专利名称：料层厚度检测设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及冶金领域，更特别地是涉及冶金工业中对烧结机的料层厚度进行检测 的设备。
背景技术：
烧结机是冶金工业是烧结过程中的主体设备，其可将不同成份、不同粒度的精矿 粉、富矿粉等物料烧结成块，并部分消除矿石中所含的硫，磷等有害杂质。烧结机在冶金工 业中发挥着极其重要的作用。在烧结机作业过程中，对于在烧结机机台上放置的物料的料层厚度的检测与控制 对烧结矿的生产有重要的影响，料层厚度的波动会影响烧结生产率、烧结矿质量和生产成 本，所以料层厚度的检测是实现对烧结作业的控制所不可或缺的手段。而烧结作业的现场 环境比较恶劣，比如温度高、湿度大、粉尘多等，对于料层厚度检测设备的恶劣环境适应能 力的要求较高。为了实现在烧结作业过程的恶劣环境中进行料层厚度检测，目前开发了机械式料 层厚度检测设备、雷达波料层厚度检测设备等类似设备，但是这些检测设备存在维护量大、 数据扰动大等问题，并且这些检测方式均不能观察料层表面的情况。

实用新型内容本实用新型针对现有的料层厚度检测设备维护量大、数据扰动大且不能观察料层 表面的情况等问题，提出了一种维护量小、测量精度高且能够在检测料层厚度的同时观察 料层表面的情况的料层厚度检测设备。本实用新型提供的料层厚度检测设备包括光源、图像采集装置以及与图像采集装 置相连接的处理装置，所述光源被置于料层上方且能够照射到料层表面形成光斑，所述图 像采集装置被置于能够采集包括所述光斑在内的料层表面的图像的位置，并且所述图像采 集装置的拍摄方向与料层表面所在的平面非垂直，所述处理装置接收所述图像采集装置所 采集的图像，从所采集的图像中确定出光斑的位置，且根据光斑的位置来确定料层厚度。本实用新型提供的料层厚度检测设备由于采用设置在料层上方的光源在料层表 面上形成光斑，在适当位置设置图像采集装置以能够采集包括光斑在内的图像，在料层厚 度检测设备工作过程中，首先采集已知初始料层厚度的初始料层表面的图像，在料层厚度 变化后，采集料层变化后的料层表面的图像，并根据光斑在初始料层表面的图像和料层变 化后的料层表面的图像中的位置变化量来确定实际料层表面高度的变化量(即料层厚度 变化量)，再利用已知的初始料层厚度便可以确定料层厚度变化后的当前料层厚度，其相比 于现有技术中的机械式及雷达波等料层厚度检测设备，具有组成结构简单、运行可靠、维护 量小，维护量小、测量精度高并且在检测料层厚度的同时还能实现观察料层表面的情况等 优点。
图1是本实用新型提供的料层厚度检测设备的示意图；图2是图1中由图像采集装置所采集的图像中的光斑位置示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的料层厚度检测设备包括光源2、图像采集装置3以及与图像采集装置3相连接的处理装置4，所述光源2被置于料层上方且能够照射到料层表 面形成光斑，所述图像采集装置3被置于能够采集包括所述光斑在内的料层表面的图像的 位置，并且所述图像采集装置3的拍摄方向与所述光源2的光线方向非平行，所述处理装置 4接收所述图像采集装置3所采集的图像，从所采集的图像中确定出光斑的位置，且根据光 斑的位置来确定料层厚度。所述光源2可以是任何能在料层表面形成光斑的光源，优选为激光源，激光源发 射的激光本身具有定向发光特性，无需其他聚光装置，激光光束的发散度极小，大约只有 0. 001弧度，接近平行，聚光效果非常好，而且激光亮度极高，且波长分布范围非常窄，单色 性好，颜色极纯，这样，激光源在物料表面形成的光斑更有利于本实用新型实现检测料层厚 度的后续处理。由于一般物料为黑色或灰色，激光源优选为采用与物料的色差较大的激光 源，如红宝石激光器、红光的氦氖激光器等，这样能够便于处理装置确定光斑在拍摄图像中 的位置。光源2安放在料层待检测位置的上方，并且可以在多个待检测位置的上方安放多 个光源2，这样可以获得多个待检测位置的料层厚度，或者可以将所获得的多个厚度进行平 均得到平均后的料层厚度，以使得检测的料层厚度更加精确。优选地，料层厚度检测设备还 包括置于光源外围的透明保护罩13，以避免烧结机工作过程中的高温、高湿度、多粉尘的恶 劣环境造成对光源的损坏，优选地，该保护罩13采用诸如石英玻璃之类的耐高温、耐湿的 材料。所述图像采集装置3可以是任何能采集图像的装置，比如照相机、摄像机等。图 像采集装置3的安放位置以能获得包括光斑在内的图像为准，并且图像采集装置3的拍摄 方向与料层表面所在的平面非垂直，这是因为若图像采集装置3的拍摄方向垂直于料层表 面，则从所采集的图像中只能得到光斑在料层表面的平面内的位置信息，而不能得到光斑 在垂直于料层表面的平面内的位置信息，而仅从光斑在料层表面的平面内的位置信息中不 能计算出料层的厚度。如图1所示，图像采集装置3的拍摄方向与垂直于料层表面的方向 之间需呈一定的夹角θ(θ ^O0 )，优选地，所述图像采集装置3的拍摄方向与垂直于料 层表面的方向的夹角θ被设置在30° 60°之间。所述图像采集装置3可以进行连续拍 摄，形成视频图像，或者也可以以一定时间间隔采集图像。所述图像采集装置3将所采集的包括光斑在内的图像传送到处理装置4，处理装 置4根据从图像采集装置3接收的图像来实现计算料层厚度的功能。在图像采集装置3采 集到的图像中，光斑与物料等周围环境的色度和亮度不相同，一般物料在图像中为黑色，若 采用红色激光源照射，则光斑为红色，这样基于图像中光斑与物料等周围环境的色差通过 常规的图像处理可以确定出光斑在图像中的位置。由光学常识可知，光斑在图像中的位置 变化量与实际料层表面的高度变化量(也就是料层厚度的变化量)之间呈比例关系，通过 上述比例关系由光斑在图像中的位置变化量即可以求得料层厚度的变化量，若已知料层厚度变化前的料层厚度，则可以求出料层变化后的料层厚度。由相机之类的图像采集装置3 成像的基本原理可知，在物距和焦距确定的情况下，可以唯一确定出图像采集装置3的缩 放倍数K，光斑在图像中的位置变化量与实际料层表面的高度变化量之间的比例关系的比 例常数可以近似等于图像采集装置3的缩放倍数，若已知图像采集装置3的拍摄方向与垂 直于料层表面的方向之间的夹角θ，则可以求得更精确的比例常数为K/sine。所述处理 装置4可以是能够实现上述功能的计算机。本领域技术人员可以采用多种方式来实现利用 所采集的包括光斑的图像来计算出料层厚度的方式。根据一种方式，在烧结机工作之前， 铺设已知厚度的物料，将该已知厚度存储在处理装置4中作为参考厚度，由安放在某一固 定位置的图像采集装置3先采集一幅包括形成于已知厚度的料层表面的光斑的图像，利用 常规的图像处理找到光斑并确定光斑在图像中的位置，并且将该光斑在所采集的图像中的 位置信息存储起来作为参考光斑位置，随后，在烧结机工作过程中，图像采集装置3实时采 集图像，处理装置4从采集的图像中确定当前光斑位置，根据采集的图像中当前光斑位置 与参考光斑位置的位置变化，来对应得出当前料层表面与先前的已知料层表面之间的距离 (该距离即为料层厚度变化值)，进而计算出当前料层的厚度。所述料层厚度检测设备还可以包括与处理装置4连接的数模转换装置，该数模转 换装置用于从处理装置4接收料层厚度数值，并且将所接收的料层厚度数值转换成模拟电 流信号，以不同的电流大小(比如4 20mA的电流)来表示不同的料层厚度，以便于输出 到烧结机的其他辅助设备使用。如图1中所示，物料5置于烧结机平台上，光源2置于物料上方，光源2射出的光 束7能够在料层表面形成光斑，图像采集装置3能够采集包括光斑的图像，并且将所采集的 图像传送到处理装置4中进行处理以计算料层厚度，图1中示出了初始料层表面1和料层 厚度变化后的料层表面9以及光束7在初始料层表面1中形成的初始光斑所在的位置6和 在料层厚度变化后的料层表面9中形成的料层变化后的光斑所在的位置8。图2中示出了 在图1所示的设备中所采集的图像中的光斑位置示意图，在图2示出的图像中也将光源的 图像10拍摄在内，以便于理解厚度变化时光斑的位置变化，料层变化后的变化后光斑图像 11与料层变化前的初始光斑图像12之间存在一个位移，根据该位移的大小可以计算出这 两个光斑图像分别对应的实际光斑位置之间的距离(即初始光斑所在的位置6与料层变化 后的光斑所在的位置8之间的距离，即为料层厚度变化量)，再根据料层变化前的初始料层 厚度便可以得出当前料层厚度。使用本实用新型提供的料层厚度检测设备，可以方便地检测到料层厚度的变化， 并且设备维护量小、测量精度高并且能够在检测料层厚度的同时还实现观察料层表面的情 况，因而本实用新型提供的料层厚度检测设备是一种方便高效的料层厚度检测设备。
权利要求一种料层厚度检测设备，其特征在于，该料层厚度检测设备包括光源、图像采集装置以及与图像采集装置相连接的处理装置，所述光源被置于料层上方且能够照射到料层表面形成光斑，所述图像采集装置被置于能够采集包括所述光斑在内的料层表面的图像的位置，并且所述图像采集装置的拍摄方向与料层表面所在的平面非垂直，所述处理装置接收所述图像采集装置所采集的图像，从所采集的图像中确定出光斑的位置，且根据光斑的位置来确定料层厚度。
2.根据权利要求1所述的料层厚度检测设备，其特征在于，所述光源是激光源。
3.根据权利要求1所述的料层厚度检测设备，其特征在于，所述光源的数量大于1。
4.根据权利要求1所述的料层厚度检测设备，其特征在于，该料层厚度检测设备还包 括透明保护罩，所述光源置于该保护罩内部。
5.根据权利要求1所述的料层厚度检测设备，其特征在于，所述图像采集装置的拍摄 方向与垂直于料层表面的方向之间的夹角被设置在30° 60°之间。
6.根据权利要求1所述的料层厚度检测设备，其特征在于，所述图像采集装置是摄像机。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的料层厚度检测设备，其特征在于，该料层 厚度检测设备还包括与处理装置连接的数模转换装置。
专利摘要提供一种料层厚度检测设备，该料层厚度检测设备包括光源、图像采集装置以及与图像采集装置相连接的处理装置，所述光源被置于料层上方且能够照射到料层表面形成光斑，所述图像采集装置被置于能够采集包括所述光斑在内的料层表面的图像的位置，并且图像采集装置的拍摄方向与料层表面所在的平面非垂直，所述处理装置接收所述图像采集装置所采集的图像，从所采集的图像中确定出光斑的位置，且根据光斑的位置来确定料层厚度。本实用新型提供的料层厚度检测设备，由于采用了光源、图像采集装置以及处理装置，相比于现有技术的机械式料层厚度检测设备及利用雷达波的料层厚度检测设备具有维护量小、精度高并且在检测料层厚度的同时可观察料面情况的优点。
文档编号G01B11/06GK201575795SQ20092027191
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者何斌, 何木光, 冷祥全, 王阿虎, 陈明华 申请人:攀枝花新钢钒股份有限公司;攀钢集团攀枝花钢钒有限公司