CN206292135U - 视频生球粒径仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种视频生球粒径仪，包括图像采集系统、数据传输系统和数据处理系统；图像采集系统包括设置在两个LED光源之间的成像设备，使成球区域上采集的有效物料宽度不小于1.4m；两个LED光源对向低角度打光，对成像设备进行光源补偿，并配合其它组件实现对实时生球颗粒的图像采集和精确分析；该视频生球粒径仪能够实现对造球机成球区域造球质量和状态进行清晰图像采集、图像处理，且当出现异常物料时能够及时报警。

Description

视频生球粒径仪

技术领域

本实用新型涉及视频监控分析技术领域，特别涉及一种视频生球粒径仪＝。

背景技术

随着资源不断的枯竭和国际铁矿石价格的不断攀升，高炉使用的原燃料质量不断出现劣化。对于大型高炉，高炉的操作、铁水质量均与原料有着非常密切的关系，“七分原料，三分操作”，可以说原料对高炉的操作的顺行、稳定起着非常重要的作用。造球机是为高炉提供球团矿物料的设备，造球机的成球合格率及矿石物料的部分比例会直接影响到高炉的生产质量。

目前国内外对粒度检测的方法主要包括机械的筛网筛分法、激光衍射法、电感应法等(后两者主要针对尘埃颗粒)，随着数字图像处理技术在粒度识别领域中的应用，颗粒测量技术向着范围广、测量准确度和精确度高、重现性好、速度快的方向发展。

近年来，随着数字图像处理技术的广泛应用，非接触式的视频在线自动检测技术逐渐兴起。非接触式是指通过工业相机采集物料图像，可以实时进行物料的现场监控和检测；正因如此，利用数字图像处理技术对造球机成球区域的成球颗粒进行图像采集、处理的过程中，是否能够清晰、全面、准确的对现场物料进行图像采集以及后续处理过程对最终检测结果具有至关重要的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种实现准确监控造球机成球区域造球状态，并能够对出现异常物料及时报警的视频生球粒径仪。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种视频生球粒径仪，包括图像采集系统、数据传输系统和数据处理系统；

所述图像采集系统包括设置在两个LED光源之间的成像设备，所述成像设备包括多台工业相机和安装在每台所述工业相机上的镜头，所述LED光源低于所述成像设备设置，且对向低角度打光；

所述工业相机设置在造球机的成球区域正上方，且多台所述工业相机的台数与每台所述工业相机的视野范围相互配合，使多台所述工业相机在成球区域上采集的有效物料总宽度不小于1.4m；其中，相邻所述工业相机之间的水平距离为350～550mm；所述工业相机镜头至成球区域的垂直距离为1185～1215mm；

两个所述LED光源对向打光，且与相邻一侧设置的所述工业相机之间的水平间距为400～650mm、垂直距离为0.4～0.5m；所述LED光源的光束中心线与位于成球区域所在平面之间所成夹角为40～60°。

每台所述工业相机的外侧均套装有一防护套，在所述防护套的前端面中心位置设置有一开孔，使工业相机镜头能够通过该开孔采集图像，所述防护套内还设置有一气体吹扫装置，使压缩空气由内向外吹扫镜头表面。

进行图像采集时，应保证成球颗粒上方的照明光照具有一定光照强度，以减少外部光源的影响，避免阳光及日夜更替影响，最终才能获取到便于后续图像处理分析的质量良好的图像，优选，所述LED光源满足光通量为40000±5％LM，色温为5500-6000K。

所述数据处理系统设置在中央控制室内，包括用于对图像采集系统采集的图像进行计算分析的高速处理工控机、实时显示在线采集图像及数据计算分析结果的显示器和面对异常情况自动启动发出警报的报警装置；所述高速处理工控机与所述显示器之间通过数据传输线连接；所述报警装置通过信号转换器与所述高速处理工控机连接。

其中，所述高速处理工控机包括数据接收模块、数据分析模块、数据计算模块、数据存储模块、数据报警模块和数据输出模块。

所述数据传输系统包括分别设置在现场控制箱和室内控制箱内的光纤收发器以及用于连接各设备之间的光纤和网线；所述现场控制箱和所述室内控制箱的光纤收发器之间通过光纤连接；所述图像采集系统与所述现场控制箱之间通过网线和电源线连接；所述室内控制箱和所述高速处理工控机之间通过网线连接。

其中，为了连接的稳定性和安全性，所述网线的长度为1～5m；所述网线的一端采用M12接头与所述高速处理工控机的M12接口连接。

该视频生球粒径仪及生球粒径状态检测方法利用非接触式视频检测设备和机器视觉技术，实时动态监控造球机的生产状况，及时了解所生产矿石的粒度和粒级分布情况，生产人员可根据实时数据及其趋势对生产过程做出及时调整，保证造球机保持较高的成球率，为高炉的顺利和高效生产奠定基础，达到节能减排、减员增效、安全生产的目的。

附图说明

图1为本实用新型的视频生球粒径仪的结构示意图；

图2为本实用新型的视频生球粒径仪中构成高速处理工控机内部各功能模块工作原理的结构示意图。

其中，1、造球机，2、LED光源，3、成像设备 4、现场控制箱，5、室内控制箱，6、高速处理工控机，7、显示器，8、信号转换器，9、报警装置，10、防护套。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

如图1所示为一种适用于圆盘直径为7.5m的视频生球粒径仪。其中，图1省略了视频生球粒径仪1的其它部件，仅绘制出了造球盘的结构，用于表明视频生球粒径仪中的图像采集系统相对于造球盘的具体设置方式。

该视频生球粒径仪包括图像采集系统、数据传输系统和数据处理系统。

图像采集系统包括设置在两个LED光源2之间的成像设备3；成像设备3包括两台工业相机，在每台工业相机上安装有一个镜头；所述LED光源2低于所述成像设备3设置且对向低角度打光；具体地，工业相机设置在造球机1的成球区域正上方，为了确保拍摄的图片清晰完整，防护套前端距离造球盘上物料的垂直距离为1.2m，两台相机中心点之间的距离为450mm；单台相机的视野范围是715mm(横向)×545mm(纵向)，两台相机可以覆盖的视野范围是1430mm(横向)×545mm(纵向)，使系统能检测的有效物料宽度在1.4m左右，成像设备的图像采集频率为3帧/秒，在1秒内纵向有效覆盖1.5m以上，检测精度可以达到±10mm；

两个LED光源2选用HQ-SD-W400F泛光灯，其光通量为40000±5％LM，色温为5500-6000K；LED光源2设置在成像设备3两侧对向打光，具体地，LED光源2与成像设备3之间的垂直距离为0.4m，LED光源2光束中心线与成球盘的成球区域的水平方向之间所成夹角为45°，两个LED光源2与相邻一侧设置的工业相机之间的水平间距均为500mm。

由于成像设备设置在敞开环境中，且成球机的成球过程会造成环境中存在大量粉尘，因此在每台工业相机和工业镜头的外侧均套装有一防护套10；在所述防护套10的前端面中心位置设置有一开孔，使工业相机镜头能够通过该开孔采集图像；防护套10内还设置有一气体吹扫装置，使压缩空气由内向外吹扫镜头表面，确保工业相机镜头表面洁净。图像采集清晰。

所述数据处理系统设置在中央控制室内，包括用于对图像采集系统采集的图像进行计算分析的高速处理工控机6、实时显示在线采集图像及数据计算分析结果的显示器7和面对异常情况自动启动发出警报的报警装置9；所述高速处理工控机与所述显示器7之间通过数据传输线连接；所述报警装置9通过信号转换器8与所述高速处理工控机6连接。

所述数据传输系统包括分别设置在现场控制箱4和室内控制箱5内的光纤收发器以及用于连接各设备之间的光纤和网线；所述现场控制箱4和所述室内控制箱5的光纤收发器之间通过光纤连接；所述图像采集系统与所述现场控制箱4之间通过网线和电源线连接；所述室内控制箱5和所述高速处理工控机6之间通过网线连接。

其中，所述高速处理工控机接收前端模块传输过来的图像信号，自动完成预处理、判断、分析、计算和存储等各项检测处理过程，单帧图像的处理速度为300ms左右，最终将得到的物料粒度和分布比例数据显示和保存。具体地，所述高速处理工控机6包括数据接收模块、数据分析模块、数据计算模块、数据存储模块、数据报警模块和数据输出模块。

所述数据接收模块接收实时图像；经数据分析模块先依次进行去噪、均衡、平滑等预处理，然后进行图像增强和锐化处理，再采用自适应阈值的二值化方法识别出图像中所有的离散物料颗粒，最后采用图像分割技术将重叠在一起的离散物料颗粒分割开，利用面积过滤法去除面积较小的干扰和杂点，并识别和去除与图像边界相连的空白区域，最终获取全部有效的离散物料颗粒；数据计算模块计算所有有效离散物料颗粒的面积，通过最小外接矩形法经过面积转换计算得出有效直径；数据存储模块对上述数据分析模块和数据计算模块的数据处理过程中获得全部数据进行一次存储；数据报警模块内预设有异物警戒阈值，数据计算模块获取的各项数据与异物警戒阈值相比较，当离散物料颗粒的大小超过异物警戒阈值，数据存储模块对异常数据和对应图像单独进行二次存储，同时启动数据报警模块。

当整批料完全通过后，系统的数据计算模块会自动计算出整批料的平均粒度和各分布区间的分布比例数据，并通过数据存储模块将计算结果保存到数据库和工控机的指定位置；

其中，数据输出模块将计算结果转换为串口信号并输出。数据输出模块通过信号转换器8与报警装置连接，一旦接收到异常信号，报警装置9中的蜂鸣器即可发出报警声响。

此外，在实际操作过程中，设置在现场的加水管道上的流量控制阀、加料管道上的重量感应器、造球盘的转速传感器等均可以通过现场控制箱将相应检测数据传递至高速处理工控机6，通过上述分析处理模块输出的串口信号，操作人员可对造球盘的加水量、加料量、转速、角度等因素进行人力控制或作为生产闭环回馈信号与其他控制系统联动进行自动控制，实现造球机高效、高质工作。

数据传输系统包括分别设置在现场控制箱4和室内控制箱5内的光纤收发器以及用于连接各设备之间的光纤和网线；现场控制箱4和室内控制箱5的光纤收发器之间通过光纤连接；图像采集系统与现场控制箱4之间通过网线和电源线连接；室内控制箱5和高速处理工控机之间通过网线连接。

其中，网线的长度为1～5m；另外，为了连接的稳定性和安全性，设置在主控室内的网线一端采用M12接头与高速处理工控机的M12接口相连；成像设备采集的图像信号通过网线传输至现场箱内，并通过现场箱内的光纤收发器转化为光信号进行远距离传输并传输至位于主控室内的室内控制箱内，经室内控制箱内的光纤收发器转化为图像信号后传输至高速处理工控机内。

高速处理工控机6的各模块具体采用下述方法对图像采集系统获取的原始图像进行处理并获得相应的物料状态的数据结果；将数据结果与高速处理工控机6中预设的异物警戒阈值进行比对，当计算数据超过异物警戒阈值时，高速处理工控机6进行存储后输出至信号转换器8，经信号转化后启动报警装置，报警装置的蜂鸣器发出警报声音。

Claims (8)

1.一种视频生球粒径仪，其特征在于，包括图像采集系统、数据传输系统和数据处理系统；其中，

所述图像采集系统包括设置在两个LED光源(2)之间的成像设备(3)所述成像设备(3)包括多台工业相机和安装在每台所述工业相机上的镜头；所述LED光源(2)低于所述成像设备(3)设置，且对向低角度打光；

所述工业相机设置在造球机(1)的成球区域正上方，且多台所述工业相机的台数与每台所述工业相机的视野范围相互配合，使多台所述工业相机在成球区域上采集的有效物料总宽度不小于1.4m；其中，相邻所述工业相机之间的水平距离为350～550mm；所述工业相机镜头至成球区域的垂直距离为1185～1215mm；

两个所述LED光源(2)对向打光，且与相邻一侧设置的所述工业相机之间的水平间距为400～650mm、垂直距离为0.4～0.5m；所述LED光源的光束中心线与位于成球区域所在平面之间所成夹角为40～60°。

2.根据权利要求1所述的视频生球粒径仪，其特征在于，每台所述工业相机的外侧均套装有一防护套(10)，在所述防护套(10)的前端面中心位置设置有一开孔，使工业相机镜头能够通过该开孔采集图像，所述防护套(10)内还设置有一气体吹扫装置，使压缩空气由内向外吹扫镜头表面。

3.根据权利要求1所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述LED光源(2)满足光通量为40000±5％LM，色温为5500-6000K。

4.根据权利要求1所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述数据处理系统设置在中央控制室内，包括用于对图像采集系统采集的图像进行计算分析的高速处理工控机(6)、实时显示在线采集图像及数据计算分析结果的显示器(7)和面对异常情况自动启动发出警报的报警装置(9)；所述高速处理工控机与所述显示器(7)之间通过数据传输线连接；所述报警装置(9)通过信号转换器(8)与所述高速处理工控机(6)连接。

5.根据权利要求4所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述高速处理工控机（6）包括数据接收模块、数据分析模块、数据计算模块、数据存储模块、数据报警模块和数据输出模块。

6.根据权利要求4所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述数据传输系统包括分别设置在现场控制箱(4)和室内控制箱(5)内的光纤收发器以及用于连接各设备之间的光纤和网线；所述现场控制箱(4)和所述室内控制箱(5)的光纤收发器之间通过光纤连接；所述图像采集系统与所述现场控制箱(4)之间通过网线和电源线连接；所述室内控制箱(5)和所述高速处理工控机(6)之间通过网线连接。

7.根据权利要求6所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述网线为1～5m。

8.根据权利要求6所述的视频生球粒径仪，其特征在于，所述网线的一端采用M12接头与所述高速处理工控机(6)的M12接口连接。