格生球粒径分布和对应的生球数量、以及合格生球密度，计算出所述预设时间内造球机排出的合格生球质量；根据所述合格生球质量和所述总入料质量，计算出所述预设时间内造球机的成球率。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个照明模块，其中：
所述多个照明模块，用于从多个角度为所述图像采集模块提供照明。
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