自动浇注机的液位检测

吕小松,田 静,谷玲玲

（保定维尔铸造机械股份有限公司，河北保定 071058）

自动浇注机的液位检测

吕小松,田 静,谷玲玲

（保定维尔铸造机械股份有限公司，河北保定 071058）

自动浇注机就是以机器视觉技术和线激光技术作为检测设备，扫描浇口杯中的金属液面，将浇口杯液面的情况反馈给控制器，形成一个闭环控制系统。控制器根据浇口杯中金属液面的高低，自动调整浇注速度，以保证浇口杯中的金属液面高度维持在设定高度，确保达到最佳浇注的效果。

自动浇注机；液位检测；机器视觉；线激光

进入21世纪以来，信息技术得到迅猛发展，世界主要国家都在寻找科技创新的突破口，抢占未来经济科技发展的先机。本轮技术革命，对我国的产业发展既是挑战也是机遇。“中国制造2025”的提出，使我国加快从制造大国向制造强国转变。

铸造是现代装备制造业的基础技术之一，是机械工业的根本，在国民经济建设中占有极其重要的地位，铸造生产的水平和铸件品质的好坏极大地影响着机械产品的发展和使用寿命。

浇注是铸造生产过程中一个十分重要的工序。近十几年来，在自动化造型生产线上，出现了不少半自动化及自动化的浇注设备，代替了原来的人工浇注，改变了工作环境温度高，劳动强度大的状况，而且可以降低浇注废品率，减少铁液的浪费，提高铸件的品质。

1 浇注工艺的发展

1.1 人工浇注

传统的浇注是采用人工浇注的方法，基本是由车间内的起重设备吊着浇包，人工控制浇包的移动，浇注速度完全由人工控制。在浇注过程中操作工必须近距离的靠近浇包，工作温度高，且人的眼睛紧盯着铸型，不停地判断液位状态以实时改变浇注速度，体力消费非常大。人工浇注受人为因素的影响比较大，相同条件下浇注工的浇注水平、身体状况和心理情绪直接影响了浇注产品的品质。

1.2 半自动浇注机

半自动浇注机替代人工浇注，降低了操作工的劳动强度，通过增加操作台或操作室，改善了浇注环境，保护了操作人员的人身安全。因半自动浇注机的操作模式为开环方式，即通过输入浇注的相关参数进行工作，在实际工作过程中设备本身无法对实际的浇注状况进行实时调整，所以在使用半自动浇注机的过程中，常常需要人通过确认实际浇口杯的铁液液位对浇注机的浇注速度进行实时干预，以保证浇注时间及浇注品质。外界因素的变化及操作工的经验与熟练程度直接影响了半自动浇注机在实际生产过程中的使用效果。

1.3 自动浇注机

自动浇注机是在半自动浇注机的基础之上，增加各类传感器元件，对工作过程中的关键因素进行实时监控，形成闭环控制系统，由浇注机本身针对浇注过程中的状态变化，自动调整相关参数，控制执行机构快速响应，达到最佳工作状态。全自动浇注机的使用大大降低了操作者本身的操作水平及主观情绪对浇注过程的负面影响，提高了产品的品质及生产效率。

2 自动浇注机的液位控制

浇注机在整个工作过程中，浇注直接影响着产品本身的品质和整体的工作效率。实现最佳浇注需要满足浇注的精准和合理的浇注系统。通常浇包的浇注速度必须保证砂型的浇口杯中保持一定的金属液面高度，有的铸件对浇注速度的控制要求更高，要求浇注速度能根据铸件结构不同，按规定的程序进行调节，即要求在一个砂型的浇注过程中，浇注速度能按一定的规律变化。

自动浇注机就是以机器视觉技术和线激光技术作为检测设备，扫描浇口杯中的金属液面，将浇口杯液面的情况反馈给控制器，形成一个闭环控制系统，控制器根据浇口杯中金属液面的高低，自动调整浇注速度，以保证浇口杯中的金属液面高度维持在设定高度，确保达到最佳浇注的效果。

3 机器视觉技术

3.1 机器视觉技术的原理

机器视觉技术采用CCD照相机将被检测的目标转换为图像信号，传送至专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息转换为数字信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置等。

3.2 机器视觉技术在液位检测中的实际应用

在浇注现场安装机器视觉照相机及固定光源，浇注过程中机器视觉控制器采集到如图1中的图像，通过图像处理过滤掉干扰，得到图2中的图像，选定区域对浇口杯内的铁液进行测量,通过图像的二值化处理得到图3中的图像，控制器计算区域内白色图像的面积，可得知铁液在浇口杯中的实时面积，因浇口杯中铁液液面面积与铁液液面高度成比例关系，即可近似得到浇口杯中铁液的液面高度。

图1 视觉控制器采集到的图像

图2 处理过滤干扰得到的图像

图3 通过二值化处理得到的图像

3.3 机器视觉技术的不足

在实际生产过程中，机器视觉对外部环境要求较高,光照及温度的变化都会影响实际的测量结果,因此在使用机器视觉时应配稳定的外界光源及冷却设备。

实际测量中,以铁液液面面积求得铁液液面高度的方式也会因一些外部因素而影响测量结果,如铁液飞溅、铁液溢流等。

4 线激光技术

4.1 线激光传感器的组成和原理

线激光传感器由三个主要部分组成：①光源,它具有一个激光二极管及一套将激光束聚焦到所测液体金属表面的透镜系统；②照相机，它从被测量的表面聚焦一部分散射的激光；③集成的处理器,它通过一定的算法得到需要的数据。

线激光测量采用光三角形测量原理。激光探测器得到图像位置信号，信号处理电子线路将此信号转换为到被测表面的距离，各种来自液体金属的外界光源包括可视光和红外光，可以通过光学上过滤，而不影响测量品质。因此，这种系统能够很好地适用于液态金属液面位置的监控。

4.2 线激光技术在液位检测中的实际应用

当砂型的浇口杯直接位于浇包出铁口下方时，线激光发生装置发射出一条横切浇口杯的激光线如图4所示。

激光图像在照相机中显示如图5的图像，即未浇注时浇口杯的轮廓。

浇注过程中激光图像在照相机中显示如图6的图像,即正在浇注时浇口杯及铁液液面的轮廓,其中绿色区域2指示的是砂箱面，绿色区域1指示的是浇口杯中铁液液面，通过集成的处理器，应用三角测量法可得到浇注过程中传感器至砂箱面和浇口杯铁液液面的直线距离，再根据安装角度，可计算出传感器到砂箱面和浇口杯铁液液面的垂直距离，而两者垂直距离的差值即为浇口杯铁液液面相对于砂箱面的高度。

图4 横切浇口杯的激光线

图5 激光图像在照相机中显示的图像

图6 浇注过程中激光图像在照相机中显示的图像

线激光技术探测面积大、信号强，因而为建立响应提供了更多的信息。线激光控制技术反应速度快，可以适用于较小浇口杯的情况，而且线激光传感器检测的就是浇口杯中实际的铁液液位变化，可避免其他因素对检测结果的干扰。

5 结语

机器视觉技术及线激光技术在浇注机上的应用，大大提高了浇注机在浇注过程中的自动化程度，配合快速精准响应的伺服控制系统，其浇注速度及浇注品质远远超出了人工浇注。

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[3] 李德荣.铸造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2015.

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[6] 何国平.VS723-A机器视觉系统在HWS浇注机中的应用[J].中国铸造装备与技术,2013(3).

Liquid level detection in automatic caster

LV XiaoSong,TIAN Jing,GU LingLing
(Baoding well foundry machinery Co.,Ltd.，Baoding 071058,Hebei,China)

Automatic Caster is based on the machine vision technology an the line laser technology,scanning the gate surface of the metal.The surface of the pouring cup surface feedback to the controller to form a closedloop control system.The controller automatically adjusts the pouring speed according to the level of the metal surface in the sprue cup to ensure that the metal level in the sprue cup is maintained at the set height to ensure the best pouring effect.

automatic caster,liquid level detection,machine vision,line laser

TG232.7；

B；

1006-9658（2017）02-0066-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.022

2016-10-06

稿件编号:1610-1544

吕小松（1985—），男， 工程师 . 主要从事电气设计与调试工作.