本发明专利技术公开了一种适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，该系统是在现有熔炼设备的控制设备系统中存储有图像信息状态识别模块，对于熔炼过程图像的采集通过一耐高温保护套将图像采集设备安装在现有熔炼设备上。图像采集设备采集到的熔炼过程图像通过数据采集卡来传输至控制设备系统中。分析观测对象在颜色、纹理、光强等方面与划分的特定冶炼阶段间的对应关系，归纳人工观测经验并与冶炼理论相结合，建立图像特征与冶炼状态模型，实时在线输出识别冶炼状态。设置参数校正环节根据实测数据对其进行微调。另外，输出的冶炼状态也可与其他多个方法或模型的结果一起作为输入进行信息融合的综合判断，使操作判断更加准确。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统
本专利技术属于金属熔炼领域的图像识别技术，具体属于材料在进行真空感应熔炼、 真空熔炼、铸造等熔炼工艺中对熔炼过程中的图像信息进行采集、并依据图像信息进行熔 炼过程所处状态的识别系统。
技术介绍
2000年8月第1版，胡亚民主编《材料成形技术基础》第40页。熔炼是液态金属铸 造成形技术过程中的一个重要环节，与铸件的品质、生产成本、产量、能源消耗以及环境保 护等密切相关。在熔炼这一环节中，多种固态金属炉料（废钢、生铁、回炉料、铁合金，有色 金属等）按比例搭配装入相应的熔炉中加热熔化，通过一系列冶金反应，转变成具有一定 化学成分和温度的符合铸造成形要求的液态金属。熔炼应满足的主要要求是：熔炼出符合 材质性能要求的金属液，而且化学成分的波动范围应尽量小；熔化并过热金属所需的高温； 有充足和适时的金属液供应；低的能耗和熔炼费用；噪声和排放的污染物严格控制在法定 的范围内。 在相同的浇注情况下，较高的熔炼温度（出炉温度）可以使液态金属具有较高的 浇注温度，而较低的熔炼温度则使液态金属具有较低的浇注温度。如果浇注温度过低，金属 液会在充满铸型型腔前凝固，产生浇不足和其他缺陷。如果浇注温度过高，金属液容易同 铸型材料发生反应，使铸件广生粘砂、夹砂和气孔等缺陷，商的热负荷甚至可能引起铸型损 坏。选择合适的浇注温度和熔炼温度可避免产生这些问题。 一般地，真空感应熔炼设备包括有熔炼室、装料器、感应电炉、真空系统、冷却系 统、液压系统、以及控制设备系统。 在传统或中小规模冶炼、熔炼中，熔炼装备、熔炼控制水平通常较低，因技术、资金 等方面的限制通常采用人工经验进行判断当前某些熔炼顺行现象是否满足操作的要求，生 产过程控制无法实现完全自动化。实时在线地准确识别冶炼过程中，如温度、火焰颜色、火 焰光强等状态变化，并对冶炼设备的进行操作是冶炼生产自动控制的关键，能够提高冶炼、 熔炼生产效率、降低能源消耗及提高产品质量等，具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术提出了一种适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，该图像信息状态 识别系统存储在现有真空熔炼设备的控制设备系统中。本专利技术是针对熔炼过程中全部的状 态变化进行采集、监测，并用反馈信号来调节所述的控制设备系统，是一种符合人眼观察经 验的基于图像信息的熔炼过程、熔炼阶段状态识别技术手段。以解决目前熔炼过程凭经验、 及人工观察在空间、时间和主观上的局限，造成熔炼产物不合格等缺点。 本专利技术的基于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，其硬件有图像采集设备、数 据采集卡；所述的图像采集设备安装在一个耐高温的保护套里，耐高温的保护套安装在熔 炼室的观察窗处；数据采集卡通过电缆分别与图像采集设备和控制设备系统连接。图像采 集设备用于采集从熔炼开始至熔炼结束全过程的熔炼变化；数据采集卡用于将图像采集设 备采集的图像信息进行转换成控制设备系统能够接收有图像数据信息，并传输给控制设备 系统；控制设备系统对接收到的图像数据信息首先进行存储，然后进行依据图像信息状态 识别方法进行后续的处理。 本专利技术提出的图像信息状态识别方法是基于图像信息分析观测对象在颜色、纹 理、光强等方面与划分的特定冶炼阶段间的对应关系，归纳人工观测经验并与冶炼理论相 结合，建立图像特征与冶炼状态模型，实时在线输出识别冶炼状态。设置参数校正环节根据 实测数据对其进行微调。另外，输出的冶炼状态也可与其他多个方法或模型的结果一起作 为输入进行信息融合的综合判断，使操作判断更加准确。 【附图说明】 图1是本专利技术适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统的结构框图。 图1A是本专利技术适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统的另一结构框图。 图2是本专利技术适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统的处理流程图。 图3是本专利技术适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统的SVM分类器的结构 图。 图4是本专利技术适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统的阈值分割得高温部 分子流程图。 图5是采集的可见光图像。 图6是图5三状态图像的HSI颜色空间。 图7是图5中提取出的高温部分。 图8是图5中状态B、C图像的HSI三通道直方图。 图9是图5中炉料区域进行大津阈值后的分割效果图。 图10是图5中炉料区域形态学填补效果图。 图11是物体高温部分形态学腐蚀后效果图。 【具体实施方式】 参见图1所示，本专利技术的基于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，其硬件有图 像采集设备、数据采集卡；所述的图像采集设备安装在一个耐高温的保护套里，耐高温的保 护套安装在熔炼室的观察窗处；数据采集卡通过电缆分别与图像采集设备和控制设备系统 连接。图像采集设备用于采集从熔炼开始至熔炼结束全过程的熔炼变化；数据采集卡用于 将图像采集设备采集的图像信息进行转换成控制设备系统能够接收有图像数据信息，并传 输给控制设备系统；控制设备系统对接收到的图像数据信息首先进行存储，然后进行依据 图像信息状态识别方法进行后续的处理。 参见图1A所示，在本专利技术中，选取的硬件设备中，为了对图像采集设备采集到的 图像信息进行监控，也可以在图像采集设备上再连接一监视器。监视器能够看到图像采集 设备是否进入正常工作状态、是否采集到了熔炼过程等，也可以存储图像采集设备采集的 图像信息，该图像信息可以以离线方式与控制设备系统中存储的转化后的图像信息进行离 线对照。 在本专利技术中，基于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，采用C++编程语言（或者 其他编程语言也是可以的）编写的软件部分有2个单元，一个是参数校正（调试用）单元， 另一个是在线熔炼阶段状态识别单元。这2个单元存储在现有真空熔炼设备的控制设备系 统中。 通常在整个熔炼过程中，火焰和炉料料面是主要的观测对象和判断依据，也是能 够实现非接触式远距离探测的可探测量。越多的把握其图像特征信息，就越能准确地判断 当前熔炼阶段。 根据图像成像原理、热辐射原理、冶金原理以及现场数据和经验，熔炼过程中其图 像具有以下特点： 1)火焰火色与温度具有相关性。以钢铁熔炼风口火焰为例，暗红色时火焰温度为 580?650°C，桔黄微红时为830?850°C，黄白色时为580?650°C。 2)火焰火色、形状与熔炼状态有对应关系。以烟化炉炼锌的三次风口火焰为例，过 入还原挥发期时，火焰外围呈蓝绿色，且一次挥发时呈现稳定挥发，二次挥发时呈现间歇性 的不稳定爆炸样，而结束时火焰稳定呈圆形（风口形状）。 3)炉料或熔池的加热熔化过程符合热量传输原理，熔化由外部向内部逐渐进行， 在料面上也有所体现。 当观测对象选定后，根据经验或工艺流程划分熔炼阶段，并使用本专利技术的图像信 息状态识别方法来分析考虑的图像特征与熔炼阶段的对应关系、特征在该阶段的稳定性， 从而选取合适的图像特征。离线训练，规则形成后在线使用。 在本专利技术中根据火焰火色、形状与炉料熔融程度，将熔炼过程分为三阶段： 熔炼前期，火焰暗红色，形状呈上小下大。炉料未熔化或开始软化，整体温度较低， 颜色分布暗，定义为状态A; 熔炼中期，火焰变白，并在一个短时间内更明亮，此时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，图像信息状态识别系统的硬件包括有图像采集设备、数据采集卡；图像采集设备安装在一个耐高温的保护套里，耐高温的保护套安装在熔炼室的观察窗处；数据采集卡通过电缆分别与图像采集设备和控制设备系统连接；其特征在于：图像信息状态识别系统的软件部分包括有一个是参数校正(调试用)单元，另一个是在线熔炼阶段状态识别单元，这2个单元存储在现有真空熔炼设备的控制设备系统中。
【技术特征摘要】
1. 一种适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，图像信息状态识别系统的硬件包 括有图像采集设备、数据采集卡；图像采集设备安装在一个耐高温的保护套里，耐高温的保 护套安装在熔炼室的观察窗处；数据采集卡通过电缆分别与图像采集设备和控制设备系统 连接；其特征在于：图像信息状态识别系统的软件部分包括有一个是参数校正（调试用） 单元，另一个是在线熔炼阶段状态识别单元，这2个单元存储在现有真空熔炼设备的控制 设备系统中。2. 根据权利要求1所述的适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，其特征在于： 图像采集设备用于采集从熔炼开始至熔炼结束全过程的熔炼变化；数据采集卡用于将图像 采集设备采集的图像信息进行转换成控制设备系统能够接收有图像数据信息，并传输给控 制设备系统；控制设备系统对接收到的图像数据信息首先进行存储，然后进行依据图像信 息状态识别方法进行后续的处理。3. 根据权利要求1所述的适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，其特征在于： 在线熔炼阶段状态识别单元的处理流程为； 步骤一：采集图像数据； 步骤二：按类别挑选训练集数据，并迭代计算出判别结果； 步骤三：对训练集数据，分别计算YUV模式下的亮波动、RGB均值波动、火焰面积、火焰 区域性平均色度、炉料表面颜色及面积比例等特征； 步骤四：将特征作为输入量，通过该输入量与阈值的判别结果作为输出量，训练支持向 量机（SVM)分类器； 步骤五：记录SVM分类器参数，直接用于在线熔炼阶段识别处理。4. 根据权利要求1所述的适用于熔炼过程中的图像信息状态识别系统，其特征在于： 由...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑可尧，
申请(专利权)人：郑可尧，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。