基于热红外测温技术的高温熔融金属罐动态测温系统.docx

基于热红外测温技术的高温熔融金属罐动态测温系统方勃胡昕罗涛张梦辉明平寿摘要：为提升钢铁企业在铁水、钢水等高温熔融金属生产过程中金属罐容器的安全性，设计开发了一套基于热红外测温技术的动态测温系统，系统在液态金属生产区域的铁路运输沿线、转炉炉前、连铸区进行热红外监控摄像头布点，对液态金属生产过程中铁水罐、钢水罐、转炉等各类高温熔融金属罐进行全流程实时热红外视频监控，系统后台应用机器视觉技术，对红外监控视频流中经过的高温金属罐进行动态识别与捕捉，应用文字识别技术获取罐号，自动分析物体轮廓并找到金属罐表面温度最高点，提前发现事故隐患并报警，实现了对液态金属生产过程中的高温金属罐的全过程的自动化、无人化监测。关键词：热红外测温;机器视觉;液态金属中图分类号：TP391.4文献标识码：A文章编号：1007-9416（2020）10-0000-000引言铁水罐、钢水罐、轉炉等各类高温熔融金属罐是钢铁企业在液态金属生产过程使用到的重要设备，其安全性关乎整个生产秩序的安全、稳定运行。铁水、钢水这些高温金属液体在冶炼、转运、制造和加工处理过程中，一旦金属罐容器发生耐火材料破损、脱落等缺陷，则极易发生泄露、爆炸，造成烧伤、烧死、或者高温窒息等事故。金属罐容器安全始终贯穿液态金属风险监控主线，杜绝事故发生，发展智慧钢铁智能制造，是钢铁企业重点建设内容[1]。高温熔融金属罐的耐火材料缺陷用肉眼从其外观并不容易直接观察到，一种方法是罐体上安装大量的温度传感器[2]，但这种方法只能用于转炉这种固定容器，而不能用于铁水罐、钢水罐这种需要运输和起吊的容器，并且只能测固定的几个点，对容器表面随机出现的高温点无法有效防范;还有一种方法是采用人工参与的红外测温[3-5]，安排工作人员在固定场合的工作现场停止金属罐运动，然后用手持热红外成像测温仪或者红外摄像头对金属罐进行表面测温，通过观察罐体表面温度分布，检查是否存在异常高温点，从而提前发现缺陷的存在，检查完后对金属罐放行，这种方法不仅费时费力、效率低下，而且也无法反映整个液态金属生产过程中的金属罐的动态温度情况，因此存在较大的安全漏洞。本系统综合应用热红外测温、机器视觉等先进技术，在液态金属生产区域的铁路运输沿线、转炉炉前、连铸区等液态金属生产过程中涉及到的各种金属罐必经之处进行热红外监控摄像头布点，通过智能化数据分析后台对热红外视频数据进行实时分析，实现了对铁水罐、钢水罐、转炉等各类高温熔融金属罐的动态识别与捕捉、实时测温、自动报警，充分满足了钢铁企业对金属罐安全进行全流程自动化、无人化监测的需求，同时也极大提升了液态金属生产过程的安全性。1系统架构系统包括数据查询接口、数据库、数据分析后台、热红外成像装置，其中热红外成像装置用以采集铁水运输机车视频画面并将其传输到数据分析后台，数据分析后台接收热红外成像装置的视频数据进行实时分析并将结果传输到数据库中进行存储，查询接口可以调用数据库中的数据从而将温度信息和现场画面呈现给查询用户，如图1所示。2系统功能系统接入钢厂液态金属总线相关热红外摄像头视频，根据捕捉对象的不同预先设定不同捕捉参数的对视频中铁水罐、钢水罐、转炉等动态运动物体进行识别与抓取，同时对抓取的对象图片进行实时分析及报警。2.1参数设定针对高温熔融金属罐的各项抓图相关参数包括对象温度区间、对象特征图、判决阈值等。“对象温度区间”用于物体与背景的分离，在此温度区间内的大块物体进入画面之后就会触发识别程序，并和模板进行匹配，根据经验可设置为60°～250°，就可以很好的将金属罐和背景区分开来，环境温度即便是夏季一般也不会高于60°。“对象特征图”通常采用一个外形比较标准的金属罐画面的二值图，用来作为匹配模板，匹配的时候先采用Canny算法提取其边缘轮廓[6-8]，然后与实际画面中对象的边缘轮廓进行Hu矩相似度匹配[9-11]，相似度高低用于辅助判决画面中的物体是否是金属罐，通过这种方式将画面中可能出现的机车、汽车等其它高温物体进行排除。“判决阈值”用于确定抓拍时机，根据物体进入、抓拍、离开的不同情形分为三组阈值，每种情况包括形状、位置、面积三个阈值，表示实时识别的物体的轮廓和模板轮廓的偏差比值。进入的情况表示实时识别的物体的轮廓和模板轮廓的偏差比值三个阈值都小于进入阈值的时候，表示物体的到来，等待抓拍;当偏差比值都小于抓拍阈值，则进行抓拍;当偏差比值有一个值大于离开阈值，则表示物体已经离开，等待检测下一个物体的到来。2.2动态实时捕捉当目标对象进入画面，根据对象温度区间取出画面中最大的连通区域对象，后台实时演算对象的轮廓形状、位置、面积、运动方向等，然后根据判决阈值判断是否是金属罐以及是否就位[12]，如果判决是金属罐并且就位，则对画面进行抓拍，抓拍完成后监视对象是否离开，判断对象离开后接着监测后面的对象，