CN114508948B - 一种外窥式工业火眼视频采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外窥式工业火眼视频采集装置，包括外壳，所述外壳包括用于防粉尘和雨水的防护盖板、用于清晰成像的镜片、用于连接外壳U型板和防护盖板的上盖板、前盖板、外壳U型板和后盖板，本发明相较于内窥式火眼视频采集装置，在保证成像质量的前提下安装更简单且灵活性更强，此特点尤其在恶劣环境下的工业现场较为突出。其原因在于火眼观测口往往温度高、粉尘强，内窥式设备安装、更换或维护时工作量大，存在极大安全隐患；在外壳方面，通过采用U型盖板、前盖板、后盖板、上盖板分离的设计使每个模块相互独立，但是分离的同时通过增加垫片来保证外壳内部的密闭性。此设计极大提高了设备的维护效率。

Description

一种外窥式工业火眼视频采集装置

技术领域

本发明涉及一种采集装置，具体是一种外窥式工业火眼视频采集装置。

背景技术

工业回转窑是冶炼过程的核心生产装备和高碳排放装备，窑头内部在高温条件下经过一系列复杂的物理化学反应，对原料进行分离或者提纯。由于回转窑具有良好的混合性能和高效热传导能力，为生产过程提供了最佳反应场景。工业上要求回转窑高温反应区的温度控制在1100～1300℃左右才能保证挥发窑最佳运行工况。但是，由于窑内温度分布无法实时监测。目前工业上调节回转窑的方法是工人从窑头观测口中观察火焰的外貌与形态，凭借经验判断窑体内部反应氛围。这种高度依赖人为判断的看火方法，经常因为窑头内粉尘严重而影响判断，且无法提供统一的评判标准，存在极大的随机性。此外人工观察火眼视频的方法属于一种反馈控制，由于窑的复杂系统结构，窑头火焰形貌特征仅能反映靠近窑头区域的局部温度信息，而窑头火焰形貌异常与窑内高温反应区温度异常之间有很大的时间滞后。

综上，由于工业回转窑反应机理复杂、内部环境恶劣、关键状态难以感知，导致其低碳高效运行难。采用外窥式采集装置可以在窑头区域近距离获取窑内火眼视频，同时实时火眼视频通过光纤传输至工控机，操作人员可以在监控室内观察窑内的燃烧状况和反应状况，并根据窑况提高回转窑的调节频率。外窥式工业火眼视频采集装置取像的方式可以降低人工在观测口观察火眼视频的安全隐患，避免安全事故的发生，其对增加回转窑的运行效率具有重要意义。

现有的内窥式成像装置需要完全固定在工业炉窑的外壁，这种设计不但增大了设备安装的难度，而且操作人员维护设备时也存在极大的安全隐患。实际上如氧化锌回转窑等类似的工业窑炉，其火眼观测口非密闭空间，一般通过设计装置的最佳安装位置来获取清晰的火眼视频。但是，挥发窑安装内窥式取像装置时需要在窑壁开孔，这样不仅工作量和安全隐患大，而且操作不当会破坏内部耐火砖的结构导致窑体使用寿命受损。传统的外窥式成像装置多为圆筒形一体化设计，很少考虑装置和工业相机的可移动性和适用性，难以在高温、强粉尘等恶劣工业环境下实时长期稳定获取火眼视频。

专利公开号为CN109001956的发明专利采用一种全视角内窥式高温摄像装置，其防护罩为一体化设计，通过向外壁沿着周向设置四个定位钉来固定摄像装置。由于工业回转窑外壁温度高，且内壁含有耐火砖，定位钉一旦安装在窑壁上会破坏其内部结构，这使得内窥式高温摄像装置难以稳定获取火眼视频；

专利公开号CN103605204的发明专利和公开号CN202902901、CN209893455、CN202041716的发明专利均采用了内窥式的成像装置用于高温炉窑获取图像。它们通过定位螺孔与法兰部件将装置固定在高温工业炉窑的窑壁上。然而，一些工业场景如氧化锌挥发窑，如果将装置固定在回转窑外壁不仅会增大装置安装的施工难度，而且工人维护时会存在很大的安全隐患；

专利公开号CN202719626的发明专利涉及一种外窥式炉膛火焰监测结构，通过安装在平台上的火焰监测装置获取目标观测口的火焰信息。但是，该装置直接固定在一个平台上，没有设计云台结构来调节成像角度，其灵活性和可移动性欠佳。进一步，该装置也未考虑工业炉窑高温、强粉尘等恶劣环境对装置的影响，成像组件没有制冷功能，无法保证在工业现场长期稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外窥式工业火眼视频采集装置，以解决高温、强粉尘、回火(负压设备损坏，烟气从窑头看火口喷出)等恶劣环境下传统火眼视频取像装置灵活性和可移动性差、使用寿命无法保证、窑内视频信息和物料信息难以高质量成像的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种外窥式工业火眼视频采集装置，包括防护盖板、成像镜片、上盖板、前盖板、外壳U型板、连接螺柱、风冷入口、后盖板、出气凹槽、镜片盖板、相机镜头、工业相机、相机支架、信号传输入口、综合电缆、套筒螺母、套筒、水平支撑连杆、水平可调孔、移动垫片、云台底座、可调俯仰角支架、支撑底座、竖直支撑连杆和外壳，所述外壳包括用于防粉尘和雨水的防护盖板、用于清晰成像的镜片、用于连接外壳U型板和防护盖板的上盖板、前盖板、外壳U型板和后盖板，所述外壳内设置有工业相机，所述外壳一侧开设有风冷入口，所述外壳U型板的底部固定安装有相机支架，所述外壳上安装有套筒，所述套筒上开设有用于与套筒螺母螺纹连接的螺纹通孔，所述套筒螺母和套筒均与竖直支撑连杆连接，套筒一侧固定安装有水平支撑连杆，所述水平支撑连杆上安装有移动垫片。

作为本发明进一步的方案：所述工业相机包括相机镜头。

作为本发明再进一步的方案：所述防护盖板和上盖板之间通过连接螺柱连接。

作为本发明再进一步的方案：所述工业相机含有驱动成像芯片和通信电路。

作为本发明再进一步的方案：所述外壳一侧开设有信号传输入口。

作为本发明再进一步的方案：所述信号传输入口上穿设有综合电缆，所述综合电缆通过信号传输入口与外壳内部的相机系统相连接。

作为本发明再进一步的方案：所述水平支撑连杆和移动垫片上开设有相适配的水平可调孔，所述竖直支撑连杆上一体连接有支撑底座。

外窥式工业火眼视频采集方法，其特征在于：其步骤如下：

S1：将装置外壳的各部件进行组装，完整的外壳部件一方面通过连接螺柱与防护盖板连接，另一方面与可调俯仰角支架连接，以达到外壳固定以及俯仰角可调的目的；

S2：将S1组装好的设备与移动垫片连接，调节组件左右的位置以获取清晰的火眼视频；

S3：将S2组装好的部件与支撑底座和竖直支撑连杆相连接，以组成一套完整的火眼视频采集装置；

S4：将工业现场的压缩风通过管道接入到风冷入口，外壳内部的风冷循环保证整个设备在工业炉窑火眼观测口的高温环境下正常工作；

S5：从现场的电气控制柜引出电源信号给外壳内部的相机系统供电，同时将外壳内部的温度信号和视频传输信号通过以太网传输至控制柜，以控制柜为中转，将信号传输至集中监控室的上位机，实时显示火眼视频信号，给工人提供操作指导；

S6：将组装好的火眼视频采集装置安装在离火眼观测口2m远的位置，外壳与云台部分略高于火眼观测口，最终实现清晰火眼视频的采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明相较于内窥式火眼视频采集装置，在保证成像质量的前提下安装更简单且灵活性更强，此特点尤其在恶劣环境下的工业现场较为突出。其原因在于火眼观测口往往温度高、粉尘强，内窥式设备安装、更换或维护时工作量大，存在极大安全隐患。

2、在外壳方面，通过采用U型盖板、前盖板、后盖板、上盖板分离的设计使每个模块相互独立，但是分离的同时通过增加垫片来保证外壳内部的密闭性。此设计极大提高了设备的维护效率。

3、在U型盖板设计方面，通过底部槽位直接与可调云台固定，侧面槽位用于冷却风给外壳内部制冷，上部及前后位置留有槽位用于各盖板的固定。这种分离式设计的方式简化了系统结构，同时提高了成像质量与系统稳定性。

4、在支撑杆、套筒及云台设计方面，三者共同用于调节取像装置离火眼观测口的位置、相机的成像角度以保证成像质量，这种设计方式使得即使在恶劣环境下的工业现场仍然能获取高质量的火眼视频。

5、前后盖板设计方面，前盖板圆形孔与4个凹槽孔的设计使得外部粉尘难以直接覆盖在成像镜片上，这样不仅提高了相机的成像质量，而且能通过风冷循环的方式将外壳内部温度稳定在相机正常工作范围内。后盖板的圆孔用于网、电、温度综合信号的接入，此设计简化了线路，提高了信号传输的稳定性和设备运行的稳定性。

附图说明

图1为外窥式工业火眼视频采集装置的外壳组件组装图。

图2为外窥式工业火眼视频采集装置中外壳内部及各组件结构图。

图3为外窥式工业火眼视频采集装置中套筒连杆及云台结构组装图。

图4为外窥式工业火眼视频采集装置中竖直支撑连杆组装图。

图中所示：防护盖板1、成像镜片2、上盖板3、前盖板4、外壳U型板5、连接螺柱6、风冷入口7、后盖板8、出气凹槽9、镜片盖板10、相机镜头11、工业相机12、相机支架13、信号传输入口14、综合电缆15、套筒螺母16、套筒17、水平支撑连杆18、水平可调孔19、移动垫片20、云台底座21、可调俯仰角支架22、支撑底座23和竖直支撑连杆24。

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。

请参阅图1～4，本发明实施例中，一种外窥式工业火眼视频采集装置，包括防护盖板1、成像镜片2、上盖板3、前盖板4、外壳U型板5、连接螺柱6、风冷入口7、后盖板8、出气凹槽9、镜片盖板10、相机镜头11、工业相机12、相机支架13、信号传输入口14、综合电缆15、套筒螺母16、套筒17、水平支撑连杆18、水平可调孔19、移动垫片20、云台底座21、可调俯仰角支架22、支撑底座23和竖直支撑连杆24；

实施例一

本发明实例为一种外窥式工业火眼视频采集装置，可以实时获取氧化锌挥发窑窑头区域的火眼视频，包括外壳，所述外壳包括用于防粉尘和雨水的防护盖板1、用于清晰成像的镜片2、用于连接外壳U型板5和防护盖板1的上盖板3、前盖板4、外壳U型板5和后盖板8，所述外壳内设置有工业相机12，所述工业相机12包括相机镜头11，所述防护盖板1和上盖板3之间通过连接螺柱6连接，所述外壳一侧开设有风冷入口7，设置风冷入口7用于将外部的冷却风引入到外壳内部，从而给工业相机12进行降温保证其长期使用，设置前盖板4用于连接外壳U型板5，从而使得系统结构稳定，同时进一步用于固定镜片2以保证成像质量，同时前盖板4上的凹槽设计使得冷却风既有降温又有吹扫的作用，所述外壳U型板5是外壳的核心部件，设置外壳U型板5为相机获取火眼视频提供了足够的空间，所述外壳U型板5底部和侧边均开有槽位，设置槽位用于固定相机支架13同时让冷却风进入外壳内从而达到散热降温的目的，设置后盖板8用于综合信号的传输，所述前盖板4的背面剖有4个凹槽孔，压缩风从风冷入口7进入外壳内部循环制冷，并进一步从出气凹槽9排出，设置镜片盖板10用于固定安装在出气凹槽9中的镜片，进一步选用定焦工业相机镜头11，其中心与成像镜片2的中心平行接触，所述工业相机12含有驱动成像芯片、通信电路等，用于稳定接收清晰的火眼视频信号，所述外壳U型板5的底部固定安装有相机支架13，相机支架13中间的凹槽用于固定工业相机12，由于不同工业相机12的形状和尺寸都各不相同，相机支架13上凹槽的设计可以让相机前后位置可调，这样可以提高相机安装的灵活性和设备的通用性，所述外壳一侧开设有信号传输入口14，所述信号传输入口14上穿设有综合电缆15，所述综合电缆15通过信号传输入口14与外壳内部的相机系统相连接，完成相机供电、视频信号传输、外壳内部实时温度检测功能，所述外壳上安装有套筒17，所述套筒17上开设有用于与套筒螺母16螺纹连接的螺纹通孔，所述套筒螺母16和套筒17均与竖直支撑连杆24连接，可实现360°无死角旋转，用于调节工业相机12的成像角度，套筒17一侧固定安装有水平支撑连杆18，所述水平支撑连杆18上安装有移动垫片20，所述水平支撑连杆18和移动垫片20上开设有相适配的水平可调孔19，用于固定云台底座21和可调俯仰角支架22，同时可利用水平可调孔19来调节云台左右的位置，所述竖直支撑连杆24上一体连接有支撑底座23，设置支撑底座23和竖直支撑连杆24用来支撑外窥式火眼视频采集装置；

使用时，将装置安装在氧化锌挥发窑窑头区域，用于采集火眼视频数据，其步骤如下：

S1：将装置外壳的各部件进行组装，完整的外壳部件一方面通过连接螺柱6与防护盖板1连接，另一方面与可调俯仰角支架22连接，以达到外壳固定以及俯仰角可调的目的；

S2：将S1组装好的设备与移动垫片20连接，调节组件左右的位置以获取清晰的火眼视频；

S3：将S2组装好的部件与支撑底座23和竖直支撑连杆24相连接，以组成一套完整的火眼视频采集装置；

S4：将工业现场的压缩风通过管道接入到风冷入口7，外壳内部的风冷循环保证整个设备在工业炉窑火眼观测口的高温环境下正常工作；

S5：从现场的电气控制柜引出电源信号给外壳内部的相机系统供电，同时将外壳内部的温度信号和视频传输信号通过以太网传输至控制柜，以控制柜为中转，将信号传输至集中监控室的上位机，实时显示火眼视频信号，给工人提供操作指导；

S6：将组装好的火眼视频采集装置安装在离火眼观测口2m远的位置，外壳与云台部分略高于火眼观测口，最终实现清晰火眼视频的采集。

实施例二

本发明实例为一种外窥式工业火眼视频采集装置，其安装在炉窑火眼观测口的外部，具有安装灵活方便且保证清晰成像的优点，其不需要像内窥式装置一样完全固定安装在工业炉窑的内部，因此，本装置也可应用于非高温工业环境获取视频信号，其步骤如下：

S1：将外窥式工业火眼视频采集装置安装在目标观测位置附近，外壳与防护盖板1和云台底座21、可调俯仰角支架22固定；

S2：将S1组件与套筒连杆部件套筒螺母16、套筒17、水平支撑连杆18和水平可调孔19连接；

S3：将S2组件与支撑部件支撑底座23和竖直支撑连杆24连接；

S4：将工业现场的风冷、电源信号、视频信号、温度信号接入外壳内部，保证相机系统的稳定运行

S5：调整云台、套筒连杆的位置以保证外壳内部的工业相机能够以最佳的视角采集清晰的火眼视频；

S6：将观测对象的视频信号通过以太网传输至工业上位机，实现对被测对象的视频采集功能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外窥式工业火眼视频采集装置，包括防护盖板(1)、成像镜片(2)、上盖板(3)、前盖板(4)、外壳U型板(5)、连接螺柱(6)、风冷入口(7)、后盖板(8)、出气凹槽(9)、镜片盖板(10)、相机镜头(11)、工业相机(12)、相机支架(13)、信号传输入口(14)、综合电缆(15)、套筒螺母(16)、套筒(17)、水平支撑连杆(18)、水平可调孔(19)、移动垫片(20)、云台底座(21)、可调俯仰角支架(22)、支撑底座(23)、竖直支撑连杆(24)和外壳，其特征在于：所述外壳包括用于防粉尘和雨水的防护盖板(1)、用于清晰成像的镜片(2)、用于连接外壳U型板(5)和防护盖板(1)的上盖板(3)、前盖板(4)、外壳U型板(5)和后盖板(8)，所述外壳内设置有工业相机(12)，所述外壳一侧开设有风冷入口(7)，所述外壳U型板(5)的底部固定安装有相机支架(13)，所述外壳上安装有套筒(17)，所述套筒(17)上开设有用于与套筒螺母(16)螺纹连接的螺纹通孔，所述套筒螺母(16)和套筒(17)均与竖直支撑连杆(24)连接，套筒(17)一侧固定安装有水平支撑连杆(18)，所述水平支撑连杆(18)上安装有移动垫片(20)。

2.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述工业相机(12)包括相机镜头(11)。

3.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述防护盖板(1)和上盖板(3)之间通过连接螺柱(6)连接。

4.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述工业相机(12)含有驱动成像芯片和通信电路。

5.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述外壳一侧开设有信号传输入口(14)。

6.根据权利要求5所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述信号传输入口(14)上穿设有综合电缆(15)，所述综合电缆(15)通过信号传输入口(14)与外壳内部的相机系统相连接。

7.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置，其特征在于：所述水平支撑连杆(18)和移动垫片(20)上开设有相适配的水平可调孔(19)，所述竖直支撑连杆(24)上一体连接有支撑底座(23)。

8.根据权利要求1所述的外窥式工业火眼视频采集装置的采集方法，其特征在于：其步骤如下：

S1：将装置外壳的各部件进行组装，完整的外壳部件一方面通过连接螺柱(6)与防护盖板(1)连接，另一方面与可调俯仰角支架(22)连接，以达到外壳固定以及俯仰角可调的目的；

S2：将S1组装好的设备与移动垫片(20)连接，调节组件左右的位置以获取清晰的火眼视频；

S3：将S2组装好的部件与支撑底座(23)和竖直支撑连杆(24)相连接，以组成一套完整的火眼视频采集装置；

S4：将工业现场的压缩风通过管道接入到风冷入口(7)，外壳内部的风冷循环保证整个设备在工业炉窑火眼观测口的高温环境下正常工作；

S5：从现场的电气控制柜引出电源信号给外壳内部的相机系统供电，同时将外壳内部的温度信号和视频传输信号通过以太网传输至控制柜，以控制柜为中转，将信号传输至集中监控室的上位机，实时显示火眼视频信号，给工人提供操作指导；

S6：将组装好的火眼视频采集装置安装在离火眼观测口2m远的位置，外壳与云台部分略高于火眼观测口，最终实现清晰火眼视频的采集。

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