[发明专利]一种熔融金属射流边界曲线的在线定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种熔融金属射流边界曲线的在线定位方法及系统，通过获取包含炉窑的喷口和熔融金属射流区域的可见光图像，对二值化后的可见光图像进行霍夫变换，获得粗糙流股边界曲线，根据喷口的上扬角度，确定喷口所在直线的斜率，根据喷口所在直线的斜率，在粗糙流股边界曲线内搜索与二值化边缘图像相关性最大的喷口所在直线，获得喷口位置函数，建立决策模型估计喷口直径，并联立喷口位置函数获得喷口的上下定位点以及基于喷口的上下定位点，对二值化边缘图像进行霍夫变换，并筛选流股宽度随喷射距离扩大的最优边界曲线，解决了现有熔融金属射流边界曲线定位精度低的技术问题，能够准确地定位喷口位置，并获得精准的熔融金属射流边界曲线。

技术领域

本发明主要涉及冶金技术领域，特指一种熔融金属射流边界曲线的在线定位方法及系统。

背景技术

熔融金属射流是火法冶金过程中产出熔融态的粗金属或金属富集物从高温密闭的炉窑出口处高速喷射形成的成股流体，如高炉炼铁中的铁水流、各种炼钢工艺中的钢水流、火法炼铜中的粗铜液流、铝电解得到的铝液流等。射流喷射喷口的开度是表征冶金产物顺行状态的关键信息，射流边界曲线的弯曲程度是检测冶炼产物出口流速的重要参数，射流流股的发散程度是调整冶金熔体出流时长、判断出口开堵时机的主要依据。因此，精准地提取熔融金属射流在不同流出状态下的上下边界曲线对于实时检测冶金产物的生产效率和产物流量、监测冶金过程的运行状况具有重要意义。

但在冶金过程中，熔融金属液体往往混杂少量炉内气体从反应炉中喷出，其表面存在间歇随机性分布的高浓度粉尘，使得流股边缘模糊，流股表面亮度降低。由于炉窑内部高压导致射流高速喷射，其末端在重力和液体表面张力的影响下分解、扩张。以上因素使得射流处于初速度动态范围大、直径变化范围宽、表面亮度不均匀的恶劣难测状态，导致熔融金属射流边界曲线的在线定位充满挑战。目前用于射流边界曲线定位主要有以下三种方法：基于射流背景明暗对比的阈值分割后外轮廓曲线提取、基于智能算法的细长射流轨迹拟合和基于深度学习的显著性前景目标提取。

阈值分割外轮廓提取法提取灰度图像分割后的边缘二值化图像，然后对射流柱外轮廓提取数据点集。此方法的边缘提取对于冶金表面的粉尘干扰和飞溅液滴的干扰较大，对于外轮廓提取会产生边界拟合误差，测量精度差、稳定性较低；轨迹拟合法提取射流的起点、长度、角度等信息作为先验信息，以单向搜索法计算下一帧图像中的粒子点位置，得到射流轨迹的最优值，但对于宽熔融金属射流的上下边界寻迹不适用；前景目标提取法通过简单线性聚类迭代算法对图像进行超像素分割，通过深度条件随机场模型检测显著性前景目标。此方法可行性高，但工作量大且难以在各个场景迁移，需要对不同分辨率和不同角度的图像重新选择参数。

综合对比上述检测方法的优缺点，本发明提出了一种熔融金属射流边界曲线在线定位的方法。准确定位了火法冶金现场熔融金属喷射时的喷口位置，并解决了恶劣环境下的高速射流边界曲线的在线定位问题。为检测冶金实时产出流量、非接触式射流流速测量提供准确的数据支撑，为冶金出流状态识别提供了有力的判定依据。

专利公开号为CN104501737A的发明专利公开了一种液体射流喷雾边界定位的装置及方法，该专利设计了包括片光激光器、同步控制器、CCD相机和计算机等构成的图像采集和处理装置，在多帧图像灰度积分矩阵中采用OTSD的方法提取边界。但该专利不适用于复杂粉尘干扰下熔融射流的边界提取。

专利公开号为CN102930543A的发明专利公开了一种基于粒子群算法的消防炮射流轨迹的搜索方法，该专利采用首张图像中提取的射流轨迹信息作为先验信息，基于粒子群算法的单向搜索法得到射流轨迹的最优解。但这种方案无法应用于射流发散程度大、初速度动态范围大的冶金生产现场，测量精度有限。

发明内容

本发明提供的熔融金属射流边界曲线的在线定位方法及系统，解决了现有熔融金属射流边界曲线定位精度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的熔融金属射流边界曲线的在线定位方法包括：