專利名稱：轉(zhuǎn)爐激光測厚儀爐體外快速定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用三維激光掃描器確定煉鋼轉(zhuǎn)爐(以下稱為轉(zhuǎn)爐)與三維激光掃描器之間的三維坐標(biāo)關(guān)系的定位方式。
背景技術(shù)：
三維激光掃描器是一種連續(xù)發(fā)射和接受激光的裝置。其工作原理是激光從三維激光掃描器內(nèi)發(fā)射出來，碰到物體后產(chǎn)生漫反射。有一部分激光反射回到三維激光掃描器，三維激光掃描器根據(jù)激光飛行的時間或者激光的相位變化來測量出被激光照射的點到三維激光掃描器的距離。同時，三維激光掃描器還測量出該被測量點在三維激光掃描的三維坐標(biāo)系中的水平角或仰角。三維激光掃描器在進行多點掃描后，就形成了一個掃描區(qū)域，這樣的掃描區(qū)域，就象一張數(shù)碼相片。只是數(shù)碼相片上各點具有的是不同的顏色，激光掃描的結(jié)果是各點離激光掃描器原點的距離和該點在三維激光掃描器的三維坐標(biāo)系中的水平角和仰角。目前較先進的三維激光掃描器的掃描速度可達到每秒鐘測量幾千、幾萬、甚至幾十萬個空間點。
轉(zhuǎn)爐是將高溫鐵水冶煉成高溫鋼水的冶煉容器，形狀象一個口部較小的大桶。轉(zhuǎn)爐爐體上的兩側(cè)固定安裝有一對耳軸，耳軸安裝在耳軸支座內(nèi)。耳軸支座是固定于地球安裝的。在生產(chǎn)或測量過程中，轉(zhuǎn)爐是可以圍繞其耳軸中心進行360度旋轉(zhuǎn)的。為確定在轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)中的位置，我們在轉(zhuǎn)爐的耳軸端面上安裝一個高精度的傾角測量儀，它可以實時的測量出轉(zhuǎn)爐當(dāng)前的傾角角度。這樣，在下面的敘述中，我們就可以忽略考慮轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)的自由度(因為旋轉(zhuǎn)角度為已知)，即認為轉(zhuǎn)爐爐體的三維坐標(biāo)系與地球的坐標(biāo)系之間的關(guān)系為已知。
在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，為保證生產(chǎn)的安全性，防止高溫液態(tài)鋼水燒穿轉(zhuǎn)爐而發(fā)生重大生產(chǎn)事故，需要經(jīng)常準(zhǔn)確了解轉(zhuǎn)爐內(nèi)壁耐火材料的剩余厚度。因此，應(yīng)用三維激光掃描器對轉(zhuǎn)爐內(nèi)耐火材料的表面進行激光掃描，以獲得轉(zhuǎn)爐內(nèi)表面多點的三維坐標(biāo)值。將這些點的坐標(biāo)值與原始的新爐襯或轉(zhuǎn)爐鋼殼的內(nèi)表面的坐標(biāo)值進行比較即可獲得當(dāng)前耐火材料的剩余厚度。三維激光掃描器應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐爐襯的厚度測量時，又叫做轉(zhuǎn)爐激光測厚儀。
由于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝的要求，煉鋼轉(zhuǎn)爐爐前需要進行多種生產(chǎn)作業(yè)，因此三維激光掃描器在轉(zhuǎn)爐爐前的位置是不固定的。即每次進行測量時，將三維激光掃描器移至轉(zhuǎn)爐爐前進行測量，測量結(jié)束后，將三維激光掃描器移到其它地方安放。這樣一來，每次測量時就需要重新確定出三維激光掃描器與轉(zhuǎn)爐之間的三維坐標(biāo)關(guān)系，也就是需要對三維激光掃描器進行重新定位。
目前，國外最新的轉(zhuǎn)爐激光測厚儀定位技術(shù)主要有兩種1.轉(zhuǎn)爐爐體本身結(jié)構(gòu)定位法測量前先將轉(zhuǎn)爐的爐身轉(zhuǎn)向三維激光掃描器，然后用三維激光掃描器對爐身進行掃描，進而確定出轉(zhuǎn)爐與三維激光掃描器之間的三維坐標(biāo)關(guān)系。這種定位方式的缺點是定位時間長(需要較長的時間轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)爐到定位的位置)，定位精度差(轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)時會噴濺出很多渣，而這些渣有時會覆蓋在轉(zhuǎn)爐爐身要進行定位掃描的地方)。
2.反光條定位法在三維激光掃描器測量位置的后方(轉(zhuǎn)爐在其前方)的同一個平面內(nèi)垂直于地平面永久安裝三根光反射條，該反射條在安裝后與煉鋼轉(zhuǎn)爐的空間坐標(biāo)位置關(guān)系是已知的；在三維激光掃描器上再安裝一個能360度水平旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射和接收器。定位時，激光發(fā)射和接收器依次掃描三根反射條從而得到掃描相鄰的兩根反射條的時間間隔，進而計算出相鄰的兩根反射條與三維激光掃描器之間的夾角，并最終得到三維激光掃描器在轉(zhuǎn)爐爐前某平面上的二維坐標(biāo)位置。這種定位方式的缺點是只能確定三維激光掃描器在某水平面內(nèi)的二維坐標(biāo)位置值，而不能確定其三維坐標(biāo)位置值(不能確定三維激光掃描器在垂直方向上的位置)。同時，如果三維激光掃描器不能精確的水平放置時，確定該二維坐標(biāo)的精度也將降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光三維測量時，提供一種比現(xiàn)有的定位技術(shù)速度更快且精度更高的確定轉(zhuǎn)爐與三維激光掃描器之間的三維坐標(biāo)關(guān)系的定位方式。也就是轉(zhuǎn)爐爐體外快速定位方式具體實施方式
本發(fā)明的具體實施方式
有兩種，分別如下1.轉(zhuǎn)爐爐體外多標(biāo)記點激光掃描快速定位法在轉(zhuǎn)爐爐體的外面固定于地球安裝三個或三個以上的標(biāo)記物體，如球體、圓柱體、平板或其它能夠被三維激光掃描器掃描后通過軟件可以計算出某唯一特定標(biāo)記點的物體。
在實際對轉(zhuǎn)爐爐襯進行測厚時，三維激光掃描器在對轉(zhuǎn)爐內(nèi)表面進行掃描之前或同時，掃描全部或部分(每次至少三個)外部標(biāo)記物體。計算機軟件先對所有被掃描的外部標(biāo)記物體的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行計算，以精確確定與每個外部標(biāo)記物體相關(guān)聯(lián)的唯一的點或線的坐標(biāo)(如球心，平板中心或圓柱中心線等)。然后再利用這些點或線的坐標(biāo)計算出在當(dāng)前位置上的三維激光掃描器的三維坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)爐爐體的三維坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)關(guān)系。
2.轉(zhuǎn)爐爐體爐前平臺固定位置快速定位法在轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置幾個標(biāo)記點組，所有的標(biāo)記點組相對于地球坐標(biāo)系是固定的，且永久不變。每個標(biāo)記點組含有兩個或兩個以上的標(biāo)記點(例如三個精加工的圓型小坑)。在三維激光掃描器的底部也固定安裝上一個標(biāo)記點組(如三個圓形支腿)，該標(biāo)記點組內(nèi)的標(biāo)記點之間的距離和相對位置與轉(zhuǎn)爐爐前平臺上的各組標(biāo)記點組內(nèi)的標(biāo)記點是相同的。
轉(zhuǎn)爐爐前平臺上各標(biāo)記點組一旦設(shè)置后，各標(biāo)記點組相對于轉(zhuǎn)爐的三維坐標(biāo)關(guān)系即可為已知。
在實際對轉(zhuǎn)爐爐襯進行測厚時，三維激光掃描器底部的標(biāo)記點組都要對準(zhǔn)轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置的各個標(biāo)記點組。這樣每次用三維激光掃描器對煉鋼轉(zhuǎn)爐進行三維掃描時，三維激光掃描器相對于煉鋼轉(zhuǎn)爐的位置都是相同的，因此每次三維激光掃描器在掃描的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)都可以放到同一個三維坐標(biāo)系中去進行比較和計算。
權(quán)利要求
1.在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚時，為確定三維激光掃描器與煉鋼轉(zhuǎn)爐之間的關(guān)系而在轉(zhuǎn)爐爐體的外面固定于地球安裝三個或三個以上的標(biāo)記物體(如球體、圓柱體、平板或其它能夠被三維激光掃描器掃描后通過軟件可以計算出某唯一特定點的三維坐標(biāo)的物體)的方法。
2.在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚時，用三維激光掃描器對轉(zhuǎn)爐爐體外標(biāo)記物體掃描而進行定位的方法。
3.在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚時，在轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置幾個標(biāo)記點組及在三維激光掃描器底部設(shè)置相同的標(biāo)記點組的方法。
4.在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚時，三維激光掃描器底部的標(biāo)記點組對準(zhǔn)轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置的各個標(biāo)記點組進行定位的方法。
全文摘要
在進行轉(zhuǎn)爐爐襯激光測厚時的快速定位方法。方法一、轉(zhuǎn)爐爐體外多標(biāo)記點激光掃描快速定位法在轉(zhuǎn)爐外固定安裝三個或三個以上的標(biāo)記物體。在對轉(zhuǎn)爐爐襯進行測厚時，三維激光掃描器同時掃描全部或部分外部標(biāo)記物體。計算機算出與每個外部標(biāo)記物體相關(guān)聯(lián)的唯一的點的坐標(biāo)。然后再利用這些點的坐標(biāo)計算出三維激光掃描器的坐標(biāo)位置。方法二、轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置固定位置的快速定位法在轉(zhuǎn)爐爐前平臺上固定設(shè)置幾個標(biāo)記點組。每個標(biāo)記點組含有兩個或兩個以上的標(biāo)記點。每個標(biāo)記點組內(nèi)的標(biāo)記點之間的距離和相對位置相同。在三維激光掃描器的底部也固定安裝一個標(biāo)記點組，該標(biāo)記點組內(nèi)的標(biāo)記點之間的距離和相對位置與轉(zhuǎn)爐爐前平臺上的各標(biāo)記點組內(nèi)的標(biāo)記點是相同的。對轉(zhuǎn)爐爐襯進行測厚時，三維激光掃描器底部的標(biāo)記點組對準(zhǔn)轉(zhuǎn)爐爐前平臺上設(shè)置的標(biāo)記點組。
文檔編號G01B11/06GK101067550SQ20071012281
公開日2007年11月7日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者吳保國 申請人:吳保國