[發明專利]一種基于機器視覺的鐠-釹(Pr/Nd)組分含量檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201310285383.7
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103344583A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 楊輝;朱璐聞;陸榮秀;歐陽超明
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種稀土萃取組分含量檢測方法，尤其涉及一種基于機器視覺的鐠-釹(Pr/Nd)萃取溶液組分含量檢測系統及方法，屬稀土濕法冶金過程檢測領域。

背景技術

稀土元素因具有優異的化學和物理性能已廣泛應用石油化工、電子、環境保護等領域。由于稀土原料組分多，稀土元素間的性質極為相似，只采用單級萃取一般達不到分離要求。稀土工業生產中普遍采用多級萃取器組成的串級萃取來完成稀土的分離。實時掌握和了解稀土萃取過程中關鍵監測點和各級元素組分含量分布變化是實施稀土萃取過程工藝參數調節的前提。針對稀土萃取分離過程中元素組分含量在線檢測難題，目前采用的主要方法有紫外線可見光光度法、流動注射法、LaF₃離子選擇電極、同位素激發的XRF等，但大都存在裝置成本高，穩定性和可靠性差等問題，限制了其在稀土萃取分離生產過程中的應用。

由于稀土元素獨特的電子層結構，一部分稀土元素3價離子在可見光區均有吸收峰而顯出特征顏色。本系統以P507-HCL?Pr/Nd萃取分離體系為例，Pr離子主要富集在萃取段并逐漸顯現出蘋果綠,而Nd離子主要富集在洗滌段并顯現出紫紅色，即在萃取槽中形成“離子顏色特征帶”。在生產過程中，有經驗的操作人員可借助“離子特征顏色帶”相對于最佳工藝狀態時顏色帶分布的變化程度，來調節其流量等參數。然而此種方法存在很大主觀性，對工藝參數調節產生很大隨機性。

機器視覺采用機器代替人眼來進行測量和判斷，具有可快速獲取大量信息、易于自動處理等優點，已廣泛應用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。在人工視覺難以滿足要求的場合，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。如相關學者根據醫藥溶液異物的顏色與運動物理特性，設計了基于機器視覺的藥液異物檢測系統，提高了藥品檢測速度和質量；也有學者將機器視覺技術應用于礦物浮選過程中浮選泡沫顏色及尺寸的檢測，通過有效地測量浮選泡沫顏色及尺寸實現浮選生產過程的在線監測與控制。

發明內容

本發明的目的在于，針對Pr/Nd萃取過程中人工觀測“離子特征顏色帶”存在主觀性和隨機性的缺點，將機器視覺技術應用于萃取分離過程組分含量監測；以某稀土公司Pr/Nd萃取分離生產采集的各組分含量范圍的混合溶液為研究對象，設計了一種基于機器視覺技術實現Pr/Nd溶液組分含量的檢測系統及其方法，為具有離子特征顏色的稀土元素組分含量在線檢測提供新的思路。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

本發明包括Pr/Nd萃取溶液圖像獲取硬件支撐平臺和組分含量檢測軟件部分。其中圖像獲取硬件部分由暗箱、CCD彩色攝像機、LED環形光源、光源調節器、圖像采集卡、計算機組成。采集被測Pr/Nd萃取溶液的圖像，經計算機上的組分含量軟件檢測模塊，得到當前Pr/Nd萃取溶液的組分含量。組分含量檢測軟件的目標是建立顏色特征分量與Pr/Nd元素組分含量的關系模型，預測各級元素組分含量的分布變化，為實現生產參數優化控制提供一種直觀、有效方法。本發明基于機器視覺的Pr/Nd萃取溶液組分含量檢測系統包括暗箱、CCD彩色攝像機、LED環形光源、光源調節器、白平衡灰卡、計算機、1394數據線、被測Pr/Nd溶液樣品池。LED環形光源通過暗箱外的光源調節器調節亮度，LED環形光源與光源調節器通過數據線連接。CCD彩色攝像機通過1394數據線與置于計算機內的圖像采集卡連接。LED環形光源設置在暗箱的正頂部，提供穩定光照。CCD彩色攝像機安裝在暗箱的側面正對被測Pr/Nd溶液，被測Pr/Nd溶液置于暗箱底部中間，這樣可以確保光源光線照射在溶液中，并透過溶液以最佳角度射入攝像機。白平衡灰卡置于被測Pr/Nd溶液后方，增加對比度并最大程度地還原Pr/Nd溶液顏色，在采集之前，CCD彩色攝像機測取白平衡灰卡，再通過圖像處理軟件進行自動白平衡調節。

本發明基于機器視覺的Pr/Nd萃取溶液組分含量檢測方法通過采集Pr/Nd溶液圖像，利用實時檢測軟件進行圖像預處理、圖像特征提取和組分含量辨識。軟件模塊包括圖像采集模塊、圖像預處理模塊、圖像特征提取模塊、組分含量關系模型模塊。

1、圖像采集模塊：

圖像采集模塊調節LED環形光源至合適的亮度和模式，將CCD彩色攝像機對準白平衡灰卡，在軟件界面設置自動白平衡調節方式，采集從生產線現場取得的Pr/Nd溶液的圖像，通過1394數據線傳輸到計算機內的圖像采集卡。

2、圖像預處理模塊：

圖像預處理模塊主要包括圖像平滑濾波和圖像背景去除兩個步驟。