多流连铸钢坯自动定尺切割系统的开发可行性研究报告.doc

《多流连铸钢坯自动定尺切割系统的开发》项目 可行性报告 一、选题的必要性 在钢铁企业连铸钢坯定尺精度，直接影响连铸机的产量和质量。在对连铸方坯和板坯的剪切过程中，首先必须对所剪切钢坯的长度进行定位。常用的定位方法有机械定尺挡板定位、碰球定位等，甚至还有用人工目测的方法进行定位。 但铸坯切割中上述常用方法存在如下的问题：1)、由于连铸坯表面氧化铁皮的影响, 不能产生正确的信号, 造成剪切误差；2)、改变定尺长度时, 调整不便；3)、处理切头、切尾和事故坯时妨碍操作；4、)由于存在浇注流数多、视觉误差及操作人员责任心不强等因素, 也易造成剪切误差, 从而影响到钢材的定尺率和成材率,带来不必要的经济损失。5、)目前市场要求变化很快，用户要求的多样性，经常需调整连铸坯尺寸。 本项目依据钢坯的光谱和形状特征，采用高分辨率红外摄像机和专用图像处理模块，，，计算出钢坯的准确位置，控制切割系统动作。特点：阳光、闪光遮挡改变原有的生产设备a、基于图像模式识别技术的铸坯边缘形状识别，以避免辊道导向板反光的影响；b、铸坯与周围环境相对灰度等级的判别，区别背景光；c、铸坯红外光强的提取，便于不同温度下的准确运算；d、铸坯速度的实时判断，预计到达定尺的计算，消除闪光的干扰；e、铸坯运动方向的确定，微分线形计算，虚光真伪的判断，避免铸坯反向运动产生误切；f、定尺长度直线计算，做到随时改变定尺，确保不会受外界光的干扰以及拉速变化而产生定尺不准。 b、抗干扰能力强，能够抗御生产现场的各种光电干扰。 c、配置灵活。即可完成板坯和多流方坯的定尺切割。 d、具有灵活的在线定尺修正功能。 总体水平达到国内先进水平。 2、系统的组成 该系统总体布置如图1所示。切割控制柜固定在操作室内, CCD 摄像机根据现场情况安装好,每个摄像机能够清晰摄入多流铸坯的位置。定尺标志可根据不同需要在扇形视角区域内移动。摄像机摄取运动热铸坯的图像,经图像识别处理器,得到热铸坯的长度L1，设定尺长度为L，当| L1 - L| | ERROR| 时,启动切割系统对热钢坯进行剪切。 图1 热铸坯的定尺切割系统 整个系统测量长度范围为12m，为了满足精度要求，系统采用4个摄像机实现，每个摄像机测量范围为3m，切割控制器为武汉大西洋公司生产的切割机。 3、图像识别处理 图像处理系统包括系统定标设置和热铸坯的实时检测处理两部分。系统定位定标设置部分主要完成：1)、方向、流数等设定；2)、对每个摄像头摄取图像的像素点x值与实际长度的对应关系；3)、摄取图像的像素点y值与与每流铸坯垂直宽度方向的对应关系。 热铸坯的实时检测处理部分主要定时采集铸坯图像，采集的图像可显示为实际图像，也可根据需要采用模拟图像形式显示。针对采集的图像进行处理，得到当前热铸坯的长度L1当到达定尺位置时，发送信号给切割控制器，实现铸坯的预夹紧和切割。 在实际采集中，图像存在许多干扰，如切割弧光的干扰、滚子对热铸坯反射的干扰、外界环境的干扰等，有时还有操作人员走动引起的干扰，因此应对采集的图像进行有效的预处理，消除各种干扰存在。但由于实时性要求，图像处理的时间又不能过长。根据实际要求，采集图2所示的图像处理流程。 图2 图像处理流程 对图像进行滤波处理，滤波处理的方法很多，根据实验结果比较选用中值滤波对图像进行滤波处理。 二维中值滤波可用下式来表示： 其中：为窗口；为像素点(i,j)的灰度值。 常用的滤波窗口形状有线状、方形、圆形、十字形等。二维中值滤波的窗口形状和尺寸对滤波效果影响较大，不同的图像内容和不同的应用要求，往往采用不同的窗口形状和尺寸。 图像二值化就是从复杂的景物中分辨出目标并将其形状完整地提取出来，阈值选取是图像二值化的关键。如果阈值过高，则过多的目标点被误归为背景；阈值选得过低，则会出现相反的情况。我们在处理过程中对固定阀值分割法和自适应阀值分割法进行比较。由于热铸坯图像处理过程中，受到外界环境、热铸坯的氧化等影响，采用固定阀值分割法不能正确将目标和背景区分，而采用自适应阀值分割法可以消除这些因素干扰，因此选择自适应阀值分割法进行二值化处理。处理的过程如下： 1)求出图像中的最小灰度值Gmin和最大灰度值Gmax； 2)根据最大、最小灰度值确定阈值T 3) 根据阈值T将图像分为目标和背景两部分。 根据热铸坯流入方向，从图像的左或右侧检测铸坯最前端的X值，从而计算出铸坯长度L。 但由于存在人走动等意外干扰，因此在铸坯长度计算中，根据拉速消除这些干扰，以便得到较准确的铸坯长度。当铸坯长度与切割长度之差在误差范围内，则认为铸坯到位，发送切割信号给切割机。 在铸坯定尺切割系统中，