專利名稱：一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法及其檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于冶金工藝測試技術領域，具體涉及一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法及其檢測裝置。
背景技術：
銅加工過程需要能夠快速準確地測量銅液關于樣本銅品位的質量指標，銅品位在線檢測對于及時、高效地判斷氧化還原過程完成與否非常重要。在銅加工過程中，銅品位是實現自動控制的關鍵質量參數。然而，由于高溫和腐蝕性等因素，該參數在線檢測成為成套控制系統應用中的一個技術難題。現有工藝下，銅品位檢測一般采用離線抽檢送到實驗室化驗的檢測方式，且多為化學分析方式，雖然檢測精度較高，但檢測時間較長，不能滿足在線實時控制的需要。目前在很多銅加工企業中，廢雜銅冶煉氧化還原反應過程的操作工人常常目測銅液的顏色等外觀特征來估計銅品位大致是否達標，進而估計氧化還原反應進行的程度如何，雖然一定程度上滿足了檢測的實時性，但其估計判斷的準確與否取決于工人的操作經驗和疲勞狀態；故一般檢測精度不高，檢測結果的可靠性低。因此，國內的銅加工企業目前都無法實現銅品位參數的在線實時精確測量，精確的銅品位參數多是通過實驗室的離線化驗分析獲得，但時間滯后達幾個小時；而現場依賴操作工人的經驗估計出的銅品位，數據大多精度不高，可靠性低。Zhang Hongwei、Song Zhihuan 在標題為 A Copper Compositions Soft Sensor Using Color Vision and LSSVR(Journal of Shanghai Jiaotong University, Vol. 45 No. 8Aug. 2011)的文章中公開了一種基于顏色特征的在線銅品位的估計方法，該方法通過現場取樣并固化再生銅樣品的彩色圖像，然后使用RGB顏色空間、色調和顏色向量角分別量化再生銅顏色特征，最后利用最小二乘支持向量回歸對銅成分參數建立回歸模型，進而實現銅成分參數估計。然而對于同一份待測銅樣，即使純度恒定，在從1000°C左右降到常溫的過程中，顏色會從熔融的亮紅色變成固態的顏色，顏色在銅樣的降溫過程中會發生很大的變化，這種情況就使得單純依賴顏色判定高溫銅樣的銅品位會有極大的誤差；故該估計方法測量數據結果的精度和可靠性并不值得信賴。
發明內容
針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法及其檢測裝置，實現了銅品位參數的實時精確測量。一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法，包括如下步驟(1)實時采集待測銅液樣本的可見光圖像和非可見光紅外圖像；(2)對所述的非可見光紅外圖像進行特征提取，得到待測銅液樣本的紅外線強度；
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(3)在所述的可見光圖像中選取ROI (Region of hteresting，感興趣區域)，對 ROI進行特征提取，得到ROI的像素平均RGB (紅綠藍)值，并通過以下方程表達式計算出待測銅液樣本的顏色向量角；Ce = 0. 877
Cb = -0· 493[_0· 299Red-0. 587 (256-Green)-0. 886Blue] (1)θ = arctan (CE/CB)式1中Red為ROI的紅色通道像素平均值，Green為ROI的綠色通道像素平均值， Blue為ROI的藍色通道像素平均值，θ為待測銅液樣本的顏色向量角；(4)獲取樣本數據庫，根據所述的顏色向量角和紅外線強度，通過以下方程表達式計算出待測銅液樣本的銅品位；
ηy = J^aiKiui,u) + b(2)
1=1式2中K(Ui，U)為非線性核函數，y為待測銅液樣本的銅品位，η為樣本數據庫內參考銅液樣本的個數，i為樣本數據庫內參考銅液樣本的序號，Ui為由樣本數據庫內的第i 參考銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度構成的二維向量，α i為第i參考銅液樣本的系數，b為偏置值且為實際經驗值，u為由待測銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度構成的二
維向量。所述的紅外線強度為非可見光紅外圖像的像素平均紅外值。一種關于銅加工過程銅品位的檢測系統，包括圖像采集單元，用于實時采集待測銅液樣本的可見光圖像；紅外檢測單元，用于實時采集待測銅液樣本的非可見光紅外圖像；圖像處理單元，用于對所述的可見光圖像和非可見光紅外圖像進行特征提取，并計算出待測銅液樣本的銅品位。所述的圖像處理單元，包括顏色提取軟件，用于在所述的可見光圖像中讀取R0I，并提取出ROI的像素平均 RGB值，進而計算出待測銅液樣本的顏色向量角；紅外提取軟件，用于對所述的非可見光紅外圖像進行特征提取，得到待測銅液樣本的紅外線強度；樣本數據庫，用于存儲參考銅液樣本的特征信息；銅品位測量軟件，用于根據所有參考銅液樣本的特征信息以及待測銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度，通過模式識別計算出待測銅液樣本的銅品位；人機界面軟件，用于顯示所述的可見光圖像和非可見光紅外圖像以及關于紅外線強度、顏色向量角和銅品位的信息，并接收用戶的操作指令對所述的顏色提取軟件、紅外提取軟件、銅品位測量軟件和樣本數據庫進行參數設定。所述的參考銅液樣本的特征信息為由參考銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度構成的二維向量。所述的圖像采集單元為工業攝像機；所述的紅外檢測單元為紅外熱成像儀；所述的圖像處理單元為工業控制計算機。所述的工業攝像機和紅外熱成像儀均采用千兆以太網接口與工業控制計算機實
5現連接。本發明通過引入高溫銅液豐富的紅外特征信息對熔融銅樣的溫度變化做出準確地修正，并與銅液的顏色特征信息融合后實現對高溫銅液銅品位的實時精確檢測，具有不接觸、無損傷、連續、實時、精度高的優點；通過裝在標準光源燈箱內的工業攝像機、紅外熱成像儀以及裝有相關軟件和數據庫的工業控制計算機可以實時在線評估出銅品位質量指標，在保證測量精度的前提下大大縮減了相應的檢測成本。
圖1為本發明檢測方法的步驟流程示意圖。圖2為本發明檢測系統的結構示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發明，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法，包括如下步驟(1)實時采集待測銅液樣本的可見光圖像和非可見光紅外圖像。獲取待測銅液樣本可見光部分的顏色信息以及非可見光部分的外紅信息。(2)提取出待測銅液樣本的紅外線強度。對采集到的非可見光紅外圖像進行特征提取，提取出非可見光紅外圖像內每個像素的紅外值，然后求平均，計算出非可見光紅外圖像的像素平均紅外值，并作為待測銅液樣本的紅外線強度。(3)提取出待測銅液樣本的顏色向量角。在采集到的可見光圖像(大小為640X480)中選取ROI (大小為200X 150)，對ROI 進行特征提取，提取出ROI內每個像素的RGB值，然后求平均，計算出ROI的像素平均RGB 值，并通過以下方程表達式計算出待測銅液樣本的顏色向量角；Ce = 0. 877
Cb = -0· 493[_0· 299Red-0. 587 (256-Green)-0. 886Blue](1)θ = arctan (CE/CB)式1中Red為ROI的紅色通道像素平均值，Green為ROI的綠色通道像素平均值， Blue為ROI的藍色通道像素平均值，θ為待測銅液樣本的顏色向量角。(4)估算待測銅液樣本的銅品位。獲取樣本數據庫，如表1所示，該數據庫內存有13個參考銅液樣本的特征信息。表1 參考銅液樣本的特征信息
權利要求
1.一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法，包括如下步驟(1)實時采集待測銅液樣本的可見光圖像和非可見光紅外圖像；(2)對所述的非可見光紅外圖像進行特征提取，得到待測銅液樣本的紅外線強度，所述的紅外線強度為非可見光紅外圖像的像素平均紅外值；(3)在所述的可見光圖像中選取R0I，對ROI進行特征提取，得到ROI的像素平均RGB 值，并通過以下方程表達式計算出待測銅液樣本的顏色向量角；Ce = 0. 877
Cb = -0. 493[-0. 299Red-0. 587(256-Green)-0. 886Blue] (1) θ = arctan (CE/CB)式1中Red為ROI的紅色通道像素平均值，Green為ROI的綠色通道像素平均值，Blue 為ROI的藍色通道像素平均值，θ為待測銅液樣本的顏色向量角；(4)獲取樣本數據庫，根據所述的顏色向量角和紅外線強度，通過以下方程表達式計算出待測銅液樣本的銅品位；ηy = Y^aiKiui,u) + b(2)i=\式2中K(Ui，U)為非線性核函數，y為待測銅液樣本的銅品位，η為樣本數據庫內參考銅液樣本的個數，i為樣本數據庫內參考銅液樣本的序號，Ui為由樣本數據庫內的第i參考銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度構成的二維向量，α i為第i參考銅液樣本的系數，b 為偏置值，u為由待測銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度構成的二維向量。
2.一種關于銅加工過程銅品位的檢測系統，其特征在于，包括 圖像采集單元，用于實時采集待測銅液樣本的可見光圖像；紅外檢測單元，用于實時采集待測銅液樣本的非可見光紅外圖像； 圖像處理單元，用于對所述的可見光圖像和非可見光紅外圖像進行特征提取，并計算出待測銅液樣本的銅品位。
3.根據權利要求2所述的關于銅加工過程銅品位的檢測系統，其特征在于所述的圖像處理單元，包括顏色提取軟件，用于在所述的可見光圖像中讀取R0I，并提取出ROI的像素平均RGB值， 進而計算出待測銅液樣本的顏色向量角；紅外提取軟件，用于對所述的非可見光紅外圖像進行特征提取，得到待測銅液樣本的紅外線強度；樣本數據庫，用于存儲參考銅液樣本的特征信息；銅品位測量軟件，用于根據所有參考銅液樣本的特征信息以及待測銅液樣本的顏色向量角和紅外線強度，通過模式識別計算出待測銅液樣本的銅品位；人機界面軟件，用于顯示所述的可見光圖像和非可見光紅外圖像以及關于紅外線強度、顏色向量角和銅品位的信息，并接收用戶的操作指令對所述的顏色提取軟件、紅外提取軟件、銅品位測量軟件和樣本數據庫進行參數設定。
4.根據權利要求2所述的關于銅加工過程銅品位的檢測系統，其特征在于所述的圖像采集單元為工業攝像機；所述的紅外檢測單元為紅外熱成像儀；所述的圖像處理單元為工業控制計算機。
5.根據權利要求4所述的關于銅加工過程銅品位的檢測系統，其特征在于所述的工業攝像機和紅外熱成像儀均采用千兆以太網接口與工業控制計算機實現連接。
全文摘要
本發明公開了一種關于銅加工過程銅品位的檢測方法，包括(1)實時采集待測銅液樣本的可見光圖像和非可見光紅外圖像；(2)提取出待測銅液樣本的紅外線強度；(3)提取出待測銅液樣本的顏色向量角；(4)估算待測銅液樣本的銅品位。本發明通過引入高溫銅液的紅外信息對熔融銅樣的溫度變化做出修正，并與銅液的顏色特征信息融合后實現對銅品位的實時精確檢測，具有不接觸、無損傷、連續、實時、精度高的優點；本發明還公開了一種關于銅加工過程銅品位的檢測系統，包括圖像采集單元、紅外檢測單元和圖像處理單元，實時提取待測銅液樣本的顏色信息和紅外信息，在線評估出銅液的銅品位質量指標，在保證測量精度的前提下縮減了相應的檢測成本。
文檔編號G01N21/84GK102393395SQ20111024851
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者宋執環, 張宏偉, 袁小峰 申請人:浙江大學