D01:10.13374/i.issn1001t63x.2010.01.013 第32卷第1期 北京科技大学学报 Vol 32 No 1 2010年1月 Journal of Un iversity of Science and Techno lgy Beijing Jan 2010 无钟布料料流轨迹激光测试与图像分析 杜鹏宇程树森 北京科技大学治金与生态学院，北京100083 摘要针对高炉布料过程操作者无法直接观察炉内料流轨迹、料面形状等信息，利用光学原理，提出极坐标激光栅格测试 技术，对料面进行标定测量·引入模式识别中的双目视觉技术进行轨迹检测，对布料轨迹图像采用边缘分析算子，优化算子阈 值，获得布料过程中料流信息，重现料流轨迹的动态图像，为高炉布料模型提供数据支撑· 关键词高炉布料：激光栅格：轨迹检测：边缘算子；轨迹重现 分类号TF543.3TP751.1 Laser m easurem ent and im age ana lysis of blast furnace bell-less top charging DU Peng yu CHENG Shu'"sen School ofMetallugical and Ecobgical Engineering University of Seience and Technology Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT In the process of blast fiumace bell-less top charging it is difficult for operators to directly observe the buren surface pmofile and burden trajectory Based on the principle of optics a polar coomdinate laser grid measurement technology is pmoposed to measure the burden surface and burden trajectory Dual CCD stereoscopic vision calbration with high precision is introduced to create the detailed computer images of the burden trajectory w ith a boundary operator acquire infomation about the burden trajectory in char ging and reconstmuct the process of blast fumace bell-less top charging KEY W ORDS blast fumace charging lser grit trajectory measurment boundary operato trajectory reconstnuction 随着钢铁市场竞争的加剧，降低高炉生产成本， 大量工作).卢森堡、日本和前苏联等开发了 提高高炉操作水平是目前中国钢铁企业的重要任 一些数学模型-，应用这些模型可以计算出布料 务，无钟炉顶的应用，为高炉进行灵活的上部调剂 后的料面形状.目前国内外采用的布料检测方法及 提供了手段，煤气流分布是决定高炉顺行操作的重 模型主要包括： 要参数，上部调剂是决定煤气流分布的重要方法， (1)机械式·测量一点要经历启动测枪、停枪、 布料溜槽角度及转速的变化使料流轨迹变化多样， 放锤、收锤四个阶段，其优点是价格便宜；缺点是维 炉料落点也各有不同，如何更好地利用现代成熟的 护费用高，测定点不够全面和均匀 机器视觉技术来检测高炉上部调剂的操作和效果， (2)微波式.电磁频率为3×10~3×10Ha 获得高炉布料过程的布料信息成为高炉上部调剂的 通过对比发射波和反射波的相位差来标定料面距 重要依据，因此高炉布料操作是达到高炉长寿高效 离.其缺点是精度低（士130mm),测试周期80s但 目的重要手段之一，同时布料测量是研究高炉布料 维护方便， 规律必不可少的一个环节， (3)激光式.利用激光（波长在1.06m)的反 1目前检测方法和不足 射强度分析测量炉料的距离，多点复合出高炉布料 面的形状。缺点是灰尘对测量结果干扰大，激光设 国内外炼铁研究人员在高炉布料检测方面做了 备体积庞大，需要额外的辅助设备，维护费用高 收稿日期：2009-06-09 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No60872147):“十一五国家科技支撑计划资助项目(N。2006BAE03A01) 作者简介：杜鹏宇(1974-)，男，博士研究生，Emaik dpengyu@126cam:程树森(196)男，教授，博士生导师，E mail chengsuser@metall ustb edu cn第 32卷 第 1期 2010年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．1 Ｊａｎ．2010 无钟布料料流轨迹激光测试与图像分析 杜鹏宇 程树森 北京科技大学冶金与生态学院‚北京 100083 摘 要 针对高炉布料过程操作者无法直接观察炉内料流轨迹、料面形状等信息‚利用光学原理‚提出极坐标激光栅格测试 技术‚对料面进行标定测量．引入模式识别中的双目视觉技术进行轨迹检测‚对布料轨迹图像采用边缘分析算子‚优化算子阈 值‚获得布料过程中料流信息‚重现料流轨迹的动态图像‚为高炉布料模型提供数据支撑． 关键词 高炉布料；激光栅格；轨迹检测；边缘算子；轨迹重现 分类号 ＴＦ543∙3；ＴＰ751∙1 Ｌａｓｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｉｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｂｅｌｌ-ｌｅｓｓｔｏｐｃｈａｒｇｉｎｇ ＤＵＰｅｎｇ-ｙｕ‚ＣＨＥＮＧＳｈｕ-ｓｅｎ ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｂｅｌｌ-ｌｅｓｓｔｏｐｃｈａｒｇｉｎｇ‚ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆｏｒｏｐｅｒａｔｏｒｓｔｏｄｉｒｅｃｔｌｙｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｂｕｒｄｅｎｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅａｎｄｂｕｒｄｅｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｏｐｔｉｃｓ‚ａｐｏｌａｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｌａｓｅｒｇｒｉｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏ ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｂｕｒｄｅｎｓｕｒｆａｃｅａｎｄｂｕｒｄｅｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．ＤｕａｌＣＣＤｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃｖｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｒｅａｔｅ ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｃｏｍｐｕｔｅｒｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｂｕｒｄｅｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｗｉｔｈａｂｏｕｎｄａｒｙｏｐｅｒａｔｏｒ‚ａｃｑｕｉｒｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｂｕｒｄｅｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｃｈａｒ- ｇｉｎｇ‚ａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｂｅｌｌ-ｌｅｓｓｔｏｐｃｈａｒｇｉｎｇ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｃｈａｒｇｉｎｇ；ｌａｓｅｒｇｒｉｄ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｂｏｕｎｄａｒｙｏｐｅｒａｔｏｒ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 收稿日期：2009--06--09 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．60872147）；“十一五 ”国家科技支撑计划资助项目 （Ｎｏ．2006ＢＡＥ03Ａ01） 作者简介：杜鹏宇 （1974— ）‚男‚博士研究生‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｄｐｅｎｇｙｕ＠126．ｃｏｍ；程树森 （1964— ）‚男‚教授‚博士生导师‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｓｕｓｅｎ＠ｍｅｔａｌｌ． ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 随着钢铁市场竞争的加剧‚降低高炉生产成本‚ 提高高炉操作水平是目前中国钢铁企业的重要任 务．无钟炉顶的应用‚为高炉进行灵活的上部调剂 提供了手段．煤气流分布是决定高炉顺行操作的重 要参数‚上部调剂是决定煤气流分布的重要方法． 布料溜槽角度及转速的变化使料流轨迹变化多样‚ 炉料落点也各有不同‚如何更好地利用现代成熟的 机器视觉技术来检测高炉上部调剂的操作和效果‚ 获得高炉布料过程的布料信息成为高炉上部调剂的 重要依据．因此高炉布料操作是达到高炉长寿高效 目的重要手段之一‚同时布料测量是研究高炉布料 规律必不可少的一个环节． 1 目前检测方法和不足 国内外炼铁研究人员在高炉布料检测方面做了 大量工作 ［1--3］．卢森堡、日本 ［4--6］和前苏联等开发了 一些数学模型 ［7--10］‚应用这些模型可以计算出布料 后的料面形状．目前国内外采用的布料检测方法及 模型主要包括： （1） 机械式．测量一点要经历启动测枪、停枪、 放锤、收锤四个阶段．其优点是价格便宜；缺点是维 护费用高‚测定点不够全面和均匀． （2） 微波式．电磁频率为 3×10 8～3×10 11Ｈｚ‚ 通过对比发射波和反射波的相位差来标定料面距 离．其缺点是精度低 （±130ｍｍ）‚测试周期 80ｓ；但 维护方便． （3） 激光式．利用激光 （波长在 1∙06μｍ）的反 射强度分析测量炉料的距离‚多点复合出高炉布料 面的形状．缺点是灰尘对测量结果干扰大‚激光设 备体积庞大‚需要额外的辅助设备‚维护费用高． DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．01．013