耐火度指材料在无荷重的条件下抵抗高温而不熔化的特性,反映了耐火材料抵抗高温作用的性能,是耐火材料最重要的参数之一。随着高温材料的研究与发展,对高温材料熔融过程的测量要求越来越直观化、精细化、智能化、非接触化。以往的间接式测量方式只能获取简单的单一信息,且会对被测物造成一定的破坏,不能反应真实的熔融过程。如何满足熔融过程测量的准确性、直观性、智能化及非接触性,寄希望于机器视觉。中钢集团洛阳耐火材料研究院自主研发生产的NHD-1809PC全自动影像式耐火度试验炉,以GB 7322及ISO 528测试标准为基础,将机器视觉应用到耐火度的测量中,用于测试各类耐火原料、耐火制品或其他非金属制品的耐火度。
耐火度测试系统主要由电控系统、加热炉体和摄像系统3部分组成,见图1。电控系统包括电控柜、旋转机构等;加热炉体由保温材料、测温试锥及锥盘、刚玉支撑棒和发热体组成;观测系统则由摄像机、视频转换卡和计算机组成。
图1 全自动影像式耐火度试验炉
高温环境下,耐火度炉膛内高温热辐射发出强烈的黄白光,形成近乎曝光的亮场。炉膛内物体如炉衬、测温锥、锥盘等改变原来颜色,产生相同的光谱。相同光谱的物体成像混沌一团,很难区分出个体。为保证成像的清晰度,特别设计了一套机器视觉系统。系统整体结构分为3个部分,图像采集部分、炉体加热及旋转机构部分与工控机核心处理部分。在摄像机与炉体之间留有圆形观察孔,观察孔中放置滤光片,可滤掉一部分强光。考虑到耐火度炉膛内的温度区域呈一定的阶梯分布,测温锥和锥盘一般在高温区亮场,背景炉衬一般在低温区。背景炉衬和测温锥的距离越远形成的低温区越明显,于是在背景炉衬开一个口径逐渐变小的圆形口,通向外界环境,这样在不影响炉体结构的情况下,人为加一个阶梯降温的小冷却机构,产生不同的热辐射区域,形成一个相对于测温锥的暗场区。测温锥及锥盘放置在炉体内的旋转机构上,使锥体受热均匀,保证测温锥弯倒均匀。
设备特性:
1.卧式管式炉体,加热炉气氛为自然氧化气氛;
2.采用进口康泰尔超高温、高表面负荷硅钼棒加热;
3.锥盘及锥从炉体底部装入,上升送至加热区,锥盘高温下可旋转;
4.测试锥与标准锥呈圆环排列,可旋转,试样受热均匀性极佳;
5.观测图像为130万真彩色,分辨率为1024×1280;
6.配高清晰度CCD摄像机,特种长焦距连续光学变倍镜头;
7.成像方式为三维动态立体成像;
8.试锥弯倒观测状态为水平彩色全视角;
9.温度控制系统:采用研华610工业微机直接控制模式;
10.图像自动记录系统:配专用影像采集卡,标准影像格式自动记录至硬盘;
11.测控软件基于Windows10操作系统;
12.设计有发热元件功率监测装置,有效控制发热元件表面负荷,延长发热体寿命。
技术参数:
1.测试温度:1 000~1 580 ℃(热电偶读数);1 580~1 820 ℃(标准锥结合热电偶判读);
2.测试试锥数量:1~6个/次;
3.锥盘转速:1~5 r·min-1;
4.控温精度:±1 ℃;
5.观测图像:130万真彩色;
6.调焦范围:100 mm-∞;
7.图像放大倍数:0~20倍;
8.炉膛均温性:试锥区域空间内±2 ℃;
9.升温速率:0~25 ℃·min-1(室温~1 300 ℃); 0~15 ℃·min-1(1 300~1 600 ℃);0~5 ℃·min-1(1 600~1800 ℃);可任意设定;
10. 试验时整个锥台所占有的空间中最大温差不超过5 ℃。