本實(shí)用新型涉及視頻監(jiān)控分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種視頻生球粒徑儀＝。

背景技術(shù)：

隨著資源不斷的枯竭和國(guó)際鐵礦石價(jià)格的不斷攀升，高爐使用的原燃料質(zhì)量不斷出現(xiàn)劣化。對(duì)于大型高爐，高爐的操作、鐵水質(zhì)量均與原料有著非常密切的關(guān)系，“七分原料，三分操作”，可以說原料對(duì)高爐的操作的順行、穩(wěn)定起著非常重要的作用。造球機(jī)是為高爐提供球團(tuán)礦物料的設(shè)備，造球機(jī)的成球合格率及礦石物料的部分比例會(huì)直接影響到高爐的生產(chǎn)質(zhì)量。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)粒度檢測(cè)的方法主要包括機(jī)械的篩網(wǎng)篩分法、激光衍射法、電感應(yīng)法等(后兩者主要針對(duì)塵埃顆粒)，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)在粒度識(shí)別領(lǐng)域中的應(yīng)用，顆粒測(cè)量技術(shù)向著范圍廣、測(cè)量準(zhǔn)確度和精確度高、重現(xiàn)性好、速度快的方向發(fā)展。

近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，非接觸式的視頻在線自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)逐漸興起。非接觸式是指通過工業(yè)相機(jī)采集物料圖像，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行物料的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和檢測(cè)；正因如此，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)造球機(jī)成球區(qū)域的成球顆粒進(jìn)行圖像采集、處理的過程中，是否能夠清晰、全面、準(zhǔn)確的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物料進(jìn)行圖像采集以及后續(xù)處理過程對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果具有至關(guān)重要的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)控造球機(jī)成球區(qū)域造球狀態(tài)，并能夠?qū)Τ霈F(xiàn)異常物料及時(shí)報(bào)警的視頻生球粒徑儀。

為此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種視頻生球粒徑儀，包括圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

所述圖像采集系統(tǒng)包括設(shè)置在兩個(gè)LED光源之間的成像設(shè)備，所述成像設(shè)備包括多臺(tái)工業(yè)相機(jī)和安裝在每臺(tái)所述工業(yè)相機(jī)上的鏡頭，所述LED光源低于所述成像設(shè)備設(shè)置，且對(duì)向低角度打光；

所述工業(yè)相機(jī)設(shè)置在造球機(jī)的成球區(qū)域正上方，且多臺(tái)所述工業(yè)相機(jī)的臺(tái)數(shù)與每臺(tái)所述工業(yè)相機(jī)的視野范圍相互配合，使多臺(tái)所述工業(yè)相機(jī)在成球區(qū)域上采集的有效物料總寬度不小于1.4m；其中，相鄰所述工業(yè)相機(jī)之間的水平距離為350～550mm；所述工業(yè)相機(jī)鏡頭至成球區(qū)域的垂直距離為1185～1215mm；

兩個(gè)所述LED光源對(duì)向打光，且與相鄰一側(cè)設(shè)置的所述工業(yè)相機(jī)之間的水平間距為400～650mm、垂直距離為0.4～0.5m；所述LED光源的光束中心線與位于成球區(qū)域所在平面之間所成夾角為40～60°。

每臺(tái)所述工業(yè)相機(jī)的外側(cè)均套裝有一防護(hù)套，在所述防護(hù)套的前端面中心位置設(shè)置有一開孔，使工業(yè)相機(jī)鏡頭能夠通過該開孔采集圖像，所述防護(hù)套內(nèi)還設(shè)置有一氣體吹掃裝置，使壓縮空氣由內(nèi)向外吹掃鏡頭表面。

進(jìn)行圖像采集時(shí)，應(yīng)保證成球顆粒上方的照明光照具有一定光照強(qiáng)度，以減少外部光源的影響，避免陽(yáng)光及日夜更替影響，最終才能獲取到便于后續(xù)圖像處理分析的質(zhì)量良好的圖像，優(yōu)選，所述LED光源滿足光通量為40000±5％LM，色溫為5500-6000K。

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)置在中央控制室內(nèi)，包括用于對(duì)圖像采集系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行計(jì)算分析的高速處理工控機(jī)、實(shí)時(shí)顯示在線采集圖像及數(shù)據(jù)計(jì)算分析結(jié)果的顯示器和面對(duì)異常情況自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)出警報(bào)的報(bào)警裝置；所述高速處理工控機(jī)與所述顯示器之間通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述報(bào)警裝置通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器與所述高速處理工控機(jī)連接。

其中，所述高速處理工控機(jī)包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)報(bào)警模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。

所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括分別設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)控制箱和室內(nèi)控制箱內(nèi)的光纖收發(fā)器以及用于連接各設(shè)備之間的光纖和網(wǎng)線；所述現(xiàn)場(chǎng)控制箱和所述室內(nèi)控制箱的光纖收發(fā)器之間通過光纖連接；所述圖像采集系統(tǒng)與所述現(xiàn)場(chǎng)控制箱之間通過網(wǎng)線和電源線連接；所述室內(nèi)控制箱和所述高速處理工控機(jī)之間通過網(wǎng)線連接。

其中，為了連接的穩(wěn)定性和安全性，所述網(wǎng)線的長(zhǎng)度為1～5m；所述網(wǎng)線的一端采用M12接頭與所述高速處理工控機(jī)的M12接口連接。

該視頻生球粒徑儀及生球粒徑狀態(tài)檢測(cè)方法利用非接觸式視頻檢測(cè)設(shè)備和機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控造球機(jī)的生產(chǎn)狀況，及時(shí)了解所生產(chǎn)礦石的粒度和粒級(jí)分布情況，生產(chǎn)人員可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及其趨勢(shì)對(duì)生產(chǎn)過程做出及時(shí)調(diào)整，保證造球機(jī)保持較高的成球率，為高爐的順利和高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，達(dá)到節(jié)能減排、減員增效、安全生產(chǎn)的目的。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的視頻生球粒徑儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的視頻生球粒徑儀中構(gòu)成高速處理工控機(jī)內(nèi)部各功能模塊工作原理的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、造球機(jī)，2、LED光源，3、成像設(shè)備 4、現(xiàn)場(chǎng)控制箱，5、室內(nèi)控制箱，6、高速處理工控機(jī)，7、顯示器，8、信號(hào)轉(zhuǎn)換器，9、報(bào)警裝置，10、防護(hù)套。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明，但下述實(shí)施例絕非對(duì)本實(shí)用新型有任何限制。

如圖1所示為一種適用于圓盤直徑為7.5m的視頻生球粒徑儀。其中，圖1省略了視頻生球粒徑儀1的其它部件，僅繪制出了造球盤的結(jié)構(gòu)，用于表明視頻生球粒徑儀中的圖像采集系統(tǒng)相對(duì)于造球盤的具體設(shè)置方式。

該視頻生球粒徑儀包括圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

圖像采集系統(tǒng)包括設(shè)置在兩個(gè)LED光源2之間的成像設(shè)備3；成像設(shè)備3包括兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)，在每臺(tái)工業(yè)相機(jī)上安裝有一個(gè)鏡頭；所述LED光源2低于所述成像設(shè)備3設(shè)置且對(duì)向低角度打光；具體地，工業(yè)相機(jī)設(shè)置在造球機(jī)1的成球區(qū)域正上方，為了確保拍攝的圖片清晰完整，防護(hù)套前端距離造球盤上物料的垂直距離為1.2m，兩臺(tái)相機(jī)中心點(diǎn)之間的距離為450mm；單臺(tái)相機(jī)的視野范圍是715mm(橫向)×545mm(縱向)，兩臺(tái)相機(jī)可以覆蓋的視野范圍是1430mm(橫向)×545mm(縱向)，使系統(tǒng)能檢測(cè)的有效物料寬度在1.4m左右，成像設(shè)備的圖像采集頻率為3幀/秒，在1秒內(nèi)縱向有效覆蓋1.5m以上，檢測(cè)精度可以達(dá)到±10mm；

兩個(gè)LED光源2選用HQ-SD-W400F泛光燈，其光通量為40000±5％LM，色溫為5500-6000K；LED光源2設(shè)置在成像設(shè)備3兩側(cè)對(duì)向打光，具體地，LED光源2與成像設(shè)備3之間的垂直距離為0.4m，LED光源2光束中心線與成球盤的成球區(qū)域的水平方向之間所成夾角為45°，兩個(gè)LED光源2與相鄰一側(cè)設(shè)置的工業(yè)相機(jī)之間的水平間距均為500mm。

由于成像設(shè)備設(shè)置在敞開環(huán)境中，且成球機(jī)的成球過程會(huì)造成環(huán)境中存在大量粉塵，因此在每臺(tái)工業(yè)相機(jī)和工業(yè)鏡頭的外側(cè)均套裝有一防護(hù)套10；在所述防護(hù)套10的前端面中心位置設(shè)置有一開孔，使工業(yè)相機(jī)鏡頭能夠通過該開孔采集圖像；防護(hù)套10內(nèi)還設(shè)置有一氣體吹掃裝置，使壓縮空氣由內(nèi)向外吹掃鏡頭表面，確保工業(yè)相機(jī)鏡頭表面潔凈。圖像采集清晰。

所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)置在中央控制室內(nèi)，包括用于對(duì)圖像采集系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行計(jì)算分析的高速處理工控機(jī)6、實(shí)時(shí)顯示在線采集圖像及數(shù)據(jù)計(jì)算分析結(jié)果的顯示器7和面對(duì)異常情況自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)出警報(bào)的報(bào)警裝置9；所述高速處理工控機(jī)與所述顯示器7之間通過數(shù)據(jù)傳輸線連接；所述報(bào)警裝置9通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器8與所述高速處理工控機(jī)6連接。

所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括分別設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)控制箱4和室內(nèi)控制箱5內(nèi)的光纖收發(fā)器以及用于連接各設(shè)備之間的光纖和網(wǎng)線；所述現(xiàn)場(chǎng)控制箱4和所述室內(nèi)控制箱5的光纖收發(fā)器之間通過光纖連接；所述圖像采集系統(tǒng)與所述現(xiàn)場(chǎng)控制箱4之間通過網(wǎng)線和電源線連接；所述室內(nèi)控制箱5和所述高速處理工控機(jī)6之間通過網(wǎng)線連接。

其中，所述高速處理工控機(jī)接收前端模塊傳輸過來的圖像信號(hào)，自動(dòng)完成預(yù)處理、判斷、分析、計(jì)算和存儲(chǔ)等各項(xiàng)檢測(cè)處理過程，單幀圖像的處理速度為300ms左右，最終將得到的物料粒度和分布比例數(shù)據(jù)顯示和保存。具體地，所述高速處理工控機(jī)6包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)報(bào)警模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。

所述數(shù)據(jù)接收模塊接收實(shí)時(shí)圖像；經(jīng)數(shù)據(jù)分析模塊先依次進(jìn)行去噪、均衡、平滑等預(yù)處理，然后進(jìn)行圖像增強(qiáng)和銳化處理，再采用自適應(yīng)閾值的二值化方法識(shí)別出圖像中所有的離散物料顆粒，最后采用圖像分割技術(shù)將重疊在一起的離散物料顆粒分割開，利用面積過濾法去除面積較小的干擾和雜點(diǎn)，并識(shí)別和去除與圖像邊界相連的空白區(qū)域，最終獲取全部有效的離散物料顆粒；數(shù)據(jù)計(jì)算模塊計(jì)算所有有效離散物料顆粒的面積，通過最小外接矩形法經(jīng)過面積轉(zhuǎn)換計(jì)算得出有效直徑；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊對(duì)上述數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)處理過程中獲得全部數(shù)據(jù)進(jìn)行一次存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)報(bào)警模塊內(nèi)預(yù)設(shè)有異物警戒閾值，數(shù)據(jù)計(jì)算模塊獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與異物警戒閾值相比較，當(dāng)離散物料顆粒的大小超過異物警戒閾值，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊對(duì)異常數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)圖像單獨(dú)進(jìn)行二次存儲(chǔ)，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)警模塊。

當(dāng)整批料完全通過后，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算模塊會(huì)自動(dòng)計(jì)算出整批料的平均粒度和各分布區(qū)間的分布比例數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將計(jì)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)和工控機(jī)的指定位置；

其中，數(shù)據(jù)輸出模塊將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)并輸出。數(shù)據(jù)輸出模塊通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器8與報(bào)警裝置連接，一旦接收到異常信號(hào)，報(bào)警裝置9中的蜂鳴器即可發(fā)出報(bào)警聲響。

此外，在實(shí)際操作過程中，設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的加水管道上的流量控制閥、加料管道上的重量感應(yīng)器、造球盤的轉(zhuǎn)速傳感器等均可以通過現(xiàn)場(chǎng)控制箱將相應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳遞至高速處理工控機(jī)6，通過上述分析處理模塊輸出的串口信號(hào)，操作人員可對(duì)造球盤的加水量、加料量、轉(zhuǎn)速、角度等因素進(jìn)行人力控制或作為生產(chǎn)閉環(huán)回饋信號(hào)與其他控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)造球機(jī)高效、高質(zhì)工作。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括分別設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)控制箱4和室內(nèi)控制箱5內(nèi)的光纖收發(fā)器以及用于連接各設(shè)備之間的光纖和網(wǎng)線；現(xiàn)場(chǎng)控制箱4和室內(nèi)控制箱5的光纖收發(fā)器之間通過光纖連接；圖像采集系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)控制箱4之間通過網(wǎng)線和電源線連接；室內(nèi)控制箱5和高速處理工控機(jī)之間通過網(wǎng)線連接。

其中，網(wǎng)線的長(zhǎng)度為1～5m；另外，為了連接的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)置在主控室內(nèi)的網(wǎng)線一端采用M12接頭與高速處理工控機(jī)的M12接口相連；成像設(shè)備采集的圖像信號(hào)通過網(wǎng)線傳輸至現(xiàn)場(chǎng)箱內(nèi)，并通過現(xiàn)場(chǎng)箱內(nèi)的光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)化為光信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸并傳輸至位于主控室內(nèi)的室內(nèi)控制箱內(nèi)，經(jīng)室內(nèi)控制箱內(nèi)的光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)后傳輸至高速處理工控機(jī)內(nèi)。

高速處理工控機(jī)6的各模塊具體采用下述方法對(duì)圖像采集系統(tǒng)獲取的原始圖像進(jìn)行處理并獲得相應(yīng)的物料狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)果；將數(shù)據(jù)結(jié)果與高速處理工控機(jī)6中預(yù)設(shè)的異物警戒閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)計(jì)算數(shù)據(jù)超過異物警戒閾值時(shí)，高速處理工控機(jī)6進(jìn)行存儲(chǔ)后輸出至信號(hào)轉(zhuǎn)換器8，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化后啟動(dòng)報(bào)警裝置，報(bào)警裝置的蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲音。