CN117387497B - 电极位移检测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电极位移检测方法、装置及系统，属于电极位移检测技术领域。电极能够通过调节机构进行位移调节，方法包括：获取多张连续的电极图像，电极图像中包含有电极目标点位；基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量；若确定所述电极实际位移量大于第一预设阈值，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；若未接收到电极位置主动调节指令，则将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；若接收到电极位置主动调节指令，则将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。本发明具有检测方法简单，不会对电极产生干扰，容易调试，位移检测准确的优点。

Description

电极位移检测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电极位移检测技术领域，具体地涉及一种电极位移检测方法、一种电极位移检测装置及一种电极位移检测系统。

背景技术

矿热炉通常具有多根电极，每根电极又由多段电极连接而成，且每根电极有独立的升降装置和压放装置，可以独立进行升降和压放控制。在冶炼过程中，每根电极的底部插在矿热炉炉体中，在冶炼过程中会不断消耗变短，因此，在顶部会周期性的加接新的电极段。另外，在冶炼过程中需要适时对电极进行升降操作以调节电流和功率，且由于电极的不断消耗和加装新的电极段，也需要定期对电极进行压放操作。矿热炉中的每根电极的上下运动应当被其对应的升降装置和压放装置完全控制，不应发生不受控的下滑位移。但是在生产过程中，这种电极下滑事故时有发生。发生电极下滑位移会影响生产的正常进行，严重时会对设备和人员造成伤害，所以有必要检测每根电极的位移和下滑，以便在发生下滑时及时报警并进行相应的联动处理。

当前，针对电极不受控的下滑位移的检测方法主要是：基于与电极贴紧安装的位移传感器硬件装置进行检测。但是存在一些技术问题：

1、位移传感器需要贴紧电极安装，会对电极产生一定的干扰；

2、装置整体较为复杂，不易安装维护，在某些场合下无合适的位置安装，或者无法贴紧电极，导致检测不准确；

3、标定调试困难。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种电极位移检测方法、装置及系统，以至少解决上述的基于与电极贴紧安装的位移传感器硬件装置进行检测，存在位移传感器需要贴紧电极安装，会对电极产生一定的干扰；装置整体较为复杂，不易安装维护，在某些场合下无合适的位置安装，或者无法贴紧电极，导致检测不准确；标定调试困难的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电极位移检测方法，所述电极能够通过调节机构进行位移调节，所述方法包括：

获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量；

若确定所述电极实际位移量大于第一预设阈值，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

若未接收到电极位置主动调节指令，则将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

若接收到电极位置主动调节指令，则将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

可选的，所述方法还包括：

对所述电极下滑位移量进行显示；以及

在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

可选的，基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量，包括：

将电极图像作为距离检测模型的输入，得到电极实际位移量，所述距离检测模型基于所述电极图像中电极目标点位的位置变化，确定电极实际位移量；

所述距离检测模型由经过标注的电极图像的历史数据集和神经网络模型训练得到。

可选的，所述电极图像中还包含预设参照物，所述预设参照物上设置有刻度；

获取多张连续的电极图像中所述电极目标点位在预设参照物上的像素行；

确定每一像素行对应的刻度值；

基于所述像素行对应的刻度值的差值，确定所述电极实际位移量。

可选的，基于所述像素行对应的刻度值之间的差值，确定所述电极实际位移量，包括：

在所述像素行中确定起点像素行与终点像素行，所述起点像素行为所述电极目标点位的起点位置对应的像素行，所述终点像素行为所述电极目标点位的终点位置对应的像素行；

将起点像素行与终点像素行对应的刻度值的差值，作为所述电极实际位移量。

本发明第二方面提供一种电极位移检测装置，所述电极能够通过调节机构进行位移调节，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

实际位移量确定模块，用于基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量；

判断输出模块，用于在所述电极实际位移量大于第一预设阈值的情况下，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

在未接收到电极位置主动调节指令的情况下，将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

在接收到电极位置主动调节指令的情况下，将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

可选的，所述装置还包括：

显示报警模块，用于：

对所述电极下滑位移量进行显示；以及

在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

本发明还提供一种电极位移检测系统，所述系统包括：

图像采集装置，用于获取电极图像；

标尺，与电极的设置方向平行；

上述的电极位移检测装置，所述电极位移检测装置与所述图像采集装置连接。

可选的，所述图像采集装置为摄像机、相机或CCD。

可选的，所述图像采集装置通过升降机构固定，所述升降机构用于调节图像采集装置的垂直高度。

可选的，所述系统还包括：

补光装置，所述补光装置通过支架固定，所述补光装置用于在环境光照强度小于预设光强阈值时进行补光。

本技术方案通过拍摄电极的电极图像，从图像中确定电极的电极实际位移量，在不存在主动电极调节位移的情况下，直接将电极实际位移量作为电极下滑位移量，在存在主动电极调节位移的情况下，根据电极理论位移量和电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量，具有检测方法简单，不会对电极产生干扰，容易调试，位移检测准确的优点。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明提供的电极位移检测方法的流程图；

图2是本发明提供的标尺的示意图；

图3是本发明提供的人工标记点位的位置变化示意图；

图4是本发明提供的电极位移检测装置的结构示意图；

图5是本发明提供的第一种电极位移检测系统的结构示意图；

图6是本发明提供的第二种电极位移检测系统的结构示意图。

附图标记说明

1-图像采集装置；2-标尺； 3-电极；

4-电极位移检测装置；5-升降机构；6-补光装置；

7-支架；41-数据获取模块； 42-实际位移量确定模块；

43-判断输出模块；44-显示报警模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的电极位移检测方法的流程图；图2是本发明提供的标尺的示意图；图3是本发明提供的人工标记点位的位置变化示意图；图4是本发明提供的电极位移检测装置的结构示意图；图5是本发明提供的第一种电极位移检测系统的结构示意图；图6是本发明提供的第二种电极位移检测系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施方式提供一种电极位移检测方法，所述方法包括：

步骤101、获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

具体地，在本实施方式中，电极目标点位可以是人为确定的人工标记点位，也可以是电极本身自带的具有特殊标记的点位，例如电极上具有的特殊形状的点位；对于矿热炉，其通常有A、B、C三根电极，每根电极由多段子电极依次首尾连接而成，因此，对多段子电极构成的电极而言，电极目标点位还可以是相邻的两段子电极的接缝处，即子电极的顶端和底端。采用接缝处作为电极目标点位，能够避免人创造人工标记点位的步骤，能够减少工作量。

另外，获取到的多张连续的电极图像中，每一张图像均包含有上述的电极目标点位，以便能够准确确定电极的实际位移量；优选的，电极目标点位位于图像的中间部位，以保证计算得到的实际位移量的精确度。

步骤102、基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量；

具体地，在一种实施方式中，基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量，包括：获取电极图像后，依次将电极图像输入距离检测模型，利用预先构建的距离检测模型，提取每一电极图像中电极目标点位距离的距离变化值，从而自动输出电极实际位移量。所述距离检测模型基于所述电极图像中电极目标点位的位置变化，确定电极实际位移量；另外，在本实施方式中，需要预先构建距离检测模型，首先，获取多张电极图像，并对电极图像中电极目标点位的位置进行标注，同时按照图像采集的顺序，确定出相邻的电极图像中电极目标点位的实际位移量，形成历史数据集，并将历史数据集按照8:2的比例划分为训练集和验证集，利用训练集对神经网络模型进行训练，最终训练得到距离检测模型，再利用验证集进行模型准确性的验证，若输出的结果的准确度低于设定值，则进行模型参数的调整，从而提高距离检测模型的准确性，保证通过距离检测模型确定的电极实际位移量的精确度。

在另一种实施方式中，如图2-3所示，获取的电极图像中还包含预设参照物，预设参照物可以是提前设置的标尺等，预设参照物上设置有刻度，以便能够反映出电极目标点位的位移量。在本实施方式中，获取多张连续的电极图像中所述电极目标点位在预设参照物上的像素行，确定每一像素行对应的刻度值；基于所述像素行对应的刻度值的差值，确定所述电极实际位移量；其中，基于所述像素行对应的刻度值之间的差值，确定所述电极实际位移量，包括：在所述像素行中确定起点像素行与终点像素行，所述起点像素行为所述电极目标点位的起点位置对应的像素行，所述终点像素行为所述电极目标点位的终点位置对应的像素行；将起点像素行与终点像素行对应的刻度值的差值，作为所述电极实际位移量。

在本实施方式中，每一张图像中的电极目标点位对应有一个像素行，因此按照图像获取的顺序，将初始获取的图像中电极目标点位的位置作为起点位置，该起点位置对应的像素行作为起点像素行，最后获取的电极图像中电极目标点位的位置作为终点位置，终点位置对应的像素行作为终点像素行，因此，直接将起点像素行和终点像素行对应的刻度值之间的差值，作为所述电极实际位移量。若像素行位于两个刻度线之间，则基于两个刻度线对应的刻度值，采用插值法计算出该像素行对应的刻度值。在本实施方式中，将电极目标点位的位移量通过像素行的刻度差值进行表征，能够使得位移量计算更加精细，保证结果的准确度。

在另一种实施方式中，在获取多张连续的电极图像中所述电极目标点位在预设参照物上的像素行后，首先确定出起点像素行与终点像素行，然后再确定起点像素行与终点像素行对应的刻度值，直接将起点像素行与终点像素行对应的刻度值的差值，作为电极实际位移量；其中，起点像素行为电极目标点位的起点位置对应的像素行，终点像素行为电极目标点位的终点位置对应的像素行。采用这种方式，能够减少数据的计算量。

步骤103、若确定所述电极实际位移量大于第一预设阈值，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

若未接收到电极位置主动调节指令，则将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

若接收到电极位置主动调节指令，则将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

具体地，通过步骤102的方案能够准确得到电极实际位移量，若电极实际位移量大于第一预设阈值，该第一预设阈值为确定电极存在位移下滑的一个标准参考位移量，可根据经验值来设定，第一预设阈值可以设置为0，或设置为接近0的正数。当电极实际位移量大于第一预设阈值，则说明电极存在一个位移量，此时，需要判断电极产生电极实际位移量的原因，具体可能是电极自身下滑导致的位移量，也有可能是在生产过程中，根据电流和功率对电极插在矿热炉炉体的深度的一个主动位移调节。因此，在确定电极实际位移量大于第一预设阈值的情况下，首先需要判断是否接收到电极位置主动调节指令，若并未接收到电极位置主动调节指令，说明电极产生的电极实际位移量并不是主动调节产生的，而是电极的自身下滑位移，需要对设备进行检修或更换；若接收到了电极位置主动调节指令，则说明电极的位移是主动位移调节。由于在主动进行位移调节过程中，也有可能存在调节的误差，因此，需要将电极位置主动调节指令中包含的电极理论位移量，与电极实际位移量进行对比，得到两者的差值，若两者的差值为0，则说明对电极的控制是十分精准的，若差值较大，说明对电极的控制不够准确，同样需要进行检修。另外，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令，该过程为获取第一张图像到获取最后一张图像的时间段，以确认在这个时间段内是否对电极进行过主动的位移调节。

在本实施方式中，电极能够通过调节机构进行位移调节，以矿热炉为例，其通常有A、B、C三根电极，每根电极又由多段子电极连接而成，且每根电极具有独立的升降装置和压放装置，可以独立进行升降和压放控制，实现电极位移的主动调节。具体地，升降装置在接收到电极位置主动调节指令后，根据电极位置主动调节指令对电极进行对应位移量调节，矿热炉、升降装置和压放装置的具体结构和工作方式为本领域人员已知的常规技术手段，并不是本方案的核心，因此，此处不在赘述。

在另一种实施方式中，将所述电极图像中的电极目标点位设置为多个，电极目标点位的类型和设置方式如上所述，此处不再赘述。在存在多个电极目标点位时，基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量的方法与上述步骤2相同，此处不再赘述，能够每一电极目标点位对应的电极实际位移量，通过将得到的所有的电极目标点位的位移变化量求平均值，作为最终的所述电极实际位移量，采用这种方式，能够提高电极实际位移量的计算精度。

在另一种实施方式中，所述方法还包括：

对所述电极下滑位移量进行显示，以及在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

具体地，通过对下滑位移量进行显示，能够直观的获取下滑位移量的相关信息，以便辅助工作人员及时进行判断；另外，在电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，该第二预设阈值为可能造成生产影响或影响安全运行的一个位移量，直接产生报警，以进行提示，避免电极下滑影响生产的正常进行，对设备和人员造成伤害。

如图4所示，本发明实施方式提供一种电极位移检测装置，所述电极能够通过调节机构进行位移调节，所述装置包括：

数据获取模块41，用于获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

实际位移量确定模块42，用于基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量；

判断输出模块43，用于在所述电极实际位移量大于第一预设阈值的情况下，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

在未接收到电极位置主动调节指令的情况下，将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

在接收到电极位置主动调节指令的情况下，将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

进一步地，所述装置还包括：

显示报警模块44，用于：

对所述电极下滑位移量进行显示；以及

在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

如图5所示，本发明实施方式提供一种电极位移检测系统，所述系统包括：

图像采集装置1，用于获取电极图像；

标尺2，与电极3的设置方向平行，标尺2上设置有刻度值；

上述的电极位移检测装置4与所述图像采集装置1连接。

具体地，在本实施方式中，标尺2可以固定在地面上，或者固定在矿热炉的炉体上，标尺2处于图像采集装置1的拍摄视场内，保证拍摄的电极图像内同时存在部分标尺2和电极目标点位。图像采集装置1为摄像机、相机或CCD，能够获取清晰地图像。

进一步地，所述图像采集装置1通过升降机构5固定，所述升降机构5用于调节图像采集装置1的垂直高度。

具体地，在本实施方式中，通过升降机构5进行图像采集装置1位置高度的调节，从而使得图像采集装置1在成像时，电极目标点位位于图像的中间部位，以保证后续的计算精度。其中，升降机构5可以设置为丝杆升降机构、直线电极升降机构、伸缩杆、液压缸等升降机构，其固定端固定在地面上，或者固定在矿热炉的炉体上，活动端连接图像采集装置1。

进一步地，所述系统还包括：

补光装置6，所述补光装置6通过支架7固定，所述补光装置6用于在环境光照强度小于预设光强阈值时进行补光。

具体地，在使用过程中，为了增加系统的实用性，避免在环境光照强度较低时，无法拍摄得到准确的图像，因此，设置补光装置6，补光装置6包括相互连接的补光灯和光照强度传感器，当光照强度传感器检测到环境光强小于预设光强阈值时，补光装置6自动进行补光。更具体地，支架7包括支撑杆，支撑杆一端固定在地面上，或者固定在矿热炉的炉体上，支撑杆另一端通过球轴承连接补光装置6，实现角度的调节，以保证补光装置6发射的光线始终照射在标尺2和电极3上。

在另一种实施方式中，如图6所示，补光装置6通过支架7固定在升降机构5上，随着图像采集装置1同步移动，保证照明效果。

在另一种实施方式中，如图6所示，所述系统还包括：

显示机构8和报警机构9，设置在监控室内，所述显示机构8和所述报警机构9与所述电极位移检测装置4连接，所述显示机构8用于对接收到的电极下滑位移量进行显示，所述报警机构9用于在接收到电极位移检测装置4发送的报警信号时，产生报警。更具体地，显示机构8可以设置为显示屏、电脑、平板等，对接收到的电极下滑位移量进行显示，以便直观的获取到电极下滑位移量；报警机构9可以设置为声光报警器，在接收到报警信号时，产生声光报警，以对检修人员进行提醒，及时进行检修，保证电机位移的精确控制。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电极位移检测方法，所述电极能够通过调节机构进行位移调节，其特征在于，所述方法包括：

获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量，包括：

将电极图像作为距离检测模型的输入，得到电极实际位移量，所述距离检测模型基于所述电极图像中电极目标点位的位置变化，确定电极实际位移量；所述距离检测模型由经过标注的电极图像的历史数据集和神经网络模型训练得到；

若确定所述电极实际位移量大于第一预设阈值，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

若未接收到电极位置主动调节指令，则将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

若接收到电极位置主动调节指令，则将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

2.根据权利要求1所述的电极位移检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述电极下滑位移量进行显示；以及

在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

3.根据权利要求1所述的电极位移检测方法，其特征在于，所述电极图像中还包含预设参照物，所述预设参照物上设置有刻度；

基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量，包括：

获取多张连续的电极图像中所述电极目标点位在预设参照物上的像素行；

确定每一像素行对应的刻度值；

基于所述像素行对应的刻度值的差值，确定所述电极实际位移量。

4.根据权利要求3所述的电极位移检测方法，其特征在于，基于所述像素行对应的刻度值的差值，确定所述电极实际位移量，包括：

在所述像素行中确定起点像素行与终点像素行，所述起点像素行为所述电极目标点位的起点位置对应的像素行，所述终点像素行为所述电极目标点位的终点位置对应的像素行；

将起点像素行与终点像素行对应的刻度值的差值，作为所述电极实际位移量。

5.一种电极位移检测装置，所述电极能够通过调节机构进行位移调节，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取多张连续的电极图像，所述电极图像中包含有电极目标点位；

实际位移量确定模块，用于基于多张连续的电极图像中的电极目标点位，确定电极实际位移量，包括：

将电极图像作为距离检测模型的输入，得到电极实际位移量，所述距离检测模型基于所述电极图像中电极目标点位的位置变化，确定电极实际位移量；所述距离检测模型由经过标注的电极图像的历史数据集和神经网络模型训练得到；

判断输出模块，用于在所述电极实际位移量大于第一预设阈值的情况下，判断在获取电极图像的过程中是否接收到电极位置主动调节指令；

在未接收到电极位置主动调节指令的情况下，将所述电极实际位移量作为电极下滑位移量；

在接收到电极位置主动调节指令的情况下，将基于电极位置主动调节指令确定的电极理论位移量与电极实际位移量的差值作为电极下滑位移量。

6.根据权利要求5所述的电极位移检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

显示报警模块，用于：

对所述电极下滑位移量进行显示；以及

在所述电极下滑位移量大于第二预设阈值的情况下，产生报警。

7.一种电极位移检测系统，其特征在于，所述系统包括：

图像采集装置（1），用于获取电极图像；

标尺（2），与电极（3）的设置方向平行；

权利要求5-6中任一项所述的电极位移检测装置（4），所述电极位移检测装置（4）与所述图像采集装置（1）连接。

8.根据权利要求7所述的电极位移检测系统，其特征在于，所述图像采集装置（1）为摄像机、相机或CCD。

9.根据权利要求7所述的电极位移检测系统，其特征在于，所述图像采集装置（1）通过升降机构（5）固定，所述升降机构（5）用于调节图像采集装置（1）的垂直高度。

10.根据权利要求7所述的电极位移检测系统，其特征在于，所述系统还包括：

补光装置（6），所述补光装置（6）通过支架（7）固定，所述补光装置（6）用于在环境光照强度小于预设光强阈值时进行补光。