铸坯表面图像与温度场模型融合测温方法的研究

论文摘要

连铸坯表面温度是连铸生产中的一个重要参数,它对减少铸坯内部裂纹、降低能耗和实现闭环优化控制有重要意义。本文检测的是二冷出口与矫直机之间的铸坯表面温度,由于受到现场恶劣环境、表面大量随机氧化皮的因素影响图像传感器无法获取氧化皮下铸坯表面真实温度场信息。本文研究了铸坯表面测温系统铸坯图像与温度场模型融合测温过程中的图像非均匀性、模型计算中拉速参数的测定、模型数据融合等问题,并进行了大量实验。本文的主要研究内容和工作如下：（1）针对铸坯表面图像的非均匀性校正问题,在标定类方法和自适应方法两方面展开研究,分析了非均匀性的来源,对比了不同方法校正效果,在对铸坯运动轨迹统计分析的基础上提出了一种非均匀性的自适应校正方法,该方法能够克服定标类校正方法周期性标定的问题,对测温系统长期稳定运行具有重要意义。（2）针对拉速参数的变化造成温度场计算模型模型不稳定的问题,本文将流场中的粒子测速技术引入铸坯拉速的测量,将铸坯表面氧化皮作为示踪粒子,采用图像的互相关技术实现了铸坯拉速的实时测量,减小了由于拉速变化对测量结果造成的波动,降低了系统耦合,提高系统的稳定性。（3）针对温度场计算过程中铸坯表面温度场模型与图像数据不能很好匹配的问题,提出了基于CCD成像原理的铸坯表面温度机理模型曲线快速校正方法。通过将理论计算的机理模型曲线校正到与实际成像条件相符合的状态,然后再与红外图像的温度计算值进行匹配,从而减小匹配过程出现的误差,降低模型匹配失败的概率,提高了测温系统精度。（4）运用VC++, OpenCV和Matlab等图像处理软件对本文的方法进行了验证,仿真结果表明,本文改进方法取得了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 铸坯表面温度测量研究现状
• 1.2.1 接触式测温
• 1.2.2 非接触式测温
• 1.3 图像处理技术应用现状
• 1.4 本论文主要内容及结构安排
• 第2章 铸坯表面温度测量系统原理
• 2.1 铸坯表面温度测量理论
• 2.1.1 辐射测温原理
• 2.1.2 热像仪测温原理
• 2.2 测温系统工作原理及组成
• 2.3 影响因素分析与改进方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 铸坯表面图像的非均匀性校正
• 3.1 铸坯表面图像非均匀性分析
• 3.1.1 非均匀性的定义和来源
• 3.1.2 测温图像非均匀性分析
• 3.2 非均匀性校正方法
• 3.2.1 定标类校正方法
• 3.2.2 场景类校正方法
• 3.3 铸坯表面图像非均匀性的自适应校正
• 3.3.1 运动铸坯非均匀性校正原理
• 3.3.2 校正算法的实现
• 3.3.3 校正结果对比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 铸坯表面温度场模型与影响因素分析
• 4.1 铸坯表面温度场模型的计算
• 4.2 拉速对铸坯表面温度场的影响
• 4.3 铸坯拉速的测量
• 4.3.1 粒子测速技术
• 4.3.2 铸坯拉速测量原理
• 4.3.3 铸坯测速实现
• 4.3.4 铸坯测速实验分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 铸坯表面温度场重建
• 5.1 铸坯表面热图像分析
• 5.2 铸坯表面温度场计算方法
• 5.3 机理模型精确匹配方案
• 5.3.1 机理模型匹配精度分析
• 5.3.2 铸坯边缘精确定位
• 5.3.3 模型快速修正
• 5.3.4 模型数据匹配方案
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢