專利名稱：一種插入式爐窯攝象儀及圖象處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)爐窯的過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種插入式爐窯攝象儀及圖象處理方法。
背景技術(shù)：
九十年代初，國(guó)內(nèi)外相繼研究開(kāi)發(fā)了“高爐爐頂料面溫度攝象儀”(發(fā)明專利，專利號(hào)90102986)和“監(jiān)視用攝象機(jī)”(發(fā)明專利，專利號(hào)94115659)，還有一種熱圖象儀采用機(jī)械掃描方法得到料面溫度分布的圖象，用于觀察料面狀況和分析料面的溫度分布，用于指導(dǎo)高爐操作，為打開(kāi)高爐黑盒子狀況邁進(jìn)了一大步。受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和條件，攝象機(jī)形體大、價(jià)格昂貴，攝象機(jī)安裝在爐殼外部，觀察孔很大、移動(dòng)和防護(hù)裝置復(fù)雜、掃描裝置壽命短，保護(hù)氣體用量大、生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用高。在高爐使用過(guò)程中攝象機(jī)鏡頭和視窗結(jié)灰問(wèn)題一直沒(méi)有解決，復(fù)雜的視窗活門(mén)和機(jī)械調(diào)焦裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，在高爐生產(chǎn)過(guò)程中不能進(jìn)行維護(hù)和檢修，只能等待休風(fēng)時(shí)才能處理，因而沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種插入爐殼內(nèi)監(jiān)視工業(yè)爐窯內(nèi)部情況用的攝象儀及圖象處理方法，特別是監(jiān)視煉鐵高爐冶煉過(guò)程中爐內(nèi)料面工作情況，并用計(jì)算機(jī)對(duì)圖象處理定量描述料面氣流與溫度的分布狀況、監(jiān)視溜槽或大鐘的工作狀況以及裝料時(shí)料流情況、監(jiān)測(cè)爐內(nèi)發(fā)生的管道和塌料等異常爐況的爐內(nèi)監(jiān)測(cè)方法。
本發(fā)明的攝象儀主要由攝象儀本體、錄象機(jī)23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25、計(jì)算機(jī)26和彩色監(jiān)視器27構(gòu)成；攝象儀本體由攝象槍16、管式冷卻器9、密封裝置15、窺視孔21、吹掃環(huán)22、測(cè)溫元件20、攝象機(jī)19構(gòu)成。攝象機(jī)19裝在攝象槍16的前端，通過(guò)安裝在爐殼法蘭短管4上的管式冷卻器9插入爐內(nèi)，保證攝象機(jī)在50℃以下工作，管式冷卻器9的直徑范圍為60～200mm，長(zhǎng)度范圍為200～3000mm；采用窺視孔21內(nèi)風(fēng)和窺視孔外吹掃風(fēng)雙重氣體防護(hù)的方式使插入爐殼內(nèi)部的攝象機(jī)在高爐內(nèi)高溫、高壓、高粉塵、高濕度的惡劣條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作，窺視孔21孔徑為Φ3～Φ15mm，由吹掃環(huán)22與攝象機(jī)19之間形成的吹掃環(huán)隙28的寬度為0.2～3.0mm；采用閥門(mén)13和密封套15雙重密封結(jié)構(gòu)，使攝象儀能在生產(chǎn)中檢修維護(hù)。攝象儀的微型攝象機(jī)采用感光范圍寬的CCD芯片，在高爐生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)無(wú)可見(jiàn)光的條件下，CCD芯片可以接收爐料在一定溫度范圍發(fā)出的紅外光線，轉(zhuǎn)化為爐內(nèi)料面及設(shè)備的紅外圖象，再用計(jì)算機(jī)對(duì)該圖象進(jìn)行圖象處理，得到料面氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)。攝象儀采用針孔廣角鏡頭，其視角為90～120°只用一臺(tái)攝象機(jī)就可以觀察到整個(gè)料面以及溜槽或大鐘等設(shè)備的工作情況，降低了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，避免了用兩臺(tái)攝象機(jī)時(shí)對(duì)不同角度的兩個(gè)不完整圖象合成的難題，為料面圖象處理創(chuàng)造了有利條件。
與已有的熱圖象儀采用機(jī)械掃描方法對(duì)爐內(nèi)料面上每一點(diǎn)的溫度進(jìn)行測(cè)量，然后再合成整個(gè)料面的溫度分布圖的方法不同，本發(fā)明用攝象機(jī)同時(shí)得到整個(gè)料面的紅外圖象，再用計(jì)算機(jī)對(duì)紅外圖象進(jìn)行圖象處理，根據(jù)紅外光強(qiáng)度與被測(cè)物體的溫度之間的相關(guān)關(guān)系，把圖象上各點(diǎn)的灰度值轉(zhuǎn)化為溫度值，用偽彩圖、數(shù)值圖、曲線圖等形式在彩色監(jiān)視器上顯示料面的溫度或氣流的分布狀況。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的微型攝象機(jī)獲取爐內(nèi)的紅外圖象，裝置形體小、造價(jià)低、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)，窺視孔孔徑小、吹掃環(huán)隙窄、防護(hù)效果好、保護(hù)氣體用量少、使用費(fèi)用低，可以用于各種工業(yè)爐窯，特別適用于各種容積的無(wú)鐘型式或雙鐘型式的高爐。


圖1是本發(fā)明的一種總體示意圖。其中高爐1，溜槽2，料面3，法蘭短管4，密封墊5，螺栓6，墊圈7，螺母8，管式冷卻器9，閥門(mén)10，排水口11，閥門(mén)12，閥門(mén)13，接管14，密封套15，攝象槍16，閥門(mén)17，接線帽18，攝象機(jī)19，測(cè)溫元件20，窺視孔21，吹掃環(huán)22，錄象機(jī)23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25、計(jì)算機(jī)26和彩色監(jiān)視器27、吹掃環(huán)隙28。
圖2是本發(fā)明的攝象儀本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
在高爐1爐頂爐殼的適當(dāng)部位開(kāi)孔，焊接法蘭短管4。管式冷卻器9通過(guò)密封墊5和法蘭短管4插入爐內(nèi)，用螺栓6、墊圈7和螺母8將冷卻器安裝緊固并保證密封性。從閥門(mén)10向管式冷卻器9供水，水從排水口11排出，保證冷卻作用。從閥門(mén)12向高爐內(nèi)通入保護(hù)氣(氮?dú)饣騼裘簹?，通過(guò)吹掃環(huán)22與攝象機(jī)19之間的吹掃環(huán)隙28對(duì)窺視孔21進(jìn)行連續(xù)吹掃。攝象槍16前端安裝專用攝象機(jī)19和測(cè)溫元件20，通過(guò)密封套15、接管14和閥門(mén)13插到冷卻器前端，保護(hù)氣(氮?dú)饣騼裘簹?從閥門(mén)17通入攝象槍管內(nèi)，從攝象機(jī)前端的窺視孔21吹入爐內(nèi)，保證攝象機(jī)鏡頭與爐內(nèi)氣體隔離，使攝象機(jī)在高爐內(nèi)高溫、高壓、高粉塵、高濕度的惡劣條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作。由于攝象槍16通過(guò)密封套15和閥門(mén)13兩道密封，在高爐生產(chǎn)過(guò)程中可以將攝象槍16拔出到閥門(mén)13以上時(shí)將其關(guān)閉，再把攝象槍16、攝象機(jī)19和測(cè)溫元件20從密封套15中抽出，實(shí)行檢修和維護(hù)。由于采用寬感光范圍CCD芯片，在高爐爐內(nèi)無(wú)可見(jiàn)光的條件下，CCD芯片可以接收爐料在一定溫度范圍發(fā)出的紅外光線，轉(zhuǎn)化為爐內(nèi)料面3和溜槽2等爐內(nèi)設(shè)備的紅外圖象。由于攝象鏡頭視角達(dá)90～120°，只用一臺(tái)攝象儀就可以觀察到整個(gè)料面3以及溜槽2和爐內(nèi)探尺等設(shè)備的工作情況，為料面圖象處理創(chuàng)造了有利條件。攝象機(jī)的視頻信號(hào)和測(cè)溫元件的信號(hào)從密封的接線帽18引出，通過(guò)專用電纜送到值班室，接到錄象機(jī)23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25，使操作人員實(shí)時(shí)看到和記錄下?tīng)t內(nèi)料面3和溜槽2等爐內(nèi)設(shè)備的工作情況，通過(guò)攝象機(jī)19的工作溫度了解其工作狀況。視頻信號(hào)同時(shí)接入計(jì)算機(jī)26進(jìn)行圖象處理，將料面的氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)用偽彩圖、數(shù)值圖、分布曲線等形式顯示在彩色監(jiān)視器27上，用于指導(dǎo)高爐操作。
權(quán)利要求
1.一種插入式爐窯攝象儀，其特征在于由攝象儀本體、錄象機(jī)(23)、監(jiān)視器(24)、數(shù)字溫度表(25)組成；攝象儀本體由攝象機(jī)(19)、攝象槍(16)、管式冷卻器(9)、密封裝置(15)、窺視孔(21)、吹掃環(huán)(22)、測(cè)溫元件(20)組成；攝象機(jī)(19)裝在攝象槍(16)的前端，通過(guò)安裝在爐殼法蘭短管(4)上的管式冷卻器(9)插入爐內(nèi)，管式冷卻器(9)的直徑范圍為60～200mm，長(zhǎng)度范圍為200～3000mm；窺視孔(21)孔徑為Φ3～Φ15mm，由吹掃環(huán)(22)與攝象機(jī)(19)之間形成的吹掃環(huán)隙(28)寬度為0.2～3.0mm；采用閥門(mén)(13)和密封套(15)雙重密封結(jié)構(gòu)；攝象機(jī)(19)采用針孔廣角鏡頭，視角為90～120°；采用窺視孔(21)內(nèi)風(fēng)和窺視孔外吹掃環(huán)隙(28)的吹掃風(fēng)雙重氣體防護(hù)的方式。
2.一種采用本發(fā)明攝象儀的圖象處理方法，其特征在于圖象處理系統(tǒng)由攝象儀本體、計(jì)算機(jī)(26)和彩色監(jiān)視器(27)構(gòu)成，攝象儀的微型攝象機(jī)采用感光范圍寬的CCD芯片，在高爐生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)無(wú)可見(jiàn)光的條件下，CCD芯片可以接收爐料發(fā)出的紅外光線，轉(zhuǎn)化為爐內(nèi)料面及設(shè)備的紅外圖象，再用計(jì)算機(jī)對(duì)該圖象進(jìn)行圖象處理，得到料面氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)；根據(jù)紅外光強(qiáng)度與被測(cè)物體的溫度之間的相關(guān)關(guān)系，把圖象上各點(diǎn)的灰度值轉(zhuǎn)化為溫度值，用偽彩圖、數(shù)值圖、曲線圖形式在彩色監(jiān)視器上顯示料面的溫度或氣流的分布狀況。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種插入爐殼內(nèi)監(jiān)視工業(yè)爐窯內(nèi)部情況用的攝象儀及圖象處理方法,特別是監(jiān)視煉鐵高爐冶煉過(guò)程中爐內(nèi)料面工作情況,并用計(jì)算機(jī)對(duì)圖象處理定量描述料面氣流與溫度的分布狀況、監(jiān)視溜槽或大鐘的工作狀況以及裝料時(shí)料流情況、監(jiān)測(cè)爐內(nèi)發(fā)生的管道和塌料等異常爐況的爐內(nèi)監(jiān)測(cè)方法。攝象儀主要由攝象儀本體、錄象機(jī)(23)、監(jiān)視器(24)、數(shù)字溫度表(25)、計(jì)算機(jī)(26)和彩色監(jiān)視器(27)構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)在于:采用沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的微型攝象機(jī)獲取爐內(nèi)的紅外圖象,裝置形體小、造價(jià)低、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C21B7/24GK1384662SQ02121548
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者高征鎧, 趙承平, 吳蘊(yùn)英, 林劍, 高永 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 北京神網(wǎng)創(chuàng)新科技有限公司