权利要求
1.一种
铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，包括与各罐体(100)一一对应的多个红外相机(200)，其特征在于：还包括红外控制箱(300)和上位机(400)，所述上位机(400)外接除尘系统;所述红外相机(200)设置在罐体(100)上方并用于采集罐体(100)的红外图像，且各红外相机(200)均与红外控制箱(300)电连接，所述红外控制箱(300)与上位机(400)电连接，所述上位机(400)电连接有多个与各罐体(100)一一对应且用于对罐体(100)内的液位高度进行报警的声光报警装置(500);所述罐体(100)前端设置有用于检测是否有运输车辆经过的防遮挡检测装置(600)，当防遮挡检测装置(600)检测到有运输车辆经过时，上位机(400)控制除尘系统启动。
2.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述防遮挡检测装置(600)包括一对间隔对称设置在罐体(100)前端的检测单元，所述检测单元包括底板(1)，所述底板(1)顶端一侧垂直固定连接有竖板(6)，所述竖板(6)侧面通过横向滑移机构连接有激光对射
传感器(10)，两个检测单元的激光对射传感器(10)相对设置且同步运动，且两个所述激光对射传感器(10)均与上位机(400)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述横向滑移机构包括驱动组件和滑块(5)，所述竖板(6)侧面开设有横向滑槽(7)，所述滑块(5)滑动安装在横向滑槽(7)内，所述滑块(5)远离竖板(6)的一侧垂直安装有横杆(9)，所述激光对射传感器(10)固定安装在横杆(9)自由端;所述驱动组件与滑块(5)传动连接并用于带动滑块(5)沿横向滑槽(7)长度方向做往复运动。
4.根据权利要求3所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述驱动组件包括垂直固定在底板(1)顶端的竖杆(2)，所述竖杆(2)顶端安装有驱动电机，所述驱动电机输出端传动套接有第一铰接杆(3)，所述第一铰接杆(3)自由端铰接有第二铰接杆(4)，所述第二铰接杆(4)自由端与滑块(5)远离竖板(6)一侧的端部铰接;所述驱动电机与上位机(400)电连接。
5.根据权利要求4所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述滑块(5)上开设有斜向滑槽(51)，所述横向滑槽(7)内端开设有贯穿竖板(6)的限位滑槽(8)，所述限位滑槽(8)包括相互连接的横槽和竖槽，所述竖槽靠近竖杆(2)一侧设置，且竖槽自由端向下设置，所述横杆(9)靠近滑块(5)的一端固定连接有连接杆(92)，所述连接杆(92)自由端依次活动贯穿斜向滑槽(51)和限位滑槽(8)设置。
6.根据权利要求5所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述横杆(9)上安装有竖直设置的按压杆(91)，所述按压杆(91)底端固定连接有按压块(11)，所述底板(1)顶端固定连接有垫块(13)，所述垫块(13)顶端设置有与按压块(11)相对应的触发按钮(12)，所述触发按钮(12)外接除尘系统。
7.根据权利要求5所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述连接杆(92)自由端穿过斜向滑槽(51)和限位滑槽(8)后固定连接有限位块(93)。
8.根据权利要求1所述的一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，其特征在于：所述按压杆(91)滑动贯穿横杆(9)设置，且所述横杆(9)侧面设置有用于压紧按压杆(91)的限位螺栓。
9.一种基于上述权利要求1-8所述的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：利用红外相机(200)多次采集罐体(100)的红外图像并传输至红外控制箱(300)，由红外控制箱(300)对红外图像进行分析，设置采样框位置与灰度阈值，同时由红外控制箱(300)对红外图像进行图像增强;
步骤二：在红外图像的罐体(100)附近设置电子围栏，检测是否有运输渣包的车辆经过;
步骤三：在排除车辆干扰情况后，根据设定采样框的指定位置，进行行遍历，设该行为行A，判断该行灰度值并做不同处理;
若灰度值大于预先设定的阈值且该点未进行处理，并将该点设置为起点，将起点联通点位中大于阈值且未处理的点位加入队列中，并标记该点为已处理，随后从队列中获取队首元素，重复进行查询元素联通点位，注意边界情况;
当队列中元素个数为0时即为该连通域遍历完成，得到高度值;
再次遍历行A寻找下一个起点，重复进行直到寻找到所有连通域;
步骤四：比较得到的连通域像素高度，取其中最高的高度值，设该高度值为a，再假设实际测得的罐体(100)的高度值为b，高度值b在红外画面中的占比设定为c，并设液位高度为x，则计算得液位高度为：
x=a×b/c。
10.根据权利要求9所述的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤一中的红外控制箱(300)对红外图像进行图像增强具体包括：
对采集的多张红外图像按固定的帧差选择原始图像和引导图像，作为引导滤波的输入，具体地，设定输入的原始图像I_origin，引导图像I_guide，滤波核窗口K_(n×n)，梯度因子ε，采样系数s，帧数量f_nums，其中采样系数与算法运行时间成正比关系：
;
将引导图像I_guide与步骤一中获取的滤波图像做差运算，获取到不包含内部纹理信息的边缘图像;
获取原始图像I_origin的动态范围，将原始图像I_origin压缩至更小范围内并建立起两个范围的变换矩阵，将变换矩阵应用到基础图像上，以实现背景图像的动态压缩;
设定放大系数m，基于放大系数m将获取的边缘图像放大并将边缘图像与基础图像融合，以获取到增强后的细节图像，融合方式如下式所示：
Ioutput=Ifd+m×Ied;
其中，Ioutput为增强后的细节图像，Ifd为基础图像，Ied为边缘图像。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置及检测方法，属于冶金技术领域。
背景技术
[0002]铜火法冶炼工艺通常包括熔炼、吹炼及阳极精炼三道主要工序。在熔炼工序中，
铜精矿在熔炼炉内经过高温反应，生成熔炼炉渣、熔炼冰铜及二氧化硫烟气等产物。其中，熔炼炉渣是一种温度高达1200-1300℃的高温熔体，需通过铜水冷溜槽将其排放至钢制渣包中。待渣包装满后，再通过轨道或渣包车转运至缓冷区域进行后续处理。
[0003]在实际生产过程中，熔炼炉渣的排放控制至关重要。由于炉渣温度极高且流动性强，需确保渣包内的熔体液位始终处于安全范围内，以避免溢出或泄漏。目前，大多数冶炼厂主要依赖操作人员实时观察渣包内熔体液位，并手动控制排放口的堵口时机，以防止渣包装载过量或炉渣外溢。
[0004]而由于高温熔体排放过程中，操作人员需近距离观察渣包内液位变化，容易因视觉误差或疲劳导致判断失误，一旦渣包内熔体过满甚至溢出，不仅会阻碍渣包的正常倒运，还可能引发紧急停产，影响整个冶炼系统的生产运行负荷，并且若熔体液位控制不当，炉渣可能泄漏至地面，不仅会破坏地面平整度，增加检修成本，还可能对操作人员的安全构成威胁，因此急需进行改进。
发明内容
[0005]为了克服上述现有技术中的缺点，本发明设计了一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置及检测方法，其能够实现渣包排放监测，降低设备及人员安全风险并提高渣包轮换效率。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
技术方案一
一种铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，包括与各罐体一一对应的多个红外相机，还包括红外控制箱和上位机，所述上位机外接除尘系统;所述红外相机设置在罐体上方并用于采集罐体的红外图像，且各红外相机均与红外控制箱电连接，所述红外控制箱与上位机电连接，所述上位机电连接有多个与各罐体一一对应且用于对罐体内的液位高度进行报警的声光报警装置;所述罐体前端设置有用于检测是否有运输车辆经过的防遮挡检测装置，当防遮挡检测装置检测到有运输车辆经过时，上位机控制除尘系统启动。
[0007]进一步地，所述防遮挡检测装置包括一对间隔对称设置在罐体前端的检测单元，所述检测单元包括底板，所述底板顶端一侧垂直固定连接有竖板，所述竖板侧面通过横向滑移机构连接有激光对射传感器，两个检测单元的激光对射传感器相对设置且同步运动，且两个所述激光对射传感器均与上位机电连接。
[0008]进一步地，所述横向滑移机构包括驱动组件和滑块，所述竖板侧面开设有横向滑槽，所述滑块滑动安装在横向滑槽内，所述滑块远离竖板的一侧垂直安装有横杆，所述激光对射传感器固定安装在横杆自由端;所述驱动组件与滑块传动连接并用于带动滑块沿横向滑槽长度方向做往复运动。
[0009]进一步地，所述驱动组件包括垂直固定在底板顶端的竖杆，所述竖杆顶端安装有驱动电机，所述驱动电机输出端传动套接有第一铰接杆，所述第一铰接杆自由端铰接有第二铰接杆，所述第二铰接杆自由端与滑块远离竖板一侧的端部铰接;所述驱动电机与上位机电连接。
[0010]进一步地，所述滑块上开设有斜向滑槽，所述横向滑槽内端开设有贯穿竖板的限位滑槽，所述限位滑槽包括相互连接的横槽和竖槽，所述竖槽靠近竖杆一侧设置，且竖槽自由端向下设置，所述横杆靠近滑块的一端固定连接有连接杆，所述连接杆自由端依次活动贯穿斜向滑槽和限位滑槽设置。
[0011]进一步地，所述横杆上安装有竖直设置的按压杆，所述按压杆底端固定连接有按压块，所述底板顶端固定连接有垫块，所述垫块顶端设置有与按压块相对应的触发按钮，所述触发按钮外接除尘系统。
[0012]进一步地，所述连接杆自由端穿过斜向滑槽和限位滑槽后固定连接有限位块。
[0013]进一步地，所述按压杆滑动贯穿横杆设置，且所述横杆侧面设置有用于压紧按压杆的限位螺栓。
[0014]技术方案二
一种基于上述技术方案一中的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
步骤一：利用红外相机多次采集罐体的红外图像并传输至红外控制箱，由红外控制箱对红外图像进行分析，设置采样框位置与灰度阈值，同时由红外控制箱对红外图像进行图像增强;
步骤二：在红外图像的罐体附近设置电子围栏，检测是否有运输渣包的车辆经过;
步骤三：在排除车辆干扰情况后，根据设定采样框的指定位置，进行行遍历，设该行为行A，判断该行灰度值并做不同处理;
若灰度值大于预先设定的阈值且该点未进行处理，并将该点设置为起点，将起点联通点位中大于阈值且未处理的点位加入队列中，并标记该点为已处理，随后从队列中获取队首元素，重复进行查询元素联通点位，注意边界情况;
当队列中元素个数为0时即为该连通域遍历完成，得到高度值;
再次遍历行A寻找下一个起点，重复进行直到寻找到所有连通域;
步骤四：比较得到的连通域像素高度，取其中最高的高度值，设该高度值为a，再假设实际测得的罐体的高度值为b，高度值b在红外画面中的占比设定为c，并设液位高度为x，则计算得液位高度为：
x=a×b/c。
[0015]进一步地，所述步骤一中的红外控制箱对红外图像进行图像增强具体包括：
对采集的多张红外图像按固定的帧差选择原始图像和引导图像，作为引导滤波的输入，具体地，设定输入的原始图像I_origin，引导图像I_guide，滤波核窗口K_(n×n)，梯度因子ε，采样系数s，帧数量f_nums，其中采样系数与算法运行时间成正比关系：
;
将引导图像I_guide与步骤一中获取的滤波图像做差运算，获取到不包含内部纹理信息的边缘图像;
获取原始图像I_origin的动态范围，将原始图像I_origin压缩至更小范围内并建立起两个范围的变换矩阵，将变换矩阵应用到基础图像上，以实现背景图像的动态压缩;
设定放大系数m，基于放大系数m将获取的边缘图像放大并将边缘图像与基础图像融合，以获取到增强后的细节图像，融合方式如下式所示：
Ioutput=Ifd+m×Ied;
其中，Ioutput为增强后的细节图像，Ifd为基础图像，Ied为边缘图像
与现有技术相比本发明有以下特点和有益效果：
1、本发明利用红外可见光成像，并借助算法计算，来实现渣包液面实时监控，实现渣包液面预警、渣包位无包预警、渣包位换包预警、渣包壁高温报警及断线报警，真正意义的实现智能化熔炼炉渣排放监测，降低了设备及人员安全风险并提高渣包轮换效率，提升了铜火法冶炼厂熔炼工序的生产稳定性和安全水平。
[0016]2、本发明通过通过激光对射传感器的同步横向移动，可以对不同位置是否遮挡进行检测，进而可以根据不同宽度尺寸的运输车辆，动态调整检测光路的横向位置避免非车辆阻挡造成的除尘系统误启动，显著提升了检测的准确性与可靠性，并且可以在检测到车辆到来时给上位机发送除尘信号，有效提高了红外检测的准确性。
附图说明
[0017]图1是本发明的系统连接图;
图2是本发明的侧视结构示意图;
图3是本发明的主视结构示意图;
图4是本发明防遮挡检测装置第一视角的立体结构示意图;
图5是本发明防遮挡检测装置第二视角的立体结构示意图;
图6是本发明防遮挡检测装置第三视角的立体结构示意图。
[0018]其中附图标记为：100、罐体;200、红外相机;300、红外控制箱;400、上位机;500、声光报警装置;600、防遮挡检测装置;1、底板;2、竖杆;3、第一铰接杆;4、第二铰接杆;5、滑块;51、斜向滑槽;6、竖板;7、横向滑槽;8、限位滑槽;9、横杆;91、按压杆;92、连接杆;93、限位块;10、激光对射传感器;11、按压块;12、触发按钮;13、垫块。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
[0020]实施例一
请参阅图1，本实施例的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，包括与各罐体100一一对应的多个红外相机200。
[0021]还包括红外控制箱300和上位机400，上位机400外接除尘系统，除尘系统主要用于对现场扬起的粉尘进行清理。
[0022]红外相机200设置在罐体100上方并用于采集罐体100的红外图像，一个红外相机200对应一个罐体100。
[0023]各红外相机200均与红外控制箱300电连接，红外控制箱300与上位机400电连接，上位机400电连接有多个与各罐体100一一对应且用于对罐体100内的液位高度进行报警的声光报警装置500，具体地，当上位机400发现某个罐体100的液位高度超过预先设定的阈值时，则该罐体100对应的声光报警装置500发出声光警报。
[0024]本实施例中，声光报警装置500设置由绿灯、黄灯和红灯，分别对应三个不同的液位高度，具体地，绿灯表示液位高度处于安全状态，黄灯表示液位高度处于预警状态，红灯表示液位高度处于超出阈值状态，需要及时由工作人员介入处理。
[0025]为了避免运输车经过时扬起的粉尘影响红外相机200的数据采集，本实施例中，在罐体100前端还设置有用于检测是否有运输车辆经过的防遮挡检测装置600，当防遮挡检测装置600检测到有运输车辆经过时，上位机400控制除尘系统启动，清除粉尘。
[0026]本实施例的工作原理：红外相机200持续采集对应罐体100的红外图像，并将图像数据通过红外控制箱300传输至上位机400，上位机400对接收到的红外图像进行处理与分析，计算出罐体100内熔体的实时液位高度，然后由上位机400将计算得到的实时液位高度与预先设定的安全阈值进行比对，若任一罐体100的液位高度超过阈值，上位机400立即触发该罐体对应的声光报警装置500，发出声光警报，以提示操作人员实施堵口、更换渣包的操作。
[0027]同时，设置在罐体100前端的防遮挡检测装置600实时监测是否有运输车辆经过，当检测到有车辆通过时，防遮挡检测装置600将信号发送至上位机400，上位机400随即启动除尘系统，对现场扬起的粉尘进行清理，从而减少粉尘对红外相机200图像采集质量的干扰，确保液位高度检测的准确性和可靠性。
[0028]实施例二
请参阅图2至图6，本实施例的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置，在上述实施例一的基础上，防遮挡检测装置600包括一对间隔对称设置在罐体100前端的检测单元，检测单元包括底板1，底板1顶端一侧垂直固定连接有竖板6，竖板6侧面通过横向滑移机构连接有激光对射传感器10，两个检测单元的激光对射传感器10相对设置且同步运动，且两个激光对射传感器10均与上位机400电连接。
[0029]具体地，横向滑移机构包括驱动组件和滑块5，竖板6侧面开设有横向滑槽7，滑块5滑动安装在横向滑槽7内，滑块5远离竖板6的一侧垂直安装有横杆9，激光对射传感器10固定安装在横杆9自由端;驱动组件与滑块5传动连接并用于带动滑块5沿横向滑槽7长度方向做往复运动。
[0030]驱动组件包括垂直固定在底板1顶端的竖杆2，竖杆2顶端安装有驱动电机，驱动电机输出端传动套接有第一铰接杆3，第一铰接杆3自由端铰接有第二铰接杆4，第二铰接杆4自由端与滑块5远离竖板6一侧的端部铰接;驱动电机与上位机400电连接。
[0031]滑块5上开设有斜向滑槽51，横向滑槽7内端开设有贯穿竖板6的限位滑槽8，限位滑槽8包括相互连接的横槽和竖槽，竖槽靠近竖杆2一侧设置，且竖槽自由端向下设置，横杆9靠近滑块5的一端固定连接有连接杆92，连接杆92自由端依次活动贯穿斜向滑槽51和限位滑槽8设置。
[0032]横杆9上安装有竖直设置的按压杆91，按压杆91底端固定连接有按压块11，底板1顶端固定连接有垫块13，垫块13顶端设置有与按压块11相对应的触发按钮12，触发按钮12外接除尘系统。
[0033]本实施例的工作原理：当运输车辆接近罐体100作业区域时，会进入两个激光对射传感器10之间，从而阻断其间的激光束，该遮挡信号被立即传输至上位机400，上位机400随即向驱动电机发出指令，使驱动电机启动。
[0034]驱动电机启动通过依次带动第一铰接杆3和第二铰接杆4摆动，可以带动滑块5沿着横向滑槽7滑动，进而推动按压杆91、横杆9、激光对射传感器10同步横向运动。
[0035]通过激光对射传感器10的同步横向移动，可以对不同位置是否遮挡进行检测，进而可以根据不同宽度尺寸的运输车辆，动态调整检测光路的横向位置避免非车辆阻挡造成的除尘系统误启动，显著提升了检测的准确性与可靠性。
[0036]请参阅图4和图6，激光对射传感器10在同步横向移动时，如果始终处于被遮挡状态，则可以确认是车辆遮挡，此时滑块5向竖杆2一侧运动到限位滑槽8端部，此时如果滑块5继续运动，则连接杆92会在斜向滑槽51和竖槽的作用下向竖槽底端继续运动，进而同步带动按压杆91、横杆9、激光对射传感器10同步向下运动，与此同时，按压杆91和按压块11向下按压，触发按钮12被触发，上位机控制除尘系统启动除尘。
[0037]进一步地，连接杆92自由端穿过斜向滑槽51和限位滑槽8后固定连接有限位块93，防止连接杆92脱出。
[0038]进一步地，按压杆91滑动贯穿横杆9设置，且横杆9侧面设置有用于压紧按压杆91的限位螺栓(图中未示出)，通过拆卸限位螺栓可以调节按压杆91的位置，进而重新定位按压杆91高度，适应于不同高度的按钮。
[0039]实施例三
在上述实施例一的基础上，本实施例的铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
步骤一：利用红外相机200多次采集罐体100的红外图像并传输至红外控制箱300，由红外控制箱300对红外图像进行分析，设置采样框位置与灰度阈值，同时由红外控制箱300对红外图像进行图像增强，凸显高温熔体部分，为后续算法进行数据预处理。
[0040]步骤二：在红外图像的罐体100附近设置电子围栏，检测是否有运输渣包的车辆经过，避免因渣包车等车辆经过引起误报现象。
[0041]依据处理后的红外画面，植入区域生长算法以得到连通域，具体为：
步骤三：在排除车辆干扰情况后，根据设定采样框的指定位置，进行行遍历，设该行为行A，判断该行灰度值并做不同处理;
具体地，若灰度值大于预先设定的阈值且该点未进行处理，并将该点设置为起点，将起点联通点位中大于阈值且未处理的点位加入队列中，并标记该点为已处理，随后从队列中获取队首元素，重复进行查询元素联通点位，注意边界情况;
当队列中元素个数为0时即为该连通域遍历完成，得到高度值;
再次遍历行A寻找下一个起点，重复进行直到寻找到所有连通域。
[0042]根据连通域情况得到具体像素高度，依照像素高度和实际高度比值进行转换，计算得到熔体液位高度，具体为：
步骤四：上述步骤得到的像素高度值可能为一个序列，即包含多个连通域的高度值，也可能仅存在一个高度值，进而比较得到的连通域像素高度，取其中最高的高度值，设该高度值为a，再假设实际测得的罐体100的高度值为b，高度值b在红外画面中的占比设定为c，并设液位高度为x，则计算得液位高度为：
x=a×b/c。
[0043]计算得到的熔体的液位高度输出至上位机，然后再由上位机400控制声光报警装置500进行相应的提醒。
[0044]进一步地，所述步骤一中的红外控制箱300对红外图像进行图像增强具体包括：
对采集的多张红外图像按固定的帧差选择原始图像和引导图像，作为引导滤波的输入，本实施例中，帧差设定为3帧。
[0045]具体地，设定输入的原始图像I_origin，引导图像I_guide，滤波核窗口K_(n×n)，梯度因子ε，采样系数s，帧数量f_nums，其中采样系数与算法运行时间成正比关系：
;
将引导图像I_guide与步骤一中获取的滤波图像做差运算，获取到不包含内部纹理信息的边缘图像;
获取原始图像I_origin的动态范围，将原始图像I_origin压缩至更小范围内并建立起两个范围的变换矩阵，将变换矩阵应用到基础图像上，以实现背景图像的动态压缩;
设定放大系数m，基于放大系数m将获取的边缘图像放大并将边缘图像与基础图像融合，以获取到增强后的细节图像，融合方式如下式所示：
Ioutput=Ifd+m×Ied;
其中，Ioutput为增强后的细节图像，Ifd为基础图像，Ied为边缘图像，m为放大系数，本实施例中，m设为2。
[0046]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0047]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0048]显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
说明书附图(6)
声明：
“铜火法冶炼渣包内熔体液位高度检测装置及检测方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中铜东南铜业有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
