一種基于傾斜攝影的液位控制系統(tǒng)及液位測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于傾斜攝影的液位控制系統(tǒng)及液位測量方法，屬于非晶薄帶加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶薄帶制備采用快速凝固(冷速106°C /s)平面流鑄造技術(shù)，將高溫鋼液通過狹縫噴射到高速旋轉(zhuǎn)冷卻輥輥面上，該工藝把長流程薄帶鑄軋工藝縮短到毫米級(jí)輥?zhàn)扉g和僅一米左、右直徑冷卻輥上，所有制約薄帶性能的因素將更為集中、復(fù)雜難控。目前，自動(dòng)化控制程度較高的非晶甩帶設(shè)備多為國外制造，非晶、納米晶薄帶占據(jù)國內(nèi)市場近70%份額?！笆濉蹦┢诙鄺l萬噸級(jí)非晶帶材生產(chǎn)線投產(chǎn)，但國產(chǎn)化的自動(dòng)化控制水平不高，且薄帶質(zhì)量和磁性能與國外存在很大差距，仍不具備打破國外技術(shù)封鎖和依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。
[0003]恒液位是非晶薄帶厚度均勻的必要條件，高品質(zhì)非晶薄帶與液位高度和噴射壓力密切相關(guān)。液位變化將影響非晶薄帶的厚度和橫、縱向厚差和表面質(zhì)量。噴包液位偏低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致噴帶壓力不夠，薄帶貼輥困難，出現(xiàn)密集孔洞；液位偏高時(shí)，冷卻輥轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，工藝不穩(wěn)定因素隨之出現(xiàn)，還可能導(dǎo)致噴包外溢；最難控制的恒液位，會(huì)影響熔潭流場分布和紊流，導(dǎo)致薄帶厚度、冷卻不均勻、脆裂。
[0004]現(xiàn)有液位測量技術(shù)中，通常有接觸式和非接觸式測量。金屬熔體的高溫、強(qiáng)熱輻射和惡劣環(huán)境等使得檢測儀表等接觸式測量根本不能使用，而通過浮桿或液面漂浮物間接接觸測量，受液面波動(dòng)、成分、密度及表面張力影響，浮桿浸入深度和示數(shù)將有所變化，這些隱性因素會(huì)影響到液位的控制，另外浮標(biāo)會(huì)污染合金熔體的純凈度；非接觸式紅外、電容、超聲波和激光傳感器受環(huán)境變化影響，抗干擾能力、分辨力低、測量及系統(tǒng)誤差大限制其應(yīng)用，而放射源和X射線等放射技術(shù)測量精度高，但對人身安全危害大、且設(shè)備昂貴。隨著光電子技術(shù)和攝影技術(shù)的進(jìn)步，CCD攝影測量技術(shù)受環(huán)境和熔體影響小，設(shè)備簡單可靠，采用高分辨陣面CCD攝影檢測方法能較好地實(shí)現(xiàn)高溫熔體液位的非接觸測量和控制，此外，現(xiàn)有的CCD工業(yè)攝像機(jī)對噴嘴包內(nèi)液面攝影，由于液面視線為噴包阻擋，正攝影CCD攝像機(jī)無法監(jiān)視到液面高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于傾斜攝影技術(shù)的非接觸液位控制系統(tǒng)及液位測量方法，利用傾斜攝影的CCD攝像機(jī)獲得噴嘴包內(nèi)的液面變化的影像信息，及時(shí)對噴嘴包內(nèi)的液面進(jìn)行測量控制。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于傾斜攝影的液位控制系統(tǒng)，包括噴嘴包，所述噴嘴包上部設(shè)有噴嘴包蓋，所述噴嘴包蓋上設(shè)有石英玻璃觀察窗，所述玻璃觀察窗上設(shè)有刻度線，所述噴嘴包內(nèi)的液位高度與所述噴嘴包的內(nèi)壁形成液位交線，所述刻度線平行于所述液位交線，所述噴嘴包的上方傾斜設(shè)有CCD攝像機(jī)，所述CCD攝像機(jī)的光軸可穿過所述玻璃觀察窗拍攝到所述噴嘴包內(nèi)的液位交線，所述液位交線、刻度線及所述CCD攝像機(jī)的鏡頭焦點(diǎn)共面，所述CCD攝像機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸線路連接有PC機(jī)。
[0007]所述液位交線為所述噴嘴包內(nèi)液體的面與所述噴嘴包的內(nèi)壁之間的交界線。
[0008]所述石英玻璃觀察窗為橢圓形，所采用的石英玻璃的厚度為I?2_。優(yōu)選的石英玻璃的厚度為1.5_。為防止發(fā)生嚴(yán)重的折射現(xiàn)象，提高測量準(zhǔn)確性，石英玻璃應(yīng)選擇合適厚度，橢圓形與噴包蓋上的傾斜觀察窗和攝像機(jī)傾斜角度匹配，橢圓石英玻璃能滿足液位測量和拍攝視野所需。
[0009]所述噴嘴包蓋上設(shè)有注液口，所述注液口采用浸入式澆道。確保往噴嘴包內(nèi)注入液體時(shí)噴嘴包內(nèi)的液面平靜，不擾動(dòng)液面。
[0010]所述液位交線、刻度線相平行，且液位交線、刻度線、鏡頭焦點(diǎn)共面。液位交線在垂直方向移動(dòng)，液位交線與石英玻璃觀察窗上的刻度值的重合線在水平方向移動(dòng)，液位交線上升或下降時(shí)，CCD攝像機(jī)可以觀察到液位交線和石英玻璃觀察窗的刻度線重合的成像畫面，畫面通過數(shù)據(jù)輸送線路傳遞給PC機(jī)，然后通過PC機(jī)的屏幕直觀顯示出來。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:采用非接觸式CCD攝像機(jī)傾斜測量噴嘴包內(nèi)的液位，測量設(shè)備不接觸噴嘴包內(nèi)的鋼水，液面不會(huì)流動(dòng)、波動(dòng)或氧化漂浮物均不影響測量；測量精度高，液面波動(dòng)小，液位高度能夠穩(wěn)定在±3_甚至更小的變化范圍內(nèi)，噴嘴包的噴射壓力能控制在0.03Kg/cm2范圍內(nèi)。本發(fā)明測量精度高、測量速度快、結(jié)構(gòu)簡單、易拆裝、成本低，非晶薄帶表面光亮，“魚鱗紋”不明顯，表面氣泡尺寸小、數(shù)量少，致密度增加，提高了非晶薄帶品質(zhì)。
[0012]本發(fā)明還公開了一種液位測量方法，包括獲取噴嘴包內(nèi)的液位高度及觀察窗上對應(yīng)刻度線的圖像，所述刻度線用于標(biāo)示對應(yīng)的噴嘴包內(nèi)的液位高度，將噴嘴包內(nèi)的液位高度轉(zhuǎn)化為觀察窗上的刻度線進(jìn)行計(jì)量。
[0013]所述CCD攝像機(jī)鏡頭的固定高度為h，傾斜角度為Θ，所拍攝的噴嘴包內(nèi)的液位高度為C，對應(yīng)在玻璃窗的刻度線c' = h.[tan(0)-tan(a)]+a，其中，Θ e [ α，β ]，CCD攝像機(jī)鏡頭所能拍攝的范圍噴嘴包內(nèi)的最低液面為a，對應(yīng)的傾斜角度為α，最高液面為b，對應(yīng)的傾斜角度為β，石英玻璃窗上刻度線的劃分依上述公式標(biāo)示。攝像機(jī)拍攝到的液位高度及玻璃窗上對應(yīng)刻度線的液位刻度的圖像，通過該圖像可直接讀出噴嘴包內(nèi)對應(yīng)液位高度，快捷方便。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，通過上述液位測量方法，通過傾斜設(shè)置的CCD攝像機(jī)及時(shí)拍攝噴嘴包內(nèi)的液位變化及玻璃窗上刻度線對應(yīng)指示的液位刻度，通過PC機(jī)的顯示快速直接讀出所拍攝的噴嘴包內(nèi)的液位高度，無需對圖像進(jìn)行識(shí)別及后期處理或者說再通過復(fù)雜的函數(shù)等操作才能計(jì)算出所拍攝液位高度，總之，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作快捷方便，可通過刻度線直接讀取液位高度，及時(shí)對噴嘴包內(nèi)的液位進(jìn)行檢測控制。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明液位變化狀態(tài)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明石英玻璃觀察窗刻度線劃分示意圖；
[0018]圖中，1、CXD攝像機(jī)；2、液位高度；3、玻璃觀察窗；4、注液口 ；5、噴嘴包；6、噴嘴包蓋；7、最低液位；8、最高液位。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0020]如圖1所示，一種基于傾斜攝影的液位控制系統(tǒng)，包括噴嘴包5，所述噴嘴包上部設(shè)有噴嘴包蓋6，所述噴嘴包蓋6上設(shè)有石英玻璃觀察窗3，所述玻璃觀察窗上設(shè)有刻度線，所述噴嘴包內(nèi)的液位高度2與所述噴嘴包的內(nèi)壁形成液位交線，所述刻度線平行于所述液位交線，所述噴嘴包的上方傾斜設(shè)有CCD攝像機(jī)1，所述CCD攝像機(jī)的光軸可穿過所述玻璃觀察窗拍攝到所述噴嘴包內(nèi)的液位交線，所述液位交線、刻度線及所述CCD攝像機(jī)的鏡頭焦點(diǎn)共面，所述CCD攝像機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸線路連接有PC機(jī)。
[0021]本發(fā)明石英玻璃觀察窗的石英玻璃厚度為I?2_，優(yōu)選為1.5_。石英玻璃窗的石英玻璃厚度適中，防止光線發(fā)生過度折射，影響測量精度。
[0022]傾斜攝