CN107421508B - 干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置及空中三角测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动起升影像采集装置，包括导向绳、起升机构、自旋平台和照相机，导向绳垂直安装在干熄焦炉内部；起升机构套穿在导向绳上，并能相对导向绳上下运动；自旋平台安装于起升机构的顶部随起升机构上下运动，并能绕导向绳转动，自旋平台上安装有云台；照相机安装于云台上。本发明通过电动起升影像采集装置在干熄焦炉罐体内进行连续影像采集，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，检测内衬破损程度以及几何尺寸的变形情况，确定工程量和施工方案。

Description

干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置及空中三角测量 方法

技术领域

本发明涉及炉窑施工技术领域，具体涉及一种干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置及空中三角测量方法。

背景技术

干熄焦炉属于大型工业炉，结构复杂，砖号繁多，对几何尺寸的精度要求很高。在新建过程中，干熄焦炉冷却段、斜风道、环形风道、上部锥体需要提前进行预砌筑。砌筑时以罐体中心轴为基准，在罐壳上划分分度线，以降低环形砌筑时的累积误差。干熄焦炉投产后，耐火材料工作环境恶劣，长期受温度骤变，急冷急热，强气流冲刷、焦炭的摩擦、化学浸蚀作用的影响，易出现磨损、断裂，以及几何尺寸的改变。

检修过程中，首先需要对干熄焦炉内衬破损程度进行检测，才能计算工程量以及制定检修方案。以往的检测方法是通过目测耐火材料的外观破损情况，而对内衬的整体几何尺寸变形量无法提供数据，在施工过程中，遇到问题只能进一步变更施工计划，追加工程量，施工工期无法保障。

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内衬的整体几何尺寸变形量无法提供数据的不足，提供一种干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置及空中三角测量方法，它能得到干熄焦炉内衬的准确的3D形状，检测内衬破损程度以及几何尺寸的变形情况。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，包括：

导向绳，所述导向绳垂直安装在干熄焦炉的炉体内部；

起升机构，所述起升机构套穿在所述导向绳上，并能相对所述导向绳上下运动；

自旋平台，所述自旋平台安装于所述起升机构的顶部随起升机构上下运动，并能绕所述导向绳转动，所述自旋平台上安装有云台；

照相机，所述照相机安装于所述自旋平台的云台上。

上述方案中，所述导向绳的两端分别固定在干熄焦炉的炉顶部位和炉底部位。

上述方案中，所述起升机构包括两个电动夹头和一个电动升降装置；所述两个电动夹头套穿在所述导向绳上并沿导向绳上下分布；所述电动升降装置包括上下对称布置的顶板和底板、安装于所述顶板和底板之间的菱形伸缩架、以及安装于所述菱形伸缩架下部的驱动装置；所述驱动装置驱动所述菱形伸缩架做伸缩运动；位于下方的电动夹头与所述顶板固定连接，位于上方的电动夹头与所述底板固定连接。

上述方案中，所述电动夹头包括电钻卡头和电动扳轮；所述电钻卡头包括夹头、夹爪、伞齿轮以及内部齿圈，所述夹头为中空结构，所述夹爪安装在所述夹头内部，所述伞齿轮旋转带动所述内部齿圈控制所述夹爪的松与紧；所述电动扳轮包括相连的第一直柄电动扳手和扳轮；所述扳轮为锥齿轮结构，与所述伞齿轮啮合；所述第一直柄电动扳手内设无线信号接收器。

上述方案中，位于下方的电动夹头的夹头通过第一支架与所述顶板固定连接，位于上方的电动夹头的夹头通过第二支架与所述底板固定连接。

上述方案中，所述菱形伸缩架有两个，两个菱形伸缩架关于所述导向绳对称布置。

上述方案中，所述驱动装置包括两连接轴、一丝杆和一第二直柄电动扳手；每一连接轴的两端分别与两个菱形伸缩架上高度相对应的销轴固定连接，并且两连接轴位于同一高度；其中一个连接轴的中部设有轴承座，另一个连接轴的中部设有螺母，所述丝杆的一端拧在螺母内，丝杆的另一端与轴承座相连；所述第二直柄电动扳手用于转动所述丝杆从而改变所述螺母与轴承座之间的距离，所述第二直柄电动扳手内设无线信号接收器。

上述方案中，所述自旋平台包括底座、中心套管、电动机构和旋转平台；所述底座的下部与所述顶板固定连接，底座的上部中心与所述中心套管固定连接，所述电动机构安装于中心套管的侧面，电动机构的下方设有小齿轮，所述旋转平台活动安装于所述底座的上方，旋转平台上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮，所述电动机构驱动所述小齿轮转动，带动大齿轮和旋转平台转动。

上述方案中，所述电动机构内设无线信号接收器。

本发明还提出了一种干熄焦炉内衬检修空中三角测量方法，该方法利用上述方案中的电动起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：先将导向绳一端固定在干熄焦炉的炉顶部位，再将导向绳的自由端下放至炉底，接着将电动起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，并将导向绳绷紧；

步骤二，试运行电动起升影像采集装置：装置起升时，菱形伸缩架处于折叠状态，位于上方的电动夹头夹紧导向绳，位于下方的电动夹头松开导向绳，驱动装置驱动菱形伸缩架伸展，从而带动位于下方的电动夹头上升，当两个电动夹头相距最小安全距离时，停止起升，位于下方的电动夹头夹紧导向绳，位于上方的电动夹头松开导向绳，驱动装置驱动菱形伸缩架收拢，从而带动位于上方的电动夹头上升，即可完成一个起升行程；

步骤三，影像采集：安装好照相机，调整云台的仰俯角度，根据干熄焦炉炉内照明的情况，设置照相机的参数，接着将电动起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，重复步骤二的起升步骤，将装置运行到另一适当高度，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，分析内衬变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对内衬半径和砖层标高进行测量，导出数据，与设计尺寸进行对比；

步骤六，根据空中三角测量数据反推实物中心轴：在3ds max软件中，将内衬设计尺寸的多个截面进行绘制，从下至上或反向依次点选截面生成原设计模型，与实景模型重合，校正原点，为内衬检修提供中心轴线；

步骤七，根据对实景模型的变形数据分析，确定工程量并制定施工方案。

本发明的主要有益效果是：

1、导向绳垂直安装在干熄焦炉的炉体内部，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、起升机构采用电钻卡头、直柄电动扳手，充分利用现有技术，改变常规使用功能，降低了装置制造成本。

4、采用影像数据进行实景建模，模型真实，能进一步获取变形数据，指导项目分析，以及工程量计算和施工方案的制定。

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是本发明的电动起升影像采集装置的结构图；

图2是图1所示的电动起升影像采集装置的仰视图；

图3是图1所示的电动起升影像采集装置的菱形伸缩架收拢状态示意图；

图4是图1所示的电动起升影像采集装置的电动夹头的分解图；

图5是图4所示的电动起升影像采集装置的电动夹头的组装图；

图6是图1所示的电动起升影像采集装置的电动夹头的起升机构的局部结构图；

图7是本发明干熄焦炉内衬检修空中三角测量方法的单轮影像照相机采集路径示意图；

图8为本发明干熄焦炉内衬检修空中三角测量方法的影像重叠率示意图。

图中：100、电动起升影像采集装置；10、导向绳；20、起升机构；21、电动夹头；211、电钻卡头；2111、夹头；2112、夹爪；2113、伞齿轮；212、电动扳轮；2121、第一直柄电动扳手；2122、扳轮；22、电动升降装置；221、顶板；222、底板；223、菱形伸缩架；2231、销轴；224、驱动装置；2241、连接轴；2242、丝杆；2243、轴承座；2244、第二直柄电动扳手；30、自旋平台；31、底座；32、中心套管；33、电动机构；34、旋转平台；35、大齿轮；36、云台；40、照相机；51、第一支架；52、第二支架；53、第三支架；54、第四支架；55、第五支架。

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1-3所示，为本发明一较佳实施例的电动起升影像采集装置100，包括导向绳10、起升机构20、自旋平台30和照相机40。导向绳10垂直安装在干熄焦炉的炉体内部；起升机构20套穿在导向绳10上，并能相对导向绳10上下运动；自旋平台30安装于起升机构20的顶部随起升机构20上下运动，并能绕导向绳10转动，自旋平台30上安装有云台36；照相机40安装于自旋平台30的云台36上。

进一步优化，本实施例中，导向绳10的两端分别固定在干熄焦炉的炉顶部位和炉底部位。

进一步优化，本实施例中，起升机构20包括两个电动夹头21和一个电动升降装置22；两个电动夹头21套穿在导向绳10上并沿导向绳10上下分布；电动升降装置22为电动旋转推杆驱动剪叉式升降结构，包括上下对称布置的顶板221和底板222、安装于顶板221和底板222之间的菱形伸缩架223、以及安装于菱形伸缩架223下部的驱动装置224；驱动装置224驱动菱形伸缩架223做伸缩运动；位于下方的电动夹头21与顶板221固定连接，位于上方的电动夹头21与底板222固定连接。顶板221和底板222的中心均设有圆孔，以便导向绳10穿过。

进一步优化，本实施例中，如图4-5所示，电动夹头21包括电钻卡头211和电动扳轮212；电钻卡头211包括夹头2111、夹爪2112、伞齿轮2113以及内部齿圈，夹头2111为中空结构，夹爪2112安装在夹头2111内部，伞齿轮2113旋转带动内部齿圈控制夹爪2112的松与紧；电动扳轮212包括相连的第一直柄电动扳手2121和扳轮2122；扳轮2122为锥齿轮结构，与伞齿轮2113啮合；第一直柄电动扳手2121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，位于下方的电动夹头21的夹头2111通过第一支架51与顶板221固定连接，位于上方的电动夹头21的夹头2111通过第二支架52与底板222固定连接。第一直柄电动扳手2121通过第三支架53与第一支架51或第二支架52固定连接。

第一支架51为两瓣U形结构的夹体，左右组合夹持在夹头2111上，U形结构的两侧端部延伸有杆体，一侧杆体上有多个螺栓孔，以便安装第一直柄电动扳手2121；U形结构的外侧有连接杆，连接杆为L形，其长边与顶板221固定连接。

第二支架52与第一支架51的结构类似，其区别在于连接杆的长边与底板222固定连接。

第三支架53有两组，分别与第一支架51和第二支架52配合使用。每组第三支架53包括两瓣U形结构的夹体，夹体的一端与第一支架51或第二支架52一侧杆体上的螺栓孔对应安装，以使扳轮2122与伞齿轮2113啮合。

进一步优化，本实施例中，菱形伸缩架223有两个，两个菱形伸缩架223关于导向绳10对称布置。菱形伸缩架223与底板222的固定方式为，底板222的上表面设有两块筋板，筋板上有圆孔和长条孔，菱形伸缩架223的下端通过销轴与圆孔和长条孔连接。由于顶板221的结构与底板222相同，顶板221与菱形伸缩架223的固定方式同底板222，在此不再赘述。

进一步优化，本实施例中，如图6所示，驱动装置224包括两连接轴2241、一丝杆2242和一第二直柄电动扳手2244；每一连接轴2241的两端分别与两个菱形伸缩架223上高度相对应的销轴2231固定连接，并且两连接轴2241位于同一高度；其中一个连接轴2241的中部设有轴承座2243，另一个连接轴2241的中部设有螺母，丝杆2242的一端拧在螺母内，丝杆2242的另一端与轴承座2243相连；第二直柄电动扳手2244用于转动丝杆2242从而改变螺母与轴承座2243之间的距离，第二直柄电动扳手2244内设无线信号接收器，以便远程控制。

所述轴承座2243一侧的连接轴2241上设有第四支架54，第二直柄电动扳手2244通过第五支架55与第四支架54固定连接。其中，第五支架55与第三支架53的结构相同。

进一步优化，本实施例中，自旋平台30主体为轴承平台结构，包括底座31、中心套管32、电动机构33、旋转平台34和云台36；底座31的下部与顶板221固定连接，底座31的上部中心与中心套管32固定连接，电动机构33安装于中心套管32的侧面，电动机构33的下方设有小齿轮，旋转平台34的中部设有用于中心套管32穿过的孔，旋转平台34可绕中心套管32旋转，旋转平台34上固定安装有与小齿轮啮合的大齿轮35，电动机构33驱动小齿轮转动，带动大齿轮35和旋转平台34转动。优选地，云台36安装于旋转平台34的外沿，以便安装照相机40。

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。

本发明还提出了一种干熄焦炉内衬检修空中三角测量方法，该方法利用上述方案中的电动起升影像采集装置100进行测量，包括以下步骤：

步骤一，安装导向绳10：在干熄焦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，接着将电动起升影像采集装置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，试运行电动起升影像采集装置100：装置起升时，菱形伸缩架223处于折叠状态，位于上方的电动夹头21夹紧导向绳10，位于下方的电动夹头21松开导向绳10，驱动装置224驱动菱形伸缩架223伸展，从而带动位于下方的电动夹头21上升，当两个电动夹头21相距最小安全距离时，停止起升，位于下方的电动夹头21夹紧导向绳10，位于上方的电动夹头21松开导向绳10，驱动装置224驱动菱形伸缩架223收拢，从而带动位于上方的电动夹头21上升，即可完成一个起升行程；

步骤三，影像采集：安装好照相机40，调整云台36的仰俯角度，根据干熄焦炉炉内照明的情况，设置照相机40的参数，如光圈、速度、感光度，接着将电动起升影像采集装置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，重复步骤二的起升步骤，将装置运行到另一适当高度，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，分析内衬变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对内衬半径和砖层标高进行测量，导出数据，与设计尺寸进行对比；

步骤六，根据空中三角测量数据反推实物中心轴：在3ds max软件中，将内衬设计尺寸的多个截面进行绘制，从下至上或反向依次点选截面生成原设计模型，与实景模型重合，校正原点，为内衬检修提供中心轴线；

步骤七，根据对实景模型的变形数据分析，确定工程量并制定施工方案。

本发明通过电动起升影像采集装置100在干熄焦炉罐体内进行连续影像采集，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，检测内衬破损程度以及几何尺寸的变形情况，确定工程量和施工方案。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是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 (8)

1.一种干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，包括：

导向绳，所述导向绳垂直安装在干熄焦炉的炉体内部；

起升机构，所述起升机构套穿在所述导向绳上，并能相对所述导向绳上下运动；所述起升机构包括两个电动夹头和一个电动升降装置；所述两个电动夹头套穿在所述导向绳上并沿导向绳上下分布；所述电动升降装置包括上下对称布置的顶板和底板、安装于所述顶板和底板之间的菱形伸缩架、以及安装于所述菱形伸缩架下部的驱动装置；所述驱动装置驱动所述菱形伸缩架做伸缩运动；位于下方的电动夹头与所述顶板固定连接，位于上方的电动夹头与所述底板固定连接；所述电动夹头包括电钻卡头和电动扳轮；所述电钻卡头包括夹头、夹爪、伞齿轮以及内部齿圈，所述夹头为中空结构，所述夹爪安装在所述夹头内部，所述伞齿轮旋转带动所述内部齿圈控制所述夹爪的松与紧；所述电动扳轮包括相连的第一直柄电动扳手和扳轮；所述扳轮为锥齿轮结构，与所述伞齿轮啮合；所述第一直柄电动扳手内设无线信号接收器；

自旋平台，所述自旋平台安装于所述起升机构的顶部随起升机构上下运动，并能绕所述导向绳转动，所述自旋平台上安装有云台；

照相机，所述照相机安装于所述自旋平台的云台上。

2.根据权利要求1所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，所述导向绳的两端分别固定在干熄焦炉的炉顶部位和炉底部位。

3.根据权利要求1所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，位于下方的电动夹头的夹头通过第一支架与所述顶板固定连接，位于上方的电动夹头的夹头通过第二支架与所述底板固定连接。

4.根据权利要求1所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，所述菱形伸缩架有两个，两个菱形伸缩架关于所述导向绳对称布置。

5.根据权利要求4所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，所述驱动装置包括两连接轴、一丝杆和一第二直柄电动扳手；每一连接轴的两端分别与两个菱形伸缩架上高度相对应的销轴固定连接，并且两连接轴位于同一高度；其中一个连接轴的中部设有轴承座，另一个连接轴的中部设有螺母，所述丝杆的一端拧在螺母内，丝杆的另一端与轴承座相连；所述第二直柄电动扳手用于转动所述丝杆从而改变所述螺母与轴承座之间的距离，所述第二直柄电动扳手内设无线信号接收器。

6.根据权利要求1所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，所述自旋平台包括底座、中心套管、电动机构和旋转平台；所述底座的下部与所述顶板固定连接，底座的上部中心与所述中心套管固定连接，所述电动机构安装于中心套管的侧面，电动机构的下方设有小齿轮，所述旋转平台活动安装于所述底座的上方，旋转平台上固定安装有与所述小齿轮啮合的大齿轮，所述电动机构驱动所述小齿轮转动，带动大齿轮和旋转平台转动。

7.根据权利要求6所述的干熄焦炉内衬检修用电动起升影像采集装置，其特征在于，所述电动机构内设无线信号接收器。

8.一种干熄焦炉内衬检修空中三角测量方法，其特征在于，利用权利要求1所述的电动起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：先将导向绳一端固定在干熄焦炉的炉顶部位，再将导向绳的自由端下放至炉底，接着将电动起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，并将导向绳绷紧；

步骤二，试运行电动起升影像采集装置：装置起升时，菱形伸缩架处于折叠状态，位于上方的电动夹头夹紧导向绳，位于下方的电动夹头松开导向绳，驱动装置驱动菱形伸缩架伸展，从而带动位于下方的电动夹头上升，当两个电动夹头相距最小安全距离时，停止起升，位于下方的电动夹头夹紧导向绳，位于上方的电动夹头松开导向绳，驱动装置驱动菱形伸缩架收拢，从而带动位于上方的电动夹头上升，即可完成一个起升行程；

步骤三，影像采集：安装好照相机，调整云台的仰俯角度，根据干熄焦炉炉内照明的情况，设置照相机的参数，接着将电动起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，重复步骤二的起升步骤，将装置运行到另一适当高度，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，分析内衬变形数据：将实景模型导入到3ds max软件中，按砖层标高获取等高线，进一步对内衬半径和砖层标高进行测量，导出数据，与设计尺寸进行对比；

步骤六，根据空中三角测量数据反推实物中心轴：在3ds max软件中，将内衬设计尺寸的多个截面进行绘制，从下至上或反向依次点选截面生成原设计模型，与实景模型重合，校正原点，为内衬检修提供中心轴线；

步骤七，根据对实景模型的变形数据分析，确定工程量并制定施工方案。

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