一种连铸平台钢包吊运状态检测系统及方法与流程

本发明属于工业自动化，涉及一种连铸平台钢包吊运状态检测系统及方法。

背景技术：

1、在钢铁冶金工业中，连铸作为衔接炼钢与轧钢的核心工序，其自动化水平直接影响生产效率与安全性。连铸平台受包位是钢包吊运、落位及浇注作业的关键区域。近年来，随着智能制造技术的发展，受包位区域逐步引入拆装滑板油缸机器人、自动测温取样机器人等无人化作业装备，但钢包吊运状态的精准检测仍是制约全流程无人化的核心瓶颈。

2、目前，钢包由铸造起重机通过吊钩悬挂钢包耳轴完成吊运，其落位对正、挂钩/脱钩状态的确认仍依赖人工现场目视判断。传统作业模式存在以下缺陷：工人需近距离观察数百吨高温钢包，面临钢水喷溅、设备碰撞等安全威胁；高温热浪导致视觉畸变、粉尘水汽遮挡视线，人工误判率较高；单次状态确认需3~5分钟，导致后续机器人作业待机时间延长，连铸产线整体效率损失15%以上。

3、现有技术尝试采用物理传感器实现状态检测，但均难以适应连铸平台极端工况。接触式传感器在高温辐射下易失效，且钢包落位冲击力导致机械结构寿命骤降；非接触式传感器受水汽、氧化铁皮粉尘干扰显著，误触发率较高；视频监控系统仅实现远程可视化，仍需人工研判，未解决自动化决策问题。

4、尽管机器视觉在工业检测中广泛应用，但连铸受包位的特殊工况导致现有技术失效：钢包耳轴与吊钩结构复杂，表面覆盖氧化皮及钢水喷溅物，传统边缘检测算法失效；高温热浪引发空气折射率突变，导致图像畸变；连铸车间光照强度波动范围达100~10000lux，常规图像增强算法难以稳定工作；需同步判别钢包落位平稳度、耳轴-吊钩啮合深度、吊钩开闭状态等多维度参数，现有算法缺乏多特征融合决策能力。

5、因此，针对连铸平台受包位无人化作业需求，亟需开发一种抗环境干扰、多状态协同判别的钢包吊运状态检测系统及方法，突破恶劣工况下视觉特征精准提取与状态智能决策的技术壁垒，实现吊运过程全自动化闭环控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连铸平台钢包吊运状态检测系统及方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种连铸平台钢包吊运状态检测系统，包括工业相机和计算终端，所述计算终端中配置有图像处理模块和吊运状态判断模块；

4、所述工业相机设置在连铸平台受包位区域，用于采集钢包吊运时的图像数据，并输入计算终端；

5、所述计算终端通过图像处理模块对工业相机采集的图像数据进行分析处理，检测钢包、钢包耳轴与行车吊钩的状态；再通过吊运状态判断模块判断并输出钢包的吊运状态信息。

6、进一步，所述图像处理模块用于对工业相机采集的图像数据进行分析处理，采用机器视觉技术检测出钢包、钢包耳轴与行车吊钩的状态；所述机器视觉技术为采用yolo轻量化目标检测神经网络框架，利用钢包、钢包耳轴与行车吊钩的图像数据进行模型训练，使得网络输入为2d图像数据，网络输出为图像中钢包、钢包耳轴与行车吊钩的矩形边界框信息，所述矩形边界框信息包括矩形的中心坐标（x,y）、宽度w和高度h信息。

7、进一步，所述吊运状态判断模块用于判断行车对钢包的吊运状态，其持续接收所述图像处理模块输出的矩形边界框信息，输出钢包吊运状态信息。

8、进一步，所述吊运状态信息包括吊运至大包回转台、调离大包回转台、行车吊钩已脱钩和行车吊钩已挂靠。

9、进一步，所述吊运状态判断模块中，图像检测信息状态与时序结合的判断准则为：

10、当图像由无钢包信息转入有钢包信息时，判断为行车正往大包回转台吊运钢包的工作状态，此时检测到的钢包耳轴、行车吊钩的交并比iou变化轻微，且两者的中心坐标的横向距离d = |x1-x2|变化轻微；

11、当出现钢包耳轴、行车吊钩的iou变化呈逐渐减小趋势，且两者的中心坐标横向距离d变化呈逐渐增大趋势时，判断为行车已完成钢包吊运至大包回转台的工作，正执行脱钩撤离作业；

12、当d＞w1+w2+k时，判断行车已完成脱钩，正远离回转台区域；

13、当图像持续为有钢包、钢包耳轴信息，无行车吊钩信息，且钢包、钢包耳轴的x坐标变化轻微时，判断为钢包待行车吊离大包回转台的状态；

14、当检测到图像中出现行车吊钩时，判断为行车开始钢包调离工作；

15、当出现钢包耳轴、行车吊钩的中心坐标横向距离d呈逐渐减小趋势时，判断为行车吊钩正靠近钢包耳轴；

16、当出现钢包耳轴、行车吊钩的中心坐标横向距离d变化轻微，且两者的iou变化轻微时，判断为行车吊钩已挂靠在钢包耳轴上，行车执行调离钢包作业；

17、当画面中的钢包、钢包耳轴、行车吊钩检测信息从均有至持续均无时，行车已完成了钢包调离工作。

18、另一方面，本发明提供一种连铸平台钢包吊运状态检测方法，包括以下步骤：

19、s1：在连铸平台受包位区域通过工业相机拍摄图像，工业相机的拍摄范围包含钢包及所在大包回转臂区域；

20、s2：计算终端采集工业相机拍摄的图像，通过图像处理模块进行分析处理，检测钢包、钢包耳轴与行车吊钩的状态；

21、s3：通过吊运状态判断模块，基于图像检测信息状态与时序结合的判断准则，判断并输出钢包的吊运状态信息。

22、进一步，还包括s4：连铸平台区域装备进一步基于钢包吊运状态执行各类作业。

23、本发明的有益效果在于：本发明采用机器视觉技术在线检测钢包、钢包耳轴、行车吊钩信息，建立图像检测信息状态与时序结合的判断准则，智能判定钢包吊运状态，无人化给连铸平台区域装备提供钢包吊运状态信息，有利于提高钢铁冶金智能化水平，减轻工人劳动强度。方法简单易施，实用性和适用性较大。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

1.一种连铸平台钢包吊运状态检测系统，其特征在于：包括工业相机和计算终端，所述计算终端中配置有图像处理模块和吊运状态判断模块；

2.根据权利要求1所述的连铸平台钢包吊运状态检测系统，其特征在于：所述图像处理模块用于对工业相机采集的图像数据进行分析处理，采用机器视觉技术检测出钢包、钢包耳轴与行车吊钩的状态；所述机器视觉技术为采用yolo轻量化目标检测神经网络框架，利用钢包、钢包耳轴与行车吊钩的图像数据进行模型训练，使得网络输入为2d图像数据，网络输出为图像中钢包、钢包耳轴与行车吊钩的矩形边界框信息，所述矩形边界框信息包括矩形的中心坐标（x,y）、宽度w和高度h信息。

3.根据权利要求1所述的连铸平台钢包吊运状态检测系统，其特征在于：所述吊运状态判断模块用于判断行车对钢包的吊运状态，其持续接收所述图像处理模块输出的矩形边界框信息，输出钢包吊运状态信息。

4.根据权利要求1所述的连铸平台钢包吊运状态检测系统，其特征在于：所述吊运状态信息包括吊运至大包回转台、调离大包回转台、行车吊钩已脱钩和行车吊钩已挂靠。

5.根据权利要求1所述的连铸平台钢包吊运状态检测系统，其特征在于：所述吊运状态判断模块中，图像检测信息状态与时序结合的判断准则为：

6.一种连铸平台钢包吊运状态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的连铸平台钢包吊运状态检测方法，其特征在于：还包括s4：连铸平台区域装备进一步基于钢包吊运状态执行各类作业。