专利名称：测量冶金熔罐的耐熔衬里中的磨损的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于借助于激光扫描器，测量冶金熔罐，例如， 钢转炉的耐熔衬里中的磨损的方法。
技术背景测量例如用于钢制造过程的转炉或铸勺的衬里中的磨损，是极其 重要的。这样能优化容器的使用寿命，并防止衬里中的过度磨损，避 免引起与生产或工业安全有关的危险。转炉磨损的衬里必须相对地经 常更新，因为它们的寿命通常从一周或两周直到数月间变化，取决于 转炉中熔炼的是什么、取决于制作衬里的材料是什么、和当然地取决于转炉熔炼过程的使用次数。 一般地说，转炉约能持续100到1000次的熔炼过程。测量衬里中磨损的方法，是以测量激光束的传播时间或相移为基 础。激光束被引向转炉内表面上的村里，激光束从村里被反射回测量 装置。在基于测量传播时间的方法中，从测量装置到要测量的衬里上 每一测量点之间的距离，在测量装置的坐标系统中，能够根据激光束 的发射时间和返回时间之间的差计算。被测量点定义衬里的磨损轮 廓，该磨损轮廓可以输出到例如显示终端，借助该显示终端，从正在 使用的转炉测量的磨损轮廓，可以用图解方法和数值方法，与在该容 器的安全衬里上过去测量的轮廓比较，或者与实际投入使用前，亦即 第一次熔炼过程前的工作衬里上的轮廓比较。要用非接触方法，诸如用激光测量方法测量三维对象，诸如工业 生产对象的村里的磨损，要求测量装置和待测量对象都在同一个坐标 系统中表示。把测量装置的坐标系统与待测量对象的坐标系统组合起来，被称为定坐标(fixing)。换句话说，测量装置要相对于该对象 定位或定坐标。为了定坐标，必须使用至少三个恒定标记，利用测量装置中被顺序引向每一 恒定标记的激光束，在测量装置的坐标系统中 测量每一恒定标记的坐标。即使测量装置在容器的邻域通过恒定标记 而有定坐标的位置，但对每一衬里测量再进行定坐标是适当的，这样 可确保环境条件或其他因素变化时，不引起任何误差。在通常用于定位或定坐标的所谓直接方法中，不动的定坐标点， 亦称恒定标记，安装在待测量的对象，诸如某个容器上，例如在该容 器开口的邻域。借助这些恒定标记，能够自动把对象的坐标系统与测 量装置的坐标系统组合起来。在该直接方法中，通过同时测量恒定标 记和要实际测量的点两者，能够使待测量的对象及测量装置包括在同 一坐标系统中。在待测量对象被倾斜轴支承的特定情况中，对位于容器底部或容 器外侧的恒定标记，可以应用非直接角度测量的定坐标。可以把角度 测量装置，例如安装到容器的倾斜轴，或者安装到容器的任何地方。 这类测量装置的例子，是所谓倾斜计。目前，借助角度测量的定坐标， 是非直接方法，它是当难于向待测量对象提供必要的定坐标点时使用 的，这些必要的定坐标点是清晰可见的且其位置不能用别的方法识 别。已经用容器底部上的或待测量对象外侧结构上的定坐标点，并用 从角度装置获得的角度值，进行角度测量定坐标，由此可以用数学方 法把两个坐标系统组合起来。恒定标记被附着在容器底部或工厂墙的 框架结构，例如在转炉的邻域。当角度测量被用于已知方法中时，角 度测量装置把与已知周围环境的关系，通知对象或容器的位置测量装 置。在直接的和非直接的两种角度测量定坐标方法中，恒定标记例如 是小的平板体、圆柱体、球体、或其他规则形状的对象，由反射激光 辐射的材料制成，且从测量装置发射的激光束，被手动地引向这些恒 定标记，例如借助双目望远镜或一些其他瞄准辅助设备。在这些已知 方法中，对象就是要把激光束手动地引向恒定标记的中央，为的是要 获得定坐标点。因此要求测量装置的操作员，在所有定坐标点已经测 量之前，执行若干操作。这些已知方法的缺点，可以从难以使定坐标操作自动化的事实中看到。当定坐标由人完成时，在定坐标点或恒定 标记中央的估算以及在实际对准步骤两方面，都存在误差风险。专利EP 1 234 193 Bl,它有授予Kirchhoff等人对应的美国专利 No. 6，922，251,本文引用它公开的内容，供参考，专利EP 1 234 193 Bl 公开一种借助激光扫描器测量冶金容器的耐熔村里的方法，其中，在 测量步骤的准备中，激光扫描器定位在熔化容器前面的中央，该步骤 借助附于所述熔化容器的恒定标记，建立激光扫描器相对于熔化容器 的位置的精确定义。在中断生产过程和熔化容器一旦排空之后，可以 进行容器的内部测量，在该测量中，能够水平和垂直偏转的激光束， 扫描容器的内表面。从耐熔衬里反射的激光束，被接收和按照它们的 传播时间处理。还因为接收器相对于激光头的位置是十分清楚的，且 激光头相应的角位置已经对每一个别激光束确定，所以能够从产生的 数据，重构耐熔衬里表面的形状。有利的做法是，不仅按熔化容器的 水平倾斜位置扫描熔化容器，而且还按两个附加的倾斜位置完成扫 描，例如向上20。和约向下20。，以便能够扫描熔罐的整个内部。在耐熔衬里的中央扫描之后，在从EP 1 234 193 Bl得知的方法， 还进行左和右的扫描，以便还通过移动激光扫描器到相对于熔罐的左 或右位置，扫描熔罐开口附近的整个側壁。激光扫描器必须移动，因 为熔罐只能绕它水平轴而不能向左或右倾斜。但是，每次移动激光扫 描器，当实际测量扫描之前的从左或右位置扫描时，必须对激光扫描 器进行激光扫描器的另外位置测量。这一步需要若千分钟的附加时 间，从而延长产生过程的中断时间。US 6，922，252 B2公开一种测量冶金熔罐的耐熔衬里的方法，其 中容器耐熔衬里的表面，也借助激光扫描器，使用为确定激光扫描器 的相应位置而提供的第二激光头扫描，该第二激光头借助测量设在与 熔化容器相对的建筑物墙上的标记，确定激光扫描器的相应位置，以 便把激光扫描器精确定位在测量标记和熔罐之间。在该现有技术的方 法中，确定激光器的位置，亦称激光跟踪器，该位置在激光扫描器之 上的某一距离中旋转，以查找安装在激光扫描器后面建筑物上的测量标记，从而确定激光扫描器的相应定位。因为激光跟踪器相对于激光 扫描器的位置是已知的，所以能够由此导出激光扫描器的相应定位。 该现有技术方法的缺点，可从如下事实看出，激光跟踪器被安排在棒 或辊的顶部，这样，激光跟踪器相对于激光扫描器的精确定位不能保 持不变，因为冲击、建筑物振动、或激光跟踪器的棒状夹持器不可避 免的形变，能导致以显著方式影响测量精度的测量误差。此外，两个 激光系统测量的角度，必须相互对准，这样也导致显著的测量误差。 发明内容因此，本发明的目的，是改进根据EP 1 234 193 Bl得知的方法， 方式是，要使冶金熔罐的耐熔衬里的测量，比该现有技术方法更快地完成o作为该目的的一种解决方案，是提供一种如在引言部分所指出的 方法，即，用于借助激光扫描器测量冶金熔罐，例如，钢转炉的耐熔 衬里，该激光扫描器包括发射激光束的激光头和在该激光头邻域的接 收装置，该激光束能沿垂直方向和水平方向偏转，该接收装置用于接 收从耐熔衬里反射的激光束，以确定这些激光束的方向和它们的传播时间。在EP 1 234 193 Bl的测量方法中，在耐熔衬里的实际测量之 前，通过测量激光扫描器相对于先前安置和定义的恒定标记的位置， 建立激光扫描器相对于转炉倾斜轴坐标系统的精确位置和指向。激光 扫描器的该初始映射的精确位置，在本文被称为激光扫描器的初始参 考位置和指向(heading)。下一步，中止转炉内的钢生产过程，并使转炉倾斜到用于测量的 位置，从而使转炉的开口面对激光扫描器。然后，用位于转炉开口前 面的激光扫描器，完成耐熔衬里的第一次扫描，并同时扫描两个或更 多临时标记。临时标记可以是在中止钢生产过程之前定位于转炉前面的固定 标记，或者是在转炉之上或之内的某些附属结构，诸如耐熔衬里内由 铸口形成的渣孔或浇口或焰口。根据扫描数据，确定临时标记位置与 激光扫描器坐标系统的关系，这样，能够在转炉倾斜轴的坐标系统中，计算临时标记的位置。其后，如果激光扫描器移动到转炉前面的一个或更多在该瞬间尚 未定义或定坐标的新的位置，并从这些新位置进行另外的耐熔衬里的 扫描，还通过同时从这些新的激光扫描器位置扫描临时标记，那么， 就能计算激光扫描器相对于转炉倾斜轴坐标系统的新位置和指向。根 据从新的激光扫描器位置对临时标记的扫描，同时计算激光扫描器坐 标系统内的临时标记位置，又从先前计算的临时标记相对于转炉倾斜 轴坐标系统的位置，能够计算激光扫描器相对于转炉倾斜轴坐标系统 的新位置和指向。从激光束扫描产生的点数据、转炉倾斜角、和激光 扫描器位置，能够导出钢转炉耐熔衬里的内部轮廓。可供选择地，转炉可以倾斜到一个或更多另外的位置，并在每一 另外位置上重复上述步骤，完成耐熔村里的另外的扫描。在本发明的最广泛形式中，本发明因此涉及一种方法，其中，根 据先前从第一扫描器位置对容器的测量扫描期间，经由恒定标记完成 的位置测量，同时测量两个或更多临时标记的位置，这些标记是在另 外的测量期间根据不同的扫描器位置识别的，这样，能够相对于容器 的倾斜轴计算激光扫描器的定位和指向。用于激光扫描器位置确定的 恒定标记，可以是建筑物的一部分或熔罐的一部分。作为建筑物的一 部分，恒定标记可以是圆柱体、球体、或其他不可移动的紧固于建筑 物或建筑物楼板的标记。恒定标记不一定是分开放置的或附着的体， 只要它们是不改变位置的建筑物的一部分，且它们能够被激光束扫描 就够了，这样，它们能实现激光扫描器的精确的位置确定。在另一个实施例中，恒定标记不是建筑物的一部分，而是附着于 熔化容器的或形成熔罐的一部分，因为从扫描容器的开口或其带有或 不带有恒定标记的其他部分，足以确定激光扫描器相对于熔罐的位 置。按照本发明，在第一次确定激光扫描器相对于熔罐的精确位置的 定位扫描之后，在测量扫描期间，熔罐开口邻域中两个临时标记被定位并被同时扫描；在测量期间，能够用作临时标记并能够被扫描的有 右和左的一个标记，设在开口前面、或熔罐开口的边缘、或可能粘附其上的残留熔渣、或由铸口形成的浇口或焰口、或在耐熔材料中的其 他可识别的结构。在第一次中央测量扫描期间，不仅熔罐的耐熔衬里 被激光束扫描，而且还能用激光扫描器，像耐熔衬里上的反射点一样 精确地确定临时标记的位置。在第二步骤中，现在把激光扫描器定位在熔罐开口的左侧或右 侧，以扫描耐熔衬里的一侧，并由此能扫描容器的整个内部。与进行 测量扫描的同时，激光束还扫描先前在中央测量扫描期间已经确定其 位置的临时标记，由此能够计算激光扫描器的精确定位，无需像第一 次中央测量扫描之前要求的那样，要求再对激光扫描器进行定位扫描。其后，移动激光扫描器到另一个位置，例如到中央位置的右侧， 并再次扫描熔罐的内部，同时也扫描临时标记，由此，从它先前确定 的位置，能够计算激光扫描器相应的新(右侧)的扫描位置。这样导致节省大于50%的时间，例如现在对每一位置的扫描需要两分钟，因 为在不使用临时标记的现有技术的方法中，总测量程序用11到12分 钟，而按照本发明的方法，只需要中断生产过程5分钟。
现在，将结合
本发明；其中图l是具有数个激光扫描器位置的转炉的示意平面图；图2是图1的示意侧视图。
具体实施方式
应当指出，在所有图中，相同零件给予相同的参考数字。尤其是， 图1画出作为有水平轴H和倾斜轴8的冶金熔罐的转炉1，转炉l向 外倾斜很少的量(约20。)，以便能看见它的开口 7。大致地说，激 光扫描器2定位在开口 7的中部或中央，该激光扫描器2能向转炉1 发射激光束4，用于扫描转炉1的耐熔衬里6。在转炉1的开口 7前 面，激光扫描器2的定位，不一定精确地在中央；只要它大致在开口 7的中部，使转炉1的内部能够尽量均匀地被扫描就够了。参见转炉1,三个恒定标记PMp PM2、 PM3^L在激光扫描器2后面，而这些标记，按照图1，是在中央定位中用于确定激光扫描器2的定位的。应当指出，对位置的确定，有两个恒定标记就够了。在 本实施例中，恒定标记PMi-PM3是圆柱体，它们也可以是球体或适 合反射从激光头3发射的激光束4的其他标记。只有所有恒定标记 PM广PM3是按某种方式固定的不动标记，例如被固定于建筑物，这 样，它们不改变它们与转炉1的位置关系。图l还画出两个临时标记TMi和TM2，它们在开始测量过程之 前，被定位在转炉1的开口 7的右侧和左侧。如在说明书引言部分所 指出，临时标记T1V^和TM2也是圆柱体，但还可以是球体或其他反 射体，而唯一重要的是，临时标记在激光扫描器的所有三个工作位置 2、 2'、 2"期间保持在同一位置。测量之后，只有对新的测量，才可以 移动临时标记并必须定位在转炉前面。然后，把这些临时标记重新定 位在新的位置。唯一要求的是，这些临时标记是在激光扫描器2的扫 描区域之内。在其他实施例中，可以使用两个或更多临时标记。不言自明，激光头3和接收装置5是按定义的相互空间关系和按 本发明的方法使用的。激光头3的操作，是使它把激光源发出的激光 辐射，引向偏转反射镜，例如多面镜，该多面镜以它的旋转使激光束 4偏转。作为激光束的波长，可见光或近红外光是适当的。如果旋转 反射镜绕水平轴旋转，则在垂直方向产生激光束的偏转。如果激光头 3还被步进电机绕垂直轴旋转，则激光束4按盘状方式扫描耐熔衬里 6的表面。图2画出确定耐熔衬里6的表面的测量过程，而图1中的初始定 位扫描，以实线表示，实际的测量扫描，以虛线的激光束4'、 4〃表示。 要特别指出，下面的步骤是用按照本发明的方法实施的 參临时标记TMp TM^皮置于转炉1的前面。 參激光扫描器2大致被定位在转炉1前面的中央。 參固定于建筑物的恒定标记PM,PM3，被激光扫描器2用指向 背面，即背对转炉1开口7的激光头3扫描。*识别恒定标记PMi 一 PM3，并计算它们相对于激光扫描器2坐标系统的位置。*使用有关恒定标记PMi - PM3位置和转炉倾斜轴8位置的先前 的信息，对激光扫描器2相对于转炉1的位置定坐标。所述信息是在 初始定坐标测量期间获得的。參中断转炉1内的生产过程。 把转炉1例如沿水平轴H方向倾斜到第一位置。參进行转炉1内部的第一次中部各个中央的扫描，同时还扫描临 时标iiTMp TM2。"只别临时标记TMp TM2,并计算它们相对于激光扫描器2的 位置。这样能使它们的位置相对于转炉1定坐标。參现在把转炉1倾斜到笫二位置，例如向下20。。*完成转炉1内部的第二次中央扫描。參把转炉l倾斜到第三位置，例如以先前位置为基准，向上超过 40。(即以水平轴H为基准，向上20°)。 *完成第三次中央扫描。*把激光扫描器2从它的中央位置移动到左侧位置2'。 參完成耐熔衬里6的左侧扫描，同时扫描临时标记TM" TM2。 "只别临时标记TMi、 TM2，并计算它们相对于激光扫描器2'的位置。參因为临时标记TMp TM2相对于转炉1的位置已知，所以能够 相对于转炉1确定激光扫描器2'在左侧定位的位置。*其后，移动激光扫描器2到右侧位置2〃，并从右侧扫描转炉1， 同时从右侧对临时标记TMp TM2进4亍扫描。鲁计算临时标记TM^TM2和它们相对于激光扫描器2〃的坐标系 统的位置。争因为临时标记TM^ TM2相对于转炉1的位置已知，所以激光 扫描器2〃的右侧位置能够计算并相对于转炉1定坐标。*根据从接收装置5接收的、有关来自中央扫描、左侧扫描、和 右侧扫描的激光束4、 4'、和4〃的传播时间数据，以及根据激光扫描器2的倾斜角，能够确定耐熔衬里6的表面。參通过比较先前储存的测量结果，能够检测耐熔衬里6的厚度变化。应当指出，本领域熟练人员在不偏离本专利的权利要求的范围 下，知道如何修改按照本发明的方法。
权利要求
1.一种借助激光扫描器(2)测量冶金熔罐(1)的耐熔衬里(6)的方法，该激光扫描器包括用于发射激光束的激光头(3)，该激光束能沿垂直和水平方向偏转；和用激光头(3)邻域中的接收装置(5)，接收从耐熔衬里(6)反射的激光束(4)，以便确定激光束的方向和传播时间；其中，在耐熔衬里(6)实际测量之前的步骤中，激光扫描器(2)相对于转炉倾斜轴(8)坐标系统的初始参照位置和指向，由先前安置和定义的恒定标记(PM1-PM3)建立；其特征在于(a)转炉(1)内钢的生产过程被终止；(b)转炉(1)被倾斜，以便扫描进某一位置，使转炉(1)的开口(7)由此面对激光扫描器(2)；(c)耐熔衬里(6)的第一次扫描，是用激光扫描器(2)在它的初始参考位置和指向在转炉(1)的开口(7)面前完成的，同时还扫描两个或更多临时标记(TM1、TM2)，所述临时标记或者在中断钢生产过程之前定位于转炉(1)的前面，或者它们是用转炉之上或之内的附属结构表示；(d)确定两个或更多临时标记(TM1、TM2)的位置与激光扫描器(2)的坐标系统的关系，以便能在转炉倾斜轴(8)坐标系统中计算这些临时标记的位置；(e)其后，把激光扫描器(2)移动到转炉(1)前面的一个或更多新的位置(2′、2″)，这些位置在该瞬间尚未定义；(f)其后，用精确定位在转炉(1)的开口(7)前面的激光扫描器(2)，进行耐熔衬里(6)的扫描，并同时扫描临时标记(TM1、TM2)和同时确定这些临时标记(TM1、TM2)在激光扫描器(2)的坐标系统内的位置，以便能够从先前已计算的临时标记(TM1、TM2)相对于转炉倾斜轴(8)的坐标系统的位置，计算激光扫描器(2)相对于转炉倾斜轴(8)的坐标系统的新的位置及指向；和(g)其后，可供选择地，使转炉(1)倾斜成一个或更多另外的位置，重复步骤(e)-(f)；及最后(h)从激光束扫描产生的点的数据、转炉倾斜角、和激光扫描器位置(2、2′、2″)，能够导出钢转炉(1)的耐熔衬里(6)的内部等高线。
2. 按照权利要求1的方法，其特征在于，作为恒定标记 (PM^PM3)，是使用适合反射激光束(4)的圆柱体、球体、平板体、或类似的体。
3. 按照权利要求2的方法，其特征在于，至少使用两个恒定标 记(PM广PM3)。
4. 按照权利要求1的方法，其特征在于，作为临时标记(TMj、 TM2)，是使用适合反射激光束(4)并在测量期间不改变它们位置 的圆柱体、球体、平板体、或类似的体，或熔罐的零件。
5. 按照权利要求4的方法，其特征在于，作为临时标记(TMp TM2)，是使用粘附于开口 (7)的熔渣残余物。
6. 按照权利要求4的方法，其特征在于，作为临时标记(TMp TM2)，是使用耐熔衬里(6)中的形成的明显结构，如由铸口形成 的浇口或焰口。
7. 按照权利要求4的方法，其特征在于，至少使用两个临时标 记(TM^TM2)。
8. 按照权利要求l的方法，其特征在于，从激光扫描器(2) 的至少两个位置上，通过转炉(1)的开口 (7)对耐熔衬里(6)进 行扫描。
9. 按照权利要求8的方法，其特征在于，从激光扫描器(2) 的至少三个位置上，即开口 (7)前面的中央、以及中央的左侧和右 侧，通过转炉(1)的开口 (7)对耐熔衬里(6)进行扫描。
10. 按照权利要求1-9的方法，其特征在于，耐熔衬里(6)是 在转炉(1)的多于一个的倾斜位置中，从至少一个激光扫描器位置(2、 2'、 2")扫描的。
11. 按照权利要求10的方法，其特征在于，对激光扫描器的至 少一个位置，使转炉(1)倾斜到两个位置。
12. 按照权利要求10的方法，其特征在于，该转炉(l)的两个 倾斜位置，被选择为以水平轴(H)作基准的+20°和-20°。
13. 按照权利要求10的方法，其特征在于，对激光扫描器的至 少一个位置，使转炉(1)倾斜到三个位置。
14. 按照权利要求13的方法，其特征在于，作为转炉(1)的三 个倾斜位置，被选择为以水平轴(H)作基准的0。、 +20。、和-20°。
15. 按照权利要求10的方法，其特征在于，对多于一个激光扫 描器位置，转炉(1)按多于一个倾斜位置被扫描。
全文摘要
一种用激光扫描器测量冶金熔罐，例如钢转炉的耐熔衬里中磨损的方法。拖车上是有等高线绘制系统的激光器，能够在各次测量之间移动。该等高线绘制系统参照拖车后面的三个恒定标记和位于罐附近的两个临时标记。从可移动拖车到5个标记每一个的距离，由等高线绘制系统在初始测量时确定。拖车每移动一次，进行一次测量，等高线绘制系统扫描该罐和该两个临时标记但不扫描恒定标记。
文档编号G01B11/24GK101322008SQ200680045093
公开日2008年12月10日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月2日
发明者C·卡尔霍夫, D·巴利森巴什, J·克莱因落哈, S·喀什霍夫 申请人:密执安特种矿石公司