CN203259126U - 一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统，包括主动光源发射装置、被动成像接收装置和中央处理装置，其中主动光源发射装置设置在位于推板窑窑体一端外侧的位置，用于产生蓝或绿激光束，该激光束经扩束整形处理后以覆盖照射整个推板窑内壁面的方式穿过窑体；被动成像接收装置设置在位于窑体另外一端外侧的位置，用于接收从窑室射出的激光束并形成检测图像；中央处理装置用于根据被动成像接收装置所形成的检测图像来实时判定推板窑的内壁面状态，由此实现推板窑的内壁面状态监测。通过本实用新型，能够以结构紧凑、便于操作的方式实现对推板窑内壁面状态的有效探测，同时具备自动化程度和检测精度高、适于在线检测等优点。

Description

一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统

技术领域

本实用新型属于窑炉检测技术领域，更具体地，涉及一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统。 

背景技术

工业窑炉是以耐火材料砌成用于煅烧物料或烧成制品的设备，其工作原理为燃料进入炉内燃烧，所发出的热量一部分被加热介质吸收，另一部分用于维持炉内整个环境的温度。工业窑炉通常包括窑室、燃烧设备、通风设备和输送设备等部分，并按照坯体运载工具可分为窑车窑、推板窑、辊道窑、输送带窑和气垫窑等多种类型。其中，推板窑是采用耐火质推板将产品输送入窑烧成的一种连续式隧道窑，由于具备长度短、占地面积小、设备简单、便于操作和温差小等优点，因此在陶瓷、锂电材料、化工材料、磁性材料、发光粉体等行业获得了广泛应用。 

推板窑的窑体由隔热保温材料制成，在长期使用过程中反复承受高温膨胀与冷却，可能存在松脱的危险；一旦保温材料脱落，极易引发擦窑、卡窑甚至顶窑事故，给使用者带来经济损失。此外，窑体的内壁表面由于入窑物料脱离等外部机械力、高温粉尘作用诸多因素的影响，也可能发生局部损伤或整体变形。针对以上情况，有必要采取有效措施，对推板窑包括窑体保温层松脱和局部损伤等情况在内的内壁面状态进行有效监控，以保证加工过程的顺利进行。 

现有技术中提出了一些用于对工业窑炉炉内信息执行探测的方案。例如，CN200420023455.7中公开了一种自适应扫描的窑炉热像仪，其中利用红外扫描方式来检测窑炉的胴体温度变化，由此可根据检测获得的温度分 布信息来反映胴体的变形状况。然而，考虑到推板窑的高温段工作温度往往为1000℃甚至1500℃以上，红外线在此高温环境易于被干扰，相应造成检测图像欠缺或失真等缺陷，因此难于运用到推板窑的内壁面探测用途。又如，CN200610089415.6中公开了一种炉内信息激光探测装置及方法，其中利用激光穿过窑炉炉内粉尘或烟雾来形成激光轨迹，并通过摄像装置获取激光轨迹图像，由此反映炉内信息。然而，较多的测试实践表明，首先，对于工作温度高达数千摄氏度的推板窑而言，普通激光往往无法有效穿透此高温高粉尘环境并导致无法有效执行检测；其次，此方法中对激光轨迹直接予以拍摄，激光器与摄像仪之间波段不统一，相应会造成检测图像失真和检测成像具备局限性等缺陷；最后，由于在实时检测过程中往往会获得大量的检测图像，该方法中缺乏对图像后期的有效分析处理手段，同时存在检测精度偏低、操作便利性不强等问题。 

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本实用新型的目的在于提供一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统，其中通过针对推板窑自身特点来选择特定波长的激光执行检测，并对关键组件进行设计和构建智能算法来处理所获得的检测图像，相应能够以结构紧凑、便于操作的方式实现对推板窑内壁面状态的高效在线监控，同时具备自动化程度和检测精度高等特点。 

按照本实用新型，提供了一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统，其特征在于，该系统包括主动光源发射装置、被动成像接收装置和中央处理装置，其中： 

所述主动光源发射装置设置在位于推板窑窑体一端外侧的位置，用于产生波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束，该激光束经扩束整形处理后以覆盖照射整个推板窑内壁面的方式穿过窑体，并从窑体的另外一端射出； 

所述被动成像接收装置设置在位于推板窑窑体另外一端外侧的位置，用于接收从窑体射出的激光束并形成相应的检测图像； 

所述中央处理装置与所述被动成像接收装置信号相连，并根据被动成像接收装置所形成的检测图像来实时判定推板窑的内壁面状态，由此实现在线监控过程。 

作为进一步优选地，所述主动光源发射装置包括激光发生器、窄带滤波器和激光束整形单元，其中该激光发生器用于产生波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束且功率可调；该窄带滤波器用于对激光发生器所产生的激光束执行滤波处理；该激光束整形单元用于对滤波处理后的激光束执行光路聚焦处理，由此获得光路发散角可调的激光束并以覆盖照射整个推板窑内壁面的方式穿过窑体。 

作为进一步优选地，所述被动成像接收装置包括感光元件和成像单元，其中该感光元件用于接收从窑体射出的激光束以形成感光图像，且其感光波长范围与激光束的波长范围保持一致；该成像单元用于捕获感光元件形成的感光图像，并将捕获生成的图像作为检测图像。 

作为进一步优选地，所述被动成像接收装置还包括红外偏光元件，该红外偏光元件沿着光轴方向设置在所述感光元件与成像单元之间的，用于调节激光束的偏光角度和入射面。 

作为进一步优选地，所述成像单元为工业CCD相机，且其成像帧频为50Hz。 

作为进一步优选地，所述中央处理装置包括图像采集单元和图像处理单元，其中该图像采集单元与所述成像单元信号相连，用于对成像单元生成的检测图像进行采集并发送给图像处理单元；该图像处理单元用于对所接收的检测图像作均匀性校正处理，并将均匀性校正处理后的图像执行图像相减，由此根据图像相减结果来判定推板窑的内壁面状态。 

作为进一步优选地，在执行图像相减的过程中，所述图像处理单元将 当前检测图像与前面已累积图像的平均值相减，然后根据图像相减的结果来确定推板窑包括保温层松脱和局部损伤等情况在内的内壁面状态。 

作为进一步优选地，所述主动光源发射装置和被动成像接收装置还分别包括光轴调试单元，该光轴调试单元用于调整发射光轴和接收光轴的水平和俯仰角度，以保证两者的水平和俯仰角度相一致。 

作为进一步优选地，所述中央处理装置还包括显示单元和报警单元，其中该显示单元用于实时显示内壁面状态探测结果及其相关的窑炉气体透过率、粉尘密度透过率及窑炉特征光谱数据等信息；该报警单元根据探测结果相应给出声光报警。 

总体而言，按照本实用新型的用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统与现有技术相比，主要具备以下的技术优点： 

1、通过选择波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束来执行检测，能够克服高温高粉尘工作环境对检测介质的不利影响，长距离穿透窑炉内气体火焰高温和低温区域，测试表明可穿透1800℃以上的各类气体，并适用于推板窑的在线检测，提高检测精度和工作效率； 

2、通过对该探测系统各个组件的构造和配置方式进行设计，可以在屏蔽掉炉内高温物体的光线不利影响的情况下来接受检测激光束，与直接拍摄检测激光的方式相比可避免图像失真等缺陷，显著提高检测精度；此外，还可以根据检测需求对入射激光的功率、发散覆盖范围以及成像精度等方面进行不同设定和调整，由此可满足不同的探测要求，扩大产品的适用面； 

3、整体监控系统结构紧凑、便于安装和操作，能灵活运用于各种规格的推板窑并获取高精度的检测图像；其中通过对视频图像执行后期智能算法处理，能够进一步提高检测效率和精度，有助于定位缺陷所处的具体位置及类型，便于后续的相应质量控制和调整。 

附图说明

图1是按照本实用新型的用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系 统的整体结构示意图； 

图2是用于显示采用按照本实用新型的监控系统所获得的检测图像的示意图，其中显示为内壁面正常的检测结果； 

图3是用于显示采用按照本实用新型的监控系统所获得的检测图像的示意图，其中显示为监控区域存在一个目标的检测结果； 

图4是用于显示采用按照本实用新型的监控系统所获得的检测图像的示意图，其中显示为监控区域存在两个目标的检测结果。 

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： 

1-主动光源发射装置 2-推板窑窑体 3-被动成像接收装置 4-中央处理装置 5-激光束 101-激光发生器 102-窄带滤波器 103-激光束整形单元 301-感光元件 302-成像单元 401-图像采集单元 402-图像处理单元 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

图1是按照本实用新型的用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统的整体结构示意图。如图1中所示，按照本实用新型的监控系统主要包括主动光源发射装置1、被动成像接收装置3和中央处理装置4。作为被检测对象的推板窑窑体2呈水平安装状态，在其轴向左右两端的外侧，分别对应于窑炉窗口设置有主动光源发射装置1和被动成像接收装置3。为了保证这两个装置的水平一致性和稳定性，它们分别被安装在固定机座上。考虑到推板窑的高温段工作温度往往为1000℃甚至1500℃以上，红外线或普通激光不能有效穿透包含有部分粉尘的高温气体（如氮气、空气等），因此经过对比测试和实践，在本实用新型中选择采用波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束作为检测光，来执行对推板窑 内壁面状态的在线检测；测试表明其能够长距离穿透现有的各类推板窑的高温火焰及气体环境，甚至在2000℃的高温环境中仍能穿透。当上述激光束以覆盖整个推板窑内壁面的方式穿过窑体后，如果存在内壁保温材料脱离或其他局部损伤或变形情况，则检测激光束相应会受到阻碍并形成与正常状态下不同的检测图像，由此可实时有效地反映推板窑内壁面变化状况，从而实现对窑炉内部的在线监控过程。 

如图1中所示，主动光源发射装置1优选包括激光发生器101、窄带滤波器102和激光束整形单元103，其中激光发生器101譬如为功率可调的CO2激光器，用于产生激光束，其发射功率可设定为1w～15w，由此可根据激光发散角和检测距离来相应调节激光能量的大小，以确保穿透高温气体时满足距离要求；窄带滤波器102的作用在于执行滤波处理，具体而言即按照窑炉光谱特性产生截止波段，截止波段之外为干扰信号，由此限制高温环境所产生的干扰信号，并将滤波处理后的激光束发送给激光束整形单元103；激光束整形单元103用于对窄带滤波器102处理后的激光束执行光路聚焦处理，这样激光束在聚焦的同时会以一定角度发散出去，由此获得光路发散角度可调的激光束并以覆盖整体推板窑内壁面的方式穿过窑体，其中激光束整形单元103的光学焦距可设定为420mm～480mm。显而易见的是，该发散角的大小和穿透高温气体的距离长短成反比：发散角度越大，穿透高温气体的距离越短；反之发散角度越小，则穿透高温气体的距离越长。 

在一个优选实施例中，主动光源发射装置1还包括光轴调试单元104和外壳（图中未显示），其中光轴调试单元104的作用主要在于例如以机械方式来调整发射光轴的水平和俯仰角度，以保证其与被动成像接收装置3入射光轴的水平和俯仰角度相一致；外壳用于将激光发生器101、窄带滤光片102、离散度调试单元103和光轴调试单元104等组件一起容纳安装其中，并支撑设置在固定结构件上，由此确保执行光轴调整时的稳定性和牢固性。 

再次参见图1，被动成像接收装置3优选包括感光元件301和成像单元302。其中感光元件301譬如呈镀膜毛玻璃的形式，且其感光波长范围与蓝/绿激光束的波长范围保持一致，用于接收主动光源发射装置1射出且透过高温窑室的激光束，并形成感光图像。作为本实用新型的另一关键改进，由于它与主动光源发射装置保持为波长范围一致，这样一方面可以仅接受检测激光束并予以成像，同时屏蔽掉炉内高温物体的光线以免对后续成像的不利影响；另一方面，还能够避免由于激光能量过强而导致的致盲现象。成像单元302譬如可选用工业CCD相机或其他适当的摄像装置，作为一种高灵敏度成像元件在特定环境中的应用，CCD相机的焦距可设定为8mm～60mm，成像帧频为50Hz，这样可以将感光元件301所形成的感光图像以适当灵敏度和成像质量光学捕获在CCD焦平面上并予以成像，同时可将成像到焦平面上的图像信号转换成电信号以便后续处理。 

在一个优选实施例中，被动成像接收装置3同样可以包括光轴调试单元和外壳，由此譬如以机械方式精密调整入射光轴的水平和俯仰角度，以保证其与主动光源发射装置1发射光轴的水平和俯仰角度相一致，同时确保执行光轴调整时的稳定性和牢固。此外，被动成像接收装置3还可以包括红外偏光元件，该红外偏光元件例如沿着入射光轴方向设置在感光元件301与成像单元302之间，由此可调节入射激光束的偏光角度和入射面，以确保最大限度地满足现场要求。 

当被动成像接收装置3获得作为检测结果的视频图像后，中央处理装置4采集这些作为测试结果的原始检测图像，并通过与正常状态下的检测图像（参见图2）相观察比较，由此可确定推板窑是否发生保温材料脱离或其他局部损伤或变形等情况，具体情形如参见图3、图4。在一个优选实施例中，中央处理装置4包括图像采集单元401、图像处理单元402，以及作为选择的显示单元和报警单元等，其中图像采集单元401譬如为视频采集卡，并可以通过以太网或其他适当方式与成像单元302信号相连，并采集 检测图像发送给图像处理单元402；该图像处理单元402接着可综合所接收的检测图像、高温窑炉气体透过率、粉尘密度透过率及窑炉特征光谱数据等信息执行实时判断处理，由此实现推板窑的内壁面状态的在线监控；显示单元用于实现显示各类中间信息和最终结果信息，报警单元则根据探测结果相应给出声光报警，从而实现对高温推板窑腔体内部成像监控和异常情况报警等功能。 

在一个优选实施例中，图像处理单元402通过将接收到的累积检测图像执行图像相减，并根据图像相减结果来判定推板窑的内壁面状态；为了提高检测精度和有效性，还可以首先对所接收的检测图像作均匀性校正处理，然后将均匀性校正处理后的图像执行相减。在另外一个优选实施例中，可以结合推板窑自身的特性和生产情况，在对检测图像执行图像相减及实时判断处理的过程中，选择将当前检测图像与前面已累积图像的平均值相减，然后根据图像相减的结果来确定推板窑包括保温层松脱和局部损伤等情况在内的内壁面状态。通过以上图像处理算法，可以进一步提高图像检测的精确性避免误判，同时提高检测操作的便利性和生产效率。 

此外，按照本实用新型的用于对推板窑内壁面状况执行探测的系统不仅可适用于单个的推板窑，还可以同时配置于多个推板窑构建探测网络，并使各个推板窑的检测过程同步发送给共用服务器提供统一管理，由此可满足企业内部的多种检测要求，扩大产品的适用面。 

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种用于对推板窑内壁面状况执行在线监控的系统，其特征在于，该系统包括主动光源发射装置（1）、被动成像接收装置（3）和中央处理装置（4），其中： 

所述主动光源发射装置（1）设置在位于推板窑窑体（2）一端外侧的位置，用于获得波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束，该激光束（5）经扩束整形处理后以覆盖照射整个推板窑内壁面的方式穿过窑体，并从窑体的另外一端射出； 

所述被动成像接收装置（3）设置在位于推板窑窑体（2）另外一端外侧的位置，用于接收从窑体射出的激光束并形成相应的检测图像； 

所述中央处理装置（4）与所述被动成像接收装置（3）信号相连，并根据被动成像接收装置所形成的检测图像来实时判定推板窑的内壁面状态，由此实现在线监控过程。 

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主动光源发射装置（1）包括激光发生器（101）、窄带滤波器（102）和激光束整形单元（103），其中该激光发生器（101）用于产生波长为400nm～450nm的蓝激光束或波长为530nm～560nm的绿激光束且功率可调；该窄带滤波器（102）用于对激光发生器所产生的激光束执行滤波处理；该激光束整形单元（103）用于对滤波处理后的激光束执行光路聚焦处理，由此获得光路发散角可调的激光束并以覆盖照射整个推板窑内壁面的方式穿过窑体。 

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述被动成像接收装置（3）包括感光元件（301）和成像单元（302），其中该感光元件（301）用于接收从窑体射出的激光束以形成感光图像，且其感光波长范围与激光束的波长范围保持一致；该成像单元（302）用于捕获感光元件（301）所形成的感光图像，并将捕获生成的图像作为检测图像。 

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述被动成像接收装置（3）还包括红外偏光元件，该红外偏光元件沿着光轴方向设置在所述感光元件（301）与成像单元之间（302），用于调节激光束的偏光角度和入射面。 

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述成像单元（301）为工业CCD照相机。 

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主动光源发射装置（1）和被动成像接收装置（3）还分别包括光轴调试单元，该光轴调试单元用于调整发射光轴和接收光轴的水平和俯仰角度，以保证两者的水平角度和俯仰角度相一致。 

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述中央处理装置（4）还包括显示单元和报警单元，其中该显示单元用于实时显示内壁面状态探测结果及其相关的窑炉气体透过率、粉尘密度透过率及窑炉特征光谱数据信息；该报警单元根据探测结果相应给出声光报警。 

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