[发明专利]基于机器视觉的浮选液位在线检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术领域，特别提供了一种基于机器视觉的浮选液位在线检测装置及方法，适用于化工行业浮选工艺，能够准确提取液位高度。

背景技术

现场存在多个钾钠盐溶液溢流槽如图1，为顺序连接，可实现依次递接溢流，其中溢流槽中饱和状态的钾钠盐溶液，并且放入光卤石不断搅拌，用于产生泡沫。如图2，下部分为液体，在液体上部存在这一些泡沫。钾盐主要存在于溢流槽下部的溶液中，钠盐主要存在于上部的泡沫之中。现场工艺通过使用刮刀设备刮除液体上方的泡沫来分离钾盐和钠盐部分。

现场在使用刮刀刮除溢流槽中泡沫时，为保证刮刀设备准确及时的刮除泡沫部分，需要使用设备准确检测液体液位，即液体和泡沫的分界处，保证刮刀设备从该分界处刮除泡沫，实现准确分离。此方法需要定位液位的位置从而使刮板能精确的将泡沫刮走，液位偏高刮走泡沫少，增加重复工作量；液位偏低刮走液体了浪费有效产品资源。所以需要精确的测量出液位高度以保证刮板工具的工作效率和资源保障。

溢流槽中的钾盐溶液存在钾盐析出现象，钾盐会结晶于溢流槽槽边以及其他浸浮在液体表面的设备，这也对液位检测造成一定影响，其中该现象直接导致浮球式液位计的失效。另外，轻浮选或者重浮选方法在溢流槽会产生泡沫，这也对液位测量仪器的精准度也产生影响，比如超声法。

目前还没有文献报道对浮选的溢流槽环节的液位进行有效监测的专利和论文，其中比较相近的研究专利《一种啤酒泡沫补偿液位的检测方法》，但是它是从下到上扫描液面，并对液位上方的泡沫补偿一定的液位高度计算。结合不同电厂的水液位的进行动态监测《锅炉汽包水位数字图像处理算法研究》、对桶装液体的液位进行模拟的学位论文《基于视频图像的液位检测与跟踪系统分析与设计》，与本发明的应用场景和监视化学化工工艺流程对象是有不同的

发明内容

本发明的目的在以提供基于机器视觉的浮选液位在线检测装置及方法，利用机器视觉和图像处理方式来在线实时检测浮选溶液的泡沫液位的高度提取，而且是算法具有较强的鲁棒性。

本发明的装置如图5所示。该装置包括观察窗1、工业摄像机2、以太网3、工控机4、补偿光源5、可编程控制器（PLC）6、刮板机构7、浮选溢流槽8、清洗装置9、浮选溶液10等；观察窗1开在浮选溢流槽8的侧壁上，观察窗1窗口内的东西经过补偿光源5由工业摄像机2进行拍照，工业摄像机2拍摄的图像经以太网3和工控机4连接。工控机4和可编程控制器6通过profibus现场总线连接，可编程控制器6通过profibus分别和刮板机构7和清洗装置9相连接。浮选溢流槽8内的浮选溶液10通过浮选机的不断搅拌，钠盐随着气泡不断上浮并脱离溶液而钾盐则继续在溶液。在浮选溢流槽8的侧壁上开5-10个观察窗1，并在观察窗1的后方50cm-150cm距离放置工业摄像机2来拍摄图像。由于现场的全天实时检测，光照条件会影响成像质量，所以在观察窗1与工业摄像机2之间增加补偿光源5。工业摄像机1所成的图像经以太网3送至工控机4中，并在工控机中完成浮选液位的提取。工控机4将处理的液位高度结果送至可编程控制器（PLC）6中，然后再控制刮板机构7进行高效的刮去上方的泡沫。若工控机4处理的结果在算法中超出可接受范围，则向可编程控制器（PLC）6发送检测错误信号，然后可编程控制器（PLC）6控制清洗装置9冲洗观察窗或者发出报警声音。

工业摄像机2的镜头采用200万像素、面阵CCD相机、曝光时间约为1ms的高清快速的工业摄像头。

工业摄像头2可通过100米内无中继，可直接利用以太网3送至工控机4中。

清洗装置10可以冲洗掉观察窗1上长期积累附着的物质，去除对图像成像的干扰。

本发明的在线检测方法包括以下工艺步骤：

（1）在浮选溶液的溢流槽内开5-10个透明的观察窗1；

（2）在观察窗1的正对面安装工业摄像机2采集图像（图像的成像区域刚好涵盖整个观察窗）其并把采集到的数据经现场总线/以太网送至工控机4并进行后续的图像处理；

（3）对采集到的图像利用图像处理方法进行处理：

a首先将采集到的原始图像数据进行灰度化处理；

b选择合适的阈值方法进行二值化，根据现场需求，较好的方法有固定阈值法、自适应的全局阈值法；

c利用投影法计算一定区域内白点数和黑点数：浮选溶液一般为黑点，而上方的泡沫为白点。一开始统计的投影区域要么为全白，要么为全黑。当统计区域内的白点像素数和黑点像素数大致均衡时，可以认为浮选液位像素高度为统计区域的中间高度。