CN109202030A - 一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其包括：图像采集单元，其实时采集连铸坯的图像信息；图像处理单元，其根据图像信息识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了所述坯头或坯尾时，发出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；位移检测单元，其实时检测表征连铸坯的浇铸长度的信号；跟踪监控单元，其根据接受自位移检测单元的信号确定头坯或尾坯的浇铸长度，并根据“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。相应地，本发明还公开了一种连铸头尾坯位置跟踪检测方法。本发明能对头尾坯位置进行跟踪检测，并且能消除累积误差，从而保证连铸生产过程控制精度和质量控制精度，避免影响正常生产和产品质量。

Description

一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统及方法

技术领域

本发明涉及连铸过程检测与控制领域，尤其涉及一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统及方法。

背景技术

在炼钢连铸生产线中，头坯和尾坯位置跟踪检测的准确性直接影响到连铸生产自动化过程控制精度和质量控制精度。头尾坯的位置跟踪精度不仅会影响到各台拉矫机的高低压自动切换点位置，各夹送辊的轻压下控制点位置，而且还影响到引锭杆自动脱离控制点位置，以及铸坯自动切头、切尾控制点的位置。如果头尾坯位置跟踪检测不准，会引起钢流头尾部翘头或变形、引锭杆脱离失败、切头切尾长度不准、头尾坯质量异常等一系列过程和质量问题，严重时造成设备受损、生产中断和产品质量缺陷报废。

目前钢厂连铸机上普遍采用拉矫机编码器计长方式来进行头尾坯位置的跟踪检测，即在与拉矫机夹送辊相连接的机构上安装脉冲发生器，通过开浇或终浇后检测并累计脉冲增量，来计算出头尾坯的位置变化。由于头尾坯的位置跟踪检测往往需要持续二三十米，受长距离跟踪过程中引锭杆关节间隙变化、夹送辊辊径磨损、铸坯打滑、坯厚变化等不确定因素影响，跟踪数据容易产生累积误差，这种跟踪误差有时会达到成百上千毫米，这对头尾坯相关控制点的精度带来相当不利的影响，有时只能通过人工观测来进行干预纠正。

为了解决这一问题，有些新一代连铸机在原有的跟踪检测系统中增加光电管位置校准装置，用于消除累积误差。但是这种方式受到铸机安装环境和光电管作用范围限制，只能设置在每个流拉矫机组的出口辊道上，不仅作用有限，对于进入拉矫机前的头尾坯无法实现位置校准，而且这种光电管检测方式距离1000多度的高温热坯非常近，在多流紧凑型连铸机上应用时可靠性和稳定性很差，即使采用水冷措施，设备寿命也比较短，且难以拆装调整，检修维护量大，维护成本高，造成位置校准功能容易失效，跟踪检测精度难以稳定保持。

公开号为CN101934358B，公开日为2013年1月23号，名称为“连铸机铸流跟踪系统”的中国专利文献公开了一种连铸机铸流跟踪系统，该发明公开了通过多个编码器，高速计数模块，信号源计数溢出处理模块、信号源正确识别与筛选模块、跟踪计算模块来跟踪测量铸坯在扇形段的实际位置。该发明对单个编码器故障失效具有冗余作用，但仍然没有可靠解决采用拉矫机编码器检测方式下，在长距离的头尾坯跟踪过程中所产生的累积误差大的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其能在连铸生产线中对头尾坯位置进行跟踪检测，并且能有效消除所产生的累积误差，从而保证连铸生产自动化过程控制精度和质量控制精度，避免影响连铸生产线的正常运转和头尾坯的产品质量。

基于上述目的，本发明提供了一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其包括：

图像采集单元，其实时采集连铸坯的图像信息；

图像处理单元，其与图像采集单元连接，所述图像处理单元根据接受自图像采集单元的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了所述坯头或坯尾时，向下述跟踪监控单元发出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；

位移检测单元，其实时检测表征连铸坯的浇铸长度的信号；

跟踪监控单元，其与所述位移检测单元和图像处理单元分别连接，所述跟踪监控单元根据接受自位移检测单元的信号确定头坯或尾坯的浇铸长度，并根据图像处理单元传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，所述坯头是指连铸坯的坯头，实际上也就是连铸坯开浇第一炉的头坯的头部；所述坯尾是指连铸坯的坯尾，实际上也就是连铸坯终浇最后一炉的尾坯的尾部。所述头坯的浇铸长度是指坯头距离结晶器顶面零位的实时位置变化量，所述尾坯的浇铸长度是指坯尾距离结晶器顶面零位的实时位置变化量。

本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，由于所述图像采集单元的位置通常为固定且已知，而所述确定的头坯或尾坯的浇铸长度基于位移检测单元的信号得到，因此当图像采集单元识别出现了连铸坯的坯头或坯尾时，可以基于图像采集单元的标定位置实时校准所述确定的头坯或尾坯的浇铸长度，从而在连铸生产线中对头尾坯位置进行跟踪检测的同时有效消除所产生的累积误差，保证连铸生产自动化过程控制精度和质量控制精度，避免影响连铸生产线的正常运转和头尾坯的产品质量。

进一步地，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，所述位移检测单元包括脉冲发生器，其用于与拉矫机夹送辊连接，所述脉冲发生器将拉矫机夹送辊的角位移转换为相应数量的脉冲信号；所述跟踪监控单元包括计数模块，所述计数模块与脉冲发生器连接以对脉冲信号进行计数，所述跟踪监控单元根据计数的值确定头坯或尾坯的浇铸长度。

上述方案中，通常所述脉冲发生器与所述拉矫机夹送辊同步转动，在已知脉冲发生器的分辨率、拉矫机夹送辊的速比和辊径的条件下可以计算出头坯或尾坯的位移，基于该位移就可以计算出头坯或尾坯的浇铸长度。

更进一步地，上述连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，所述跟踪监控单元还包括：

位置跟踪模块，其与所述计数模块连接，所述位置跟踪模块根据计数的值和对象跟踪模式实时确定头坯或尾坯的浇铸长度，所述对象跟踪模式包括坯头跟踪模式和坯尾跟踪模式；

校准模块，其与所述位置跟踪模块和图像处理单元分别连接，所述校准模块根据图像处理单元传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对位置跟踪模块确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

上述方案中，通常所述位置跟踪模块根据连铸机浇铸状态确定所述对象跟踪模式，当连铸机某流开浇时，位置跟踪模块触发该流进入坯头跟踪模式，当连铸机某流终浇时，位置跟踪模块触发该流进入坯尾跟踪模式。

进一步地，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，所述图像采集单元同时采集多流连铸坯的图像信息，所述图像处理单元对各流连铸坯的检测窗口内的图像信息进行识别。

上述方案中，所述检测窗口是在图像中各流连铸坯的相应位置人为设置的区域，其目的一是区别各流图像，二是便于计算机进行算法处理。

进一步地，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统中，所述图像采集单元包括：

可调云台支架；

摄像机，其实时采集连铸坯的图像，所述摄像机设于所述可调云台支架上；

保护壳，其罩设于所述摄像机的外围；

滤光片，其设于所述摄像机的镜头前；

图像采集卡，其与所述摄像机连接，以将摄像机拍摄的视频信号转换为数字化的图像信息。

上述方案中，所述摄像机可通过所述可调云台支架调整采集图像的位置。所述保护壳可以防止摄像机受到环境侵害。所述滤光片可以滤除部分可见杂光。所述图像采集卡可以对视频信号进行高速采样并完成数字化转换，形成图像处理单元可处理的数字化图像信息。

本发明的另一目的是提供一种连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其能在连铸生产线中对头尾坯位置进行跟踪检测，并且能有效消除所产生的累积误差，从而保证连铸生产自动化过程控制精度和质量控制精度，避免影响连铸生产线的正常运转和头尾坯的产品质量。

基于上述目的，本发明提供了一种连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其包括步骤：

实时确定头坯或尾坯的浇铸长度；

实时采集连铸坯的图像信息，并根据连铸坯的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了所述坯头或坯尾时，给出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；

根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其原理与上述连铸头尾坯位置跟踪检测系统本质相同，在此不再赘述。

进一步地，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，实时确定头坯或尾坯的浇铸长度包括步骤：

(1)采用脉冲发生器实时将连铸坯的浇铸长度变化转换成相应数量的脉冲；

(2)采用计数模块对脉冲进行边沿计数处理，以产生脉冲计数值；

(3)根据浇铸状态确定坯头或坯尾跟踪模式，并基于坯头或坯尾跟踪模式，根据所述脉冲计数值，通过增量累计方法实时计算头坯或尾坯的浇铸长度。

更进一步地，上述连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，实时采集多流连铸坯的图像信息，并对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别。

更进一步地，上述连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别包括步骤：

(1)对各流连铸坯在检测窗口内图像各像素点的灰度值进行实时采样提取；

(2)计算检测窗口内图像的灰度平均值R_AV；

(3)在坯头跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从暗目标阈值变化到亮目标阈值时，则发出“坯头到位”信号；在坯尾跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从亮目标阈值变化到暗目标阈值时，发出“坯尾到位”信号；所述暗目标阈值和亮目标阈值是根据坯头或坯尾的亮暗交接处亮度变化特征所设定的灰度临界值。

上述方案中，由于连铸坯在高温下发出红色可见光，因此所述灰度平均值R_AV优选R分量的灰度平均值，即红色基色分量的强度值平均值。坯头到位时，检测窗口内的灰度平均值R_AV将由坯头到位前的低数值变化到坯头到位后的高数值；坯尾到位时，检测窗口内的灰度平均值R_AV将由坯尾到位前的高数值变化到坯尾到位后的低数值。

进一步地，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，在根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准之前，先对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别。

上述方案中，由于现场干扰、设备故障等各种因素，所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号并非百分之百的可靠，为了避免错误校正，需要在校正前进行所述真伪识别。

更进一步地，上述连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别包括步骤：

在坯头跟踪模式下，若收到“坯头到位”信号的同时，头坯浇铸长度L_head已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯头到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯头到位”信号为伪，拒绝输出校准信号；

在坯尾跟踪模式下，若收到“坯尾到位”信号的同时，尾坯浇铸长度L_tail已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯尾到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯尾到位”信号为伪，拒绝输出校准信号；

其中，所述校准位参考长度L_ref为坯头或坯尾到达检测窗口中心位置时所对应的头坯或尾坯的浇铸长度。

上述方案中，所述校准位参考长度L_ref的相邻区间是指包含所述校准位参考长度L_ref的一个连续的长度范围区间，其通常以校准位参考长度L_ref为基准覆盖常规大概率发生的累积误差范围。

更进一步地，上述连铸头尾坯位置跟踪检测方法中，根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准包括步骤：

在坯头跟踪模式下，当收到校准信号后，将头坯浇铸长度L_head在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref；

在坯尾跟踪模式下，当收到校准信号后，将尾坯浇铸长度L_tail在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。

本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其具有以下优点和有益效果：

1)能在连铸生产线中对头尾坯位置进行跟踪检测，并且能有效消除所产生的累积误差。

2)提高头坯和尾坯位置跟踪检测精度，保证连铸生产自动化过程控制精度和质量控制精度。

3)避免影响连铸生产线的正常运转和头尾坯的产品质量。

4)解决了现有的跟踪检测系统累积误差大，稳定可靠性不足的问题。

5)可以实现头尾坯跟踪检测误差的远程校正，具有精度高、稳定可靠、免维护、成本低的优点，为提高连铸开浇头坯和终浇尾坯各控制点的跟踪精度提供了一种新的有效手段，减少了跟踪误差失控所带来的异常损失。

本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其同样具有上述优点和有益效果。

附图说明

图1为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统在一种实施方式下的结构示意图。

图2为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统在一种实施方式下的图像处理轨道和检测窗口设置示意图。

图3为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统在一种实施方式下的校准参考长度确定示意图。

图4为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法在一种实施方式下的流程示意图。

图5为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统的实施例的工作流程示意图。

图6为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统的实施例的头坯浇铸长度校准示意图。

图7为本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统的实施例的尾坯浇铸长度校准示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例进一步说明本发明所述的技术方案。

图1示意了本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统在一种实施方式下的结构。

如图1所示，本实施方式的连铸头尾坯位置跟踪检测系统包括：图像采集单元3、图像处理单元4、位移检测单元1、跟踪监控单元2，其在连铸生产线中对头尾坯位置进行跟踪检测，该连铸生产线包括拉矫机5、拉矫机夹送辊51、结晶器6、二冷室7、连铸坯8、引锭杆9以及切割机10，引锭杆9拉住连铸坯8的坯头将连铸坯8从结晶器6下口，沿着二冷室7，拉出至拉矫机5的入口，其中：

图像采集单元3实时采集连铸坯的图像信息。

其中，图像采集单元3同时采集多流连铸坯的图像信息。图像采集单元3包括：可调云台支架；摄像机31，其实时采集连铸坯的图像，摄像机31设于可调云台支架上；保护壳，其罩设于摄像机31的外围；滤光片，其设于摄像机31的镜头前；图像采集卡32，其与摄像机31连接，以将摄像机31拍摄的视频信号转换为数字化的图像信息。

本实施例的可调云台支架为三维可调式云台支架，摄像机31为工业摄像机，保护壳为带视窗的防尘保护盒。本实例的图像采集单元3采用1/1.8”逐行扫描CMOS传感器，有效像素200万(1920×1080)，图像采集卡分辨率768×576像素，传输接口为以太网，支持TCP/IP协议。

本实施例的图像采集单元3对设定视场范围(图2显示了视场范围D)内各流铸坯图像进行连续采集，送入图像处理单元4。

上述设定视场范围是通过调整图像采集单元3中的摄像机31安装位置和焦距大小来确定的可视区域，所设定的视场范围包括连铸机各流从二冷室7出口到拉矫机5入口之间的铸坯可见区域。

本实施例对图像采集单元3设定的视场范围纵向覆盖了每流二冷弧形段出口和拉矫机入口之间的区域，横向覆盖了1-4流(图2显示了1流N1、2流N2、3流N3、4流N4)的铸机跨距，可对4个流的检测对象同时进行图像采集。

图像处理单元4与图像采集单元3连接，图像处理单元4根据接受自图像采集单元3的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了坯头或坯尾时，向下述跟踪监控单元2发出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号。

其中，图像处理单元4对各流连铸坯的检测窗口内的图像信息进行识别。

本实施例中，如图2所示，图像处理单元4对各流轨道A上对应的检测窗口B内的铸坯图像进行识别处理。轨道A与各流铸坯图像移动的轨迹相对应，可根据实际各流铸坯宽度和运动轨迹分别进行调整设定。检测窗口B为设在每流轨道A上的图像有效检测范围，图像处理单元4只对每流轨道A上检测窗口B内的图像进行分析处理。检测窗口B的大小和位置，可根据坯头和坯尾目标识别的需要，在各流铸坯图像轨道A上选取。如图3所示，各流铸坯8的坯头或坯尾到达检测窗口B中心位置E时所对应的浇铸长度，用来作为校准的参考长度L_ref，该参考长度可通过标定，即测量检测窗口B中心所对应的空间位置距离结晶器6顶面C的长度来获得。

本实施例中，在图像处理单元的显示器画面上对1-4流分别设置了一条覆盖铸坯移动轨迹的轨道，在轨道上选取的检测窗口大小为4×50个像素点的矩形窗口；各流校准用的参考长度L_ref为17200mm。

本实例的图像处理单元4包括工业级计算机，其包括主机和显示器，同图像采集单元3和跟踪监控单元2的连接方式采用以太网网络通讯方式。

位移检测单元1，其实时检测表征连铸坯的浇铸长度的信号。

其中，位移检测单元1包括脉冲发生器11，其用于与拉矫机夹送辊51连接，脉冲发生器11将拉矫机夹送辊51的角位移转换为相应数量的脉冲信号。

本实例的脉冲发生器11采用增量型编码器，分辨率为1024，即编码器每转一圈可产生1024个脉冲，编码器与拉矫机夹送辊51的电机同轴连接，编码器输出A、B双通道脉冲，两者相位相差90度。

跟踪监控单元2，其与位移检测单元1和图像处理单元4分别连接，跟踪监控单元2根据接受自位移检测单元1的信号确定头坯或尾坯的浇铸长度，并根据图像处理单元4传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

其中，跟踪监控单元2包括计数模块21，该计数模块21为高速计数模块，计数模块21与脉冲发生器11连接以对脉冲信号进行计数，跟踪监控单元2根据计数的值确定头坯或尾坯的浇铸长度。

此外，跟踪监控单元2还包括位置跟踪模块22和校准模块23，其中：

位置跟踪模块22与计数模块21连接，位置跟踪模块22根据计数的值和对象跟踪模式实时确定头坯或尾坯的浇铸长度，对象跟踪模式包括坯头跟踪模式和坯尾跟踪模式。

校准模块23与位置跟踪模块22和图像处理单元4分别连接，校准模块23根据图像处理单元4传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对位置跟踪模块22确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

本实例的跟踪监控单元2包括PLC(可编程逻辑控制器)，其具有以太网通讯接口，可与图像处理单元4进行数据通讯。其中的高速计数模块可对编码器送来的双通道脉冲信号进行边沿计数和正反计数方向识别。

图4示意了本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法在一种实施方式下的流程。

如图4所示，本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法在一种实施方式下的流程包括步骤：

(1)实时确定头坯或尾坯的浇铸长度；

(2)实时采集连铸坯的图像信息，并根据连铸坯的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了坯头或坯尾时，给出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；

(3)根据“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

在某些实施方式下，实时确定头坯或尾坯的浇铸长度包括步骤：

(1)采用脉冲发生器实时将连铸坯的浇铸长度变化转换成相应数量的脉冲。

(2)采用计数模块对脉冲进行边沿计数处理，以产生脉冲计数值。

(3)根据浇铸状态确定坯头或坯尾跟踪模式，并基于坯头或坯尾跟踪模式，根据脉冲计数值，通过增量累计方法实时计算头坯或尾坯的浇铸长度。

在某些实施方式下，实时采集多流连铸坯的图像信息，并对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别。

在某些实施方式下，对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别包括步骤：

(1)对各流连铸坯在检测窗口内图像各像素点的灰度值进行实时采样提取。

(2)计算检测窗口内图像的灰度平均值R_AV。

(3)在坯头跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从暗目标阈值变化到亮目标阈值时，则发出“坯头到位”信号；在坯尾跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从亮目标阈值变化到暗目标阈值时，发出“坯尾到位”信号；暗目标阈值和亮目标阈值是根据坯头或坯尾的亮暗交接处亮度变化特征所设定的灰度临界值。

在某些实施方式下，在根据“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准之前，先对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别。

在某些实施方式下，对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别包括步骤：

在坯头跟踪模式下，若收到“坯头到位”信号的同时，头坯浇铸长度L_head已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯头到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯头到位”信号为伪，拒绝输出校准信号。

在坯尾跟踪模式下，若收到“坯尾到位”信号的同时，尾坯浇铸长度L_tail已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯尾到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯尾到位”信号为伪，拒绝输出校准信号。

其中，校准位参考长度L_ref为坯头或坯尾到达检测窗口中心位置时所对应的头坯或尾坯的浇铸长度。

在某些实施方式下，根据“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准包括步骤：

在坯头跟踪模式下，当收到校准信号后，将头坯浇铸长度L_head在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。

在坯尾跟踪模式下，当收到校准信号后，将尾坯浇铸长度L_tail在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。

图5示意了本发明所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统的实施例的工作流程。

本实施例应用于四流大方坯连铸机上，连铸机铸坯断面为320×425mm。

如图5所示，本实施例的连铸头尾坯位置跟踪检测系统的工作流程包括：

实时确定头坯或尾坯的浇铸长度，包括步骤110-步骤130：

步骤110：采用脉冲发生器11实时将连铸坯的浇铸长度变化转换成相应数量的脉冲。

步骤120：采用计数模块21对脉冲进行边沿计数处理，以产生脉冲计数值并传送给位置跟踪模块22。

步骤130：位置跟踪模块22根据浇铸状态确定坯头或坯尾跟踪模式，并基于坯头或坯尾跟踪模式，根据脉冲计数值，通过增量累计方法实时计算头坯或尾坯的浇铸长度，并将相应的对象跟踪模式发送给图像处理单元4。

上述坯头或坯尾跟踪模式由连铸机浇铸状态确定，当连铸机某流开浇时，位置跟踪模块22触发该流进入坯头跟踪模式，当连铸机某流终浇时，位置跟踪模块22触发该流进入坯尾跟踪模式。

上述头尾坯浇铸长度的增量累计方式是：

当连铸开浇进入坯头跟踪模式时，头坯浇铸长度L_head从开浇起始位开始进行增量累计，持续跟踪检测头坯浇铸长度的变化，L_head＝L_head’+ΔL，其中L_head’是上个采样周期累计的头坯浇铸长度，ΔL是当前采样周期内的浇铸长度增量。

当连铸终浇进入坯尾跟踪模式时，尾坯浇铸长度L_tail从终浇起始位开始进行增量累计，持续跟踪检测尾坯浇铸长度的变化，L_tail＝L_tail’+ΔL，其中L_tail’是上个采样周期累计的尾坯浇铸长度，ΔL是当前采样周期内的浇铸长度增量。

每个采样周期内的铸坯浇铸长度增量ΔL为：ΔL＝ΔN/R×(πD/G)；其中R为脉冲发生器的分辨率，G为拉矫机夹送辊的速比，D为辊径，ΔN是每个信号采样周期内收到的脉冲增量数。

本实施例中，脉冲发生器的分辨率R＝1024，拉矫机夹送辊的速比G＝595，传动辊辊径D＝500mm；信号采样周期为10ms；若在10ms采样周期内收到的脉冲增量数ΔN＝40，则在此采样周期内的浇铸长度增量ΔL≈0.1mm。

本实施例连铸机的浇铸长度零位设在结晶器顶面处，开浇起始位设在距离结晶器顶面580mm的位置，终浇起始位设在距离结晶器顶面160mm的位置。其中，开浇起始位是坯头在结晶器内初始生成的位置，它的值是580mm，即距离顶面580mm，由开浇时引锭杆头部插入结晶器下口的固定位置所决定，也就是说一开浇就已经有580mm的头坯浇铸长度值了。终浇起始位是坯尾在结晶器内初始生成的位置，它的值是160mm，即距离顶面160mm，由结晶器液面计来检测判断钢液面是否到达终浇起始位，也就是说当终浇液面低于

160mm时即进入坯尾跟踪模式，这时已经有160mm的尾坯浇铸长度值了。

实时采集连铸坯的图像信息，并根据连铸坯的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了坯头或坯尾时，给出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号。具体来说，实时采集多流连铸坯的图像信息，并对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别，包括步骤140-160：

步骤140：图像处理单元4实时接收来自图像采集单元3的各流连铸坯图像信息，并对各流连铸坯在检测窗口内图像各像素点的灰度值进行实时采样提取。

本实施例中，实时采样提取各流轨道所设检测窗口内各像素点的灰度值，其中每个像素点灰度值用图像R(红色)基色分量的强度值来表示，其值域范围为0至255。

步骤150：图像处理单元4计算检测窗口内图像的灰度平均值R_AV。

本实施例中，经过检测窗口内的R分量提取和计算，得到各流检测窗口内的R分量平均值R_AV，R_AV值越高表示窗口内图像亮度越大。

步骤160：图像处理单元4在坯头跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从暗目标阈值变化到亮目标阈值时，向校准模块23发出“坯头到位”信号；在坯尾跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从亮目标阈值变化到暗目标阈值时，向校准模块23发出“坯尾到位”信号；暗目标阈值和亮目标阈值是根据坯头或坯尾的亮暗交接处亮度变化特征所设定的灰度临界值。

本实施例中，时间ΔT可根据坯头和坯尾实际亮度的变化速度进行调整设定。

本实施例中，暗目标阈值是30，亮目标阈值是60，时间ΔT设为10秒。当检测窗口内的图像灰度平均值R_AV在10秒内从30以下，变化到60以上时，则自动发出“坯头到位”信号；当检测窗口内的图像灰度平均值R_AV在10秒内从60以上，变化到30以下时，则自动发出“坯尾到位”信号。

步骤170：校准模块23对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别。其包括步骤：

在坯头跟踪模式下，若收到“坯头到位”信号的同时，头坯浇铸长度L_head已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯头到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯头到位”信号为伪，拒绝输出校准信号。

在坯尾跟踪模式下，若收到“坯尾到位”信号的同时，尾坯浇铸长度L_tail已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯尾到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯尾到位”信号为伪，拒绝输出校准信号。

其中，校准位参考长度L_ref为坯头或坯尾到达检测窗口中心位置时所对应的头坯或尾坯的浇铸长度。

本实施例根据常规跟踪检测方式所可能发生的累积误差范围，将以上相邻区间设为±1500mm。本实施例的校准点位于距离零位(即图3中结晶器顶面C)17200mm的位置，即校准点参考长度L_ref＝17200mm；图像处理单元识别出坯头或坯尾到位信号时，若头坯或尾坯的跟踪检测长度在15700和18700mm之间的范围之内，就对跟踪检测误差进行校准，否则认为是伪信号，不作校准。

步骤180：校准模块23根据“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准，其包括步骤：

在坯头跟踪模式下，当收到校准信号后，将头坯浇铸长度L_head在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。

在坯尾跟踪模式下，当收到校准信号后，将尾坯浇铸长度L_tail在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。

上述校准，是在检测到坯头或坯尾到达检测窗口中心位置所对应的校准位后，用参考长度值L_ref对头坯或尾坯浇铸长度的累积误差进行一次自动修正。

本实施例中，如图6所示，拉坯方向为F，图像处理单元4检测到3流N3坯头到达对应轨道上的检测窗口B3，自动发出“坯头到位”信号，此时位置跟踪模块22中的头坯81浇铸长度为17616mm，校准模块23随即送出校准信号，将头坯81浇铸长度自动校正到参考长度17200mm，从而对头坯81跟踪检测中所产生的+416mm误差实现了修正，提高了头坯跟踪检测的精度。

本实施例中，如图7所示，拉坯方向为F，图像处理单元4检测到2流N2坯尾到达对应轨道上的检测窗口B2，自动发出“坯尾到位”信号，此时位置跟踪模块22中的尾坯82浇铸长度为17742mm，校准模块23随即送出校准信号，将尾坯82浇铸长度自动校正到参考长度17200mm，从而对尾坯82跟踪检测中所产生的+542mm误差实现了修正，提高了尾坯跟踪检测的精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其特征在于，包括：

图像采集单元，其实时采集连铸坯的图像信息；

图像处理单元，其与图像采集单元连接，所述图像处理单元根据接受自图像采集单元的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了所述坯头或坯尾时，向下述跟踪监控单元发出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；

位移检测单元，其实时检测表征连铸坯的浇铸长度的信号；

跟踪监控单元，其与所述位移检测单元和图像处理单元分别连接，所述跟踪监控单元根据接受自位移检测单元的信号确定头坯或尾坯的浇铸长度，并根据图像处理单元传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

2.如权利要求1所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其特征在于，所述位移检测单元包括脉冲发生器，其用于与拉矫机夹送辊连接，所述脉冲发生器将拉矫机夹送辊的角位移转换为相应数量的脉冲信号；所述跟踪监控单元包括计数模块，所述计数模块与脉冲发生器连接以对脉冲信号进行计数，所述跟踪监控单元根据计数的值确定头坯或尾坯的浇铸长度。

3.如权利要求2所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其特征在于，所述跟踪监控单元还包括：

位置跟踪模块，其与所述计数模块连接，所述位置跟踪模块根据计数的值和对象跟踪模式实时确定头坯或尾坯的浇铸长度，所述对象跟踪模式包括坯头跟踪模式和坯尾跟踪模式；

校准模块，其与所述位置跟踪模块和图像处理单元分别连接，所述校准模块根据图像处理单元传输的“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对位置跟踪模块确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

4.如权利要求1所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其特征在于，所述图像采集单元同时采集多流连铸坯的图像信息，所述图像处理单元对各流连铸坯的检测窗口内的图像信息进行识别。

5.如权利要求1所述的连铸头尾坯位置跟踪检测系统，其特征在于，所述图像采集单元包括：

可调云台支架；

摄像机，其实时采集连铸坯的图像，所述摄像机设于所述可调云台支架上；

保护壳，其罩设于所述摄像机的外围；

滤光片，其设于所述摄像机的镜头前；

图像采集卡，其与所述摄像机连接，以将摄像机拍摄的视频信号转换为数字化的图像信息。

6.一种连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，包括步骤：

实时确定头坯或尾坯的浇铸长度；

实时采集连铸坯的图像信息，并根据连铸坯的图像信息，识别是否出现了连铸坯的坯头或坯尾，并在出现了所述坯头或坯尾时，给出“坯头到位”或“坯尾到位”的信号；

根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准。

7.如权利要求6所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，实时确定头坯或尾坯的浇铸长度包括步骤：

(1)采用脉冲发生器实时将连铸坯的浇铸长度变化转换成相应数量的脉冲；

(2)采用计数模块对脉冲进行边沿计数处理，以产生脉冲计数值；

(3)根据浇铸状态确定坯头或坯尾跟踪模式，并基于坯头或坯尾跟踪模式，根据所述脉冲计数值，通过增量累计方法实时计算头坯或尾坯的浇铸长度。

8.如权利要求7所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，实时采集多流连铸坯的图像信息，并对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别。

9.如权利要求8所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，对各流连铸坯在检测窗口内的图像信息进行识别包括步骤：

(1)对各流连铸坯在检测窗口内图像各像素点的灰度值进行实时采样提取；

(2)计算检测窗口内图像的灰度平均值R_AV；

(3)在坯头跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从暗目标阈值变化到亮目标阈值时，则发出“坯头到位”信号；在坯尾跟踪模式下，当灰度平均值R_AV在时间ΔT内从亮目标阈值变化到暗目标阈值时，发出“坯尾到位”信号；所述暗目标阈值和亮目标阈值是根据坯头或坯尾的亮暗交接处亮度变化特征所设定的灰度临界值。

10.如权利要求6所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，在根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准之前，先对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别。

11.如权利要求10所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，对“坯头到位”或“坯尾到位”的信号进行真伪识别包括步骤：

在坯头跟踪模式下，若收到“坯头到位”信号的同时，头坯浇铸长度L_head已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯头到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯头到位”信号为伪，拒绝输出校准信号；

在坯尾跟踪模式下，若收到“坯尾到位”信号的同时，尾坯浇铸长度L_tail已经位于校准位参考长度L_ref的相邻区间内，则认为该“坯尾到位”信号为真，允许输出校准信号，否则则认为该“坯尾到位”信号为伪，拒绝输出校准信号；

其中，所述校准位参考长度L_ref为坯头或坯尾到达检测窗口中心位置时所对应的头坯或尾坯的浇铸长度。

12.如权利要求11所述的连铸头尾坯位置跟踪检测方法，其特征在于，根据所述“坯头到位”或“坯尾到位”的信号对实时确定的头坯或尾坯的浇铸长度进行校准包括步骤：

在坯头跟踪模式下，当收到校准信号后，将头坯浇铸长度L_head在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref；

在坯尾跟踪模式下，当收到校准信号后，将尾坯浇铸长度L_tail在一个采样周期内修正为校准位参考长度L_ref。