本发明属于钢铁冶炼，特别涉及一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统及方法。
背景技术：
1、在rh精炼前，需用顶升系统将装有钢液的钢包顶升到一定高度，使浸渍管插入钢液中，为使钢液在钢包、上升管、真空槽和下降管之间形成良好的循环，浸渍管需要插入钢液一定的深度。插入深度过深，导致钢包内的钢液上升，可能导致钢液对循环气管的熔断伤害，继续插入，会导致钢液溢出等异常情况，造成安全事故。当浸渍管插入深度过浅，开启真空系统后，随着真空槽内的真空度降低，钢包中的钢液被抽入真空槽内导致钢液液面下降，会造成循环不良或者吸渣事故，造成生产事故。由此可见，浸渍管插入深度对于rh真空精炼至关重要。
2、目前浸渍管插入深度都是通过人工肉眼观察来判断的，由于钢液温度高，热辐射严重，操作人员只能在较远的距离观察，且使用过的浸渍管上附着着冷钢，导致操作人员无法清晰准确判断插入深度，只能目测估算，人为判断误差较大，容易造成生产事故，炼钢企业急需能够实现rh精炼系统自动控制浸渍管插入深度。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统及方法，该系统解决了人工操作导致浸渍管插入深度过高或者过低，造成rh真空精炼失败、钢液溢出外漏等安全事故，具有准确度高，稳定性好、安全可靠等特点。
2、本发明的技术方案在于：一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，包括依次连接的图像识别单元、信息分析处理器、plc控制器、工控机和显示器，所述plc控制器连接有钢包液压顶升单元，所述图像识别单元包括摄像头和3d扫描仪，所述摄像头和3d扫描仪分别位于浸渍管的斜上方两侧，所述摄像头和3d扫描仪分别与信息分析处理器电连接，所述钢包液压顶升单元包括顶升框架和编码器，所述顶升框架上部设有钢包，所述顶升框架下部设有液压油缸，所述液压油缸通过管路连接有油泵，所述油泵连接有电机。
3、所述摄像头为高温超清摄像头，所述高温超清摄像头为2000万像素、30倍变焦摄像头，工作环境温度为1200℃~2000℃，所述摄像头用于监测浸渍管与钢液的液面的相对位置、钢液的液面距离钢包沿的位置，并将画面数据转化成电信号传输给信息分析处理器。
4、所述3d扫描仪包括光学投影机和3d扫描相机，所述光学投影机将光源照向浸渍管和钢包，得到浸渍管和钢包、钢包和钢液的液面的投影，并编码成图案，编码图案受到浸渍管插入钢液表面形状的调制而产生形变，带有形变的结构光被对测位置的3d扫描相机拍摄到，通过相机与投影光源之间的位置关系和结构光形变的程度可以确定出浸渍管插入钢包中钢液的三维形貌，并将图形图像数据转换成电信号传输到信息分析处理器。
5、所述液压油缸与油泵之间的连接管路上设有油压表。
6、所述油泵采用轴向柱塞泵，钢包上升时，油泵处于泵状态，此时电机驱动油泵向升降缸提供压力油驱动钢包上升；下降状态时，油泵处于马达状态，钢包的重力作用使油液产生压力驱动处于马达状态的油泵旋转，此时电机处于发电状态，产生反扭转以平衡钢包下降重力的作用，电机编码器记录顶升高度，通过编码器记录顶升高度，plc控制器控制钢包的上升、下降及速度。
7、一种rh炉浸渍管插入深度自动控制方法，使用如上所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，包括以下步骤：
8、s1：钢水rh真空精炼前，操作人员将本炉钢液重量、钢渣厚度、钢包型号信息输入信息分析处理器，然后等待钢包车开到处理位，操作人员启动顶升按钮，当顶升到一定高度时，钢包出现在图形识别单元监控区域，摄像头的摄像图形数据和和3d扫描仪的图像图形数据，并将得到浸渍管和钢包的相对位置、钢包上沿和钢液的液面的相对位置三维形貌图像数据转换成电信号传输到信息分析处理器；
9、s2：信息分析处理器将接收到的图像识别单元的摄像头的摄像图形数据和和3d扫描仪的图像图形数据、plc控制器发送的油压数据、顶升高度数据进行分析处理，得到钢包上沿与钢液的液面的高度、浸渍管和钢包的相对距离、油压和钢包顶升高度数据，再通过浸渍管插入深度数据模型得到本炉rh真空精炼需要的浸渍管插入钢液深度，根据插入深度计算出需要的顶升高度，将顶升高度数据转化成电信号发送给plc控制器；
10、s3：plc控制器接收到信息分析处理器发送过来的顶升高度指令，控制钢包液压顶升单元将钢包顶升到信息分析处理器发送过来的顶升高度，实现浸渍管插入设定的深度，完成浸渍管插入深度自动控制，带有显示屏的工控机通过与plc控制器相连，操作人员通过显示屏的显示界面可以实时查看摄像头的监控画面和3d扫描仪扫描的三维图形，得到钢包液压顶升单元的实施顶升高度、运行时间以及浸渍管插入钢液的深度信息。
11、所述步骤s1中3d扫描仪的光学投影机将正弦条纹照向浸渍管和钢包，由于浸渍管、钢液和钢包都是三维的，均不在一个平面，投影到浸渍管、钢包和钢液不同位置的条纹受不同平面部分调制的弯曲程度不同，利用3d扫描相机拍摄到调制成不同弯曲程度的条纹，并将拍摄到的条纹发送到计算机进行解调，解调该弯曲条纹得到对应的相位，该相则表征了被测物相对高度，最终得到浸渍管、钢液和钢包区域内的三维图形，当浸渍管未插入钢包的钢液中时，钢液表面和浸渍管下端存在空隙，通过三维扫描图像看出两者中间有不同高度平面的区域，即判定两者是分开的；当浸渍管插入钢包的钢液中时，此时钢液和浸渍管下端完全接触，由于两者接触点位的高度一致，通过三维扫描图像看出接触部分是在同一高度连接在一起的，由此可以通过3d扫描图像判定浸渍管是否插入钢液。
12、本发明的技术效果在于：本发明通过图像识别单元对钢液面到钢包沿的位置、浸渍管插入钢液深度等实时监测，并将图形数据传输给信息分析处理器，信息分析处理器计算出需要的插入深度和对应的顶升高度，plc控制器控制钢包液压顶升单元将钢包顶升到对应的高度，实现了浸渍管插入深度自动控制系统，避免了人工操作导致浸渍管插入深度过高或者过低，造成rh真空精炼失败、钢液溢出外漏等安全事故，提高了rh真空精炼的浸渍管插入深度的准确定和可靠性，节约了人力成本。
13、以下将结合附图进行进一步的说明。
1.一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：包括依次连接的图像识别单元（1）、信息分析处理器（2）、plc控制器（4）、工控机（5）和显示器（6），所述plc控制器（4）连接有钢包液压顶升单元（3），所述图像识别单元（1）包括摄像头（11）和3d扫描仪（12），所述摄像头（11）和3d扫描仪（12）分别位于浸渍管（13）的斜上方两侧，所述摄像头（11）和3d扫描仪（12）分别与信息分析处理器（2）电连接，所述钢包液压顶升单元（3）包括顶升框架（31）和编码器，所述顶升框架（31）上部设有钢包，所述顶升框架（31）下部设有液压油缸（32），所述液压油缸（32）通过管路连接有油泵，所述油泵连接有电机（34）。
2.根据权利要求1所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：所述摄像头（11）为高温超清摄像头，所述高温超清摄像头为2000万像素、30倍变焦摄像头，工作环境温度为1200℃~2000℃，所述摄像头（11）用于监测浸渍管（13）与钢液（14）的液面的相对位置、钢液（14）的液面距离钢包（15）沿的位置，并将画面数据转化成电信号传输给信息分析处理器（2）。
3.根据权利要求1所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：所述3d扫描仪（12）包括光学投影机和3d扫描相机，所述光学投影机将光源照向浸渍管（13）和钢包（15），得到浸渍管（13）和钢包（15）、钢包（15）和钢液（14）的液面的投影，并编码成图案，编码图案受到浸渍管（13）插入钢液（14）表面形状的调制而产生形变，带有形变的结构光被对测位置的3d扫描相机拍摄到，通过相机与投影光源之间的位置关系和结构光形变的程度可以确定出浸渍管插入钢包中钢液的三维形貌，并将图形图像数据转换成电信号传输到信息分析处理器（2）。
4.根据权利要求1所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：所述液压油缸（32）与油泵之间的连接管路上设有油压表（33）。
5.根据权利要求1所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：所述油泵采用轴向柱塞泵，钢包（15）上升时，油泵处于泵状态，此时电机（34）驱动油泵向升降缸提供压力油驱动钢包（15）上升；下降状态时，油泵处于马达状态，钢包（15）的重力作用使油液产生压力驱动处于马达状态的油泵旋转，此时电机（34）处于发电状态，产生反扭转以平衡钢包下降重力的作用，电机（34）编码器记录顶升高度，通过编码器记录顶升高度，plc控制器（4）控制钢包（15）的上升、下降及速度。
6.一种rh炉浸渍管插入深度自动控制方法，使用如权利要求1所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制系统，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述一种rh炉浸渍管插入深度自动控制方法，其特征在于：所述步骤s1中3d扫描仪（12）的光学投影机将正弦条纹照向浸渍管（13）和钢包（15），由于浸渍管（13）、钢液（14）和钢包（15）都是三维的，均不在一个平面，投影到浸渍管（13）、钢包（15）和钢液（14）不同位置的条纹受不同平面部分调制的弯曲程度不同，利用3d扫描相机拍摄到调制成不同弯曲程度的条纹，并将拍摄到的条纹发送到计算机进行解调，解调该弯曲条纹得到对应的相位，该相则表征了被测物相对高度，最终得到浸渍管（13）、钢液（14）和钢包（15）区域内的三维图形，当浸渍管（13）未插入钢包（15）的钢液（14）中时，钢液（14）表面和浸渍管（13）下端存在空隙，通过三维扫描图像看出两者中间有不同高度平面的区域，即判定两者是分开的；当浸渍管（13）插入钢包（15）的钢液（14）中时，此时钢液（14）和浸渍管（13）下端完全接触，由于两者接触点位的高度一致，通过三维扫描图像看出接触部分是在同一高度连接在一起的，由此可以通过3d扫描图像判定浸渍管（13）是否插入钢液（14）。
