本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制，更具體地說，涉及一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、冶金爐窯通常用于高溫環(huán)境下的金屬熔煉和熱處理過程。由于溫度極高，爐窯內(nèi)部的監(jiān)控和操作非常困難，需要高效、可靠的監(jiān)控和控制系統(tǒng)。

2、現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，窺火孔是冶金爐窯的一個(gè)重要組成部分，一般采取人工觀察窺火孔，透過窺火孔可以觀察爐內(nèi)的火焰狀態(tài)和熔煉過程，這種方式效率低，并且還存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置及方法，以解決現(xiàn)有人工觀察爐內(nèi)火焰狀態(tài)和熔煉過程存在效率低下和安全隱患的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一目的在于提供一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的一側(cè)，所述轉(zhuǎn)爐的爐窯頂板上設(shè)置有窺火孔，所述自動(dòng)追蹤裝置包括：

3、機(jī)械臂底座，水平安裝在所述轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上；

4、電機(jī)，安裝在所述機(jī)械臂底座靠近所述窺火孔的一側(cè)；

5、機(jī)械臂，其一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述電機(jī)的輸出軸上，另一端為自由端，所述機(jī)械臂適于在所述電機(jī)的帶動(dòng)下繞所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)；

6、攝像裝置，安裝在所述機(jī)械臂的自由端，所述攝像裝置用于拍攝采集所述窺火孔的位置圖像信息；

7、控制器，與所述電機(jī)和所述攝像裝置電性連接，所述控制器用于接收所述攝像裝置拍攝采集的窺火孔位置圖像信息，并分析計(jì)算得到所述窺火孔的定位信息，所述控制器根據(jù)所述窺火孔的定位信息控制所述電機(jī)動(dòng)作以調(diào)整所述機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使所述攝像裝置追蹤正對所述窺火孔，以拍攝采集所述轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。

8、優(yōu)選地，所述攝像裝置為工業(yè)耐高溫的ccd攝像頭。

9、優(yōu)選地，所述機(jī)械臂為伯朗特機(jī)械臂。

10、本發(fā)明的第二目的在于提供一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，采用如上述所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，所述自動(dòng)追蹤方法包括：

11、步驟s100：獲取轉(zhuǎn)爐的窺火孔位置圖像信息；

12、步驟s200：控制器接收并檢測分析所述窺火孔位置圖像信息，獲取所述窺火孔的圓形輪廓；

13、步驟s300：基于所述窺火孔的圓形輪廓，控制器分析計(jì)算得到窺火孔的圓心坐標(biāo)；

14、步驟s400：基于所述窺火孔的圓心坐標(biāo)在隨所述轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)過程中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生圓弧軌跡，計(jì)算所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度；

15、步驟s500：基于所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度，控制器控制電機(jī)工作以帶動(dòng)機(jī)械臂在所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度θ臂，使攝像裝置剛好正對所述窺火孔。

16、優(yōu)選地，在步驟s300當(dāng)中，所述窺火孔的圓心坐標(biāo)的計(jì)算方法，包括步驟：

17、步驟s310：比較分析窺火孔的圓形輪廓與周圍之間的像素值，捕獲所述窺火孔的大小范圍；

18、步驟s320：基于捕獲的窺火孔的大小范圍，得到所述窺火孔的最小外接矩形；

19、步驟s330：利用所述窺火孔的最小外接矩形，計(jì)算得到所述窺火孔的圓心。

20、優(yōu)選地，在步驟s400當(dāng)中，計(jì)算所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度，具體步驟包括：

21、步驟s410：分別獲取在t1時(shí)刻和t2時(shí)刻時(shí)所述窺火孔的位置圖像信息，并分別計(jì)算得到t1時(shí)刻和t2時(shí)刻的所述窺火孔的圓心坐標(biāo)；

22、步驟s420：采用差值處理計(jì)算得到在t1-t2時(shí)間內(nèi)所述窺火孔的圓心在所述轉(zhuǎn)爐的外圓周上的圓弧周長；

23、步驟s430：基于圓弧周長，計(jì)算得到對應(yīng)所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度。

24、優(yōu)選地，在步驟s430當(dāng)中，所述窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度θ度的計(jì)算表達(dá)式為：

25、

26、

27、

28、其中：s代表窺火孔圓心的行走軌跡距離，(x1，y1)代表t1時(shí)刻窺火孔圓心所在位置，(x2，y2)代表t2時(shí)刻窺火孔圓心所在位置，r代表轉(zhuǎn)爐的半徑，θ弧度代表窺火孔圓心的行走軌跡弧長，θ度代表窺火孔的旋轉(zhuǎn)角度。

29、優(yōu)選地，在步驟s500當(dāng)中，所述機(jī)械臂在所述轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度θ臂的計(jì)算表達(dá)式為：

30、

31、其中：θ臂代表機(jī)械臂在轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度。

32、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

33、本發(fā)明中的自動(dòng)追蹤裝置由機(jī)械臂底座、電機(jī)、機(jī)械臂、攝像裝置和控制器組成，其中機(jī)械臂底座水平安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上，電機(jī)安裝在機(jī)械臂底座的一側(cè)，機(jī)械臂的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在電機(jī)的輸出軸上，另一端為自由端，機(jī)械臂可以在電機(jī)的帶動(dòng)下繞轉(zhuǎn)爐的外圍旋轉(zhuǎn)；攝像裝置安裝在機(jī)械臂的自由端，攝像裝置用于拍攝采集窺火孔的位置圖像信息，控制器用于接收攝像裝置拍攝采集的窺火孔位置圖像信息，并分析計(jì)算得到窺火孔的定位信息，控制器根據(jù)窺火孔的定位信息控制電機(jī)動(dòng)作以調(diào)整機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而使攝像裝置追蹤正對窺火孔，以拍攝采集轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。該自動(dòng)追蹤裝置取代人工觀察手段，通過圖像識別技術(shù)和自動(dòng)跟蹤，實(shí)現(xiàn)對爐窯內(nèi)部火焰和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率和安全性。成功解決了在冶金爐窯智能判斷中因轉(zhuǎn)爐爐體震動(dòng)、爐渣飛濺等等影響導(dǎo)致終點(diǎn)判斷無法正常準(zhǔn)確判斷冶金終點(diǎn)的問題。

技術(shù)特征：

1.一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，安裝在轉(zhuǎn)爐(5)頂部的一側(cè)，所述轉(zhuǎn)爐(5)的爐窯頂板上設(shè)置有窺火孔(51)，其特征在于，所述自動(dòng)追蹤裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述攝像裝置(4)為工業(yè)耐高溫的ccd攝像頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述機(jī)械臂(3)為伯朗特機(jī)械臂。

4.一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，采用如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述自動(dòng)追蹤方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，其特征在于，在步驟s300當(dāng)中，所述窺火孔(51)的圓心坐標(biāo)的計(jì)算方法，包括步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，其特征在于，在步驟s400當(dāng)中，計(jì)算所述窺火孔(51)的旋轉(zhuǎn)角度θ度，具體步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，其特征在于，在步驟s430當(dāng)中，所述窺火孔(51)的旋轉(zhuǎn)角度θ度的計(jì)算表達(dá)式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤方法，其特征在于，在步驟s500當(dāng)中，所述機(jī)械臂(3)在所述轉(zhuǎn)爐(5)的外圍旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度θ臂的計(jì)算表達(dá)式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種爐窯窺火孔的自動(dòng)追蹤裝置及方法，涉及自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，所述自動(dòng)追蹤裝置包括機(jī)械臂底座、電機(jī)、機(jī)械臂、攝像裝置和控制器，機(jī)械臂底座水平安裝在轉(zhuǎn)爐頂部的外圓周母線上；電機(jī)安裝在機(jī)械臂底座的一側(cè)面；機(jī)械臂的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在電機(jī)的輸出軸上，另一端為自由端，機(jī)械臂適于在電機(jī)的帶動(dòng)下繞轉(zhuǎn)爐頂部旋轉(zhuǎn)；攝像裝置安裝在機(jī)械臂的自由端，攝像裝置用于拍攝采集窺火孔的位置圖像信息；控制器與電機(jī)和攝像裝置電性連接，控制器用于根據(jù)窺火孔的定位信息控制電機(jī)動(dòng)作以調(diào)整機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)角度，使攝像裝置追蹤正對窺火孔，以拍攝采集轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)火焰圖像。本方法自動(dòng)追蹤定位窺火孔，實(shí)現(xiàn)對火焰狀態(tài)和溫度的連續(xù)監(jiān)測。

技術(shù)研發(fā)人員：張建為,王明建,劉瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南七盞科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9