一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其包括步骤：采集铁水包口区域的图像，并对图像进行预处理；对图像内的包壁、铁水和铁水渣进行识别，以基于识别结果在图像上划分出：近包壁区、扒渣减速区、流渣口区和快速扒渣区；在对图像进行分区的基础上，制定扒渣策略；并且在扒渣策略下，基于铁水渣在图像中的位置，寻找出最优扒渣路径，最优扒渣路径为扒渣时间与扒渣量的比值最小的路径，在自动扒渣过程中，控制扒渣头执行扒渣策略并按照最优扒渣路径进行扒渣。此外，本发明专利技术还公开了一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣系统，其包括：扒渣装置、图像采集装置、存储模块、图像识别模块、扒渣策略模块、路径优化模块以及控制模块。

【技术实现步骤摘要】
一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法和系统
本专利技术涉及一种铁水预处理方法和系统，尤其涉及一种铁水预处理扒渣方法和系统。
技术介绍
冶金行业随着对高品质钢铁产品的要求，对进入转炉炼钢前的铁水需要经过预处理。而该工序前期要扒高炉渣，然后铁水通过喷粉方式或搅拌方式，使脱硫剂与铁水充分接触，最大效率地进行脱硫、脱磷和脱硅等处理。由于反应后的产物是渣，且密度比铁水轻，因而浮在铁水表面，因此，在工序的后期要扒除浮在铁水表面的脱硫后的渣。不同钢种扒渣终点的残渣量要求不同。纯净度要求高的钢种，残渣量要求越低。然而，目前该工序中的扒渣操作主要通过操作人员手动操作，操作的内容包括：1)人工操作倾翻台车，使钢包从垂直位倾转到一定角度，停止，等待扒渣；2)人工观测铁水表面的渣的位置，手动操作扒渣机的操作柄，将铁水表面的渣一次一次扒到渣盘中；3)不同钢种，根据人工肉眼判断残渣量，确定是否结束扒渣；4)人工操作倾翻台车，使钢包回到垂直位。需要指出的是，人工操作不仅操作环境恶劣，劳动强度高，而且对操作人员的专业操作技能要求高，不同操作人员扒渣时间差别大，扒渣的效果和质量也不同，使得手动扒渣受人为因素影响较大，极易造成铁水质量波动。公开号为CN1507971，公开日为2004年6月30日，名称为“自动扒渣方法和装置”的中国专利文献公开了一种自动扒渣方法。在该专利文献所公开的技术方案，采用视觉传感器对铁水表面的渣进行检测，将图像输入到计算机，计算机对图像处理后输出信号给可编程控制器控制扒渣装置的机械手实施扒渣操作。此外，公开号为CN105353654A，公开日为2016年2月24日，名称为“一种基于图像处理的铁水扒渣检测与控制系统及其方法”的中国专利文献公开了一种基于图像处理的铁水扒渣检测与控制系统。在该专利文献所公开的技术方案中，其通过使用实时监控扒渣过程，并根据扒渣标准数据库在线扒渣判定扒渣等级。另外，公开号为CN108986098A，公开日为2018年12月11日，名称为“一种基于机器视觉的铁水智能扒渣方法”的中国专利文献公开了一种基于机器视觉的铁水智能扒渣方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其采用实时采集目标区域的图像信息，根据实时图像信息设置第一感兴趣区域和第二感兴趣区域。在第一感兴趣区域，主要是图像识别扒渣铲，有扒渣铲说明在进行扒渣作业；在第二感兴趣区(没有扒渣铲区域)识别铁水中渣的量，在第二感兴趣区域划分若干个子区域，计算每个子区域中渣的面积，将渣的面积最大的子区域作为待扒渣区域。上述的现有技术中，均存在安全性，这是由于铁水包壁的温度与铁水的温度相差不是太大，尤其是有烟尘等情况下，识别的不是很清楚，扒渣机容易在碰撞到包壁，导致设备损害。在公开的文献中，只提了自动扒渣的设备及方法，没有涉及如何避免扒渣机头碰撞到铁水包壁。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，该铁水预处理自动扒渣方法除了可以有效减轻操作人员的劳动强度，提高人力效率外，还可以有效提高扒渣的安全性，避免出现扒渣装置碰撞包壁而受到损伤的情况。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其包括步骤：采集铁水包口区域的图像，并对图像进行预处理；对图像内的包壁、铁水和铁水渣进行识别，以基于识别结果在图像上划分出：近包壁区、扒渣减速区、流渣口区和快速扒渣区，其中扒渣减速区为毗邻近包壁区且位于近包壁区内侧的区域，快速扒渣区与扒渣减速区毗邻并位于其内侧；并且基于识别结果，确定铁水渣在图像中的位置；在对图像进行分区的基础上，制定扒渣策略：扒渣头在扒渣过程中不进入包壁区，在快速扒渣区快速扒渣，在扒渣减速区减速，在流渣口区抬高以防止碰撞到扒渣口；并且在扒渣策略下，基于铁水渣在图像中的位置，寻找出最优扒渣路径，最优扒渣路径为扒渣时间与扒渣量的比值最小的路径；在自动扒渣过程中，控制扒渣头执行扒渣策略并按照最优扒渣路径进行扒渣。进一步地，在本专利技术所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法中，图像包括：可见光图像、红外图像和远红外图像的其中之一。进一步地，在本专利技术所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法中，在对图像进行预处理时，将图像转换为灰度图；然后对灰度图进行图像增强、二值化和去噪声处理。进一步地，在本专利技术所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法中，在对图像进行识别时，采用改进的动态阈值法识别铁水渣，其中：当某一像素点的灰度值小于max(g)时，则将该像素点记为0并判断为铁水渣，其中Max(g)＝α×(Max(w1×w2×(u1-u2)×(u1-u2)))；式中α表示调节系数，其表示噪音和干扰对图像的影响，其取值范围为0＜α≤1，当没有干扰和噪音时，α的值取1；当有噪音和干扰时，噪音和干扰越大，α的取值越小；w1表示图像中的前景点数占图像的比例；w2表示背景点数占图像的比例；u1表示前景平均灰度；u2表示背景平均灰度；g表示前景和背景间的方差。上述方案中，考虑到每一炉的扒渣工况均不相同，为了避免噪音和目标之间的大小差异，而出现多峰的情况，降低识别准确，因此，在本专利技术所述的技术方案中，优选地可以采用改进的动态阈值法识别铁水渣。根据图像的灰度值，255表示白色，代表全部是铁水；0表示黑色，代表渣；当该像素点的灰度值小于max(g)时，该像素点记为0，该微区面积都认为是渣的面积。进一步地，在本专利技术所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法中，最优扒渣路径的模型为：其中，Opm(Slag,t)表示最优扒渣路径，Si表示有渣区域单个像素的面积，N表示扒渣头走过的区域内作为铁水渣的像素点的个数总和；t表示单次扒渣时间。上述方案中，扒渣路径优化的模块可以用于确定识别出的渣的位置点，在扒渣头的面积范围内，计算最短的扒渣距离，最大的渣量的路径。进一步地，在本专利技术所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法中，还包括：基于启动条件启动吹气赶渣装置，以将分散的铁水渣聚集在一起；启动条件为：识别出的铁水渣量slag％小于设定的吹气赶渣启动阈值slaga％，其中铁水渣量采用图像内铁水渣所占的总面积比例来表征。相应地，本专利技术的另一目的在于提供一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣系统，该铁水预处理自动扒渣系统进行扒渣除了可以有效减轻操作人员的劳动强度，提高人力效率外，还可以有效提高扒渣的安全性，避免出现扒渣装置碰撞包壁而受到损伤的情况。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣系统，其包括：扒渣装置，其用于执行扒渣动作；图像采集装置，其采集铁水包口区域的图像；存储模块，其存储图像采集装置传输的图像；图像识别模块，其对存储模块中存储的图像进行预处理后，对图像内的包壁、铁水和铁水渣进行识别；扒渣策略模块，其基于图像识别模块的识别结果在图像上划分出：近包壁区、扒渣减速区、流渣口区和快速扒渣区，其中扒渣减速区为毗邻近包壁区且位于近包壁区内侧的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，包括步骤：/n采集铁水包口区域的图像，并对图像进行预处理；/n对图像内的包壁、铁水和铁水渣进行识别，以基于识别结果在图像上划分出：近包壁区、扒渣减速区、流渣口区和快速扒渣区，其中扒渣减速区为毗邻近包壁区且位于近包壁区内侧的区域，快速扒渣区与扒渣减速区毗邻并位于其内侧；并且基于识别结果，确定铁水渣在图像中的位置；在对图像进行分区的基础上，制定扒渣策略：扒渣头在扒渣过程中不进入包壁区，在快速扒渣区快速扒渣，在扒渣减速区减速，在流渣口区抬高以防止碰撞到扒渣口；并且在所述扒渣策略下，基于铁水渣在图像中的位置，寻找出最优扒渣路径，所述最优扒渣路径为扒渣时间与扒渣量的比值最小的路径；/n在自动扒渣过程中，控制扒渣头执行扒渣策略并按照所述最优扒渣路径进行扒渣。/n

【技术特征摘要】
1.一种安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，包括步骤：
采集铁水包口区域的图像，并对图像进行预处理；
对图像内的包壁、铁水和铁水渣进行识别，以基于识别结果在图像上划分出：近包壁区、扒渣减速区、流渣口区和快速扒渣区，其中扒渣减速区为毗邻近包壁区且位于近包壁区内侧的区域，快速扒渣区与扒渣减速区毗邻并位于其内侧；并且基于识别结果，确定铁水渣在图像中的位置；在对图像进行分区的基础上，制定扒渣策略：扒渣头在扒渣过程中不进入包壁区，在快速扒渣区快速扒渣，在扒渣减速区减速，在流渣口区抬高以防止碰撞到扒渣口；并且在所述扒渣策略下，基于铁水渣在图像中的位置，寻找出最优扒渣路径，所述最优扒渣路径为扒渣时间与扒渣量的比值最小的路径；
在自动扒渣过程中，控制扒渣头执行扒渣策略并按照所述最优扒渣路径进行扒渣。


2.如权利要求1所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，所述图像包括：可见光图像、红外图像和远红外图像的其中之一。


3.如权利要求1所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，在对图像进行预处理时，将图像转换为灰度图；然后对灰度图进行图像增强、二值化和去噪声处理。


4.如权利要求1所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，在对图像进行识别时，采用改进的动态阈值法识别铁水渣，其中：当某一像素点的灰度值小于max(g)时，则将该像素点记为0并判断为铁水渣，其中Max(g)＝α×(Max(w1×w2×(u1-u2)×(u1-u2)))；式中α表示调节系数，其表示噪音和干扰对图像的影响，其取值范围为0＜α≤1，当没有干扰和噪音时，α的值取1；当有噪音和干扰时，噪音和干扰越大，α的取值越小；w1表示图像中的前景点数占图像的比例；w2表示背景点数占图像的比例；u1表示前景平均灰度；u2表示背景平均灰度；g表示前景和背景间的方差。


5.如权利要求1所述的安全可靠的铁水预处理自动扒渣方法，其特征在于，所述最优扒渣路径的模型为：



其中，Opm(Slag,t)表示最优扒渣路径，Si表示有渣区域单个像素的面积，N表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：于艳，孙兴洪，张宇军，李火中，汪圣军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31