CN111800611B - 在线随流孕育机检测装置和检测方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，加载在随流孕育机上；激光发生器发出的激光线贴近液态金属形成激光光幕，覆盖孕育剂粉末喷射的发散范围；视觉传感器获取浇注时液态金属和孕育剂图像，生成MXN个像素的图像；控制器对MXN个像素的图像进行图像处理，获得孕育剂粉末颗粒的像素点总数量和在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量，计算获得随流孕育的击打率。其优点在于检测在线孕育过程中孕育剂粉末有效击打和进入浇注金属熔融液体进行检测,提供实时可视化的数据保障。

Description

在线随流孕育机检测装置和检测方法及应用
技术领域
本发明涉及一种在线随流孕育机检测装置和方法及应用。
背景技术
孕育处理是球铁件生产过程中的重要工艺，球铁铸件的金相组织、力学性能以及某些铸造的缺陷与其密切相关。
随着市场对铸件质量的要求越来越高，铸造厂或钢厂已经不再仅仅满足市场上已存在的各种随流孕育装置，这些随流孕育装置很大程度上提高了孕育处理工艺过程的可靠性，改善了产品的生产质量。但是依然难以避免的存在一些不确定性问题，尤其是孕育处理过程中孕育粉末是否按工艺要求融入液态金属中，整个生产过程质量没有有效监控，无法即时发现，往往都是在生产结束完毕后发现大批量的铸件由于孕育处理问题而报废，造成很大的损失。
由于恶劣的冶金铸造环境，随流孕育装置面向的是1400℃或更高温度的熔融液态金属，无法接近，所以随流孕育装置都是安装在合适的安全距离上。这个距离也使得孕育粉末需要从孕育装置通过气压喷射的方式进入液态金属中，粉末喷射呈不稳定的发散状，所以孕育剂粉末有效击打和进入浇注金属熔融液体的数量就难以控制。
市场上对于孕育处理的检测也仅仅是局限于随流孕育装置设备本身，即随流孕育剂粉末还在孕育装置中的状态，没有孕育剂粉末离开孕育装置至融入金属熔融液体的过程检测装置。
发明内容
本发明的提供的一种在线随流孕育机检测装置和方法及应用，检测在线孕育过程中孕育剂粉末有效击打和进入浇注金属熔融液体进行检测,提供实时可视化的数据保障；解决现有技术中存在的问题，以克服现有技术的缺陷。
本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，加载在随流孕育机上；包括，激光发生器、视觉传感器和控制器；激光发生器发出的激光线位于视觉传感器和随流孕育机的业态金属流之间，激光线贴近液态液态金属形成激光光幕，覆盖孕育剂粉末喷射的发散范围；视觉传感器获取浇注时液态金属和孕育剂图像，生成MXN个像素的图像；控制器对MXN个像素的图像进行灰度处理获得灰度图像；控制器再对灰度图像进行量化处理，获得MXN个像素元素的矩阵图像；控制器预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，过滤计算获得在MXN个像素元素的矩阵图像中孕育剂粉末颗粒的像素点总数量；控制器还预设液态金属的像素阈值，根据预设液态金属的像素阈值过滤检索，获得液态金属区域；控制器在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量；控制器根据孕育剂粉末颗粒的像素点总数量、在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量计算获得随流孕育的击打率。
进一步，本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，还可以具有这样的特征：控制器还预设击打率最低值；当控制器计算获得的随流孕育的击打率低于预设的击打率最低值时，控制器报警或控制随流孕育机停止生产。
进一步，本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，还可以具有这样的特征：控制器在过滤计算孕育剂粉末颗粒的像素点总数量和液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量之前，先过滤MXN个像素元素的矩阵图像中灰度值不等于0的区域，设定为有效区域；控制器在有效区域内，获取孕育剂粉末颗粒的像素点总数量和在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量。
进一步，本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，还可以具有这样的特征：视觉传感器的拍摄方向与激光发生器发出的激光呈90度；激光发生器发出的激光线距离随流孕育机的液态金属0.5厘米至1.5厘米。
进一步，本发明提供一种在线随流孕育机检测装置，还可以具有这样的特征：还包括视觉传感器监视器，视觉传感器传输信号至视觉传感器监视器。
另外，本发明还提供一种随流孕育机。包括上述在线随流孕育机检测装置、孕育导向管、逻辑控制器、以及HMI人机界面；孕育导向管延伸至液态金属附近，稍高于液态金属浇注口出口；在线随流孕育机检测装置的控制器加载在逻辑控制器上；在线随流孕育机检测装置采集到的图像在HMI人机界面可视化的数据显示。
另外，本发明还提供一种在线随流孕育机检测方法，包括以下步骤：
步骤A、获取粉末击打和进入浇注金属的图像，生成MXN个像素的图像；
步骤B、对MXN个像素的图像进行灰度处理获得灰度图像；
步骤C、对灰度图像进行量化处理，获得MXN个像素元素的矩阵图像；
步骤D、随流孕育的击打率计算；
步骤D-2、根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，过滤计算获得在MXN个像素元素的矩阵图像中孕育剂粉末颗粒的像素点总数量；
步骤D-3、根据预设液态金属的像素阈值过滤检索，获得液态金属区域；
步骤D-4、在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量；
步骤D-5、根据孕育剂粉末颗粒的像素点总数量、在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量计算获得随流孕育的击打率。
进一步，本发明还提供一种在线随流孕育机检测方法，还可以具有这样的特征：还包括步骤E、当控制器计算获得的随流孕育的击打率低于预设的击打率最低值时，控制器报警或控制随流孕育机停止生产。
进一步，本发明还提供一种在线随流孕育机检测方法，还可以具有这样的特征：还包括步骤D-1，设定有效区域；步骤D-2、步骤D-3、步骤D-4在有效区域内进行。
进一步，本发明还提供一种在线随流孕育机检测方法，还可以具有这样的特征：有效区域为MXN个像素元素的矩阵图像中灰度值不等于0的区域。
本发明提供一种在线随流孕育检测装置、检测方法，弥补了孕育处理过程中孕育剂粉末离开孕育装置至融入金属熔融液体的过程检测，可以实时在线监测孕育处理的全过程，获取冶金浇注过程中孕育剂粉末有效击打和融入熔融液态金属的数量信息，在控制系统中集成了HMI人机界面，提供可视化的数据显示，添加了视频监视器，添加了控制系统的接口来记录报警和发生错误时，即时停止孕育减少生产损失。
附图说明
图1是实施例中的线随流孕育检测装置的结构示意图。
图2是实施例中的线随流孕育检测装置和随流孕育机的控制结构图。
图3是实施例中激光发生器和视觉传感器位置关系俯视图。
图4实施例中激光发生器和视觉传感器位置关系立体图。
图5是实施例中视觉传感器获取粉末击打和进入浇注金属的图像。
图6是实施例中图像处理后的图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1和图2所示，本实施例中，在线随流孕育机检测装置10加载在随流孕育机100上。
在线随流孕育机100具有浇注口101和孕育导向管102。在线随流孕育机100配置有在随流孕育机控制箱。在随流孕育机控制箱具有HMI人机界面和PLC可编程逻辑控制器。在随流孕育机100还包括：输送管气体压力开关、固体颗粒流量计、螺杆转速测量传感器、直流电机驱动单元、直流电机和孕育剂推送螺杆。输送管气体压力开关、固体颗粒流量计、螺杆转速测量传感器采集的信号，均传输给PLC可编程逻辑控制器控制进行信息交互。直流电机驱动单元受PLC可编程逻辑控制器控制，驱动直流电机带动孕育剂推送螺杆。
在线随流孕育机检测装置10包括:激光发生器12、视觉传感器11、视觉传感器监视器13和控制器。本实施例中，视觉传感器11的型号为PTL2100；控制器直接加载在随流孕育机100的PLC可编程逻辑控制器上。
如图3和图4所示，激光发生器12与视觉传感器11呈90°左右的位置安装，即视觉传感器11的拍摄方向与激光发生器12发出的激光呈90度。随流孕育装置100的孕育导向管102延伸至液态金属流附近，稍高于液态金属浇注口101出口。激光发生器12的激光线位于视觉传感器11与液态金属流之间，接近位于浇注口101上方，且距离液态金属流0.5厘米至1.5厘米，优选1厘米左右。
随流孕育机100的PLC可编程逻辑控制器发出孕育运行开始指令，激光发生器打开发射激光线。在线随流孕育机检测装置进行检测，具体步骤如下：
步骤A、获取粉末击打和进入浇注金属的图像，生成MXN个像素的图像。本实施例中，M和N的个数均为1024，即生成1024x1024个像素数量的图像，如图5所示。
步骤B、控制器根据光的亮度特性，对1024x1024个像素的图像进行灰度处理获得灰度图像。
本实施例中，根据G＝R*0.299+G*0.587+B*0.144进行灰度处理。RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，R代表红色通道的颜色，G代表绿色通道的颜色，B代表蓝色通道的颜色，G代表灰色。
步骤C、控制器对灰度图像进行量化处理，获得MXN个像素元素的矩阵图像。
幅值f(x,y)的离散化：
Figure BDA0002567114580000071
其中，M＝1024，N＝1024,分别表示行数和列数，代表M x N个像素元素的矩阵图像。
本实施例中的图像处理是基于24位的bmp格式图片的处理，量化等级256。
步骤D、控制器对随流孕育的击打率计算，具体步骤如下：
步骤D-1，根据灰度值不等于0分别检索f(x,y)中，x_min,x_max,y_min,y_max,确定有效区域，如图6中的A方框区域。
步骤D-2、浇注过程中孕育剂粉末颗粒通过激光光幕形成灰度值更高的像素亮点,控制器根据这个特性。在有效区域中(即A的方框中)，根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值过滤计算获得在矩阵图像中孕育剂粉末颗粒的像素点总数量C。
步骤D-3、同样的，在有效区域中，控制器预设液态金属的像素阈值过滤检索，并获得X金_min,X金_max,Y金_min,Y金_max，最终获得液态金属区域，如图6中。本实施例中的液体金属及铁水流。
步骤D-4、在液态金属区域内根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量S；
步骤D-5、根据孕育剂粉末颗粒的像素点总数量C、在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量S计算获得随流孕育的击打率。
随流孕育的击打率＝S/C*100％，即有效进入液态金属流中的孕育剂粉末颗粒百分比。
步骤E、当控制器计算获得的随流孕育的击打率低于预设的击打率最低值时，控制器报警或控制随流孕育机停止生产。当然，随流孕育的击打率在正常数值时，随流孕育机正常工作。
HMI人机界面通过RS485、BNC模拟信号以及以太网通讯方式获取随流孕育装置和在线随流孕育机检测装置的各种信号，并通过HMI人机界面屏幕可显示在线随流孕育机当前的状态，显示视觉传感器获取粉末击打和进入浇注金属的图像，显示处理后的图像，显示计算获得的随流孕育的击打率，可显示处于正常状态/报警信息等。
线随流孕育检测装置的工作原理：
随流孕育装置100采用恒定流量[克/秒]的螺旋给料通过孕育导向管102延伸接近液态金属流至合适的安全位置，减少孕育剂粉末喷射距离和发散范围，避免浇注过程中液态金属飞溅的影响；使用激光发生器12贴近液态铁水流形成激光光幕，覆盖孕育剂粉末喷射的发散范围；激光照射在喷射的孕育剂固体粉末上，会形成激光点，从而产生高亮光点。视觉传感器11分别获取液态金属流的区域和孕育剂粉末形成的激光点数量，通过图像处理，计算孕育剂粉末有效击打和进入浇注金属熔融液体的数量和百分比。随流孕育装置或操作人员可以根据随流孕育预设的流量和在线随流孕育检测系统获取的击打率/有效百分比信息，监控整个孕育处理过程。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种在线随流孕育机检测装置，加载在随流孕育机上；其特征在于：包括，激光发生器、视觉传感器和控制器；
其中，激光发生器发出的激光线，且位于视觉传感器和随流孕育机的业态金属流之间，激光线贴近液态金属形成激光光幕，覆盖孕育剂粉末喷射的发散范围；
视觉传感器获取浇注时液态金属和孕育剂图像，生成MXN个像素的图像；
控制器对MXN个像素的图像进行灰度处理获得灰度图像；
控制器再对灰度图像进行量化处理，获得MXN个像素元素的矩阵图像；
控制器预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，过滤计算获得在MXN个像素元素的矩阵图像中孕育剂粉末颗粒的像素点总数量；
控制器还预设液态金属的像素阈值，根据预设液态金属的像素阈值过滤检索，获得液态金属区域；
控制器在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量；
控制器根据孕育剂粉末颗粒的像素点总数量、在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量计算获得随流孕育的击打率。
2.如权利要求1所述的在线随流孕育机检测装置，其特征在于：
其中，控制器还预设击打率最低值；
当控制器计算获得的随流孕育的击打率低于预设的击打率最低值时，控制器报警或控制随流孕育机停止生产。
3.如权利要求1所述的在线随流孕育机检测装置，其特征在于：
其中，控制器在过滤计算孕育剂粉末颗粒的像素点总数量和液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量之前，先过滤MXN个像素元素的矩阵图像中灰度值不等于0的区域，设定为有效区域；
控制器在有效区域内，获取孕育剂粉末颗粒的像素点总数量和在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量。
4.如权利要求1所述的在线随流孕育机检测装置，其特征在于：
其中，视觉传感器的拍摄方向与激光发生器发出的激光呈90度；
激光发生器发出的激光线距离随流孕育机的液态金属0.5厘米至1.5厘米。
5.如权利要求1所述的在线随流孕育机检测装置，其特征在于：
还包括视觉传感器监视器，视觉传感器传输信号至视觉传感器监视器。
6.一种随流孕育机，其特征在于，包括如权利要求1至5任意一项所述的在线随流孕育机检测装置、孕育导向管、逻辑控制器、以及HMI人机界面；
其中，孕育导向管延伸至液态金属附近，稍高于液态金属浇注口出口；
在线随流孕育机检测装置的控制器加载在逻辑控制器上；
在线随流孕育机检测装置采集到的图像在HMI人机界面可视化的数据显示。
7.一种在线随流孕育机检测方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤A、获取粉末击打和进入浇注金属的图像，生成MXN个像素的图像；
步骤B、对MXN个像素的图像进行灰度处理获得灰度图像；
步骤C、对灰度图像进行量化处理，获得MXN个像素元素的矩阵图像；
步骤D、随流孕育的击打率计算；
步骤D-2、根据预设孕育剂粉末颗粒的像素阈值，过滤计算获得在MXN个像素元素的矩阵图像中孕育剂粉末颗粒的像素点总数量；
步骤D-3、根据预设液态金属的像素阈值过滤检索，获得液态金属区域；
步骤D-4、在液态金属区域内检索孕育剂粉末颗粒的像素点数量；
步骤D-5、根据孕育剂粉末颗粒的像素点总数量、在液态金属区域内的孕育剂粉末颗粒的像素点数量计算获得随流孕育的击打率。
8.如权利要求7所述的在线随流孕育机检测方法，其特征在于：
还包括步骤E、当控制器计算获得的随流孕育的击打率低于预设的击打率最低值时，控制器报警或控制随流孕育机停止生产。
9.如权利要求7所述的在线随流孕育机检测方法，其特征在于：
还包括步骤D-1，设定有效区域；
步骤D-2、步骤D-3、步骤D-4在有效区域内进行。
10.如权利要求9所述的在线随流孕育机检测方法，其特征在于：
其中，有效区域为MXN个像素元素的矩阵图像中灰度值不等于0的区域。
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