钢液液面高度自动测量系统的研制

摘要

钢铁工业生产流程非常多，工艺技术也比较复杂，需要自动化技术应用方面也比较多，但是目前在安全要求极高的地方，自动化进程推进仍为缓慢。RH法炼钢工艺中，钢液液面位置就是通过肉眼观察来判定是否合适，但液钢温度达1650摄氏度，亮度特别高，肉眼判断准确度低、对人眼伤害比较大。为了改进炼钢工艺的不足，人们也尝试着用激光测距、红外测距等方法去判定液面位置，但是由于钢液这种物质本身具有很强的辐射，它会把激光、红外等的能量淹没，所以无法判定出钢液液面的位置。本文针对钢液这种物质的特殊性，提出了一种利用数字图像处理技术对钢包可上升高度进行计算的方法。而钢包（盛钢液的钢桶）可上升的高度主要有两方面的影响：钢液液面高度和浸渍管体积。本文的主要内容如下所示：
　　第一，数字图像获取及测量系统的设计。在整个数字测量系统中，工业相机占着及其重要的地位。获取良好的工业现场图片为后续图像处理奠定了良好的基础。本文选取了堡盟(Baumer)CCD工业相机TXG03，从获取的现场图像来看，也验证了相机选择的正确性。
　　第二，钢液液面高度的测量。文中首先对钢液包图像进行预处理，包括图像配准、灰度变换、形态学变化等，然后利用Sobel算子检测出钢桶上端边缘及钢液液面边缘。获取了边缘后，利用最小二乘法的方法拟合出钢桶及钢液液面边缘的椭圆曲线，再求解出钢液液面高度。
　　第三，浸渍管体积的计算。浸渍管在使用过程中，液钢会凝结在浸渍管表面，日积月累越来越多，导致浸渍管体积增大，影响钢液液面上升高度，因此钢包每次顶升的高度不一样。本文首先对获取的浸渍管图像进行预处理，包括灰度变换、滤波处理、形态学变换等操作，然后检测出浸渍管边缘，最后通过水平左右边缘点法计算出浸渍管的直径，进而计算出浸渍管的体积。
　　第四，钢液包可上升高度的计算。通过图像处理算法计算得出的钢液液面高度以及浸渍管体积，间接计算出钢液包可顶升的高度。
　　第五，钢液包二次上升高度的计算。按照RH精炼工艺要求，循环精炼开始后，钢液包会被二次提升以完成精炼过程。文中通过图像处理算法计算出钢液液面到钢桶边缘的距离，以辅助工程人员来完成钢液包的提升。
　　文中通过图像边缘检测等算法计算出钢液液面到钢桶边缘的距离，该数值传给控制系统实现钢液包的顶升。从本文的研究结果可以看出，该方法可以运用于自动化RH炼钢的钢包顶升工艺，达到了项目预研的结果，但是该系统要求绝对安全可靠，故应进一步优化研究以提升其可靠性，才能在实际RH炼钢系统中逐步试用、实用。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究的内容与要求

1.4 论文的章节安排

第二章 钢液液面高度检测方案设计与测量

2.1 钢液液面高度检测系统的介绍

2.2 数字图像测量系统的基础构成

2.3 CCD工业相机

2.4 钢液液面高度自动检测流程

2.5 本章小结

第三章 数字图像预处理算法

3.1 图像配准

3.2 图像的几何旋转

3.3 图像的灰度变换

3.4 图像滤波去噪

3.5 图像二值化处理

3.6 边缘检测

3.7 图像形态学变换

3.8 本章小结

第四章 钢液液面高度测量

4.1 钢液包图像预处理

4.2 钢液液面高度计算

4.3 本章小结

第五章 浸渍管体积测量及钢液包上升高度的计算

5.1 浸渍管图像预处理

5.2 浸渍管横截面直径计算

5.3 钢液包上升高度计算

5.4 本章小结

第六章 钢液包二次上升高度测量

6.1 钢液包图像预处理

6.2 钢液包二次上升高度测量

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 RH炼钢自动化可行性分析

7.2 全文总结

7.3 展望

参考文献

作者在研究生期间发表的论文

致谢