本發(fā)明屬于自動化控制，更具體地說，涉及一種爐窯窺火孔的自動追蹤裝置及方法。

背景技術：

1、冶金爐窯通常用于高溫環(huán)境下的金屬熔煉和熱處理過程。由于溫度極高，爐窯內(nèi)部的監(jiān)控和操作非常困難，需要高效、可靠的監(jiān)控和控制系統(tǒng)。

2、現(xiàn)有技術當中，窺火孔是冶金爐窯的一個重要組成部分，一般采取人工觀察窺火孔，透過窺火孔可以觀察爐內(nèi)的火焰狀態(tài)和熔煉過程，這種方式效率低，并且還存在安全隱患。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種爐窯窺火孔的自動追蹤裝置及方法，以解決現(xiàn)有人工觀察爐內(nèi)火焰狀態(tài)和熔煉過程存在效率低下和安全隱患的技術問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一目的在于提供一種爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的一側(cè)，所述轉(zhuǎn)爐的爐窯頂板上設置有窺火孔，所述自動追蹤裝置包括：

3、機械臂底座，水平安裝在所述轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上；

4、電機，安裝在所述機械臂底座靠近所述窺火孔的一側(cè)；

5、機械臂，其一端轉(zhuǎn)動連接在所述電機的輸出軸上，另一端為自由端，所述機械臂適于在所述電機的帶動下繞所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)；

6、攝像裝置，安裝在所述機械臂的自由端，所述攝像裝置用于拍攝采集所述窺火孔的位置圖像信息；

7、控制器，與所述電機和所述攝像裝置電性連接，所述控制器用于接收所述攝像裝置拍攝采集的窺火孔位置圖像信息，并分析計算得到所述窺火孔的定位信息，所述控制器根據(jù)所述窺火孔的定位信息控制所述電機動作以調(diào)整所述機械臂的旋轉(zhuǎn)角度，進而使所述攝像裝置追蹤正對所述窺火孔，以拍攝采集所述轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。

8、優(yōu)選地，所述攝像裝置為工業(yè)耐高溫的ccd攝像頭。

9、優(yōu)選地，所述機械臂為伯朗特機械臂。

10、本發(fā)明的第二目的在于提供一種爐窯窺火孔的自動追蹤方法，采用如上述所述的爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，所述自動追蹤方法包括：

11、步驟s100：獲取轉(zhuǎn)爐的窺火孔位置圖像信息；

12、步驟s200：控制器接收并檢測分析所述窺火孔位置圖像信息，獲取所述窺火孔的圓形輪廓；

13、步驟s300：基于所述窺火孔的圓形輪廓，控制器分析計算得到窺火孔的圓心坐標；

14、步驟s400：基于所述窺火孔的圓心坐標在隨所述轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動過程中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生圓弧軌跡，計算所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度；

15、步驟s500：基于所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度，控制器控制電機工作以帶動機械臂在所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應角度θ臂，使攝像裝置剛好正對所述窺火孔。

16、優(yōu)選地，在步驟s300當中，所述窺火孔的圓心坐標的計算方法，包括步驟：

17、步驟s310：比較分析窺火孔的圓形輪廓與周圍之間的像素值，捕獲所述窺火孔的大小范圍；

18、步驟s320：基于捕獲的窺火孔的大小范圍，得到所述窺火孔的最小外接矩形；

19、步驟s330：利用所述窺火孔的最小外接矩形，計算得到所述窺火孔的圓心。

20、優(yōu)選地，在步驟s400當中，計算所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度，具體步驟包括：

21、步驟s410：分別獲取在t1時刻和t2時刻時所述窺火孔的位置圖像信息，并分別計算得到t1時刻和t2時刻的所述窺火孔的圓心坐標；

22、步驟s420：采用差值處理計算得到在t1-t2時間內(nèi)所述窺火孔的圓心在所述轉(zhuǎn)爐的外圓周上的圓弧周長；

23、步驟s430：基于圓弧周長，計算得到對應所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度。

24、優(yōu)選地，在步驟s430當中，所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度的計算表達式為：

25、

26、

27、

28、其中：s代表窺火孔圓心的行走軌跡距離，(x1，y1)代表t1時刻窺火孔圓心所在位置，(x2，y2)代表t2時刻窺火孔圓心所在位置，r代表轉(zhuǎn)爐的半徑，θ弧度代表窺火孔圓心的行走軌跡弧長，θ度代表窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度。

29、優(yōu)選地，在步驟s500當中，所述機械臂在所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應角度θ臂的計算表達式為：

30、

31、其中：θ臂代表機械臂在轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應角度。

32、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果：

33、本發(fā)明中的自動追蹤裝置由機械臂底座、電機、機械臂、攝像裝置和控制器組成，其中機械臂底座水平安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上，電機安裝在機械臂底座的一側(cè)，機械臂的一端轉(zhuǎn)動連接在電機的輸出軸上，另一端為自由端，機械臂可以在電機的帶動下繞轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)；攝像裝置安裝在機械臂的自由端，攝像裝置用于拍攝采集窺火孔的位置圖像信息，控制器用于接收攝像裝置拍攝采集的窺火孔位置圖像信息，并分析計算得到窺火孔的定位信息，控制器根據(jù)窺火孔的定位信息控制電機動作以調(diào)整機械臂的旋轉(zhuǎn)角度，進而使攝像裝置追蹤正對窺火孔，以拍攝采集轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。該自動追蹤裝置取代人工觀察手段，通過圖像識別技術和自動跟蹤，實現(xiàn)對爐窯內(nèi)部火焰和溫度的實時監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率和安全性。成功解決了在冶金爐窯智能判斷中因轉(zhuǎn)爐爐體震動、爐渣飛濺等等影響導致終點判斷無法正常準確判斷冶金終點的問題。

技術特征：

1.一種爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，安裝在轉(zhuǎn)爐(5)頂部的一側(cè)，所述轉(zhuǎn)爐(5)的爐窯頂板上設置有窺火孔(51)，其特征在于，所述自動追蹤裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，其特征在于，所述攝像裝置(4)為工業(yè)耐高溫的ccd攝像頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，其特征在于，所述機械臂(3)為伯朗特機械臂。

4.一種爐窯窺火孔的自動追蹤方法，采用如權(quán)利要求1-3任意一項所述的爐窯窺火孔的自動追蹤裝置，其特征在于，所述自動追蹤方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動追蹤方法，其特征在于，在步驟s300當中，所述窺火孔(51)的圓心坐標的計算方法，包括步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動追蹤方法，其特征在于，在步驟s400當中，計算所述窺火孔(51)的旋轉(zhuǎn)角度θ度，具體步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的爐窯窺火孔的自動追蹤方法，其特征在于，在步驟s430當中，所述窺火孔(51)的旋轉(zhuǎn)角度θ度的計算表達式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動追蹤方法，其特征在于，在步驟s500當中，所述機械臂(3)在所述轉(zhuǎn)爐(5)的外圍旋轉(zhuǎn)對應角度θ臂的計算表達式為：

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種爐窯窺火孔的自動追蹤裝置及方法，涉及自動化控制技術領域，所述自動追蹤裝置包括機械臂底座、電機、機械臂、攝像裝置和控制器，機械臂底座水平安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上；電機安裝在機械臂底座的一側(cè)面；機械臂的一端轉(zhuǎn)動連接在電機的輸出軸上，另一端為自由端，機械臂適于在電機的帶動下繞轉(zhuǎn)爐頂部旋轉(zhuǎn)；攝像裝置安裝在機械臂的自由端，攝像裝置用于拍攝采集窺火孔的位置圖像信息；控制器與電機和攝像裝置電性連接，控制器用于根據(jù)窺火孔的定位信息控制電機動作以調(diào)整機械臂的旋轉(zhuǎn)角度，使攝像裝置追蹤正對窺火孔，以拍攝采集轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。本方法自動追蹤定位窺火孔，實現(xiàn)對火焰狀態(tài)和溫度的連續(xù)監(jiān)測。

技術研發(fā)人員：張建為,王明建,劉瑞
受保護的技術使用者：云南七盞科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9