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[摘 要]国内铬铁球团成球工序多由人工监视，手动调节配水装置和给料装置，主观性强、效率低、误差大、实时性差。随着国家产业政策对节能环保和产品能耗要求的提高，采用机器视觉技术优化配水工艺控制，应用于铬粉造球工序中，减少了人工成本的同时提高了铬粉成球率，有效降低生产企业运营成本，提升产品智能化水平。
[关键词]机器视觉；铬铁； 粒度检测；控制系统
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0043-01
1 铬铁造球工艺简介
铬矿粉和膨润土经过圆盘给料机及皮带称称量后，通过平皮带输送至润磨机内，磨细后原料通过平皮带输送至造球机前缓冲仓，缓冲仓仓下设置圆盘给料机和称量皮带，通过转运皮带将物料输送至造球机，造球机上的造球盘通过变频电机驱动，通过调节造球盘转速和造球机给水系统给水量，最终制成合格粒度的铬矿球团。
2机器视觉识别系统构成
工业相机：采用500万像素面阵工业相机，加装红外光源，附带复合供电、通讯接口。
工业一体机：采用高性能嵌入式PC，箱式安装，用于运行处理软件、检测程序及与控制系统通讯。
软件：采用易维护、通用性强的专业图像处理软件，用于球团粒度料识别程序的功能实现。
辅件：采用标定板、光纤收发器、无线传输、远程维护等设备，保证系统功能完整。
3行业背景
目前，铬铁球团成球粒度由人工监视，手动调节配水装置，主观性强、效率低、精度差、实时性差，亟待升级改造。国内现有粒度检测技术，主要应用于岩块、矿石、燃料等领域，设置单独的取样机构或装置，采用泛光照明装置，依靠前端图像采集设备获取图像，由后台计算机实现处理和分析，输出粒径大小，供显示或警报。存在设备成本高、易受外界干扰、系统结构复杂、功能单一等问题。
在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，此外机器视觉在质量检测的各个方面也得到了广泛应用，并且其产品在应用中占据着举足轻重的地位。随着普及度的不断提高，国内的视觉识别技术水平也日渐成熟起来，逐步开始了工业现场的应用，多见于制药、印刷、产品检测等领域。
4实际应用
4.1工作原理
下图为机器视觉识别在造球工艺中的原理图，该系统由以下部件组成：
1.现场就地控制2.相机供电线（DC24V） 3.光源供电线（DC24V）4.工业智能相机5.LED光源6.工业智能相机通讯线（TCP/IP）
7.工业以太网交换机 8.PLC通讯线（TCP/IP） 9.PLC控制系统10.出料挡板11.检测区域 12.造球盘 13.调节阀控制信号线 14.调节阀状态反馈线 15.雾化喷水装置 16.刮刀系统 17.落料皮带18.配水调节阀（气动）
图1 造球粒度识别原理图
铬矿粉、膨润土经落料皮带（17）输运至旋转的造球盘（12），经雾化喷水装置（15）加水后，在刮刀系统（16）的搅动下形成铬铁球团，工业智能相机（4）通过安装于检测区域（11）的LED光源（5）照明实时捕捉溢出到溜槽的铬铁球团的清晰单帧数字图像。
采集后的图像，通过软件进行轮廓提取，降低光照均匀度影响，识别球团边缘。减少图像中的噪声，采用灰度形态学处理使图像中的灰度变化更加尖锐，有利于更准确的边缘提取。
利用工业智能相机（4）集成的I/O接口，将粒度检测结果通过工业智能相机通讯线（6）以TCP/IP协议经工业以太网交换机远程输出至PLC控制系统（9）。PLC控制系统（9）接收到配水信号后进行循环逻辑判断，同时AI模块通过调节阀状态反馈线（14）获取开度信息。每经过一定周期的采样结果，控制系统输出1个逻辑判断后的配水信号，经调节阀控制信号线（13）调整配水调节阀（18）的开度，依此循环，构建配水量与球团粒度的数学关系，实现连续检测和自动控制。最终形成合格粒度的球形铬铁球团，成球后从盘边溢出；
检测区域（11）位于造球盘（12）出料端和出料挡板（10）之间的溜槽上，Φ200～Φ300mm的圆形投影区域；检测装置主要由现场就地控制箱（1）、工业智能相机（4）、LED光源（5）、供电线缆（2）（3）、通讯线缆（6）、控制电缆（13）（14）及相关附件构成，设备电源由现场就地控制箱（1）提供；控制对象是气动配水调节阀（18）的开度。通过联机调试和实时监测，构建配水量与球团粒度的数学关系，以实现自动辨识和控制。
图2 工业智能相机采样图
4.2控制效果及优点
该装置无需单独的取样机构，直接在造球盘出料端检测，降低设备成本；配置高亮LED光源，无需增加遮光罩等附件，有效降低外部环境光线干扰，提高检测精度和系统稳定性；无需配置后台计算机，通过内置处理器和软件，就地实现图像采集、处理、分析、计算输出，系统结构简单；配合工业级的硬件和先进的算法，可以实现成球粒度的自动辨识，检测结果输出至控制系统，自动调整配水量，以保证成球粒度在规定区间之内，通过开发接口，可拓展更多實用功能。
5结论
国家产业政策对节能环保和产品能耗的要求标准越来越严格，随着智能检测和控制技术的不断进步，传统行业的升级改造步伐加快，因此通过智能化检测手段取代传统人工操作环节势在必行。该套铬铁球团粒度检测装置，提供了一套全新的、完整的技术解决方案，有效降低企业运营成本，提高矿热炉冶炼生产效率，提升产品智能化水平。
参考文献
[1]斯蒂格.机器视觉算法与应用.清华大学出版社，2008
[2] Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger Boyle 著 兴军亮 艾海舟 等译. 图像处理、分析与机器视觉（第4版）. 清华大学出版社，2016
[3] 余文勇，石绘.基于机器视觉自动检测技术. 化学工业出版社，2013
[4] 陈兵旗. 机器视觉技术及应用实例详解.化学工业出版社，2014.
作者简介：王任楠（1985—）男，籍贯：山东省，职称：中级，研究方向：自动化作.
[关键词]机器视觉；铬铁； 粒度检测；控制系统
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0043-01
1 铬铁造球工艺简介
铬矿粉和膨润土经过圆盘给料机及皮带称称量后，通过平皮带输送至润磨机内，磨细后原料通过平皮带输送至造球机前缓冲仓，缓冲仓仓下设置圆盘给料机和称量皮带，通过转运皮带将物料输送至造球机，造球机上的造球盘通过变频电机驱动，通过调节造球盘转速和造球机给水系统给水量，最终制成合格粒度的铬矿球团。
2机器视觉识别系统构成
工业相机：采用500万像素面阵工业相机，加装红外光源，附带复合供电、通讯接口。
工业一体机：采用高性能嵌入式PC，箱式安装，用于运行处理软件、检测程序及与控制系统通讯。
软件：采用易维护、通用性强的专业图像处理软件，用于球团粒度料识别程序的功能实现。
辅件：采用标定板、光纤收发器、无线传输、远程维护等设备，保证系统功能完整。
3行业背景
目前，铬铁球团成球粒度由人工监视，手动调节配水装置，主观性强、效率低、精度差、实时性差，亟待升级改造。国内现有粒度检测技术，主要应用于岩块、矿石、燃料等领域，设置单独的取样机构或装置，采用泛光照明装置，依靠前端图像采集设备获取图像，由后台计算机实现处理和分析，输出粒径大小，供显示或警报。存在设备成本高、易受外界干扰、系统结构复杂、功能单一等问题。
在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，此外机器视觉在质量检测的各个方面也得到了广泛应用，并且其产品在应用中占据着举足轻重的地位。随着普及度的不断提高，国内的视觉识别技术水平也日渐成熟起来，逐步开始了工业现场的应用，多见于制药、印刷、产品检测等领域。
4实际应用
4.1工作原理
下图为机器视觉识别在造球工艺中的原理图，该系统由以下部件组成：
1.现场就地控制2.相机供电线（DC24V） 3.光源供电线（DC24V）4.工业智能相机5.LED光源6.工业智能相机通讯线（TCP/IP）
7.工业以太网交换机 8.PLC通讯线（TCP/IP） 9.PLC控制系统10.出料挡板11.检测区域 12.造球盘 13.调节阀控制信号线 14.调节阀状态反馈线 15.雾化喷水装置 16.刮刀系统 17.落料皮带18.配水调节阀（气动）
图1 造球粒度识别原理图
铬矿粉、膨润土经落料皮带（17）输运至旋转的造球盘（12），经雾化喷水装置（15）加水后，在刮刀系统（16）的搅动下形成铬铁球团，工业智能相机（4）通过安装于检测区域（11）的LED光源（5）照明实时捕捉溢出到溜槽的铬铁球团的清晰单帧数字图像。
采集后的图像，通过软件进行轮廓提取，降低光照均匀度影响，识别球团边缘。减少图像中的噪声，采用灰度形态学处理使图像中的灰度变化更加尖锐，有利于更准确的边缘提取。
利用工业智能相机（4）集成的I/O接口，将粒度检测结果通过工业智能相机通讯线（6）以TCP/IP协议经工业以太网交换机远程输出至PLC控制系统（9）。PLC控制系统（9）接收到配水信号后进行循环逻辑判断，同时AI模块通过调节阀状态反馈线（14）获取开度信息。每经过一定周期的采样结果，控制系统输出1个逻辑判断后的配水信号，经调节阀控制信号线（13）调整配水调节阀（18）的开度，依此循环，构建配水量与球团粒度的数学关系，实现连续检测和自动控制。最终形成合格粒度的球形铬铁球团，成球后从盘边溢出；
检测区域（11）位于造球盘（12）出料端和出料挡板（10）之间的溜槽上，Φ200～Φ300mm的圆形投影区域；检测装置主要由现场就地控制箱（1）、工业智能相机（4）、LED光源（5）、供电线缆（2）（3）、通讯线缆（6）、控制电缆（13）（14）及相关附件构成，设备电源由现场就地控制箱（1）提供；控制对象是气动配水调节阀（18）的开度。通过联机调试和实时监测，构建配水量与球团粒度的数学关系，以实现自动辨识和控制。
图2 工业智能相机采样图
4.2控制效果及优点
该装置无需单独的取样机构，直接在造球盘出料端检测，降低设备成本；配置高亮LED光源，无需增加遮光罩等附件，有效降低外部环境光线干扰，提高检测精度和系统稳定性；无需配置后台计算机，通过内置处理器和软件，就地实现图像采集、处理、分析、计算输出，系统结构简单；配合工业级的硬件和先进的算法，可以实现成球粒度的自动辨识，检测结果输出至控制系统，自动调整配水量，以保证成球粒度在规定区间之内，通过开发接口，可拓展更多實用功能。
5结论
国家产业政策对节能环保和产品能耗的要求标准越来越严格，随着智能检测和控制技术的不断进步，传统行业的升级改造步伐加快，因此通过智能化检测手段取代传统人工操作环节势在必行。该套铬铁球团粒度检测装置，提供了一套全新的、完整的技术解决方案，有效降低企业运营成本，提高矿热炉冶炼生产效率，提升产品智能化水平。
参考文献
[1]斯蒂格.机器视觉算法与应用.清华大学出版社，2008
[2] Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger Boyle 著 兴军亮 艾海舟 等译. 图像处理、分析与机器视觉（第4版）. 清华大学出版社，2016
[3] 余文勇，石绘.基于机器视觉自动检测技术. 化学工业出版社，2013
[4] 陈兵旗. 机器视觉技术及应用实例详解.化学工业出版社，2014.
作者简介：王任楠（1985—）男，籍贯：山东省，职称：中级，研究方向：自动化作.