基于计算机视觉的中间包钢水液位及覆盖剂厚度测量方法研究

摘要

现代工业对钢材质量的要求越来越高，连铸是钢铁生产中的重要环节，对钢材质量有重要影响。中间包是连铸机的重要组成部分，中间包的钢水液位及覆盖剂厚度直接影响连铸生产效率、铸坯质量、钢水收得率等。因此，中间包钢水液位和覆盖剂厚度测量的研究具有重要意义和重大价值。 本文采用计算机视觉的方法实现中间包钢水液位及覆盖剂厚度的测量，针对该测量方法目前存在的问题，建立温度场模型对测量方法进行理论论证并分析多种干扰因素对测量精度的影响，提出基于图像特征与Hough变换的目标提取方法及多判据的分界面定位方法实现钢水液位及覆盖剂厚度的测量。本文主要研究内容如下: (1)建立测量管稳态和瞬态温度场模型 结合现场实测数据，建立测量管温度场模型，通过对仿真结果的分析为本文的测量方法提供理论依据，并利用温度场模型研究温度场衰减、液位波动历史、液态覆盖剂粘附对测量的影响。 (2)测量管目标区域的识别 针对经典的图像分割方法不能够有效识别测量管的目标区域，本文提出一种基于图像特征与Hough变换的分割算法，能够有效地将测量管目标区域与图像背景分离，测量管目标区域识别准确率达到98％以上。 (3)钢水-覆盖剂分界面定位判据研究 在实际测量过程中，受多种因素的干扰，热成像图的温度分布呈现多样性。本文结合分界面位置现场手动测量结果、图像特征、温度曲线及温度梯度曲线特征，将所有热成像图进行分类，并针对每类图像特点提出其适用的分界面判据。 (4)影响分界面判定因素处理及分界面特征增强 本文针对温度场衰减及覆盖剂粘附对测量的影响分别提出了多图排序和二次平均算法，有效地实现了温度场信息的还原。 通过与现场手动测量结果的比对验证，本文的测量方法测得的钢水液位及覆盖剂厚度误差小于10mm，可靠性大于90.9％，满足钢水液位及覆盖剂厚度测量工业应用需求。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1中间包钢水液位和覆盖剂厚度测量的意义

1．2熔融金属液位和覆盖剂厚度测量研究现状

1．3课题研究内容

第2章钢水液位及覆盖剂厚度测量原理及方法

2．1钢水液位及覆盖剂厚度测量原理

2．2钢水液位及覆盖剂厚度测量方法

2．3测量管热分析模型的建立与分析

2．3．1测量管的传热机理分析

2．3．2测量管传热过程分析

2．3．3温度场模型的建立

2．3．4温度场模型的仿真结果分析

2．4本章小结

第3章温度梯度特征影响因素的仿真分析

3．1测量管温度场衰减对测量的影响

3．1．1建立测量管升起测量模型

3．1．2分析温度场衰减对测量的影响

3．2钢水液位波动历史对测量的影响

3．2．1建立钢水液位波动温度场模型

3．2．2分析钢水液位波动历史对测量的影响

3．3液态覆盖剂粘附对测量的影响

3．3．1建立液态覆盖剂粘附温度场模型

3．3．2分析液态覆盖剂粘附对测量的影响

3．4本章小结

第4章钢水-覆盖剂分界面的定位

4．2．1测量管目标区域特征分析

4．2．2测量棒目标区域的识别算法研究

4．2．3基于图像特征与Hough变换的分割算法

4．3温度信息提取与定位判据研究

4．3．1基于最优分割及椭圆模板的空间高度还原算法

4．3．2灰度-温度信息转换及温度信息提取

4．3．3基于多判据融合的钢水-覆盖剂定位判据

4．4影响分界面判定因素的处理

4．4．1温度场衰减的处理

4．4．2测量管外壁温度信息受覆盖剂干扰的消除

4．5钢水-覆盖剂分界面的综合定位

4．6本章小结

第5章现场试验与测量结果验证

5．1钢水液位及覆盖剂厚度测量系统构成

5．2测量系统的误差分析

5．2．1测量系统标定误差分析

5．2．2测量管偏移误差分析

5．2．3激光器角度偏移误差分析

5．3钢水液位及覆盖剂厚度测量值的验证与分析

5．3．1钢水液位及覆盖剂厚度测量值的验证

5．3．2钢水液位及覆盖剂厚度测量值的分析

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢