專利名稱：連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫系統(tǒng)及測溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種連鑄機二冷區(qū)內(nèi)高溫鑄坯表面溫 度的在線連續(xù)檢測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
溫度的測量方法大致分為兩種接觸法和非接觸法。在接觸測溫法中，熱電偶和熱 電阻溫度計應(yīng)用最普遍，該方法的優(yōu)點就是設(shè)備和操作簡單，測得的是物體的真實溫度，其 缺點是動態(tài)特性差，而且由于要接觸待測物體，故對被測物體的溫度分布有影響。目前，非 接觸測溫法以輻射測溫法為主，包括光電比色高溫計和紅外溫度計等，因其具有無測量上 限，響應(yīng)速度快且不影響被測溫場等特點，得到廣泛發(fā)展與應(yīng)用。輻射溫度計的工作波長從 單波長逐步發(fā)展為兩色(比色)和多色，功能亦逐步豐富和智能化。當(dāng)前經(jīng)常使用的單波長 光學(xué)(電)高溫計，比色溫度計及全波長輻射溫度計等，測得的都不是物體的真實溫度，只 是分別為亮度溫度，顏色溫度及輻射溫度。必須知道待測物體的另一參數(shù)——材料發(fā)射率 (即黑度系數(shù))，才可以獲得其真實溫度。眾所周知，物體的材料發(fā)射率不僅與物體的組分， 表面狀態(tài)及考察波長有關(guān)，還與它所處的溫度有關(guān)，一般不宜于在線測量，且易隨著表面狀 態(tài)改變而改變。在鋼鐵廠連鑄生產(chǎn)過程中，常常需要了解連鑄結(jié)晶器熱交換狀態(tài)是否良好，二冷 段冷卻效果是否符合要求，鑄坯內(nèi)部冷卻凝固狀況如何，為此要對鑄坯的表面溫度進行檢 測，借此來間接反映鑄坯內(nèi)部的溫度分布和凝固情況。也就是說，我們希望通過在線連續(xù)監(jiān) 測鑄坯表面溫度的方法，實現(xiàn)鑄坯熱狀態(tài)的監(jiān)控，從而準(zhǔn)確控制鑄坯溫度，保證鑄機的順行 和鑄坯的質(zhì)量。這就必須得涉及到二冷噴淋區(qū)內(nèi)的鑄坯表面溫度的在線檢測，然而，目前這 項溫度測定技術(shù)還沒有完全成熟，因為要準(zhǔn)確測量出二冷區(qū)內(nèi)鑄坯的真實溫度尚存在許多 方面的困難①鑄坯是不斷地運動著，要求測量儀表的動態(tài)響應(yīng)要很好，加之二冷區(qū)內(nèi)鑄坯 處于高水霧高粉塵的惡劣環(huán)境，不適宜接觸式探頭的使用；②高溫鑄坯與空氣接觸會發(fā)生 氧化反應(yīng)，鑄坯表面將形成大量的氧化鐵皮，而且在鑄坯的表面會有一層薄的氧化膜，難于 直接檢測到鑄坯的真實表面溫度。一般情況下，我們可以使用計算機過程控制模型采集到現(xiàn)場工藝參數(shù)后，利用數(shù) 學(xué)傳熱理論對鑄坯進行熱跟蹤計算，用計算值取代測量值。但是模型的計算經(jīng)過了一定的 假設(shè)簡化，并且受模型參數(shù)以及多方面的工藝參數(shù)和實際的設(shè)備狀態(tài)影響，程序調(diào)試?yán)щy 多，還難以保證較高的精確度和長期的穩(wěn)定可靠性。這極大地限制了動態(tài)輕壓下、動態(tài)二冷 配水和電磁攪拌等先進連鑄技術(shù)的應(yīng)用效果。所以面向鑄坯本身的溫度在線檢測成為冶金 研究者關(guān)注的重點。發(fā)明專利申請?zhí)?00810115200. 6《一種測量連鑄坯表面溫度的裝置及其測量方 法》公開的是一種用熱電偶進行接觸式測溫的方法，核心思想是通過多只熱電偶組成一個 環(huán)形測溫儀安裝在連鑄機的支承輥上。它存在多處不足，應(yīng)用的意義不大(1)首先是依然 無法排除鑄坯表面氧化鐵皮對測溫的影響。(2)測溫儀是隨著鑄機支承輥同步轉(zhuǎn)動，因而溫度檢測周期會受鑄機拉速波動的影響，時快時慢。拉速較低時，兩相鄰熱電偶接觸鑄坯的 時間間隔增長，意味著檢測周期的變長。(3) —個測溫儀只能測一個點的溫度，卻要使用多 個熱電偶，如果數(shù)量太少，檢測周期的變長，導(dǎo)致測溫不及時；如果數(shù)量太多，則會增加熱電 偶的安裝難度和維護成本，特別是當(dāng)某個或某些熱電偶出現(xiàn)安裝不到位或者讀數(shù)跳動時， 可能帶來更多的系統(tǒng)誤差。發(fā)明專利申請?zhí)?4202652. 7《連鑄坯內(nèi)部面溫度的在線測量裝 置》公開的是一種用鎧裝熱電偶進行接觸式測溫的方法，在澆注末期將裝有三個熱電偶的 方框架插入結(jié)晶器埋入鋼水中一定深度后停澆，使之隨鑄坯一起向下運動，從而獲得尾坯 的溫度隨時間變化曲線。這種方法很好地避開了鑄坯表面的氧化鐵皮和水霧介質(zhì)干擾，獲 取了鑄坯內(nèi)部溫度，不過熱電偶的插入必然會引起鋼水(或鑄坯)局部的溫度場，而且它只 是應(yīng)用于尾坯的溫度檢測，因此這種方法的應(yīng)用存在諸多局限性，只能作為一種輔助性的 測溫方法。在鑄機上使用非接觸式紅外溫度計已是主流方向，發(fā)明專利申請?zhí)?3153364. 7 《連鑄矯直目標(biāo)溫度監(jiān)測控制與分析系統(tǒng)》公開了一種溫度監(jiān)測控制與分析系統(tǒng)，選用的是 1-1.1微米波長的非接觸式紅外探頭測量鑄坯矯直點溫度。其不足之處在于(1)僅僅局 限于對位于矯直區(qū)鑄坯的進行溫度測量，沒有涉及到情況更復(fù)雜的二次冷卻噴淋區(qū)。即便 是在矯直區(qū)，直接采用紅外測溫探頭仍不能準(zhǔn)確測量出鑄坯的表面溫度。(2)分析系統(tǒng)只 有簡單的分析功能，尚不具備結(jié)合連鑄工藝進行分析反饋設(shè)備狀況和鑄坯質(zhì)量的能力。發(fā) 明專利CN01141418. 9《連鑄二冷區(qū)鑄坯表面溫度準(zhǔn)確測定方法》公開了一種測定方法，采 用非接觸式測溫的方法測量二冷區(qū)鑄坯表面溫度，它是通過獲得某相同測溫點的在一段時 間間隔內(nèi)若干溫度數(shù)據(jù)然后取最大值作為這段時間的鑄坯的真實表面溫度。此專利的不 足在于(1)沒能充分考慮到鑄坯周圍高溫高濕水霧介質(zhì)和鑄坯表面的氧化鐵皮對溫度測 量的影響，(2)通過加大檢測周期來獲取溫度的近似最大值，達(dá)不到實時檢測表面溫度的 目的，(3)采用這種方法難于檢測出二次冷卻區(qū)內(nèi)各個典型控制點的準(zhǔn)確溫度。發(fā)明專利 CN200510110014.X《一種連鑄坯表面目標(biāo)溫度監(jiān)控方法及其裝置》公開了一種連鑄坯表面 目標(biāo)溫度的監(jiān)控分析方法，可以將現(xiàn)有的監(jiān)測裝置反饋結(jié)果進行有效分析，并使之與連鑄 工藝和設(shè)備狀態(tài)的聯(lián)系起來，但限于其溫度檢測仍然采用的是紅外測溫儀，存有上述專利 相同的問題。但同時存在兩大問題要解決一是儀表的指示值如何用被測物的黑度進行校正； 二是如何避免工件表面的氧化鐵皮和鑄坯所處的惡劣環(huán)境(如水汽等)對示值的影響，也 就是說紅外測溫測監(jiān)控的只是一個點的溫度，一旦該點被氧化或者其它因素的干擾，就得 不到該點的真實溫度。所以，受穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的困擾，此類設(shè)備在現(xiàn)場未能發(fā)揮出理想的 測溫作用，基本上陷于安裝卻不能有效使用的尷尬境地。發(fā)明專利申請?zhí)?00710093063. 6 《水霧介質(zhì)下高溫鑄坯表面溫度的測量方法》公開了一種水霧介質(zhì)下高溫鑄坯表面溫度的 測量方法，通過空氣水霧濃度傳感器測得鑄坯表面的水霧濃度得到一個輻射能的衰減系 數(shù)，進而對原始測溫數(shù)據(jù)進行修正。二冷噴淋區(qū)內(nèi)是一個開放空間，噴淋強度是隨著工藝參 數(shù)實時變化的，水霧濃度的量化標(biāo)準(zhǔn)和濃度傳感器的安裝位置等細(xì)節(jié)還需要完善。采取常用的檢測手段，或者不能測到真實的溫度，或者測溫元件過早的損壞而使 測量中斷，往往難以獲取可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。發(fā)明專利申請?zhí)?00780019591. 5《連鑄坯表面 溫度測量方法及裝置》公開了一種連鑄坯表面溫度測量裝置和方法，使用的是高分辨率熱
4像儀和掃描式紅外測溫儀，結(jié)合模型濾波，基本上滿足鑄坯測溫的要求，不過其設(shè)備成本極 高，保養(yǎng)維護困難，在連鑄機上較少使用。發(fā)明專利CN200610083893. 6《高溫溫度場圖像的 檢測裝置及其方法》公開了一種高溫溫度場圖像的檢測裝置，采集混合圖像接收光纖陣列 后經(jīng)電腦視頻處理，采用比色測溫技術(shù)獲得待測溫度場。但是如果不對鑄坯圖像預(yù)處理和 結(jié)果數(shù)據(jù)的過濾，受表面水霧和氧化鐵皮的影響，依然難于得到鑄坯的真實溫度，且沒有與 工藝參數(shù)相結(jié)合，對生產(chǎn)過程的指導(dǎo)意義不大。發(fā)明專利申請?zhí)?00910077462. 2《一種基于彩色CXD的輻射溫度場測量裝置及方 法》公開了一種基于彩色CCD的溫度場測量裝置，與本專利不同之處在于在溫度計算原理實 現(xiàn)上存在差異，并且前者需要進行濾光片的切換，其機械和光學(xué)系統(tǒng)較為復(fù)雜，還沒有考慮 到連鑄坯被氧化鐵皮覆蓋等特殊情況。自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度(OK)以上，都以電磁波的形式時 刻不停地向外發(fā)送能量，這種能量以光輻射的形式表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度上升到一定程度后，輻 射光波開始進入可見光波波段。并且物體溫度越高，輻射能量落在可見光光譜范圍內(nèi)的分 量也會隨之增加，從而形成不同的顏色信息。一個顏色值對應(yīng)著一個溫度值，基于此，有經(jīng) 驗的“老師傅”們可以直接通過肉眼觀察出高溫鑄坯的亮度和顏色來大致估計出鑄坯的溫 度。能不能通過提取實際鑄坯圖像，從原始彩色圖像出發(fā)，由計算機分析取代人工判斷，把 三原色信息當(dāng)作輻射在紅、綠、藍(lán)為代表性波長下的單色圖像，根據(jù)高溫鑄坯表面的顏色信 息來計算出待測鑄坯的表面溫度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種操作簡便，精度較高，動態(tài)響應(yīng)快， 且易于集成到動態(tài)輕壓下、電磁攪拌、二冷動態(tài)配水等先進的連鑄控制技術(shù)軟件包，具有廣 泛的行業(yè)應(yīng)用前景的高溫鑄坯的新型遠(yuǎn)距離攝像測溫方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 該系統(tǒng)包括微型彩色CCD攝像頭，安裝于連鑄機二冷區(qū)內(nèi)弧上方，用于獲取鑄坯二維圖像 信息；視頻圖像采集模塊，用于接收所述二維圖像信息并存儲；工控計算機，用于處理和分 析二維圖像信息，顯示最終結(jié)果。本發(fā)明的另一目的是提出一種連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫系統(tǒng)的測溫方法 具體包括以下步驟1.在連鑄機二冷區(qū)各測溫點上方安裝一個微型彩色CXD攝像頭，實時采集高溫鑄 坯的二維圖像；2.通過視頻采集卡將這些圖像信號快速接入到工控計算機；3.由工控計算機對二維平面圖像進行預(yù)處理后獲得各像素點的顏色值，繼而由顏 色值計算出各像素點的溫度值；4.通過上述步驟得到的溫度值，將統(tǒng)計出平均值與最大值作為主要結(jié)果加以顯 示，同時以圖形化顯示整個監(jiān)測面上的溫度數(shù)據(jù)，并支持鼠標(biāo)的選定讀數(shù)；5.將上述步驟中采集的鑄坯圖像以影像文件保存，溫度的最大值和平均值則保 存在數(shù)據(jù)庫文件中，報警信息則保存在日志文件中。為了最大程度減少鑄坯表面覆蓋的氧化鐵皮和其他因素對測溫結(jié)果的影響，需要
5對上述第3步計算的溫度值進行一定的修正。只有最大溫度值才是鑄坯的真實表面溫度， 這是因為當(dāng)運動著的鑄坯通過鏡頭時，不是一直都被氧化鐵皮覆蓋著，氧化鐵皮脫落后，會 露出新鮮表面，其溫度比氧化皮的溫度高得多。除最大溫度值以外，其它溫度值需要進行以 下步驟判斷和處理1.取拉速方向一定長度內(nèi)(如0. Im)的鑄坯為一單元體，將單元體內(nèi)在拉速方向 上的最大值視為基準(zhǔn)溫度，2.比較單元體內(nèi)拉速方向上的其它像素點溫度與這個基準(zhǔn)溫度的差值，對于溫度 差值在設(shè)定范圍內(nèi)的像素點視為有效像素點予以保留，否則加以剔除標(biāo)記，如賦值為0 ；3.近似認(rèn)為相鄰有效像素點存在線性分布從而推算得到具有標(biāo)記點的溫度，如仍 不合適則取上一時刻作為最終值。按照上述修正方法就可以得到相對準(zhǔn)確的鑄坯溫度場分布，以等溫線或者等溫云 圖將這些數(shù)據(jù)直觀顯示。另外，在溫度判斷的過程中，還可以對鑄坯表面氧化鐵皮覆蓋率定 量計算，只需要統(tǒng)計出曾經(jīng)被標(biāo)記為剔除點的像素點個數(shù)，然后除以檢測面內(nèi)總的像素點 個數(shù)即可。本發(fā)明使用的攝像頭采用感光范圍寬的CXD芯片。CXD是由高感光度的半導(dǎo)體材 料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以 后由視頻采集卡把圖像數(shù)據(jù)傳輸給工控計算機。關(guān)于CCD攝像頭需要考慮以下幾個細(xì)節(jié)問 題(I)CCD攝像頭的安裝位置及固定；(2) CCD鏡頭選型；(3)對CCD鏡頭防水霧和粉塵干擾 的防護處理。這是因為在實際生產(chǎn)過程中，連鑄機處于高溫高濕的狀態(tài)，攝像頭在惡劣的環(huán) 境下長期持續(xù)工作，有必要攝像頭選定最佳工作參數(shù)并對鏡頭進行特殊化防護處理，因鏡 頭周圍空間有煙塵、水汽等能散射或吸收輻射能的介質(zhì)存在，使用凈化空氣進行吹掃，如使 用保護罩和噴吹惰性氣體(如N2)進行氣封，以減少對鏡頭的污損，同時要注意定期檢查和 清潔鏡頭?；趫D像處理的溫度測量必須對原始的數(shù)字化圖像進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理才能進行 后續(xù)的分析計算，圖像的預(yù)處理包括中值濾波、圖像分割和圖像的增強和復(fù)原等。由圖像 分割算法或者手動選定鑄坯待測面輪廓，將待測平面區(qū)域按照鑄坯的規(guī)格平鋪顯示在程序 界面窗口，至此圖像的像素點顏色值很容易通過計算機實現(xiàn)獲取。尋找出鑄坯顏色與鑄坯 溫度之間的定量關(guān)系是涉及本專利準(zhǔn)確度的重要內(nèi)容之一，也就是溫度的標(biāo)定，本專利可 支持兩種方法，兩者都需要進行大量的前期測溫實驗一個是理論計算值與實際測量值之 間多次擬合，建立確定的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系；另一個方法是借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，反復(fù)訓(xùn)練出圖像 RGB值與溫度測量值的關(guān)系。采用本發(fā)明，基本上可實現(xiàn)以下功能1.在線檢測二冷區(qū)內(nèi)高溫鑄坯溫度場可實時、動態(tài)、連續(xù)檢測鑄坯表面溫度?；?于鑄坯彩色數(shù)字化圖像，依據(jù)一定的算法將各像素點的色度和亮度值轉(zhuǎn)化為溫度值，之后 按照設(shè)定范圍對這些溫度值加以分析過濾，以減少水霧介質(zhì)和氧化鐵皮對測溫的干擾。2.顯示鑄坯溫度計算結(jié)果充分利用“點、線、面、形”等多形式多角度地展示鑄坯 溫度場，包括以溫度云圖或等溫線的形式重構(gòu)鑄坯的溫度場；選取鑄坯上的幾何特征點，繪 制其溫度值隨著時間變化曲線等。3.監(jiān)視高溫鑄坯的形貌人工監(jiān)視圖像中鑄坯形貌，輔助性判斷其表面質(zhì)量和噴
6淋效果，同時基于溫度場還可以判斷出氧化鐵皮在鑄坯的分布情況，計算出氧化鐵皮的覆蓋率。4.事故報警當(dāng)控制點檢測溫度或其波動率超出預(yù)先設(shè)定范圍時開始報警，直至 恢復(fù)到正常范圍。5.數(shù)據(jù)儲存可實時保存鑄坯圖像，鑄坯溫度場計算結(jié)果、報警事件及重要工藝 參數(shù)，支持歷史圖像的回放和主要工藝參數(shù)的查詢。與現(xiàn)有的鑄坯溫度檢測技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.測溫方式上面向高溫鑄坯的多點非接觸式溫度測量，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操 作簡便。2.測溫原理上采取二維平面測溫，憑借計算機強大的計算功能，初步計算出鑄 坯圖像上所有像素點的溫度后，由計算機分析對比這些溫度初始值后計算出鑄坯的真實表 面溫度，動態(tài)響應(yīng)快，測量精度高。3.適用范圍廣可應(yīng)用于各種規(guī)格和斷面的連鑄機上，一般可通過選定鏡頭的距 離系數(shù)與調(diào)節(jié)安裝角度，獲取到鑄坯的最佳圖像。4.集成度高以軟件包的形式集成至連鑄過程控制軟件，包括動態(tài)輕壓下、電磁 攪拌、二冷動態(tài)配水等，將鑄坯溫度的檢測與先進的工藝技術(shù)融合，并更好地用于指導(dǎo)生 產(chǎn)。這對連鑄過程的自動檢測乃至整個連鑄自動化水平的提升起到一定推動作用，應(yīng)用前 景廣闊。造成測量誤差的主要因素包括1.鑄坯所處的惡劣環(huán)境鑄坯表面覆蓋的氧化鐵皮和水膜對于圖像法測溫會造 成一定的誤差，因此要對溫度值進行修正，另外不僅要做好攝像頭鏡頭的安全防護，而且還 得定期檢查和清潔。2.測量背景鑄坯圖像中既存在高溫鑄坯的影像，又存在常溫背景的影像，也就 是意味著，既有高溫鑄坯本體的輻射，又有高溫鑄坯對其它光源的反射，測量背景一定會對 測量帶來誤差。因此在對被檢測物體進行拍攝時，要盡量避免其它光源對其照射，保證所測 鑄坯的輻射光強度要比其它光源所形成的反射光強度大得多，當(dāng)鑄坯溫度較低時，則應(yīng)盡 量在相對黑暗的環(huán)境中采集圖像。3.系統(tǒng)分辨率分辨率不高會造成測量的誤差，這是由于測量時對量化后的灰度 值取對數(shù)，實際上是對信號進行了壓縮。4.顏色深度指的是每一像素的顏色值的二進制位數(shù)，顏色深度越大則表示像素 顏色的數(shù)目越多。在RGB顏色表示法中，顏色數(shù)越多，則圖像所反映的圖像信息就越多。一 般采用真彩色圖像，即彩色圖像中每一點的信息量用24位來儲存，


圖1為高溫鑄坯的CXD圖像，其中圖Ia顯示二冷噴淋區(qū)的鑄坯，圖Ib顯示二冷非 噴淋區(qū)的鑄坯。圖2為測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單示意圖，圖3為測溫系統(tǒng)主程序框圖。圖4為測溫系統(tǒng)測溫計算子程序框圖。
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圖5為高溫鑄坯表面氧化鐵皮的監(jiān)視實例，其中圖5a是鑄坯原始圖像，圖5b為鑄 坯表面的氧化鐵皮分布情況。圖中1.連鑄機，2. CXD攝像頭，3.工控計算機。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。本實施例應(yīng)用對象是某大方坯連鑄機的某一流鑄坯，其二冷噴淋區(qū)鑄坯CXD照相 機圖像見圖la，未噴淋區(qū)鑄坯C⑶照相機圖像見圖lb。參照圖2，在1連鑄機內(nèi)弧側(cè)二冷區(qū) 上方適當(dāng)部位焊接固定架，將四個2彩色面陣CCD攝像頭安裝在指定位置上，分別是各個 攝像頭采集的圖像均經(jīng)過圖像采集卡傳輸給一臺3工業(yè)控制計算機。攝像頭全部采用廣角 鏡頭，安裝于距離高溫連鑄坯3-5m處，以獲取鑄坯完整圖像并且不受鑄機設(shè)備遮擋為宜。 攝像頭盡量垂直對準(zhǔn)監(jiān)測面，偏離角度應(yīng)在0° 30°。攝像頭設(shè)有防護罩，其內(nèi)選擇性地 噴掃保護性氣體(一般為N2)，從而防止鏡頭的污損和高溫?fù)p壞。選用彩色圖像采集卡，可以 在800X640分辨率下實現(xiàn)24bit圖像的25幀/秒采樣速度傳遞至工控計算機。工控機除 了實時采集視頻圖像數(shù)據(jù)外，還與現(xiàn)場的PLC設(shè)備直接通信，可參與到實際生產(chǎn)的控制中。 測溫系統(tǒng)主程序框圖見圖3。工控機接收到鑄坯圖像后，由測溫軟件對圖像進行中值濾波，然后將鑄坯圖像平 鋪到軟件界面中。在獲取圖像像素點的顏色值后經(jīng)過軟件內(nèi)置的算法轉(zhuǎn)化成高溫鑄坯的溫 度值。為修正氧化鐵皮和水霧介質(zhì)對測溫結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，還需要對這些溫度值進行修 訂處理，一般獲取該二維圖像中像素點溫度的最大值或平均值作為該檢測點的輸出值，同 時將明顯不符合實際溫度的像素點作出剔除標(biāo)記并重新賦值，由其他正常值進行插值計算 或者取上一時刻保留值。測溫計算子程序框圖見圖4。測溫軟件可以顯示出鼠標(biāo)指定的連鑄坯圖像中任意點溫度，并且可以用等溫線或 溫度云圖的形式實時顯示溫度場的整體情況。因為有高質(zhì)量攝像設(shè)備作保障，可直接用肉 眼觀察實時采集的鑄坯原始圖像，大致判斷出比如鑄坯表面形貌或噴嘴的噴淋狀態(tài)等其它 重要信息。圖像信息、計算結(jié)果和相關(guān)工藝參數(shù)會分別以影像文件和數(shù)據(jù)庫文件的形式周 期性保存到工控機的硬盤中，同時配有特定的報警日志文件，作為優(yōu)化工藝和維護設(shè)備的 重要參考依據(jù)?；阼T坯表面溫度值，還可以粗略計算出氧化鐵皮的覆蓋區(qū)域。如圖5a為鑄坯的 原始圖像，經(jīng)過圖像處理后得到圖5b，從而給出了鑄坯表面氧化鐵皮的分布，其覆蓋率大小 為 32. 9%。因攝像頭鏡頭周圍空間有煙塵、水汽等能散射或吸收輻射能的介質(zhì)存在，要注意 定期檢查和清潔鏡頭。采用本實施例，基本可實現(xiàn)以下功能1.采集待測鑄坯的圖像，將數(shù)字化圖像中各像素點的色度和亮度信息經(jīng)過計算轉(zhuǎn) 化為其溫度值，之后分析比較這些溫度值按照設(shè)定范圍加以溫度過濾，從而得到較準(zhǔn)確的 溫度場。2.鼠標(biāo)放在鑄坯的圖像上后可立即顯示當(dāng)點溫度，為獲得待測鑄坯溫度整體信
8息，以溫度云圖的形式重構(gòu)出鑄坯二維溫度場。并選取鑄坯上的幾何特征點，作出其溫度值 隨著時間變化曲線。3.基于鑄坯高清原始圖像，人工監(jiān)視連鑄坯的形貌，輔助性判斷其表面質(zhì)量和冷 卻水噴淋效果。4.設(shè)定各監(jiān)控點溫度的上下限，當(dāng)實際檢測溫度超出范圍時開始報警，通過調(diào)節(jié) 相關(guān)工藝參數(shù)直至該溫度恢復(fù)到正常范圍，有利于生產(chǎn)順行和工藝優(yōu)化。5.可保存實時鑄坯圖像，鑄坯溫度場數(shù)據(jù)、報警事件及重要工藝參數(shù)，支持歷史圖 像和主要工藝參數(shù)的回放與查詢。
權(quán)利要求
一種連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括微型彩色CCD攝像頭，安裝于連鑄機二冷區(qū)內(nèi)弧上方，用于獲取鑄坯二維圖像信息；視頻圖像采集模塊，用于接收所述二維圖像信息并存儲；工控計算機，用于處理和分析二維圖像信息，顯示最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫方法，其特征在于，具體包 括以下步驟1)在連鑄機二冷區(qū)各測溫點上方安裝一個微型彩色CCD攝像頭，實時采集高溫鑄坯的 二維圖像；2)視頻采集卡將所述二維圖像信號接入到工控計算機；3)所述工控計算機對所述二維平面圖像進行預(yù)處理后獲得各像素點的顏色值，繼而由 顏色值計算出各像素點的溫度值；4)通過上述步驟得到的溫度值，將統(tǒng)計出平均值與最大值作為主要結(jié)果加以顯示，同 時以圖形化顯示整個監(jiān)測面上的溫度數(shù)據(jù)；5)將上述步驟中采集的鑄坯圖像以影像文件保存，溫度的最大值和平均值則保存在數(shù) 據(jù)庫文件中，報警信息則保存在日志文件中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫方法，其特征在于，所述步 驟3中還包括根據(jù)計算出各像素點的溫度值后，取拉速方向一定長度內(nèi)的鑄坯為一單元 體，將單元體內(nèi)在拉速方向上的最大值視為基準(zhǔn)溫度，比較單元體內(nèi)拉速方向上的其它像 素點溫度與這個基準(zhǔn)溫度的差值，對于溫度差值在設(shè)定范圍內(nèi)的像素點視為有效像素點予 以保留，否則加以剔除標(biāo)記，賦值為0 ；近似認(rèn)為相鄰有效像素點存在線性分布從而推算得 到具有標(biāo)記點的溫度，如仍不合適則取上一時刻作為最終值。
全文摘要
本發(fā)明屬于煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種連鑄機二冷區(qū)高溫鑄坯攝像測溫系統(tǒng)及測溫方法，該系統(tǒng)包括微型彩色CCD攝像頭，安裝于連鑄機二冷區(qū)內(nèi)弧上方，用于獲取鑄坯二維圖像信息；視頻圖像采集模塊，用于接收所述二維圖像信息并存儲；工控計算機，用于處理和分析二維圖像信息，顯示最終結(jié)果。本發(fā)明基于彩色視頻成像和計算機圖像處理技術(shù)，將圖像預(yù)處理后的高溫鑄坯彩色圖像中像素點的色度信息轉(zhuǎn)化為溫度信息，對表面覆蓋氧化鐵皮的像素點溫度進行修訂處理，最終輸出溫度的最大值和平均值。該測溫方法操作簡便，精度高，動態(tài)響應(yīng)快，適用范圍廣，且易于集成到動態(tài)輕壓下、電磁攪拌、二冷動態(tài)配水，具有廣泛的行業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號B22D11/22GK101905293SQ201010195538
公開日2010年12月8日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者張家泉, 曾智 申請人:北京科技大學(xué)