橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法及定重裝置的製作方法
2023-06-26 06:30:26
專利名稱：橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法及定重裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於冶金領域，涉及一種煉鋼連鑄生產過程中的測定方法，具體地說是一 種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法及定重裝置。
背景技術：
連鑄坯在進入下一道軋制工藝前應進行定重切割，但由於定重問題一直沒有得到 很好解決，目前國內絕大多數鋼鐵企業都採用定長切割系統。受連鑄過程中結晶器的磨損、 鋼水合金成分和拉速變化等因素的制約，導致在同一流、不同時間段所拉鑄同樣長度鑄坯 的重量不相同，且差異較大，即鑄坯的橫截面面積時刻在變化。這個差異會直接影響產品的 成材率，目前採用定尺切割的成材率在96%左右。近年來，國內外在連鑄坯定重問題上，以定長理論為基礎，取得了很大的進步。具 有代表性的成果有兩個方面①寧波中和衡器有限公司和石家莊寶鋼科技有限公司提出了連鑄坯在線定尺定 重切割技術方案。該方案利用前後相鄰兩段連鑄坯密度和橫截面面積相差較少的客觀情 況，在定尺切割系統的基礎上，增加了稱重系統。當前一段切下時，馬上稱其重量，再根據切 割的長度計算出密度和橫截面面積的乘積，利用該乘積計算出下一段的應切長度，以此類 推。這一技術在一定程度上提高了定重精度，但需要在現有定尺切割系統的基礎上，增加稱 重系統，因而需要對現有生產線做較大的改造，不但成本高，而且在有些情況下根本無法實 現；再者，由於其不是真正意義上的定重切割，所以效果不太明顯。②國內外一些高校和研究機構嘗試了將雷射視覺技術應用到連鑄坯的定重切割 系統中，但由於實質上是利用視覺技術來提高測長的精度，並沒有涉足定重的本質問題 (即如何提高測量連鑄坯橫截面面積的精度)，因此其效果也是不太明顯。專利號為031643373的中國實用新型專利說明書，公開了一種「體積法連鑄坯定 重剪切裝置」，利用攝像機和雷射輔助測厚裝置，在一個定長段內只測一次橫截面面積，由 體積和測得的橫截面面積計算出應切長度，最後由攝像機或非接觸式位移傳感器測定應切 長度。所以該專利裝置假定在一定長段內連鑄坯的橫截面面積不變，再加上測長也會有誤 差，所以其理論精度仍不想想，具有很大的局限性。
發明內容
本發明要解決的技術問題，是提供一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方 法，通過視覺成像系統與切割系統同步技術，可實現連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄坯傳送 速度方向上的實時積分，實現連鑄坯橫截面輪廓面積的實時高精度計算，將現有定尺切割 系統技術升級為定重切割系統，大大提高連鑄坯的定重精度，減少後續鋼材產品的廢品率， 從而提高生產效率和經濟效益。本發明的另一個目的，是提供一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重裝置，用作 上述橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法的載體，組成簡單，計算精準，可實現連鑄坯的視覺成像與切割同步進行。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，按照以下步驟順序進行
②雷射照射與CCD攝像機成像利用線性雷射器在切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面處進行雷射照射，形成位於 同一豎向平面A內的光條，豎向平面A與連鑄坯的軸線相垂直；於光條後部由CXD攝像機拍攝，成光條的全像；進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上 光條位置橫截面的圖像，②計算根據上述連鑄坯光條位置橫截面的圖像，計算出連鑄坯上光條位置橫截 面的面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個連鑄坯成像橫截面的面積Sit，並對其在 連鑄坯行進速度方向上進行積分，確定定重切割的重量；③切割等達到所要求定重切割的重量時，實施切割。以上是本發明方法的基本組成，可實現連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄坯傳送速度 方向上的實時積分，大大提高連鑄坯的定重精度，減少後續鋼材產品的廢品率，從而提高生 產效率和經濟效益，經初步測算，對汽車鋼等對定尺率要求較高的連鑄坯而言，該方法可將 鋼坯的成材率提高左右，每噸鋼將節省50元，以石家莊鋼廠年產200萬噸汽車鋼為例， 每年可節省1億元。作為本發明的限定，所述步驟①是按照以下步驟順序進行的(1)線性雷射器的安裝與調整安裝在切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面的左右兩側，分別安裝一個朝向連鑄 坯的線性雷射器，即左側線雷射器與右側線雷射器；調整定重前對左側線雷射器與右側線雷射器進行調整，以使左側線雷射器照在 連鑄坯的上表面和左側面上的光束為光條狀，分別為光條I與光條II ；調整後右側線雷射 器照在連鑄坯的上表面和右側面上的光束為光條狀，分別為光條III與光條IV ；光條I IV位於同一豎向平面A內，調整後光條I與光條III重合；(3) CXD攝像機的安裝與調整安裝在與光條I IV所在豎向平面A後部(即與連鑄坯行進方向的相反方向的 相應處)，於連鑄坯的左右兩側各裝有一架CXD攝像機即左側CXD攝像機、後右側CXD攝像 機，左側CXD攝像機、右側CXD攝像機位於與平面A呈一銳角的傾斜平面B上，左側CXD攝 像機、右側CXD攝像機的鏡頭朝向連鑄坯；調整定重前對左側CXD攝像機、右側CXD攝像機進行調整，以使左側CXD攝像機 能成光條I與光條II的全像，右側CCD攝像機能成光條III與光條IV的全像，並標定左側 CXD攝像機與右側CXD攝像機之間的相對位置關係；(3)拍攝與成像當連鑄坯以一定行進速度ν經過切割位置時，左側C⑶攝像機、 右側CCD攝像機同時拍攝光條圖像，拍攝的圖像將通過數據電纜由USB 口將圖像對應的數 字信號傳輸到計算機，並利用計算機由圖像處理和定重系統進行光條曲線擬合，得到連鑄 坯上光條位置橫截面的圖像。以上是雷射照射與CXD攝像機成像過程的具體步驟，可以實現連鑄坯橫截面輪廓 面積的實時高精度計算，由於CCD攝像機的像素級解析度在微米級，所以所測連鑄坯橫截面面積的精度是以往其它方法所無法比擬的。作為本發明的另一種限定，所述步驟②按照以下步驟順序進行根據連鑄坯光條位置橫截面的圖像，利用計算機由圖像處理和定重系統計算出連 鑄坯上光條位置橫截面的面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個經成像的連鑄坯成 像橫截面的面積Sit ；由圖像處理和定重系統將上述計算所得橫截面面積Sit在連鑄坯行進速度方向上 進行積分，確定定重切割的重量由於連鑄坯橫截面的面積變化與時間t沒有確定的關係， 假定C⑶攝像機兩次拍攝圖像的時間間隔At內連鑄坯橫截面的面積不變，則定重重量w
為W=二 …ν,式中ρ為連鑄坯密度，ν為連鑄坯傳送速度；Si為某時刻連
/=1
鑄坯橫截面面積；At為攝像機相鄰兩次拍照間隔時間。以上為計算步驟的具體過程，該計算過程可以實現連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄 坯傳送速度方向上的實時積分，由於每一個成像截面面積的計算精度已經很高，而面積積 分是一種純數學問題，所以最終的定重精度也是以往其它方法所無法比擬的。利用本方法 可將現有定尺切割系統技術升級為定重切割系統，將連鑄坯的定重精度至少提高一個百分
點ο本發明還有一種限定，所述步驟③是這樣實現的通過將某一時刻由圖像處理與 定重系統積分到的連鑄坯重量與工藝參數要求的定重進行比較，當積分到的連鑄坯重量達 到工藝參數要求的定重w時，由裝有控制系統的計算機通過串口通信用數字脈衝信號通知 切割裝置實施切割。這是切割的具體操作，可以實現切割與定重完成的同步，提高切割系統的靈敏度 和切割精度。本發明還提供了一種實施本發明上述方法的橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重 裝置，該裝置包括左側線性雷射器與右側線性雷射器、左側CXD攝像機與右側CXD攝像機及 計算機，其中左側線性雷射器與右側線性雷射器一一設於切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面 處，於連鑄坯的左右兩側分布，用於對連鑄坯3進行雷射照射，以形成位於同一豎向平面A 內的光條I IV ；左側CXD攝像機與右側CXD攝像機一一設於線性雷射器的後上方，分設於連鑄坯 左右兩側上方，其與切割刀所在平面與豎向平面呈一銳角光條後部，用於拍攝光條I IV 以成其全像，其信號輸出端通過數據電纜與計算機的USB 口相連；計算機裝有圖像處理與定重系統，計算機通過USB 口與CXD攝像積之間用數 據電纜連接，用於對光條I IV全像進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上光條I IV所處位 置的橫截面圖像，並可在計算機屏幕上顯示；同時，該系統自動計算該橫截面面積，並將該 面積在連鑄坯行進速度方向上進行積分，得到目前積分到的連鑄坯重量，然後將積分到的 連鑄坯重量與工藝定重參數進行比較當達到所要求定重切割的重量時，計算機通過串口向 切割系統發送數字脈衝信號，通知切割系統實施切割。以上是本發明定重裝置的基本組成，利用橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割 方法對連鑄坯進行定重測量，可以對連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄坯傳送速度方向上進行實時積分，大大提高連鑄坯的定重精度，減少後續鋼材產品的廢品率，從而提高生產效率和 經濟效益。該裝置結構簡單，操作方便，計算精準。由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，所取得的技術進步在於本 發明的方法及裝置，可實現連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄坯傳送速度方向上的實時積分， 最終實現定重切割，大大提高連鑄坯的定重精度，減少後續鋼材產品的廢品率，提高成材 率，從而提高生產效率和經濟效益。本發明適用於鋼鐵冶煉過程，實現對連鑄坯進行定重切割。本發明下面將結合說明書附圖與具體實施例作進一步詳細說明。
圖1是本發明橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重裝置中部分組件的布局示意圖；圖2、圖3分別是光條成像形態圖；圖4是對連鑄坯橫截面輪廓擬合過程示意圖；圖5是連鑄坯橫截面拍攝間隔過程及面積積分過程示意圖；圖6為本發明實施例中計算機所裝圖像處理與定重系統的流程圖。圖中11-左側線性雷射器，12-右側線性雷射器，21-左側CXD攝像機，22-右側 CXD攝像機，3-連鑄坯，4-數據電纜，5-計算機，I IV-光條。
具體實施例方式實施例一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，按照以下步驟順序進行①雷射照射與CXD攝像機成像利用線性雷射器在切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面處進行雷射照射，形成位於 同一豎向平面A內的光條，豎向平面A與連鑄坯的軸線相垂直；於光條後部由CXD攝像機拍攝，成光條的全像；進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上 光條位置橫截面的圖像。雷射照射與CXD攝像機成像具體按照以下步驟順序進行(1)線性雷射器的安裝與調整安裝在切割刀安裝位置對應連鑄坯3的左右兩側，分別安裝一個朝向連鑄坯3的 線性雷射器，即左側線雷射器11與右側線雷射器12 ；調整定重前對左側線雷射器11與右側線雷射器12進行調整，以使左側線雷射器 11照在連鑄坯3的上表面和左側面上的光束為光條狀，分別為光條I與光條II ；調整後右 側線雷射器12照在連鑄坯3的上表面和右側面上的光束為光條狀，分別為光條III與光條 IV ；光條I IV位於同一豎向平面A內且平面A與連鑄坯3軸線垂直，調整後光條I與光 條III重合；(4) CXD攝像機的安裝與調整安裝在與光條I IV所在豎向平面A後部(即與連鑄坯3行進方向的相反方 向的相應處)，於連鑄坯3的左右兩側各裝有一架CXD攝像機即左側CXD攝像機21、後右側 CXD攝像機22，左側CXD攝像機21、右側CXD攝像機22位於與平面A呈一銳角的傾斜平面B上，左側CXD攝像機21、右側CXD攝像機22的鏡頭朝向連鑄坯3 ；調整定重前對左側CXD攝像機21、右側CXD攝像機22進行調整，以使左側CXD攝 像機21能成光條I與光條II的全像，右側CXD攝像機22能成光條III與光條IV的全像， 並標定左側CXD攝像機21與右側CXD攝像機22之間的相對位置關係(因為左、右側相機 分別成前側面上表面和後側面上表面光條的全像，將這兩部分圖像擬合成對應橫截面輪廓 圖像時，所開發的圖像擬合系統算法中需要知道這兩個相機之間的相對位置關係參數)。(3)拍攝與成像當連鑄坯3以一定行進速度ν經過切割位置時，左側CXD攝像機 21、右側CXD攝像機22同時拍攝光條圖像，拍攝的圖像通過數據電纜由USB 口將圖像對應 的數位訊號傳輸到計算機，並由圖像處理和定重系統進行光條曲線擬合，得到連鑄坯3的 相對於光條I IV位置處的橫截面的圖像。②計算根據上述連鑄坯光條位置橫截面的圖像，計算出連鑄坯上光條位置橫截 面的面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個經成像的連鑄坯成像橫截面的面積Sit， 並對其在連鑄坯行進速度方向上進行積分，確定定重切割的重量。具體地，計算步驟這樣實現根據連鑄坯光條位置橫截面的圖像，由圖像處理和定重系統計算出連鑄坯上光條 位置橫截面的面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個經成像的連鑄坯成像橫截面的 面積Sit ；計算機利用圖像處理和定重系統將上述計算所得橫截面面積Sit在連鑄坯行進速 度方向上進行積分，確定定重切割的重量由於連鑄坯橫截面的面積變化與時間t沒有確 定的關係，假定CCD攝像機兩次拍攝圖像的時間間隔At內連鑄坯橫截面的面積不變，則定
重重量w為
權利要求
1.一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，其特徵在於它按照以下步驟順序 進行①雷射照射與CCD攝像機成像利用線性雷射器在切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面處進行雷射照射，形成位於同一 豎向平面A內的光條，豎向平面A與連鑄坯的軸線相垂直；於光條後部由CCD攝像機拍攝，成光條的全像；進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上光條 位置橫截面的圖像，②計算根據上述連鑄坯光條位置橫截面的圖像，計算出連鑄坯上光條位置橫截面的 面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個連鑄坯成像橫截面的面積Sit，並對其在連鑄 坯行進速度方向上進行積分，確定定重切割的重量；③切割等達到所要求定重切割的重量時，實施切割。
2.根據權利要求1所述的橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，其特徵在於所 述步驟①是按照以下步驟順序進行的(1)線性雷射器的安裝與調整安裝在切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面的左右兩側，分別安裝一個朝向連鑄坯的 線性雷射器，即左側線雷射器與右側線雷射器；調整定重前對左側線雷射器與右側線雷射器進行調整，以使左側線雷射器照在連鑄 坯的上表面和左側面上的光束為光條狀，分別為光條I與光條II ；調整後右側線雷射器照 在連鑄坯的上表面和右側面上的光束為光條狀，分別為光條III與光條IV ；光條I IV位 於同一豎向平面A內，調整後光條I與光條III重合；O) CXD攝像機的安裝與調整安裝在與光條I IV所在豎向平面A後部(即與連鑄坯行進方向的相反方向的相應 處)，於連鑄坯的左右兩側各裝有一架CXD攝像機即左側CXD攝像機、後右側CXD攝像機，左 側CXD攝像機、右側CXD攝像機位於與平面A呈一銳角的傾斜平面B上，左側CXD攝像機、 右側CXD攝像機的鏡頭朝向連鑄坯；調整定重前對左側CXD攝像機、右側CXD攝像機進行調整，以使左側CXD攝像機能成 光條I與光條II的全像，右側CXD攝像機能成光條III與光條IV的全像，並標定左側CXD 攝像機與右側CCD攝像機之間的相對位置關係；(3)拍攝與成像當連鑄坯以一定行進速度ν經過切割位置時，左側CXD攝像機、右側 CCD攝像機同時拍攝光條圖像，拍攝的圖像將通過數據電纜由USB 口將圖像對應的數字信 號傳輸到計算機，並利用計算機由圖像處理和定重系統進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上 光條位置橫截面的圖像。
3.根據權利要求1所述的橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，其特徵在於所 述步驟②按照以下步驟順序進行根據連鑄坯光條位置橫截面的圖像，利用計算機由圖像處理和定重系統計算出連鑄坯 上光條位置橫截面的面積；以此類推，測出經過切割位置的每一個經成像的連鑄坯成像橫 截面的面積St ；由圖像處理和定重系統將上述計算所得橫截面面積Sit在連鑄坯行進速度方向上進行 積分，確定定重切割的重量由於連鑄坯橫截面的面積變化與時間t沒有確定的關係，假定C⑶攝像機兩次拍攝圖像的時間間隔At內連鑄坯橫截面的面積不變，則定重重量w為w= ^Ρ Μ- ^ΑΔ^^，式中P為連鑄坯密度，ν為連鑄坯傳送速度；Si為某時刻連鑄 /=1坯橫截面面積；At為攝像機相鄰兩次拍照間隔時間。
4.根據權利要求1所述的橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法，其特徵在於所 述步驟③是這樣實現的通過將某一時刻由圖像處理與定重系統積分到的連鑄坯重量與工 藝參數要求的定重進行比較，當積分到的連鑄坯重量達到工藝參數要求的定重w時，由裝 有控制系統的計算機通過串口通信用數字脈衝信號通知切割裝置實施切割。
5.一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重裝置，其特徵在於該裝置包括左側線性激 光器與右側線性雷射器、左側CCD攝像機與右側CCD攝像機及計算機，其中左側線性雷射器與右側線性雷射器一一設於切割刀安裝位置對應連鑄坯橫截面處， 於連鑄坯的左右兩側分布，用於對連鑄坯進行雷射照射，以形成位於同一豎向平面A內的 光條I IV ；左側CXD攝像機與右側CXD攝像機一一設於線性雷射器的後上方，分設於連鑄坯左右 兩側上方，其與切割刀所在平面與豎向平面呈一銳角光條後部，用於拍攝光條I IV以成 其全像，其信號輸出端通過數據電纜與計算機的USB 口相連；計算機一一裝有圖像處理與定重系統，計算機通過USB 口與CXD攝像機之間用數據電 纜連接，用於對光條I IV全像進行光條曲線擬合，得到連鑄坯上光條I IV所處位置的 橫截面圖像，並可在計算機屏幕上顯示；同時，該系統自動計算該橫截面面積，並將該面積 在連鑄坯行進速度方向上進行積分，得到目前積分到的連鑄坯重量，然後將積分到的連鑄 坯重量與工藝定重參數進行比較當達到所要求定重切割的重量時，計算機通過串口向切割 系統發送數字脈衝信號，通知切割系統實施切割。
全文摘要
本發明公開了一種橫截面積分式連鑄坯雷射視覺定重切割方法及定重裝置，利用雷射器、攝像機與裝有圖像處理與定重軟體的計算機，通過視覺成像系統與切割系統同步技術，實現連鑄坯橫截面輪廓面積在連鑄坯傳送速度方向上的實時積分，從而實現連鑄坯橫截面輪廓面積的實時高精度計算，將現有定尺切割系統技術升級為定重切割系統，大大提高連鑄坯的定重精度，減少後續鋼材產品的廢品率，從而提高生產效率和經濟效益，定重裝置組成簡單，計算精準。本發明適用於鋼鐵冶煉過程中，實現對連鑄坯進行定重切割。
文檔編號B22D11/126GK102101163SQ201010585770
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者李保章, 黃鳳山, 黃鳳海, 黃永建 申請人:河北科技大學