1、具有覆蓋層的熔融金屬液位測量一直是未能解決的冶金檢測技術領域的難題。由于覆蓋層的存在，及高溫多塵的惡劣環(huán)境，傳統(tǒng)的非接觸檢測方法（例如:激光法、超聲法和微波法等）和接觸法（例如:浮子法和電極法等）難以在實際生產(chǎn)中應用。連鑄中間包鋼水液位測量是這種情況的典型代表。連鑄是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，連鑄中間包鋼水液位是影響鋼坯生產(chǎn)質量、鋼水收得率及生產(chǎn)效率的重要參數(shù)。
　　中間包鋼水液面上覆蓋的保護渣層由覆蓋劑、鋼渣和鋼水中上浮的夾雜物構成

2、，針對保護渣層分布的不均性和厚度時變的特點，本文研制出以溫度梯度為原理，以視覺檢測為手段的中間包鋼水液位測量裝置，并在南鋼電爐廠進行了應用研究。其主要研究內容與創(chuàng)新如下:
　　(1)研制出一套基于溫度梯度原理的中間包鋼水液位測量裝置。
　　利用插入中間包鋼水中的測量棒在鋼水層、保護渣層和空氣層分界面處存在溫度梯度極值的特性，設計了一套溫度梯度與視覺技術相結合液位測量裝置。該裝置采用CCD攝像機采集提升出鋼水后測量棒外壁的溫度

3、分布圖像，對熱圖像的溫度梯度信息進行分析后，識別出分界面，根據(jù)推導的液位幾何關系式，得到鋼水液位及保護渣層厚度。
　　通過建立的測量棒機理傳熱模型，從理論上論證空氣與保護渣層、保護渣層與鋼水分界面存在溫度梯度極值，并且測量棒拔出鋼水后10s之內極值點位置不變，為鋼水液位測量方法提供了理論依據(jù)。
　　(2)測量棒目標區(qū)域的識別與定位
　　測量棒目標區(qū)域識別與定位的準確性影響鋼水和保護渣、保護渣和空氣分界面的判定。針對常規(guī)

4、的圖像分割方法不能較好地解決目標與背景分離的問題，提出一種基于Hough變換的目標定位方法。該方法利用柱狀測量棒縱向邊緣為直線這一特征，計算極坐標空間內原始圖像對應的直線參數(shù)分布，并以測量棒位姿作為約束條件，獲得測量棒縱向邊緣對應的直線方程，實現(xiàn)測量棒和背景的準確分離，識別準確率達到98％。
　　(3)分界面判定影響因素的分析與處理
　　分析了液位測量裝置中視覺畸變、位姿參數(shù)變化對分界面識別的影響，并分別給出了對應的校正方法

5、。針對視覺系統(tǒng)的畸變，提出一種改進的單目視覺畸變校正的方法來實現(xiàn)測量裝置的校正。對于系統(tǒng)位姿參數(shù)變化，利用標幟物的物象關系來實現(xiàn)參數(shù)的校正。經(jīng)過校正后，系統(tǒng)偏差由校正前的20mm減小為校正后的2.4mm。
　　對“溫度梯度”偽分界面的形成原因及對測量結果的影響進行了分析。針對保護渣粘附、流動和結殼等狀況，建立偽分界面特征判據(jù)。將該判據(jù)與圖像數(shù)據(jù)相融合，分界面定位準確率達到95％。
　　(4)測量裝置的現(xiàn)場實驗與應用效果分析<

6、br>　　該裝置經(jīng)過3年的現(xiàn)場實驗研究，目前在生產(chǎn)現(xiàn)場已經(jīng)穩(wěn)定運行6個月。通過采用手動測量方式對現(xiàn)場應用結果進行了驗證分析，證明本系統(tǒng)測量的可靠和準確性。實驗應用結果表明:液位測量值與手動驗證結果平均偏差為4.2mm，最大偏差小于6mm，測量復現(xiàn)性偏差小于3mm，滿足生產(chǎn)要求。
　　對系統(tǒng)關鍵參數(shù)攝像機傾角α、鏡頭光心與測量棒頂端水平距離—OW'A的確定制定了原則，為系統(tǒng)的推廣奠定基礎。按此原則，在南鋼電爐廠安裝時，確定—OW'A

7、=415.5mm，攝像機傾角α=57.5°。
　　(5)確定了中間包鋼水卷渣臨界液位
　　建立澆鑄末期的鋼水卷渣數(shù)學模型，并通過數(shù)值計算和物理模擬驗證了該模型，從而確定停澆過程卷渣產(chǎn)生的臨界液位可由出流口內徑、出口流量、初始環(huán)量和出流口Froude數(shù)計算。數(shù)值模擬及物理實驗結果表明:模型計算與實驗結果誤差為7.2％，為下一步液位測量裝置引入最低液位控制奠定了的基礎。
　　目前該項研究已與國內7家鋼廠簽訂了技術合作協(xié)議。