CN110220571A - 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法 - Google Patents
一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110220571A CN110220571A CN201910565583.5A CN201910565583A CN110220571A CN 110220571 A CN110220571 A CN 110220571A CN 201910565583 A CN201910565583 A CN 201910565583A CN 110220571 A CN110220571 A CN 110220571A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- point
- charge level
- imaging system
- thermal imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
- G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0037—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids
- G01J5/004—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids by molten metals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
本发明实施例提供一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法，所述方法包括：通过固定位置上的激光振镜反射激光线，调节激光振镜的角度，使反射光在炉内料面的不同位置上形成落点；通过热像仪记录反射光在料面上的每一个落点的二维图像；根据二维图像的成像原理以及激光线反射点与热像仪的摄像头中心点的位置关系，获得激光振镜上激光线的反射点与激光落点之间的距离；根据激光振镜在X与Y方向上的旋转量，获得每一个激光落点在以反射点为中心的坐标系中的三维坐标，从而获得激光线在炉内料面上的落点的三维云点图，即炉内料面的三维模型。根据本发明的技术方案，实现远距离地在强粉尘环境下检测高炉料面情况，获得高炉料面的三维模型。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金中大型高炉冶炼操作领域，具体涉及一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法。
背景技术
高炉的生产是整个炼钢过程中极其重要的环节，钢厂生产的所有产品原料均来自高炉炼制的铁水。高炉作为高温、高压、高粉尘和高湿度等一个密闭的容器，操作人员很难直接观测到炉内炉料的料面。而高炉料位高低、炉料偏析情况、是否崩料悬料，对生产质量和生产安全有着重要的作用，因此对高炉料面的检测意义重大。
传统的做法是采用机械尺测量数据，但机械尺测量的数据范围小且离散，同时易受高炉工序的影响不能及时跟踪，数据误差大还需要通过人工经验进行推断料面的分布情况，这对现场操作人员的要求很高且偏差较大。目前已有一些成熟的技术应用在实际的生产中，但均存在一定的弊端，如雷达探测存在跟踪速度慢和测量误差大的缺点；红外成像技术易受高炉内粉尘和高温气流的影响；激光测距技术也易受炉内粉尘等的干扰影响数据的准确性；摄像仪捕捉图像技术也受限于粉尘环境的干扰。
中国专利ZL200710005609.8公开了一种利用激光测距原理，通过测量发射激光和接受激光之间的时间差来计算料面上各个测量点的距离，再通过复杂的计算机程序重建三维模型。该专利并没有用热像仪来获取激光照亮的图像，所得料面模型的准确性仅依赖于复杂的计算机程序，其计算过程无法可视化。再而该专利里未提及在粉尘环境下对高炉料面形状的检测，无法判定粉尘环境下该专利里的方法是否有效。
中国专利ZL201110307101.X也公开了一种利用摄像仪来获取激光照亮的图像，图像处理装置接收料面图像，并输出料面信息。在粉尘环境下，该专利里使用的摄像仪无法获取激光探测点落在料面上的二维图像，同样无法直接获得料面的三维模型。
发明内容
本发明实施例提供一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法，本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，实现能够远距离地在强粉尘环境下检测高炉料面情况，通过计算得到高炉料面的三维模型。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法，所述方法包括：
通过固定位置上的激光振镜反射激光线，并通过以反射点为原点调节激光振镜的角度，使被反射的激光线在炉内料面的不同位置上形成落点；通过热像仪记录激光线在料面上的每一个落点的二维图像；其中，所述激光振镜对激光线的反射点与热像仪的摄像头中心点设置在同一侧；
根据所述每一个落点的二维图像的成像原理以及激光线反射点与热像仪的摄像头中心点的位置关系，获得所述激光振镜上激光线的反射点与激光落点之间的距离；
根据激光振镜在以所述反射点为中心坐标的X与Y方向上的旋转量，获得每一个激光落点在以所述反射点为中心的坐标系中的三维坐标，将每一个落点的三维坐标进行合并，获得激光线在炉内料面上的落点的三维云点图，即炉内料面的三维模型。
上述技术方案具有如下有益效果：相比于现有的检测方法，本发明使用的装置简单且易于安装，不需要进入高炉中，不需要配备复杂的设备保护装置；同时，本发明结合计算机程序能够得到高炉料面的三维模型，而不再是简单的二维曲线图；本发明中使用的CO2激光不受炉内粉尘的影响，可以直射至炉内料面，热像仪也能抵抗粉尘环境的影响，获取激光探测点落在料面上的二维图像，因此无论是在非粉尘环境下还是在粉尘环境下也能得到高炉料面的三维模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法的检测设备的示意图；
图2是本发明实施例的检测方法的原理图。
图中标号：1-激光振镜，2-热像仪，3-料面，4-激光线，5-高炉，6-CO2激光器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，是本发明实施例的一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法的检测设备的示意图；如图2所示，是本发明实施例的检测方法的原理图。
根据图1、图2所示，本发明实施例的一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法，包括：
通过固定位置上的激光振镜反射激光线，并通过以反射点为原点调节激光振镜的角度，使被反射的激光线在炉内料面的不同位置上形成落点；通过热像仪记录激光线在料面上的每一个落点的二维图像；其中，所述激光振镜对激光线的反射点与热像仪的摄像头中心点设置在同一侧；
根据所述每一个落点的二维图像的成像原理以及激光线反射点与热像仪的摄像头中心点的位置关系，获得所述激光振镜上激光线的反射点与激光落点之间的距离；
根据激光振镜在以所述反射点为中心坐标的X与Y方向上的旋转量，获得每一个激光落点在以所述反射点为中心的坐标系中的三维坐标，将每一个落点的三维坐标进行合并，获得激光线在炉内料面上的落点的三维云点图，即炉内料面的三维模型。
具体来说，在检查CO2激光器、激光振镜与热像仪是否能在现场环境下正常使用后；在大型高炉点火孔位置固定放置CO2激光器，以产生入射到激光振镜的激光，激光振镜固定放置在激光器前端，并通过旋转激光振镜以调节激光的方向，在激光器同一侧固定放置热像仪作为实时视频采集源；
通过热像仪、CO2激光器及激光振镜获取炉内料面包含激光探测点的二维图像，具体过程如下：
通过高炉内点火孔，打开CO2激光器，产生进入炉内的激光，调节激光器方向，使激光初始位置落在炉内料面上；
通过激光振镜不断调节激光射入炉内的角度，使激光点落在炉内料面不同的位置上；
通过热像仪拍摄多帧(以录像形式拍摄)激光射入炉内在料面形成的激光落点的二维图像；
结合激光三角测距理论，经过计算机程序自动计算，得到大型高炉料面的三维图像，具体三维坐标计算过程如下：
1、激光振镜与热像仪在同一垂直线上，为基准线AM，A为激光振镜上激光线的反射点，M为热像仪的摄像头中心点，激光线与基准线的夹角为γ，热像仪焦距为f，像素单位为h，二维图像中心点N到激光落点在二维图像上的位置P的距离为NP，激光落点的实际位置为Q，做一P′为辅助点，得到三角形PMP′与三角形MQA相似；
2、结合直角三角函数得到：P′P＝P′N-NP*h＝f-NP*h；
3、根据相似三角形原理：可以求得
4、根据直角三角函数可以计算出激光器到激光探测点的距离：即
AQ＝f*AM/sinγ(f*tanγ-NP*h)
根据获得激光振镜上激光线的入射点与激光落点之间的距离AQ，以及激光振镜在X与Y方向上的旋转量，可以求得激光落点相对于激光振镜上的入射点的三维坐标，重复上述(1)至(4)步骤，计算出每一帧二维图像中激光落点的三维坐标，将大量计算结果进行合并，得到高炉料面的三维云点图，进而得到高炉料面的三维模型。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于CO2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法，其特征在于，所述方法包括：
通过固定位置上的激光振镜反射激光线，并通过以反射点为原点调节激光振镜的角度，使被反射的激光线在炉内料面的不同位置上形成落点；通过热像仪记录激光线在料面上的每一个落点的二维图像；其中，所述激光振镜对激光线的反射点与热像仪的摄像头中心点设置在同一侧；
根据所述每一个落点的二维图像的成像原理以及激光线反射点与热像仪的摄像头中心点的位置关系，获得所述激光振镜上激光线的反射点与激光落点之间的距离；
根据激光振镜在以所述反射点为中心坐标的X与Y方向上的旋转量，获得每一个激光落点在以所述反射点为中心的坐标系中的三维坐标，将每一个落点的三维坐标进行合并，获得激光线在炉内料面上的落点的三维云点图，即炉内料面的三维模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每一个落点的二维图像的成像原理以及激光线反射点与热像仪的摄像头中心点的位置关系，获得所述激光振镜上激光线的反射点与激光落点之间的距离，包括：
根据每一个落点在二维图像上的位置P与所述二维图像中心点N之间的距离NP，激光振镜上激光线的反射点A与热像仪的摄像头中心点M之间的距离AM，热像仪的焦距f以及像素h，以及反射的激光线与AM所在直线形成的角度γ，根据以下公式获得所述激光振镜上激光线的反射点A与激光落点Q之间的距离AQ，
AQ＝f*AM/sinγ(f*tanγ-NP*h)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过固定位置上的激光振镜反射激光线之前，所述方法还包括：
在高炉点火孔位置固定放置产生激光线的激光器，使激光线能够照射到激光振镜上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器为CO2激光器。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热像仪具有实时视频采集功能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910565583.5A CN110220571A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910565583.5A CN110220571A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110220571A true CN110220571A (zh) | 2019-09-10 |
Family
ID=67815057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910565583.5A Pending CN110220571A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110220571A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112130454A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-12-25 | 广西柳钢东信科技有限公司 | 一种烧结混合料水分智能调节方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1877249A (zh) * | 2006-06-23 | 2006-12-13 | 北京神网创新科技有限公司 | 炉内信息激光探测装置及方法 |
| US20080289449A1 (en) * | 2007-05-25 | 2008-11-27 | China Steel Corporation | Method for measuring an outline of a stratum of a reactant and a path of charging the reactant in a blast furnace |
| CN202265588U (zh) * | 2011-10-11 | 2012-06-06 | 高征铠 | 一种高炉料面激光扫描仪 |
| CN104266605A (zh) * | 2014-06-27 | 2015-01-07 | 西北工业大学 | 一种三维激光扫描成像仪的成像方法 |
| CN109341522A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-02-15 | 杨国金 | 振镜扫描式激光测量三维坐标的装置及方法 |
| CN210036886U (zh) * | 2019-06-27 | 2020-02-07 | 广西柳钢东信科技有限公司 | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测装置 |
-
2019
- 2019-06-27 CN CN201910565583.5A patent/CN110220571A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1877249A (zh) * | 2006-06-23 | 2006-12-13 | 北京神网创新科技有限公司 | 炉内信息激光探测装置及方法 |
| US20080289449A1 (en) * | 2007-05-25 | 2008-11-27 | China Steel Corporation | Method for measuring an outline of a stratum of a reactant and a path of charging the reactant in a blast furnace |
| CN202265588U (zh) * | 2011-10-11 | 2012-06-06 | 高征铠 | 一种高炉料面激光扫描仪 |
| CN104266605A (zh) * | 2014-06-27 | 2015-01-07 | 西北工业大学 | 一种三维激光扫描成像仪的成像方法 |
| CN109341522A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-02-15 | 杨国金 | 振镜扫描式激光测量三维坐标的装置及方法 |
| CN210036886U (zh) * | 2019-06-27 | 2020-02-07 | 广西柳钢东信科技有限公司 | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 何照才: "《光电测量》", 国防工业出版社, pages: 196 - 197 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112130454A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-12-25 | 广西柳钢东信科技有限公司 | 一种烧结混合料水分智能调节方法及系统 |
| CN112130454B (zh) * | 2020-08-17 | 2021-05-14 | 广西柳钢东信科技有限公司 | 一种烧结混合料水分智能调节方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108981580B (zh) | 一种起重机轨道在线检测装置及方法 | |
| CN103411530B (zh) | 大型自由锻件尺寸在线测量装置及方法 | |
| CN101825438B (zh) | 一种板材厚度的激光测量装置 | |
| CN106908015B (zh) | 一种高温物体自动化三维形貌测量装置及测量方法 | |
| CN103433810B (zh) | 一种复杂曲面法矢在机检测装置及方法 | |
| CN106705862B (zh) | 一种快速换轨作业轨枕螺栓位置检测方法 | |
| CN106041296B (zh) | 一种在线式动态视觉激光精密加工方法 | |
| CN103983203B (zh) | 一种激光熔覆熔池离焦量测量装置及其测量方法 | |
| CN102382918B (zh) | 一种在线测量高炉料面的系统和方法 | |
| CN206420439U (zh) | 基于机器视觉的接触网几何参数检测装置 | |
| CN105785064B (zh) | 一种任意方向入射的弹丸速度测量装置及其测量方法 | |
| CN104457570B (zh) | 一种铸坯位置测量方法 | |
| JPH0124275B2 (zh) | ||
| CN203083534U (zh) | 基于激光测距的盾构机盾尾间隙自动测量装置 | |
| CN103353282A (zh) | 热轧带钢端部形状在线视觉测量装置 | |
| CN104154885B (zh) | 一种小圆环零件微翘曲检测方法 | |
| CN209606056U (zh) | 用于三维监测水生物体流场与行为的piv测量装置 | |
| CN105157603A (zh) | 一种线激光传感器及其三维坐标数据的计算方法 | |
| EP3581969A1 (en) | System and metod for the volumetric and isotopic identification of radiation distribution in radioactive surroundings | |
| CN106403900A (zh) | 飞行物追踪定位系统及方法 | |
| CN102679875B (zh) | 采用主动靶对束靶耦合传感器在线标定方法 | |
| CN105006261A (zh) | 核燃料组件视频检测方法及检测装置 | |
| CN108952742A (zh) | 一种基于机器视觉的盾构机导向方法及系统 | |
| CN210036886U (zh) | 一种基于co2激光与热像仪的高炉料面三维检测装置 | |
| CN115591165B (zh) | 一种消防机器人的极早期火情识别系统及识别方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |