为了优化产品结构，提高产品质量，增强市场竞争力，安钢制定了“三步走”发展战略。其中包括150t转炉及1780mm热连轧工程。该工程项目包括：新建两座150t转炉，一座LF精炼炉，两台双流板坯连铸机，一条1780mm热带钢轧机生产线。其中双流板坯连铸机采用红外摄像定尺技术切割板坯。红外摄像连铸坯定尺测控系统以红外摄像机为传感器，采用图像处理和计算机控制等技术，极大地提高了连铸坯定尺的测量精度和切割控制水平，为钢铁企业在连铸生产中“节约钢材、降低成本、增加效益”提供了一种有效的技术手段。

    系统组成

    1　软件

    (1)红外摄像连铸坯定尺测控系统软件；

    (2)WIN98/2000/NT操作系统；

    (3)WINCC(与PLC或上位机联网时需要)；

    (4)网络管理及通讯传输软件；

    (5)数据库查询及动态存储软件。

    2　硬件

    (1)工控机(含图像卡、I/O控制卡、以太网卡等)；

    (2)控制器(含摄像机电源、I/O控制卡等)；

    (3)红外摄像机(含专用防护罩、支架)；

    (4)稳压电源；

    (5)专用机柜；

    (6)双屏蔽视频电缆；

    (7)屏蔽控制线。

    控制原理

    红外摄像定尺系统是以摄像机为传感器，以图像处理技术为核心的测量、控制系统。其体系结构见图1。
 
   

    红外摄像定尺系统工作原理：红外摄像机安装于现场固定位置，先在现场实际标定零位，然后根据工艺要求标定切割长度位置，这样切割长度通过摄像机进入计算机，并在红外摄像连铸坯定尺测控系统软件中被标定。当板坯进入摄像范围内时，由于系统采用高分辨率红外摄像机和专用图像处理模块，根据板坯的光谱特征和形状特征，采用基于神经网络的模式识别算法，从图像中提取钢坯信息，跟踪坯头位置。根据自适应定尺技术计算出钢坯的准确位置，当达到切割长度位置时，发出信号经I/O控制卡传输给切割机控制系统PLC，控制切割系统动作。切割动作完成后，切割机重新自动回到零位，等待下次切割命令。

    红外摄像机安装于现场固定位置，具有固定的视场范围。它以每秒25帧(即25幅)的速度，采集视场范围内的现场图像信息，并将采集到的图像传入计算机进行处理。计算机首先将图像信息数字化为768×576点阵图像，每点称为一个像素，参见图2。

    由于摄像机安装于现场固定位置，每一个像素对应于现场的一块实际空间，具体数值可通过实际标定来确定。比如，当钢坯头位于视场中P点时，钢坯具有一个确定的长度L。因此，只要能够通过图像处理算法，准确识别钢坯头、尾，并提取其位置信息(像素位置与实际位置)，即可完成对钢坯的定位测量和长度测量，并实现定尺切割控制。

    关键技术

    “抗光学干扰能力”和“测量精度”是利用红外摄像定尺切割的关键技术指标。红外摄像连铸坯定尺测控系统所特有的“识别跟踪”和“图像细化”两项先进技术，使关键技术指标达到了领先的水平。

    1 识别跟踪

    定尺切割现场经常出现火切、气割和阳光等光学干扰，有可能对摄像定尺系统的工作产生影响。实践表明，在上述情况下，不具备识别功能或识别功能不强的系统，不仅不能保证精度，甚至会导致误切。

    红外摄像连铸坯定尺测控系统建立了钢坯图像的特征数学模型，并在系统中采用了先进的图像处理算法。它可提取图像中的多种信息，据此识别并跟踪钢坯，直至其到达定尺位置。因而，系统具有超强的抗干扰能力。在使用中，即使将点燃的气割枪置于轨道上的定尺位置，或以火切方式生产仅两米多的短定尺，系统也不会受到干扰。此外，由于具有领先的识别与跟踪技术，系统在拉速测量方面也达到了很高的水平。系统可实时测量拉速，其精度可与由变频器取得的数值相媲美。

    2 图像细化

    限制摄像定尺测量精度的主要因素是传感器的硬件分辨率(即摄像机的像素)。此外，各种干扰(现场的光学干扰、照度变化、钢坯温度变化、图像卡失真等)也会导致一定的测量误差。

    以一台摄像机检测5m的范围为例，如果不采取特殊的技术措施，在没有干扰的情况下，其测量误差为±1个像素，即±7mm(参见“摄像定尺系统控制原理简介”)。考虑到钢坯处于运动状态，且现场不可避免地存在一些干扰，实际误差会更大。

    为了突破硬件分辨率的限制，并排除各种干扰的影响，系统采用了独特的“图像细化”技术。该技术综合了软硬件两方面的措施，可以确保在现场条件下对运动钢坯的测量精度高于测量范围的千分之一(同样检测5m的范围，实际测量误差小于5mm)，并可自适应现场照度和钢坯亮度的变化，无需人工调整。

    系统实时显示被测物体的位置，因而可以非常简便地现场检测其测量精度。

    系统功能

    (1)根据用户的要求预留通讯接口，与上位机联网通讯，在调度室根据生产要求直接改变定尺，进行优化定尺切割。

    (2)光标键可对定尺实时跟踪，不断显示钢坯长度数据。

    (3)可以储存不同规格、不同截面的各种定尺，每流200个，在线自动转换，快捷方便。

    (4)每流可根据用户的要求发出预夹紧、夹紧、切割、辊升、辊降切割车的返回等信号。

    (5)监视器实时显示当前的热钢坯的运行状态，显示相应参数(切割状态、定尺长度、时钟、每流拉速)。统计并显示每流切割根数，两流总切割根数及总产量。

    (6)生产数据库查询。可按日、月查询生产中各种数据。当查询完毕后打印机将此结果实时在线打印生成报表。

    (7)可按班次对生产进行管理。每班接班时必须电子签到，签到后当班的钢种、定尺、钢坯规格、每流切割支数、拉速、产量、总产量等数据，记入该班生产数据库。

    (8)操作员还可以通过监视器和键盘，手动控制切割，以备特殊情况下使用。

    (9)操作员可用键盘或鼠标，改变各种控制参数，调整运行状态，参数可有选择地存盘，不需每次设置。

    (10)当钢坯没有割断，连续顶坯运行，坯头没分开时可预先声、光报警、准确分辨识别、并自动发出切割信号、保证正常生产。

    (11)系统对板坯切割小车在不回零位的任意位置都可实现全动态自动切割。

    应用效果

    红外摄像定尺切割技术经在宝钢、莱钢、太钢等钢铁企业使用表明，此项技术应用在火焰切割机上性能良好，能够完成系统的各项功能。在实际应用中收到良好效果：

    (1)在切割车性能稳定的条件下，切割系统误差在0～20mm之内，可实时在线对每流定尺进行微调，微机图像识别误差0～5mm。

    (2)具有暗坯切割功能，对亮度偏暗的钢坯，也可切割。

    (3)当切割机回位严重不准，变换定尺非常频繁时(每炉变换多次定尺来不及存入计算机)。有独特的解决办法，并能保证切割精度。

 
    使用红外摄像定尺切割技术，提高了定尺精度，减轻了操作工的劳动强度，减少了设备维护的工作量。整套系统投资少，安装、调试、操作简单方便，基本做到了免维护。