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一种非接触式自焙 电极压放量测量系统和方法

阅读：711发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种非接触式自焙电极压放量测量系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种非接触式自焙电极压放量测量方法，属于视觉识别、数字图像处理技术领域，该方法步骤如下：设定采集条件下，对采集设备进行标定；在与自焙电极间隔一定的采集距离，且与自焙电极相对应不变的位置采集自焙电极压放前、后的图像，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及特征目标提取；计算电极压放前的图像Ⅰ的特征目标和自焙电极压放后的图像Ⅱ特征目标中心点位置变化的差值，通过非接触式的测量得到精准的电极压放量，此方法不受电炉炉型及生产工艺限制，用以解决电炉生产恶劣环境下电极压放测量问题，提升产品整体自动化水平及操作安全性。，下面是一种非接触式自焙电极压放量测量系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非接触式自焙电极压放量测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:设定采集条件下，对采集设备进行标定；
S2:在与自焙电极间隔一定的采集距离，且与自焙电极相对应不变的位置采集自焙电极压放前、后的图像，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；
S3:分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及特征目标提取；
S4:计算电极压放前的图像Ⅰ的特征目标和自焙电极压放后的图像Ⅱ特征目标中心点位置变化的差值。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式自焙电极压放量测量方法，其特征还在于：所述采集设定条件包括光线强度保持不变。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式自焙电极压放量测量方法，其特征还在于：对采集设备进行标定的过程如下：选择尺寸已知的标定物，在采集设备的几何模型下，建立标定物图像坐标系与空间坐标系，获取图像像素尺寸与自焙电极实际尺寸的对应关系。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式自焙电极压放量测量方法，其特征还在于：S3中的所述预处理过程如下：采用高斯线性平滑滤波算法对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行噪声的平滑去噪处理，得到模糊图像。
5.根据权利要求4所述的一种非接触式自焙电极压放量测量方法，其特征还在于：S3中的所述特征目标提取的过程如下：
S3-1:将模糊图像按精度要求分割成若干子区域，采用基于像素的直方图阈值分割法将彩色图像的红色颜色分量投影到低维空间；
S3-2：采取拉普拉斯算子法对分割后的图像进行边缘轮廓提取。
6.一种非接触式自焙电极压放量测量系统,其特征在于：该系统包括图像采集单元、网络传输单元和图像处理单元；
所述图像采集单元与需要测量的自焙电极间隔一定的距离且保持相对应的位置不变；
所述图像采集单元对所述自焙电极的压放前、后的图像进行采集，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；
所述网络传输单元将自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ分别传输给所述图像处理单元；
所述图像处理单元分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及目标特征提取，计算自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ中心点位置变化的差值。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式自焙电极压放量测量系统,其特征还在于：所述图像采集单元至少包括摄像机和图像采集卡，所述图像采集卡将采集的光信号转换成数字信号。

说明书全文

一种非接触式自焙 电极压放量测量系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及视觉识别、数字图像处理技术领域尤其涉及一种非接触式自焙电极压放量测量系统和方法。

背景技术

[0002] 自焙电极压放量的测量对电炉冶炼至关重要，在国内冶炼的实际生产中，尽管在投产时，不同的炉型配置了不同的测量仪器，但其原理均为接触式机械测量，工作一段时间后，由于自焙电极周围高温恶劣的生产环境及经常掉落的焊渣,导致测量仪表和PLC模块的损坏和绝缘失效，降低了测量设备可靠性和压放量测量的精准度，无法长期使用，所以现场主要依靠操作人员手动对电极的压放量进行标记和测量。

[0003] 操作人员近距离对自焙电极的压放量进行测量，会有触电和一氧化碳中毒的安全隐患，影响生产的安全进行。同时，人工测量存在人为误差，效率低下，且纸质数据记录不利于后续工艺分析及管理。

发明内容

[0004] 根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种非接触式自焙电极压放量测量方法，包括以下步骤：

[0005] S1:设定采集条件下，对采集设备进行标定；

[0006] S2:在与自焙电极间隔一定的采集距离，且与自焙电极相对应不变的位置采集自焙电极压放前、后的图像，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；

[0007] S3:分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及特征目标提取；

[0008] S4:计算电极压放前的图像Ⅰ的特征目标和自焙电极压放后的图像Ⅱ特征目标中心点位置变化的差值。

[0009] 进一步地，所述采集设定条件包括光线强度保持不变。

[0010] 进一步地，对采集设备进行标定的过程如下：选择尺寸已知的标定物，在采集设备的几何模型下，建立标定物图像坐标系与空间坐标系，获取图像像素尺寸。

[0011] 进一步地，S3中的所述预处理过程如下：采用高斯线性平滑滤波算法对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行噪声的平滑去噪处理，得到模糊图像，模糊图像便于图像分析。

[0012] 进一步地，S3中的所述特征目标提取的过程如下：

[0013] S3-1:将模糊图像按精度要求分割成若干子区域，采用基于像素的直方图阈值分割法将彩色图像的红色颜色分量投影到低维空间；

[0014] S3-2：采取拉普拉斯算子法对分割后的图像进行边缘轮廓提取。

[0015] 进一步地，该系统包括图像采集单元、网络传输单元和图像处理单元；

[0016] 所述图像采集单元与需要测量的自焙电极间隔一定的距离且保持相对应的位置不变；

[0017] 所述图像采集单元对所述自焙电极的压放前、后的图像进行采集，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；

[0018] 所述网络传输单元将自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ分别传输给所述图像处理单元；

[0019] 所述图像处理单元分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及目标特征提取，计算自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ中心点位置变化的差值。

[0020] 进一步地，所述图像采集单元至少包括摄像机和图像采集卡，所述图像采集卡将采集的光信号转换成数字信号。

[0021] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种非接触式自焙电极压放量测量方法通过软件编程对图像进行处理和压放量的计算，通过非接触式的测量方法得到精准的电极压放量，此方法不受电炉炉型及生产工艺限制，用以解决电炉生产恶劣环境下电极压放测量问题，提升产品整体自动化水平及操作安全性；一种非接触式自焙电极压放量测量装置使用摄像机对自焙电极进行视觉识别、图像摄取采集，使用摄像机作为主要传感器持续监测电极压放、使用计算机视觉识别和图像处理技术处理图像以确定电极压放量，图像算法考虑了图像失真、粉尘和振动等因素，因摄像系统是非接触式，对生产过程不具有干扰性,不受冶炼炉型限制,也不像其他接触式测量方式那样容易受设备漏电及粉尘环境影响，具有独特的优势；并且该方法及装置提高电炉冶炼生产中电极压放量测量的可靠性、精确度及操作人员的安全性附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。

[0023] 图1为本发明流程图；

[0024] 图2为本发明系统构成图；

[0025] 图3为压放量测量逻辑图。

[0026] 图中：1.1，摄像机、1.2，摄像机支架，1.3，图像采集卡，2.1、交换机，2.2、通讯板，3.1，PC机、3.2，数字处理卡、3.3，视觉识别和图像处理模块。

具体实施方式

[0027] 为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

[0028] 图1为本发明流程图，一种非接触式自焙电极压放量测量方法，包括以下步骤：

[0029] S1:设定条件下，对采集单元进行标定；

[0030] S2:在与自焙电极间隔一定的距离，且与自焙电极相对应不变的位置采集自焙电极压放前后的图像，电炉控制系统发出拍摄指令，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；

[0031] S3:分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及特征目标提取；

[0032] S4:计算电极压放前的图像Ⅰ的特征目标和自焙电极压放后的图像Ⅱ特征目标中心点位置变化的差值，计算特征标志移动的距离得到电极实际压放测量值，准确的压放测量作为电极消耗的直接反应，是指导电炉冶炼生产的重要数据。

[0033] 进一步地，所述设定条件包括光线强度保持不变。

[0034] 进一步地：对采集单元进行标定的过程如下：选择一个已知尺寸大小的标定物，在采集单元的几何模型下，建立标定物图像坐标系与空间坐标系，通过计算，获取图像像素尺寸与电极实际尺寸的对应关系。

[0035] 进一步地：S3中的所述预处理过程如下：为了提高测量结果的精确度和特征标志的辨识度，采用高斯线性平滑滤波算法对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行噪声的平滑去噪处理，得到模糊图像，减少图像信息，便于图像分析，抑制正态分布的噪声，消除图像中特征标志以外的因摄像镜头图像失真、粉尘和振动等因素引起的干扰因素，得到模糊图像。

[0036] 进一步地：S3中的所述特征目标提取的过程如下：

[0037] S3-1:将模糊按精度要求分割成若干子区域，采用基于像素的直方图阈值分割法将彩色图像的红色颜色分量投影到低维空间；因为电极上的特征物为铁锈，颜色为红色阈值系列，采用RGB彩色模型，进行红色提取，使得特征亮度更高，便于提取。红色阈值提取后，图像从彩色图像变为灰度图。

[0038] S3-2：在S3-1图像分割的基础上采取拉普拉斯算子法对分割后的图像进行边缘轮廓提取，

[0039] 拉普拉斯算子法公式如下：

[0040]

[0041] 当函数快速变化时，其一阶导数变大，当逼近类似边缘的不连续地方时，导数快速增长，而穿过这些不连续地方时，导数又快速减小，所以导数在此范围内会有局部极值，即图像的边缘位于拉普拉斯的值为0的地方。

[0042] 进一步地，图2为本发明系统构成图，一种非接触式自焙电极压放量测量系统包括图像采集单元、网络传输单元和图像处理单元；

[0043] 所述图像采集单元与需要测量的自焙电极间隔一定的距离且保持相对应的位置不变；

[0044] 所述图像采集单元对所述自焙电极的压放前后的图像进行采集，分别得到自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ；

[0045] 所述网络传输单元将自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ分别传输给所述图像处理单元；

[0046] 所述图像处理单元分别对自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ进行预处理及目标特征提取，计算自焙电极压放前的图像Ⅰ和自焙电极压放后的图像Ⅱ中心点位置变化的差值。

[0047] 进一步地：所述图像采集单元包括摄像机1.1、摄像机支架1.2和图像采集卡1.3；

[0048] 所述摄像机1.1固定在所述摄像机支架1.2上，所述图像采集卡1.3设置在所述摄像机的内部，将所述摄像机1.1镜头采集的光信号通过所述图像采集卡1.3转化成数字信号；

[0049] 所述摄像机1.1安装在固定的压放平台上，与自焙电极相对位置保持不变，使现场光线强度受控、保持基本不变，选择一个已知尺寸大小的标定物，在摄像头的几何模型下，建立标定物图像坐标系与空间坐标系，通过数学计算，获取图像像素尺寸与电极实际尺寸的对应关系。

[0050] 所述网络传输单元包括交换机2.1和通讯板2.2；所述交换机2.1与所述通讯板2.2相连接；

[0051] 所述图像处理单元包括PC机3.1、数字处理卡3.2、视觉识别和图像处理模块3.3；数字信号通过工业以太协议进行网络传输，经数字处理卡3.2将数字图像信息读取至PC机
3.1，在PC机上视觉识别和图像处理模块对所述图像采集单元采集的图像进行预处理和特征目标提取。

[0052] 图3为压放量测量逻辑图，为减少不定因素对摄像头采集的影响，增加测量系统的稳定性和可靠性，取3个特征标志为一组，取平均值进行计算。压放前取一组特征标志，记录当前位置S1、S2、S3，当电极压放动作时，记录压放后位置S1'、S2'、S3'，通过特征标志位移量计算电极压放量。

[0053] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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