CN115156518A - 一种自动化钢水扒渣装置、方法、故障处理装置、损耗程度获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种自动化钢水扒渣装置、方法、故障处理装置、损耗程度获取方法及装置，涉及钢水扒渣领域。解决了现有技术需要人工测量扒渣耙尺度，无法自动化实现钢水扒渣的问题。所述扒渣方法包括：上层视觉单元进行图像采集，获取钢包就位信息；将采集的钢包就位信息传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统发出钢包倾斜控制信号至下层控制单元，下层控制单元控制液压缸升降调节钢包倾角，调节的钢包倾角信息传输至PLC控制系统；PLC控制系统控制下层控制单元采集扒渣耙动作信息；所述上位机将采集扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹，根据所述扒渣耙轨迹进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作；并退回扒渣耙初始位置。本发明应用于冶金方法技术领域。

Description

一种自动化钢水扒渣装置、方法、故障处理装置、损耗程度获 取方法及装置

技术领域

本发明涉及钢水扒渣领域，尤其涉及一种自动化扒渣装置。

背景技术

扒渣是金属冶炼中保证金属纯度与质量的的一道重要工序，主要是将金属液表面悬浮的氧化渣等杂质在其冷却凝固前扒出。由于金属冶炼属于高危险且劳动强度较大工作，人工扒渣的效果不稳定、工人的工作环境温度较高、劳动强度大且存在烫伤等安全隐患。机器换人不但可以提高冶炼的生产效率、保证金属的生产质量，且可以大大降低人工作业的风险，解放劳动力。

现有技术CN111522294A公开了一种扒渣机的自动控制系统及方法，包括：视觉系统模块，根据所述冶金罐的罐内图像识别所述渣的分布，并根据所述渣的分布规划并输出所述扒渣机的扒渣路径，液面高度采集模块，用于实时采集所述金属液体的液面高度，扒渣动作执行机构信息采集模块，用于实时采集各个所述扒渣动作执行机构的各个动作信息，控制模块，根据所述扒渣路径、所述液面高度和当前采集的各个所述动作信息控制各个所述扒渣执行机构的动作。解决了人工控制扒渣机而造成铁损率高和扒净率低的问题。然而其存在一定的问题，在自动扒渣过程中，在确定钢水的液面后，还需要确定扒渣耙的长度，因为在每次扒渣过程中，耙子自身会溶解在钢水中一部分，减小扒渣耙的长度，同时部分废渣又可能粘着在扒渣耙上，增加扒渣耙的长度，这两项因素叠加就导致扒渣耙在工作中其长度变化是无规律可循的，若将扒渣耙长度视作不变的量，很可能导致扒渣不干净，或者扒渣带出过量钢水，造成生产浪费；同时，现场操作环境极其恶劣，伴随有高温和有毒废气，一般的扒渣耙长度测量方法无法在此处直接使用。

发明内容

针对上述需要人工测量扒渣耙尺度，无法自动化实现钢水扒渣的问题，本发明提供了一种一种自动化钢水扒渣装置、方法、故障处理装置及损耗程度获取方法，自动测量扒渣耙尺度，且自动化实现钢水扒渣，避免了扒渣不干净和人工操作有毒废气危害人体的风险。

具体的，本发明提供一种自动化钢水扒渣装置，所述扒渣装置包括：

中央处理单元、上层视觉单元和下层控制单元；

所述上层视觉单元采集图像信号传输至中央处理单元，所述中央处理单元根据采集的图像信号进行判断，并发送控制信号至下层控制单元进行扒渣耙动作信息的采集；

所述中央处理单元根据扒渣耙动作信息的采集进行处理，并发送控制信号得下层处理单元，所述下层控制单元接收控制信号进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作。

进一步，提供一种优选实施方式，所述上层视觉单元包括视觉采集系统和远距离传感系统；所述视觉采集系统用于采集钢包位姿图像、铁水表面图像、钢包侧面图像和扒渣耙图像；所述远距离传感系统用于测量铁水表面距离。

进一步，提供一种优选实施方式，所述上层视觉单元采用视觉传感器和红外传感器进行图像的采集。

进一步，提供一种优选实施方式，所述下层控制单元采用拉线传感器进行扒渣耙的控制。

进一步，提供一种优选实施方式，所述中央处理单元包括上位机和PLC控制系统，所述上位机与PLC控制系统双向电连接；所述PLC控制系统控制上层视觉单元采集图像信号、控制下层单元采集扒渣耙动作信息，所述上位机用于将PLC控制系统采集的扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹。

基于同一发明构思，本发明还提供一种自动化钢水扒渣方法，所述扒渣方法包括：

上层视觉单元进行图像采集，获取钢包就位信息；

上层视觉单元将采集的钢包就位信息传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统发出钢包倾斜控制信号至下层控制单元，所述下层控制单元控制液压缸升降调节钢包倾角，所述调节的钢包倾角信息传输至PLC控制系统；

所述PLC控制系统根据钢包倾角信息，控制下层控制单元采集扒渣耙动作信息；

所述PLC控制系统将采集的扒渣耙信息传输至上位机；

所述上位机将采集扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹，根据所述扒渣耙轨迹进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作；并退回扒渣耙初始位置。

基于同一发明构思，本发明还提供一种自动化钢水扒渣装置的故障处理装置，所述处理装置包括：

控制器通讯故障处理单元，用于处理PLC控制系统故障；

传感器故障处理单元，用于处理视觉传感器、红外传感器和拉线传感器故障。

运动状态异常处理单元，用于处理扒渣耙运动异常状态。

基于同一发明构思，本发明还提供一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法，所述扒渣装置为上述所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取方法包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

当所述扒渣装置在第一次扒渣之前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务时，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

进一步，提供一种优选实施方式，所述获取扒渣耙工作长度，具体为：

根据光学传感器沿竖直方向扫描扒渣耙获取扒渣耙尺寸；

根据帧率数量对获取扒渣耙尺寸获取扒渣耙中心的位置，并对所述扒渣耙中心的位置进行加权平均取值，获取扒渣耙的工作长度。

基于同一发明构思，本发明还提供一种钢水扒渣装置损耗程度获取装置，所述扒渣装置为上述所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取装置包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

扒渣耙工作长度获取单元，用于所述扒渣装置在第一次扒渣前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

扒渣耙损耗获取单元，用于所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的一种自动化钢水扒渣装置，利用PLC控制技术，实现扒渣臂前进/后退、动臂举升/放下、扒取等动作自动化控制，完成扒渣任务，所述扒渣装置检测钢包位姿图像、铁水表面图像、钢包侧面图像和扒渣耙图像信息，避免了人工操作吸入有毒气体，保障了施工人员的安全；且自动化操作提高了扒渣任务的工作效率。

本发明所述的一种自动化扒渣方法,通过实现扒渣臂前进/后退、动臂举升/放下、扒取等动作自动化控制，完成扒渣任务，所述扒渣装置检测钢包位姿图像、铁水表面图像、钢包侧面图像和扒渣耙图像信息，避免了人工操作吸入有毒气体，保障了施工人员的安全；且自动化操作提高了扒渣任务的工作效率。

本发明所述的一种自动化钢水扒渣装置的故障处理装置，通过实时监测扒渣装置的故障，保障扒渣耙的运转稳定性，避免因扒渣装置故障而导致的安全隐患，且有利于工作人员进行安全故障的排查。

本发明所述的一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法，通过建模自动获取扒渣耙长度，实时掌握扒渣耙的尺寸与形状变化，在下一次扒渣回合开始前，调整预设扒渣耙作业高度，实现整个扒渣任务的自测量与自适应。避免了扒渣不干净，或者扒渣带出过量钢水，造成生产浪费的问题。

本发明应用于冶金方法技术领域。

附图说明

图1为本发明所述的自动扒渣任务流程图。

图2为本发明所述的扒渣及故障处理装置流程图。

具体实施方式

为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处表述得更具体，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：

实施方式一、本实施方式所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述扒渣装置包括：

中央处理单元、上层视觉单元和下层控制单元；

所述上层视觉单元采集图像信号传输至中央处理单元，所述中央处理单元根据采集的图像信号进行判断，并发送控制信号至下层控制单元进行扒渣耙动作信息的采集；

所述中央处理单元根据扒渣耙动作信息的采集进行处理，并发送控制信号得下层处理单元，所述下层控制单元接收控制信号进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作。

在实际操作时，通过下层控制单元控制扒渣耙前进或后退、动臂举升或放下、扒取等操作，自动化实现扒渣流程，避免了施工人员的手动扒渣操作，保障了施工人员的安全，提高了工作效率。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置的进一步限定，所述上层视觉单元包括视觉采集系统和远距离传感系统；所述视觉采集系统用于采集、铁水表面图像、钢包侧面图像和扒渣耙图像；所述远距离传感系统用于测量铁水表面距离。

视觉采集系统采集的钢包信息，当钢包就位时，扒渣装置开始工作；根据采集的铁水表面图像，进行渣的收集；根据扒渣耙图像进行扒渣耙的尺寸。

钢包到位后开始慢慢倾斜，通过拉线位移传感器实时反馈倾斜角度，通过钢包侧面图像实时监测倾斜状态，当有铁水从钢包中流出时，立即停止倾斜，保持当前位姿，同时通过扒渣耙图像对扒渣耙损耗程度进行建模，通过铁水表面图像判断钢包内铁渣分布后，开启本轮扒渣任务。

实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置的进一步限定，所述上层视觉单元采用视觉传感器和红外传感器进行图像的采集。

上层视觉单元采用视觉传感器和红外传感网进行图像的采集，确保采集的钢包位姿图像信息、铁水表面图像信息、钢包侧面图像信息和扒渣耙图像信息的准确性。

实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置的进一步限定，所述下层控制单元采用拉线位移传感器进行扒渣耙的控制。

实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置的进一步限定，所述中央处理单元包括上位机和PLC控制系统，所述上位机与PLC控制系统双向电连接；所述PLC控制系统控制上层视觉单元采集图像信号、控制下层单元采集扒渣耙动作信息，所述上位机用于将PLC控制系统采集的扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹。

在实际应用中，上位机还与备选PLC控制系统连接，当PLC控制系统正常工作时，备选PLC系统不工作；当PLC控制系统发生故障时，备选PLC控制系统代替PLC控制系统进行控制操作，保障自动化钢水扒渣装置安全运行。

实施方式六、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种自动化钢水扒渣方法，所述扒渣方法包括：

上层视觉单元进行图像采集，获取钢包就位信息；

上层视觉单元将采集的钢包就位信息传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统发出钢包倾斜控制信号至下层控制单元，所述下层控制单元控制液压缸升降调节钢包倾角，所述调节的钢包倾角信息传输至PLC系统；

所述PLC控制系统根据钢包倾角信息，控制下层控制单元采集扒渣耙动作信息；

所述PLC控制系统将采集的扒渣耙信息传输至上位机；

所述上位机将采集扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹，根据所述扒渣耙轨迹进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作；并退回扒渣耙初始位置。

具体的，在启动扒渣任务时，由上层视觉采集单元中视觉传感器和红外传感器采集到钢包信息，在施工现场放置声光报警器进行施工报警提示，扒渣装置开始工作。PLC控制系统发出倾斜信号，通过控制液压缸升降调节钢包倾角至合适位置，PLC控制系统发出停止信号，是钢包倾角保持不变。也可以并联手动急停按钮，使钢包倾角保持不变。此时，对扒渣耙进行扫描与建模，计算扒渣耙的工作长度，采集扒渣耙动作坐标的位置信息，利用上位机将采集的扒渣耙动作坐标的位置信息进行坐标转化，规划扒渣耙轨迹，进行扒渣耙位移的闭环控制，完成单次扒渣任务；并退回扒渣耙初始位置，等待下一次扒渣操作。

在实际应用中，采用相机对扒渣耙的动作路径进行定位指导，相机与扒渣耙之间的关系决定扒渣耙动作的准确程度，将相机与扒渣耙标定的过程称为手眼标定。对于应用场景，扒渣耙处于高温的环境中，所以方案将采用“眼在外”的形式，将相机固定在扒渣耙之外进行远距离拍摄，从而指导机械臂的动作。通过机械臂带动标定板进行2次拍摄后可获得位置关系。在铁包出现烟尘的情况下，人眼作业几乎不能捕捉液面，而相机通过调整参数，能够近似捕捉液面，代替人工作业，在保证作业安全性的同时，提高了识别的准确度。

实施方式七、参见图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种自动化钢水扒渣装置的故障处理装置，所述处理装置包括：

控制器通讯故障处理单元，用于处理PLC控制系统故障；

传感器故障处理单元，用于处理视觉传感器、红外传感器和拉线传感器故障。

运动状态异常处理单元，用于处理扒渣耙运动异常状态。

结合实施方式一说明本实施方式，所述故障处理装置用于启动自动扒渣任务时的实施监测与处理，当存在故障时，上位机输出操作日志，并进行设备急用操作，开始声光报警器，提醒维护人员进行检测。当解决故障时，扒渣装置重新运行。

实施方式八、本实施方式所述的一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法，所述扒渣装置为实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取方法包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

当所述扒渣装置在第一次扒渣之前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务时，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

本实施方式采用了建模方式自动获取扒渣耙长度，实时掌握扒渣耙的尺寸与形状变化，明确扒渣耙损耗程度，保障扒渣耙再次操作时的扒渣效率。

实施方式九、本实施方式是对实施方式八所述的一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法的进一步限定，所述获取扒渣耙工作长度，具体为：

根据光学传感器沿竖直方向扫描扒渣耙获取扒渣耙尺寸；

根据帧率数量对获取扒渣耙尺寸获取扒渣耙中心的位置，并对所述扒渣耙中心的位置进行加权平均取值，获取扒渣耙的工作长度。

通过加权平均取值，保证获取扒渣耙长度的准确性。

实施方式十、本实施方式所述的一种钢水扒渣装置损耗程度获取装置，所述扒渣装置为实施方式一所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取装置包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

扒渣耙工作长度获取单元，用于所述扒渣装置在第一次扒渣前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

扒渣耙损耗获取单元，用于所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

本实施方式所述的装置，通过重复执行上述实时建模过程，及时掌握扒渣耙的尺寸与形状变化，在下一次扒渣回合开始前，调整预设扒渣耙作业高度，实现整个扒渣任务的自测量与自适应。

以上结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出优点和有益之处，并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神原则范围内的，对本发明的修改、实施方式的组合、改进和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动化钢水扒渣装置，其特征在于，所述扒渣装置包括：

中央处理单元、上层视觉单元和下层控制单元；

所述上层视觉单元采集图像信号传输至中央处理单元，所述中央处理单元根据采集的图像信号进行判断，并发送控制信号至下层控制单元进行扒渣耙动作信息的采集；

所述中央处理单元根据扒渣耙动作信息的采集进行处理，并发送控制信号得下层处理单元，所述下层控制单元接收控制信号进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作。

2.根据权利要求1所述的一种自动化扒渣装置，其特征在于，所述上层视觉单元包括视觉采集系统和远距离传感系统；所述视觉采集系统用于采集钢包位姿图像、铁水表面图像、钢包侧面图像和扒渣耙图像；所述远距离传感系统用于测量铁水表面距离。

3.根据权利要求1所述的一种自动化钢水扒渣装置，其特征在于，所述上层视觉单元采用视觉传感器和红外传感器进行图像的采集。

4.根据权利要求1所述的一种自动化钢水扒渣装置，其特征在于，所述下层控制单元采用拉线传感器进行扒渣耙的控制。

5.根据权利要求1所述的一种自动化钢水扒渣装置，其特征在于，所述中央处理单元包括上位机和PLC控制系统，所述上位机与PLC控制系统双向电连接；所述PLC控制系统控制上层视觉单元采集图像信号、控制下层单元采集扒渣耙动作信息，所述上位机用于将PLC控制系统采集的扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹。

6.一种自动化钢水扒渣方法，其特征在于，所述扒渣方法包括：

上层视觉单元进行图像采集，获取钢包就位信息；

上层视觉单元将采集的钢包就位信息传输至PLC控制系统，所述PLC控制系统发出钢包倾斜控制信号至下层控制单元，所述下层控制单元控制液压缸升降调节钢包倾角，所述调节的钢包倾角信息传输至PLC控制系统；

所述PLC控制系统根据钢包倾角信息，控制下层控制单元采集扒渣耙动作信息；

所述PLC控制系统将采集的扒渣耙信息传输至上位机；

所述上位机将采集扒渣耙动作信息转换为扒渣耙轨迹，根据所述扒渣耙轨迹进行扒渣耙闭环控制，完成扒渣操作；并退回扒渣耙初始位置。

7.一种自动化钢水扒渣装置的故障处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：

控制器通讯故障处理单元，用于处理PLC控制系统故障；

传感器故障处理单元，用于处理视觉传感器、红外传感器和拉线传感器故障。

运动状态异常处理单元，用于处理扒渣耙运动异常状态。

8.一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法，其特征在于，所述扒渣装置为权利要求1所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取方法包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

当所述扒渣装置在第一次扒渣之前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务时，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

9.根据权利要求8所述的一种钢水扒渣装置损耗程度获取方法，其特征在于，所述获取扒渣耙工作长度，具体为：

根据光学传感器沿竖直方向扫描扒渣耙获取扒渣耙尺寸；

根据帧率数量对获取扒渣耙尺寸获取扒渣耙中心的位置，并对所述扒渣耙中心的位置进行加权平均取值，获取扒渣耙的工作长度。

10.一种钢水扒渣装置损耗程度获取装置，其特征在于，所述扒渣装置为权利要求1所述的一种自动化钢水扒渣装置，所述获取装置包括：

扒渣臂的下侧固定结构光发生器与光学传感器；

扒渣耙工作长度获取单元，用于所述扒渣装置在第一次扒渣前，所述扒渣耙在光学传感器前方由左至右横扫进行扒渣耙的初次建模并获取扒渣耙工作长度；

扒渣耙损耗获取单元，用于所述扒渣装置工作，完成单回合扒渣任务，所述扒渣装置中扒渣耙返回至结构光发生器与光学传感器前方，并根据扒渣耙重新建模，与所述扒渣耙的初次建模对比，获取扒渣耙损耗。

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