CN116222399A - 一种钢包渣测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢包渣测量装置及方法，包括探尺、插入装置、摄像机、放置框架、机器视觉系统、人机接口控制系统；探尺，用于探测钢渣的厚度；插入装置与人机接口控制系统通信连接，用于被人机接口控制系统控制将探尺由放置框架运至测量位，并将探尺插入钢包中与钢水层和钢渣层充分接触后放置回放置框架；摄像机分别与机器视觉系统和人机接口控制系统通信连接，用于被人机接口控制系统控制摄像并将摄像数据传输给机器视觉系统；放置框架，用于放置探尺；人机接口控制系统与机器视觉系统通信连接，本发明能够测量钢包渣层厚度，改善工作环境，实现了提升数据的准确性的效能。

Description

一种钢包渣测量装置及方法

技术领域

本发明属于自动控制的技术领域，尤其涉及一种钢包渣测量装置及方法。

背景技术

在精炼RH冶炼工序中，每炉都需要通过人工测得钢包中漂浮在钢水表面中的渣层厚度，通过该数据进行设置顶升高度，以便后续真空冶炼处理。每次测量时都需要人工通过手持探尺插入到钢包中进行测量，且因人的不同而测到的数据存在误差，同时测量环境存在高温、粉尘，对人体健康有较大影响。

发明内容

本发明实施例提供了一种钢包渣测量装置及方法，实现了测量钢包渣层厚度的效果，改善工作环境，提升数据的准确性，提高了精炼工序冶炼的智能化水平。

第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：

一种钢包渣测量装置，其特征在于，包括探尺、插入装置、摄像机、放置框架、机器视觉系统、人机接口控制系统；

所述探尺，用于探测钢渣的厚度；

所述插入装置与所述人机接口控制系统通信连接，用于被所述人机接口控制系统控制将所述探尺由所述放置框架运至测量位，并将所述探尺插入钢包中与钢水层和钢渣层充分接触后放置回所述放置框架；

所述摄像机分别与所述机器视觉系统和所述人机接口控制系统通信连接，用于被所述人机接口控制系统控制摄像并将摄像数据传输给所述机器视觉系统；

所述放置框架，用于放置所述探尺；

所述机器视觉系统，用于根据所述摄像机的图像信息中所述探尺不同颜色段所占用的像素点的数量，确定图像信息中探尺不同颜色段的长度；

所述人机接口控制系统与所述机器视觉系统通信连接，用于控制所述插入装置进行抓取所述探尺和插入所述探尺至钢包以及放置所述探尺至所述放置框架，接收来自所述机器视觉系统所检测和计算的数据。

在一些实施例中，所述插入装置包括六轴机器人，所述六轴机器人设置有机械臂。

在一些实施例中，所述探尺为钨制探尺。

第二方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：

一种钢包渣测量方法，应用于上述任一项所述的试验装置，所述试验方法包括：

确定所述探尺总长度TL；

获得所述探尺总长度TL所占用的像素数Pi x1；

根据所述探尺总长度TL所占用的像素数Pi x1，获得所述探尺总长度每个像素代表的长度数Pi x_L＝TL/Pi x1；

控制所述插入装置插入所述探尺，获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pi x_TL2像素数；

获得渣层厚度TL2＝Pi x_L*Pi x_TL2。

在一些实施例中，所述控制所述插入装置插入所述探尺，获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pi x_TL2像素数，包括：

控制所述插入装置抓取所述探尺；

控制所述插入装置夹持所述探尺插入钢包；

控制所述插入装置夹持所述探尺拔出钢包；

控制所述插入装置放置所述探尺至所述放置框架；

获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pi x_TL2像素数。

在一些实施例中，所述获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pi x_TL2像素数，包括：

获得插入到钢水中的所述探尺所占用的像素数Pi x_TL1与在所述钢渣中的所述探尺所占用的Pi x_TL2像素数，钢渣层以外的所述探尺所占用的像素数Pi x_TL3；

根据TL2’＝TL-(P i x_TL3+Pi x_TL1)*Pi x_L得到第二次渣层厚度检测数据，TL表征所述探尺实际总长度，Pi x_TL3表征钢渣层以外的所述探尺所占用的像素数，Pi x_TL1表征插入到钢水中的探尺所占用的像素数，Pi x_L表征每个像素代表的探尺长度数；

当TL2与TL2’偏差为±3mm以内时，所测数据为有效数据。

在一些实施例中，所述控制所述人机接口控制系统抓取所述探尺，包括：

控制所述机械臂由初始位置到所述放置框架正下方；

控制向上抬升所述机械臂，以使所述探尺被所述机械臂抬升；

控制向后拉动所述机械臂，以使所述探尺脱离所述放置框架。

在一些实施例中，所述控制所述人机接口控制系统夹持所述探尺插入钢包，包括：

控制向右转动所述机械臂底座90°，以使所述探尺位于钢包的正上方；

控制所述机械臂向下旋转90°，使所述探尺垂直于钢包；

控制向钢包方向插入所述探尺，使得所述探尺与钢包中的渣层和钢液充分接触。

在一些实施例中，所述控制所述人机接口控制系统夹持所述探尺拔出钢包，包括：

控制向上抬升所述机械臂，以使所述探尺脱离钢包；

控制向上旋转所述机械臂90°，同时向后缩回所述机械臂，以使所述探尺平行于水平面；

控制向左转动所述机械臂底座轴90°，向前伸出所述机械臂，以使所述探尺位于所述放置框架正上方；

控制向下移动所述机械臂，松开所述机械臂前端的抓具，以使得所述探尺放置于放置框架。

在一些实施例中，所述控制所述人机接口控制系统放置所述探尺至所述放置框架，包括：

在所述插入装置的所述机械臂松开所述探尺时，控制所述机器视觉系统对整个所述探尺进行测量和计算。

本发明实施例提供的一个或者多个技术方案，至少实现了如下技术效果或者优点：

本发明通过人机接口控制系统控制插入装置抓取放置框架上的探尺，将其插入钢包中，使得探尺与钢包中的渣层和钢液充分接触，形成白色的普通段、亮红色的钢水段和暗红色的钢渣段，拔出后将探尺放置在放置框架上，经过摄像机摄像并通过机器视觉识别系统将摄像信息中的探尺根据颜色不同区分为不同的三段，并将这三段的长度探测出来，从而有效且精准的测出钢包渣层的厚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中钢包渣测量装置人机接口控制系统连接结构示意图；

图2为本发明实施例中钢包渣测量装置整体连接结构示意图；

图3为本发明实施例中探尺呈现示意图；

图4为本发明实施例中钢包渣测量方法的流程示意图；

图5为本发明实施例中控制插入装置插入探尺，获得插入到钢渣中的探尺的Pix_TL2像素数的流程示意图。

图6为本发明实施例中获得插入到钢渣中的探尺所占用的Pix_TL2像素数的流程示意图。

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的一部分实施例，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作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。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

第一方面，在一个可选的实施例中，参见图1和图2所示，提供了一种钢包渣测量装置，包括探尺1、插入装置2、摄像机3、放置框架4、机器视觉系统5、人机接口控制系统6；

探尺1，用于探测钢渣的厚度；

插入装置2与人机接口控制系统6通信连接，用于被人机接口控制系统6控制将探尺1由放置框架4运至测量位，并将探尺1插入钢包中与钢水层和钢渣层充分接触后放置回放置框架4；

摄像机3分别与机器视觉系统5和人机接口控制系统6通信连接，用于被人机接口控制系统6控制摄像并将摄像数据传输给机器视觉系统5；

放置框架4，用于放置探尺1；

机器视觉系统5，用于根据摄像机3的图像信息中探尺1不同颜色段所占用的像素点的数量，确定图像信息中探尺1不同颜色段的长度；

人机接口控制系统6与机器视觉系统5通信连接，用于控制插入装置2进行抓取探尺1和插入探尺1至钢包以及放置探尺1至放置框架4，接收来自机器视觉系统5所检测和计算的数据。

工作原理：本发明通过人机接口控制系统6控制插入装置2抓取放置框架4上的探尺1，将其插入钢包中，使得探尺1与钢包中的渣层和钢液充分接触，形成白色的普通段、亮红色的钢水段和暗红色的钢渣段，参见图3所示，拔出后将探尺1放置在放置框架4上，经过摄像机3摄像并通过机器视觉识别系统5将摄像信息中的探尺1根据颜色不同区分为不同的三段，并将这三段的长度探测出来，从而有效且精准的测出钢包渣层的厚度。

在一些实施例中，插入装置4包括六轴机器人，六轴机器人设置有机械臂。

在一些实施例中，探尺1为钨制探尺，可以理解的是，探尺1为钨制探尺的测试效果最好。

第二方面，参照图4所示，在一个可选的实施例中，提供了一种钢包渣测量方法，应用于如上述任一项的试验装置，试验方法包括：

S100、确定探尺1总长度TL，可以理解的是，探尺1总长度TL通过测量工具测得放置框架4放置的探尺总长度TL，将探尺1总长度TL输入到控制模块，只需更换新探尺1时人工测量一次；

S200、获得探尺1总长度TL所占用的像素数Pi x1，可以理解的是，机器视觉系统5通过摄相机3和输入探尺的实际长度TL计算出探尺的实际长度TL所占用的像素数Pix1；

S300、根据探尺1总长度TL所占用的像素数Pix1，获得探尺1总长度每个像素代表的长度数Pix_L＝TL/Pix1；

S400、控制插入装置2插入探尺1，获得插入到钢渣中的探尺所占用的Pix_TL2像素数；

获得渣层厚度TL2＝Pix_L*Pix_TL2。

可以理解的是，通过这样的步骤可以不需要测量摄像机与放置框架的距离即可得到精确地探尺1总长度每个像素代表的长度数Pix_L＝TL/Pix1，从而提高数据的精确度，本方法的试验测量数据误差主要来自于高温对探尺的长度上的影响。

在一些实施例中，参照图5所示，S4控制插入装置插入探尺1，获得插入到钢渣中的探尺1所占用的Pix_TL2像素数，包括：

S410、控制插入装置2抓取探尺1。

在一些实施例中，控制机械臂由初始位置到放置框架4正下方；

控制向上抬升机械臂，以使探尺1被机械臂抬升；

控制向后拉动机械臂，以使探尺1脱离放置框架4。

S420、控制插入装置2夹持探尺1插入钢包。

在一些实施例中，当抓取成功后，控制向右转动机械臂底座90°，以使探尺1位于钢包的正上方；

控制机械臂向下旋转90°，使探尺1垂直于钢包；

控制向钢包方向插入探尺1，使得探尺1与钢包中的渣层和钢液充分接触。

S430、控制插入装置2夹持探尺1拔出钢包。

在一些实施例中，当探尺1在钢液中保持5s后，控制向上抬升机械臂，以使探尺1脱离钢包；

控制向上旋转机械臂90°，同时向后缩回机械臂，以使探尺1平行于水平面；

控制向左转动机械臂底座轴90°，向前伸出机械臂，以使探尺1位于放置框架正上方；

控制向下移动机械臂，松开机械臂前端的抓具，以使得探尺1放置于放置框架4。

S440、控制插入装置2放置探尺至放置框架4。

在一些实施例中，在插入装置2的机械臂松开探尺1时，控制机器视觉系统5对整个探尺1进行测量和计算；

S450、获得插入到钢渣中的探尺1所占用的Pix_TL2像素数。

在一些实施例中，参照图6所示，获得插入到钢渣中的探尺1所占用的Pix_TL2像素数，包括：

S451、获得插入到钢水中的探尺所占用的像素数Pix_TL1与在钢渣中的探尺所占用的Pix_TL2像素数，钢渣层以外的探尺所占用的像素数Pix_TL3；

可以理解的是，因为插入到钢水中的探尺1呈亮红色，插入到钢渣层中的探尺1成暗红色，因此通过颜色进行特征识别能够识别出插入到钢水中的探尺1所占用的像素数Pix_TL1与在钢渣中的探尺1所占用的Pi x_TL2像素数以及钢渣层以外的探尺1所占用的像素数Pix_TL3。

S452、按照公式TL2’＝TL-(Pix_TL3+Pix_TL1)*Pix_L得到第二种计算方式中的钢渣中的探尺1长度，其中，TL表征探尺实际总长度，Pix_TL3表征钢渣层以外长度所占用的探尺1的像素数，Pix_TL1表征插入到钢水中的探尺1的长度所占用的像素数，Pix_L表征每个像素代表的探尺1的长度数；

可以理解的是，TL-(Pix_TL3+Pix_TL1)*Pix_L为不需要Pix_TL2数据所测出来的钢渣中的探尺长度，这样的数据用于验证所测出的TL2的准确度。

S453、当TL2与TL2’偏差为±3mm以内时，所测数据为有效数据，在一些实施例中，可以测量完成进行提示，并将数据发送给在线冶炼处理系统。

可以理解的是，通过公式TL2’＝TL-(Pix_TL3+Pix_TL1)*Pix_L得到的第二种计算方式中的钢渣中的探尺1长度，相对于TL2，不需要用到Pix_TL2，为间接测量，可以验证TL2的数据是否有效，因为在探尺1多次使用过程中，可能实际长度会发生减小，导致测量数值不够准确，一般来讲，虽然一定时间内会更换探尺1，但是也许有其他意外情况(例如温度异常)导致实际长度在一定时间内就已经发生较为严重程度的缩短，因此需要实时检测所得到的的数据是否为有效数据。

在一些实施例中，还包括：当Pix_1*Pix_L与原始探尺1的长度TL偏差在±3mm以上时，更换探尺1，可以理解的是，也可以通过每次测试试验之前对探尺1的长度TL和测试长度Pix_1*Pix_L进行对比，以提前发现探尺1的长度变化。

本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-On l y Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围。

Claims (10)

1.一种钢包渣测量装置，其特征在于，包括探尺、插入装置、摄像机、放置框架、机器视觉系统、人机接口控制系统；

所述探尺，用于探测钢渣的厚度；

所述插入装置与所述人机接口控制系统通信连接，用于被所述人机接口控制系统控制将所述探尺由所述放置框架运至测量位，并将所述探尺插入钢包中与钢水层和钢渣层充分接触后放置回所述放置框架；

所述摄像机分别与所述机器视觉系统和所述人机接口控制系统通信连接，用于被所述人机接口控制系统控制摄像并将摄像数据传输给所述机器视觉系统；

所述放置框架，用于放置所述探尺；

所述机器视觉系统，用于根据所述摄像机的图像信息中所述探尺不同颜色段所占用的像素点的数量，确定图像信息中探尺不同颜色段的长度；

所述人机接口控制系统与所述机器视觉系统通信连接，用于控制所述插入装置进行抓取所述探尺和插入所述探尺至钢包以及放置所述探尺至所述放置框架，接收来自所述机器视觉系统所检测和计算的数据。

2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述插入装置包括六轴机器人，所述六轴机器人设置有机械臂。

3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述探尺为钨制探尺。

4.一种钢包渣测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1～3任一项所述的试验装置，所述试验方法包括：

确定所述探尺总长度TL；

获得所述探尺总长度TL所占用的像素数Pix1；

根据所述探尺总长度TL所占用的像素数Pix1，获得所述探尺总长度每个像素代表的长度数Pix_L＝TL/Pix1；

控制所述插入装置插入所述探尺，获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pix_TL2像素数；

获得渣层厚度TL2＝Pix_L*Pix_TL2。

5.如权利要求4所述的试验方法，其特征在于，所述控制所述插入装置插入所述探尺，获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pix_TL2像素数，包括：

控制所述插入装置抓取所述探尺；

控制所述插入装置夹持所述探尺插入钢包；

控制所述插入装置夹持所述探尺拔出钢包；

控制所述插入装置放置所述探尺至所述放置框架；

获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pix_TL2像素数。

6.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述获得插入到钢渣中的所述探尺所占用的Pix_TL2像素数，包括：

获得插入到钢水中的所述探尺所占用的像素数Pix_TL1与在所述钢渣中的所述探尺所占用的Pix_TL2像素数，钢渣层以外的所述探尺所占用的像素数Pix_TL3；

根据TL2’＝TL-(Pix_TL3+Pix_TL1)*Pix_L得到第二次渣层厚度检测数据，其中，TL表征所述探尺实际总长度，Pix_TL3表征钢渣层以外的所述探尺所占用的像素数，Pix_TL1表征插入到钢水中的探尺所占用的像素数，Pix_L表征每个像素代表的探尺长度数；

当TL2与TL2’偏差为±3mm以内时，所测数据为有效数据。

7.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述控制所述人机接口控制系统抓取所述探尺，包括：

控制所述机械臂由初始位置到所述放置框架正下方；

控制向上抬升所述机械臂，以使所述探尺被所述机械臂抬升；

控制向后拉动所述机械臂，以使所述探尺脱离所述放置框架。

8.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述控制所述人机接口控制系统夹持所述探尺插入钢包，包括：

控制向右转动所述机械臂底座90°，以使所述探尺位于钢包的正上方；

控制所述机械臂向下旋转90°，使所述探尺垂直于钢包；

控制向钢包方向插入所述探尺，使得所述探尺与钢包中的渣层和钢液充分接触。

9.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述控制所述人机接口控制系统夹持所述探尺拔出钢包，包括：

控制向上抬升所述机械臂，以使所述探尺脱离钢包；

控制向上旋转所述机械臂90°，同时向后缩回所述机械臂，以使所述探尺平行于水平面；

控制向左转动所述机械臂底座轴90°，向前伸出所述机械臂，以使所述探尺位于所述放置框架正上方；

控制向下移动所述机械臂，松开所述机械臂前端的抓具，以使得所述探尺放置于放置框架。

10.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述控制所述人机接口控制系统放置所述探尺至所述放置框架，包括：

在所述插入装置的机械臂松开所述探尺时，控制所述机器视觉系统对整个所述探尺进行测量和计算。

Images