CN107255469B - 热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置及实景建模方法 - Google Patents

热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置及实景建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种垂直爬升影像采集装置，包括导向绳、起升机构、自旋平台和照相机，导向绳垂直安装在热风炉内部；起升机构包括套穿于导向绳的导向绳套筒、卷绳器和牵引绳，牵引绳与卷绳器连接；自旋平台包括底座、旋转平台、电动机构和云台，底座与导向绳套筒连接，牵引绳与底座连接，底座的外侧设有大齿轮；旋转平台转动安装于底座上；电动机构安装于旋转平台，其输出轴设有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合；照相机安装于旋转平台的云台上。本发明利用垂直爬升影像采集装置进行影像采集，再利用具有空中三角测量计算的软件得到三维模型，检测实际隔墙脊线，参照墙体特征，标注其特征与综合校正后的脊线尺寸关系，避免隔墙在砌筑过程中无标线可依。

Description

热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置及实景建模方法
技术领域
本发明涉及炉窑施工技术领域，具体涉及一种热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置及实景建模方法。
背景技术
高炉是炼铁的主要设备，热风炉是高炉的主要附属设备之一，它的用途是利用高炉煤气燃烧的热量，借助格子砖的热交换作用，为高炉提供高温的热风。因此，每座高炉一般配备3～4座热风炉，以便燃烧加热与送风交替进行作业。
由于热风炉常年生产，有些格子砖碎裂严重，大量碎块掉下，格孔堵塞量较大，严重影响热风炉热效率，隔墙热膨胀,出现断裂，以及几何尺寸的改变，因此需对热风炉进行格子砖、隔墙改造检修。
检修过程中，隔墙的接茬部分留在热风炉的筒身大墙中，垂直脊线与原设计轴线发生了改变，需要对隔墙接茬砖偏移程度进行检测，与实际结合，综合校正新修复隔墙的弧度与原设计相符。以往的检测方法是通过经纬仪进行检测，做标线，施工人员每一人高，通过线坠向上作延长线，前后视角稍有偏移，就会产生很大的误差，需要测量员重新使用经纬仪进行找正，导致隔墙砌筑垂直度无法保证，如果分段留错台逐层找正，格子砖受热膨胀升高会与隔墙错台相碰撞，产生碎裂、变形，大大影响修复质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的测量误差大的不足，提供一种热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置及实景建模方法，它能对热风炉进行模型重建，检测实际隔墙脊线，参照墙体特征，标注其特征与综合校正后的脊线尺寸关系，避免隔墙在砌筑过程中无标线可依。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置，包括：
导向绳，所述导向绳垂直安装在热风炉的炉体内部；
起升机构，所述起升机构包括导向绳套筒、卷绳器和牵引绳，所述导向绳套筒套穿于所述导向绳，所述卷绳器固定于热风炉的外部，所述牵引绳的一端与卷绳器连接并缠绕在其绞盘上；
自旋平台，所述自旋平台包括底座、旋转平台、电动机构和云台，所述底座与所述导向绳套筒固定连接，所述牵引绳的另一端与所述底座固定连接，所述底座的外侧设有大齿轮；所述旋转平台转动安装于所述底座上；所述电动机构固定安装于所述旋转平台上，电动机构的输出轴设有小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮啮合；所述云台固定安装于所述旋转平台上；
照相机，所述照相机安装于所述云台上。
上述方案中，所述云台的数量为一个，所述照相机的数量为一个。
上述方案中，所述云台的数量为两个，所述照相机的数量为两个，所述两个云台均匀分布在所述旋转平台上，所述两个照相机分别对应安装于所述两个云台上。
上述方案中，所述电动机构内设无线信号接收器。
上述方案中，所述起升机构还包括顶部滑轮，所述牵引绳跨过所述顶部滑轮的圆盘。
上述方案中，所述底座和旋转平台均为圆环形，所述底座与旋转平台之间设有滚动体，所述底座的内壁中间固定一横梁，所述横梁与所述导向绳套筒固定连接。
上述方案中，所述横梁上端固定安装有吊耳，所述吊耳与所述牵引绳连接。
上述方案中，所述电动机构安装于所述旋转平台的外沿。
上述方案中，所述云台安装于所述旋转平台的外沿。
本发明还提出了一种热风炉内衬检修的实景建模方法，该方法利用上述方案中所述的垂直爬升影像采集装置进行影像采集，包括以下步骤：
步骤一，安装导向绳以及初装垂直爬升影像采集装置：先将导向绳一端固定在热风炉的炉顶部位，再将导向绳的自由端下放至炉底，接着将垂直爬升影像采集装置套穿在导向绳上，然后将导向绳的底端与炉底连接，最后调整导向绳的垂直度，并绳绷紧；
步骤二，安装起升机构：在热风炉炉顶外部安装卷绳器，将牵引绳的自由端与底座固定连接，并进行起升测试；
步骤三，影像采集：安装好照相机，调整云台的仰俯角度，根据热风炉炉内照明的情况，设置照相机的参数，接着将垂直爬升影像采集装置运行到适当高度，自旋平台带动照相机旋转进行间隔拍照，照片通过WiFi回传至电脑端，进行查看并及时校正拍摄参数以及视角等，采集完一圈影像图片，将垂直爬升影像采集装置提升到另一适当高度，进行下一轮的影像采集；
步骤四，模型重建：将影像图片导入具有空中三角测量计算的软件(BentleyContext Capture Center)中，进行运算，获取实景模型；
步骤五，分析筒体隔墙脊线变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对筒体半径和砖层标高进行测量，结合检测数据与筒身大墙特征关联，导出数据；
步骤六，将数据转化成施工人员所需的信息，直接指导施工。
本发明的有益效果在于：
1、导向绳垂直安装在热风炉的炉体内部，起升机构套穿在导向绳上，上下运行，所用材料少，安装快捷。
2、自旋平台带动照相机旋转进行间隔拍照，照片通过WiFi回传至电脑端，进行查看，能及时校正拍摄参数以及视角，避免了影像的无效采集。
3、将检测数据与筒身大墙特征(纹理、砖缝)关联，便于施工人员快速确定综合校正后的脊线尺寸关系，避免隔墙在砌筑过程中无标线可依。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的垂直爬升影像采集装置的结构图；
图2是本发明第二实施例的垂直爬升影像采集装置的结构图；
图3是本发明热风炉内衬检修的实景建模方法的采集单轮影像照相机采集路径示意图；
图4是本发明热风炉内衬检修的实景建模方法的影像重叠率示意图；
图5是热风炉的剖视图。
图中：100、垂直爬升影像采集装置；10、导向绳；20、起升机构；21、导向绳套筒；22、顶部滑轮；23、卷绳器；24、牵引绳；30、自旋平台；31、底座；311、大齿轮；32、旋转平台；33、电动机构；331、小齿轮；34、横梁；341、吊耳；35、云台；40、照相机；200、隔墙。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明第一实施例的热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置100，包括：
导向绳10，导向绳10垂直安装在热风炉的炉体内部，导向绳10的两端分别固定在热风炉的炉顶部位和炉底部位，优选地，导向绳10有两根；
起升机构20，起升机构20包括导向绳套筒21、卷绳器23和牵引绳24，导向绳套筒21套穿于导向绳10并能沿导向绳10上下滑动，卷绳器23固定于热风炉的外部，牵引绳24的一端与卷绳器23连接并缠绕在其绞盘上，通过卷绳器23收放牵引绳24，从而调整垂直爬升影像采集装置100的高度，优选地，卷绳器23为电动棘轮卷绳器或手动棘轮卷绳器；
自旋平台30，包括底座31、旋转平台32、电动机构33和云台35，底座31与导向绳套筒21固定连接，牵引绳24的另一端与底座31固定连接，底座31的外侧设有大齿轮311；旋转平台32转动安装于底座31上；电动机构33固定安装于旋转平台32上，电动机构33的输出轴设有小齿轮331，小齿轮331与大齿轮311啮合，电动机构33转动使小齿轮331绕大齿轮311公转，从而带动自旋平台30自转；云台35固定安装于旋转平台32上；
照相机40，照相机40安装于云台35上。
进一步优化，本实施例中，云台35的数量为一个，照相机40的数量为一个。
进一步优化，本实施例中，电动机构33内设无线信号接收器，以便远程控制。
进一步优化，本实施例中，起升机构20还包括顶部滑轮22，牵引绳24跨过顶部滑轮22的圆盘。
进一步优化，本实施例中，自旋平台30为轴承平台结构，底座31和旋转平台32均为圆环形，底座31和旋转平台32之间设有滚动体，底座31的内壁中间固定一横梁34，横梁34与导向绳套筒21固定连接。具体地，横梁34的两端设有固定孔，导向绳套筒21固定安装于固定孔内。
进一步优化，本实施例中，横梁34的上端面中心处固定安装有吊耳341，吊耳341与牵引绳24连接。
进一步优化，本实施例中，电动机构33安装于旋转平台32的外沿，以便小齿轮331与大齿轮311啮合传动。
进一步优化，本实施例中，云台35安装于旋转平台32的外沿，以便安装照相机40。
如图2所示，为本发明第二实施例的热风炉内衬检修用垂直爬升影像采集装置100，本实施例与第一实施例的区别在于：云台35的数量为两个，照相机40的数量为两个，两个云台35均匀分布在旋转平台32上，两个照相机40分别对应安装于两个云台35上。在测量时一台照相机40对仰视的影像进行采集，一台照相机40对俯视的影像进行采集，数据量更丰富，使模型重建更精确。
本发明还提出了一种热风炉内衬检修的实景建模方法，该方法利用上述方案中的垂直爬升影像采集装置100进行影像采集，再利用具有空中三角测量计算的软件，分析从不同视点拍摄的几个影像的静态对象，并以自动检测对应于一个相同的物理点像素。从许多这样的对应关系，得到内衬的准确的3D形状，进一步输出带有照片贴图的逼真三维模型或网格面模型，检测实际隔墙200脊线，参照墙体特征，标注其特征与综合校正后的脊线尺寸关系，避免隔墙200在砌筑过程中无标线可依。具体包括以下步骤：
步骤一，安装导向绳10以及初装垂直爬升影像采集装置100：在热风炉的炉顶部位搭设固定架，安装导向绳10一端，并初步固定，再将导向绳10的自由端下放至炉底；接着将垂直爬升影像采集装置100套穿在导向绳10上，然后将导向绳10的底端与炉底连接，连接方式可采用地脚螺栓的连接方式或采用制作钢结构底座进行连接；最后调整导向绳10的垂直度，并将导向绳10绷紧。
步骤二，安装起升机构20：在热风炉炉顶外部安装顶部滑轮22和卷绳器23，将牵引绳24的自由端与垂直爬升影像采集装置100的吊耳341连接，并进行起升测试。
步骤三，影像采集：安装好照相40，调整云台35的仰俯角度，根据热风炉炉内照明的情况，设置照相机的参数，如光圈、速度、感光度，接着将垂直爬升影像采集装置100运行到适当高度，自旋平台30带动照相机40旋转进行间隔拍照，相邻照片的重叠率达到50％～65％之间，照片通过WiFi回传至电脑端，进行查看并及时校正拍摄参数以及视角等；采集完一圈影像图片，将装置提升到另一适当高度，进行下一轮的影像采集，如图3、图4所示。
步骤四，模型重建：将影像图片导入具有空中三角测量计算的软件(BentleyContext Capture Center)中，进行运算，获取实景模型。
步骤五，分析筒体隔墙200脊线变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对筒体半径和砖层标高进行测量，结合检测数据与筒身大墙特征，如纹理、砖缝关联，导出数据。
步骤六，将数据转化成施工人员所需的信息，直接指导施工。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，利用垂直爬升影像采集装置进行影像采集，所述垂直爬升影像采集装置包括导向绳、起升机构、自旋平台和照相机；所述导向绳垂直安装在热风炉的炉体内部；所述起升机构包括导向绳套筒、卷绳器和牵引绳，所述导向绳套筒套穿于所述导向绳，所述卷绳器固定于热风炉的外部，所述牵引绳的一端与卷绳器连接并缠绕在其绞盘上；所述自旋平台包括底座、旋转平台、电动机构和云台，所述底座与所述导向绳套筒固定连接，所述牵引绳的另一端与所述底座固定连接，所述底座的外侧设有大齿轮；所述旋转平台转动安装于所述底座上；所述电动机构固定安装于所述旋转平台上，电动机构的输出轴设有小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮啮合；所述云台固定安装于所述旋转平台上；所述照相机安装于所述云台上；
所述热风炉内衬检修的实景建模方法具体包括以下步骤：
步骤一，安装导向绳以及初装垂直爬升影像采集装置：先将导向绳一端固定在热风炉的炉顶部位，再将导向绳的自由端下放至炉底，接着将垂直爬升影像采集装置套穿在导向绳上，然后将导向绳的底端与炉底连接，最后调整导向绳的垂直度，并绳绷紧；
步骤二，安装起升机构：在热风炉炉顶外部安装卷绳器，将牵引绳的自由端与底座固定连接，并进行起升测试；
步骤三，影像采集：安装好照相机，调整云台的仰俯角度，根据热风炉炉内照明的情况，设置照相机的参数，接着将垂直爬升影像采集装置运行到适当高度，自旋平台带动照相机旋转进行间隔拍照，照片通过WiFi回传至电脑端，进行查看并及时校正拍摄参数以及视角等，采集完一圈影像图片，将垂直爬升影像采集装置提升到另一适当高度，进行下一轮的影像采集；
步骤四，模型重建：将影像图片导入具有空中三角测量计算的软件中，进行运算，获取实景模型；
步骤五，分析筒体隔墙脊线变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对筒体半径和砖层标高进行测量，结合检测数据与筒身大墙特征关联，导出数据；
步骤六，将数据转化成施工人员所需的信息，直接指导施工。
2.根据权利要求1所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述云台的数量为一个，所述照相机的数量为一个。
3.根据权利要求1所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述云台的数量为两个，所述照相机的数量为两个，两个云台均匀分布在所述旋转平台上，两个照相机分别对应安装于两个云台上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述电动机构内设无线信号接收器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述起升机构还包括顶部滑轮，所述牵引绳跨过所述顶部滑轮的圆盘。
6.根据权利要求1-3任一项所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述底座和旋转平台均为圆环形，所述底座与旋转平台之间设有滚动体，所述底座的内壁中间固定一横梁，所述横梁与所述导向绳套筒固定连接。
7.根据权利要求6所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述横梁上端固定安装有吊耳，所述吊耳与所述牵引绳连接。
8.根据权利要求1-3任一项所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述电动机构安装于所述旋转平台的外沿。
9.根据权利要求1-3任一项所述的热风炉内衬检修的实景建模方法，其特征在于，所述云台安装于所述旋转平台的外沿。
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