一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置和測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置和方法，屬于金屬定量澆注和自動控制領域。
【背景技術】
[0002]我國已經(jīng)連續(xù)多年位居世界第一鑄造大國，但金屬鑄造是一個大量耗能的生產(chǎn)過程。如果能夠精確控制液面高度，就可以使縮孔后的冒口很小和澆包重量準確，對于節(jié)能減排和節(jié)約材料具有極其重要的意義。
[0003]目前我國鑄造行業(yè)中控制液位高度主要有以下幾種:依靠有經(jīng)驗的工人人工控制液位高度，精度差，速度慢，且極高溫的工作環(huán)境對操作工人來說存在很大的安全隱患；扇形包預設角度控制，精度不高，設備調(diào)試工作復雜；激光反射測量，設備調(diào)試要求高，不方便修正；單攝像頭圖像測量，設備調(diào)試要求高，不方便修正，且液面形狀變化會影響測量結(jié)果的準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是解決目前我國鑄造行業(yè)中液位控制所存在的人工控制液位高度，精度差，速度慢，且存在很大的安全隱患；扇形包預設角度控制，精度不高，設備調(diào)試工作復雜；激光反射測量，設備調(diào)試要求高，不方便修正；單攝像頭圖像測量，設備調(diào)試要求高，不方便修正，且液面形狀變化會影響測量結(jié)果的準確性的問題，提供一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置和測量方法。采用本裝置設備調(diào)試簡便，并且方便修正。
[0005]本發(fā)明提供的基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置，包括兩個攝像頭、帶水平氣泡的可調(diào)固定支架和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點，并計算出共軛點之間的距離，從而按比例計算出液位高度，并輸出液位高度值和所需的控制信號。
[0006]所述的兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致是指，焦距為f，攝像頭固定在帶水平氣泡的可調(diào)固定支架上，并調(diào)整水平使攝像頭成像平面水平；攝像頭光軸與成像平面垂直，兩個攝像頭的X軸重合，Y軸互相平行，兩個攝像頭的光心距成像平面距離相等，光心之間距離為1。。
[0007]所述的共軛點為液面上的一個點在兩個攝像頭成像平面上的像。本裝置中共軛點選取液面中心點為參考點；
[0008]所述的識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點的方法就是，利用熔融金屬與鑄模巨大的顏色差異，設置閾值，方便地識別出金屬熔液液面的范圍，并計算出中點在成像平面的坐標，兩個中點即為所需的共軛點，同時得到兩個共軛點間的距離1。
[0009]所述的按比例計算出液位高度的方法是，金屬液面與成像平面平行，因此只要參考點在金屬液面上，就都滿足h/(h+f) = 1。/1，可以得到h = fl。/(1-1。)，其中h為金屬液面到光心所在平面的距離。
[0010]所述的基于雙攝像頭的高溫液位測量方法，基本原理如下:
[0011](1)兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致，焦距為f，兩個攝像頭的光心距成像平面距離相等，攝像頭在支架上平行放置，光軸與成像平面垂直，兩個攝像頭的X軸重合，Y軸互相平行，光心之間距離為1。，將攝像頭成像平面調(diào)整水平；
[0012](2)共軛點為液面上的一個點在兩個攝像頭成像平面上的像。本裝置中共軛點選取液面中心點為參考點；
[0013](3)識別共軛點的方法就是利用熔融金屬與鑄模巨大的顏色差異，設定顏色亮度閾值就可以方便地識別出金屬熔液的范圍，記錄顏色突變邊緣的像素坐標并計算，徑向長度最大線的中點即為所需的共軛點，同時得到兩個共軛點的坐標，即可求得共軛點之間的距離1 ;
[0014](4)按比例計算出液位高度，原理如圖2所示，A為參考點，01、02為兩個攝像頭的光心，al、a2為攝像頭成像平面上的共軛點，1為共軛點之間的距離，h為金屬液面到光心所在平面的距離，^為兩個攝像頭光心之間距離。因為金屬液面與成像平面平行，因此只要參考點在金屬液面上，就都滿足h/(h+f) = 1。/1，所以可以容許參考點偏移，液面形狀變化不會影響結(jié)果的準確性?？梢缘玫絟zfiya-1j。而1-ι恰好為共軛點偏離成像平面中線的距離，從已經(jīng)獲得的共軛點坐標即可求得。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:
[0016]本發(fā)明采用非接觸式攝像頭測量高溫液位，測量設備不接觸高溫熔液；測量精度高，誤差小于±0.5mm ;因為使用雙攝像頭，液面形狀變化不會對測試結(jié)果準確性造成影響。本發(fā)明測量精度高、測量速度快、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試校準方便。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的雙攝像頭的高溫液位測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為計算液位高度的原理圖；
[0019]圖中1、可調(diào)固定支架；2、水平氣泡；3、攝像頭1 ;4、攝像頭2 ;5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；6、輸出電纜。
【具體實施方式】
[0020]圖1所示為本發(fā)明提供基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置的組成框圖，該裝置包括:兩個攝像頭(3、4)、帶水平氣泡2的可調(diào)固定支架1和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5。兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點，計算出共軛點之間距離，從而按比例計算出液位高度，并輸出液位高度值和所需的控制信號。
[0021]兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致，焦距為f，光軸與成像平面垂直，兩個攝像頭的X軸重合，Y軸互相平行，兩個攝像頭的光心距成像平面距離相等，光心之間距離為I，將攝像頭平行固定于可調(diào)固定支架，并調(diào)整水平使攝像頭成像平面水平；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理攝像頭所得圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和控制信號；本裝置中共軛點選取液面中心點為參考點；利用熔融金屬與鑄模巨大的顏色差異識別共軛點，并計算出共軛點在成像平面的坐標，同時得到兩個共軛點間的距離1 ;按比例計算出液位高度，h = fiy(l-l。)。其中h為金屬液面到光心所在平面的距離。
[0022]實施例
[0023]本實施例澆注要求冒口液面距光心2000mm，此情況下冒口錐形部分縮孔后會恰好消失，具體實施步驟如下:
[0024](1)選取兩個焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致的攝像頭，焦距為50mm，則兩個攝像頭的光心距成像平面距離即為50mm，分辨率為600X800 ；
[0025](2)將攝像頭平行固定于可調(diào)固定支架，兩個攝像頭光心之間距離為50mm，并調(diào)整水平使攝像頭成像平面水平；
[0026](3)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的以FPGA為核心電路，基于硬件描述語言描述圖像識別和處理電路，處理速度高、實時性好，可以滿足實時控制的要求，選取攝像頭數(shù)據(jù)高8位用于識別；本裝置中選取液面中心點為共軛點的參考點；利用熔融金屬與鑄模巨大的顏色差異，設定顏色亮度中值128為閾值，超過閾值的就認為是金屬，識別出金屬熔液的范圍，記錄顏色突變邊緣的像素坐標并計算，徑向長度最大線的中點即為所需的共軛點，同時得到兩個共軛點的坐標，求得共軛點之間的距離1 ;計算出液位高度，原理如圖2所示，A為參考點，是金屬液面上的點，01、02為兩個攝像頭的光心，al、a2為攝像頭成像平面上的共軛點，1為共軛點之間的距離，h為金屬液面倒光心所在平面的距離，1為兩個攝像頭光心之間距離。因為金屬液面與成像平面平行，因此只要參考點在金屬液面上，就都滿足h/(h+f) = iyi，所以可以容許參考點偏移，因此液面形狀變化不會影響測量結(jié)果的準確性。最終得到h = fiy(1-1J。而1-1恰好為共軛點偏離成像平面中線的距離，從已經(jīng)獲得的共軛點坐標即可求得。將計算所得h值與預設的高度值2000mm相比較，當h小于等于預設值則輸出控制信號停止?jié)沧ⅰ?br>[0027]本實施例結(jié)果縮孔后冒口錐形部分只有不足2mm，達到了預期效果。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置，包括兩個攝像頭、帶水平氣泡的可調(diào)固定支架和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；其特征在于:兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點，并計算出共軛點之間的距離，從而計算出液位高度，并輸出液位高度值和所需的控制信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致是指，焦距為f，攝像頭固定在帶水平氣泡的可調(diào)固定支架上，并調(diào)整水平使攝像頭成像平面水平；攝像頭光軸與成像平面垂直，兩個攝像頭的X軸重合，Y軸互相平行，兩個攝像頭的光心距成像平面距離相等，光心之間距離為I。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點的方法就是，利用熔融金屬與鑄模巨大的顏色差異，設置閾值，方便地識別出金屬液面的范圍，并計算出中點在成像平面的坐標，兩個中點即為所需的共軛點，同時得到兩個共軛點間的距離1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的裝置，其特征在于所述的計算出液位高度的方法是，金屬液面與成像平面平行，因此只要參考點在金屬液面上，就都滿足h/(h+f) = iyi，可以得到h = fly (1-1J，其中h為金屬液面到光心所在平面的距離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置和方法。本發(fā)明提供一種基于雙攝像頭的高溫液位測量裝置，包括兩個攝像頭、帶水平氣泡的可調(diào)固定支架和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。兩個攝像頭焦距及內(nèi)部參數(shù)完全一致；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理攝像頭所得圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)和控制信號；以金屬液面上的點作為共軛點的參考點；識別兩個攝像頭采集到圖像的共軛點，計算出共軛點之間距離，從而計算出液位高度，并輸出液位高度值和所需的控制信號。采用非接觸式測量；因為使用雙攝像頭，液面形狀變化也不會對測試結(jié)果造成影響。本發(fā)明測量精度高、測量速度快、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試校準方便。
【IPC分類】G01F23/292
【公開號】CN105403287
【申請?zhí)枴緾N201510718208
【發(fā)明人】任立儒, 耿衛(wèi)東, 張福海, 劉會剛, 尚佳彬
【申請人】南開大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月28日