CN111627128B - 适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其巡检系统，该方法通过随小车绕炉体作圆周运动的过程中进行炉体温度检测、炉体风口处温度检测、CO浓度检测、高频噪声检测、检测信息分析和报警多个步骤实现；对应巡检系统包括设置在现场的智能行走机器人、充电站和多个无线基站，以及设置在中控室内的工控机；该巡检系统及方法通过对炉体及其风口区域的表面温度、CO浓度、高频噪音三种能够有效评价炉体尤其风口处的关键监测信息进行检测和分析，以实现炉体尤其风口设备损伤情况的监测目的，又有利于提前对设备进行合理预检预修，提升生产作业的安全系数并有效降低人力和物力成本。

Description

适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统。
背景技术
在炼铁熔炼工艺中，高炉和欧冶炉为常用的熔炼炉，对于熔炼炉来说，风口是其上十分重要设备，承担向熔炼炉喷入氮气和氧气的重任，是熔炼炉安全生产的重要保证。由于其长期承受高温、腐蚀、热疲劳和磨粒冲蚀，而很容易烧损，使冷却水流入熔炼炉内部，造成炉温降低。严重时还可能导致水蒸气爆炸，造成铁水外流的重大生产事故。因此，及早发现风口破损是保证生产安全进行的重要前提条件。由于风口破损后，炉内高温气体会进入风口冷却水中使水温上升。所以，实时监测冷却水管表面温度的异常变化，准确定位破损部位和严重程度就显得十分必要。由于风口平台处于煤气富集区域，尽量减少人员活动，采用智能检测设备替代人工巡检，以实现最大程度的保障人员安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时监测具有风口结构炉体熔炼过程中炉体及风口区表面温度的异常变化，以实现准确定位风口破损部位并确定破损程度的巡检方法。
本发明的另一目的是提供一种实现上述适用于具有风口结构炉体的巡检方法的智能巡检系统。
为此，本发明技术方案如下：
一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其基于智能行走机器人实现；
该智能行走机器人包括：一台可沿炉体作周向运行的小车、以及设置在小车上且采集方向均朝向炉体的高位热像仪、低位热像仪、RFID读取器、定位相机、3D定位相机、高清相机、风口热像仪、报警器和车载现场箱；其中，定位相机设置在其镜头与风口法兰等高的位置处，3D定位相机设置在上方且与定位相机的采集视野相同；RFID读取器设置在3D定位相机邻侧；高清相机和风口热像仪分别设置在一多自由度机械臂的前端和上部；定位相机和高清相机按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车上；车载现场箱内设置有控制上述各设备的工作状态控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的无线传输装置以及为各用电部件供电的充电电池；
基于上述智能行走机器人实现的巡检步骤为：
S1、炉体温度检测：随小车绕炉体作圆周运动一周，设置有高低落差的高位热像仪和低位热像仪分别以相同的间隔时间同步采集炉体外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；
S2、炉体风口处温度检测：随小车绕炉体作圆周运动一周，当RFID读取器读取到贴设在风口法兰上的电子标签时，小车开始减速并在利用定位相机采集到风口法兰的完整居中图像时停止运行；此时定位相机获取风口法兰的图像并计算其空间位置以调整与其配准的多自由度机械手臂至其上高清相机的镜头对准炉体风口；进而将高清相机采集的风口内部图像，风口热像仪采集的风口区域热红外图像，以及RFID读取器获取的风口编号和读取时间建立形成风口信息档案并传送至中心控制室；
S3、在进行步骤S1和步骤S2的同时，中心控制室的工控机持续接收不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案；通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；当出现温度最大值超过预设阈值的情况时，则由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报；
S4、重复步骤S1～S3，直至炉体作业完成。
优选，在所述智能行走机器人上还设置有采集方向朝向炉体的一氧化碳浓度检测传感器，其与现场工控机连接；并在步骤S2中，在高清相机采集的风口内部图像的同时一氧化碳浓度检测传感器对风口处的一氧化碳气体浓度进行采集，并将其检测到的浓度数值记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，当工控机分析出一氧化碳气体浓度超过设定阈值时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报。
优选，在所述智能行走机器人上还设置有噪声传感器，其与现场工控机连接；并于步骤S2中，在高清相机采集的风口内部图像的同时噪声传感器对风口附近的高频噪声进行采集，并将其检测到的高频噪声结果记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，并在噪声传感器检测到异常高频噪声时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报。
优选，在步骤S1和步骤S2中，控制小车始终保持与炉体以1.4～3m的间隔距离环绕炉体作圆周运动的具体实施步骤为：
根据预设行驶轨迹的直径确定小车两侧的履带行驶速度差值a，其中，外侧履带速度大于内侧履带速度；在该过程中：
1)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值＜1300mm，而设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值≥1500mm时，调整小车两侧的履带行驶速度差值b＞a，使小车逐渐向内侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；
2)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值＞1700mm，而设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值≤1500mm时，则调整小车两侧的履带行驶速度差值c＜-a，使小车逐渐向外侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；
3)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值与设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值均＞1500mm时，则调整小车的内侧履带的行进速度小于外侧履带的行进速度，且两侧的履带行驶速度差值d略大于b，使小车逐渐向内侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；
4)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值与设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值均＜1500mm时，小车已经远离小车中心虚拟轨迹线1，偏向小车内侧虚拟边界线3，则调整小车的内侧履带的行进速度大于外侧履带的行进速度，且两侧的履带行驶速度差值e略大于b，小车逐渐向外侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；
当位于车体两侧的两个激光测距装置发生损坏或失灵时，则使用位于中间的两个激光测距装置，采用上述相同的工作方式进行持续激光测距。
一种用于炉体风口设备巡检的智能巡检系统，包括设置在现场的智能行走机器人、充电站和多个无线基站，以及设置在中控室内的工控机；其中，
智能行走机器人包括一台可沿炉体作周向运行的小车、设置在小车上且朝向相同采集方向的高位热像仪、低位热像仪、RFID读取器、定位相机、定位相机、高清相机、风口热像仪、报警器、一氧化碳浓度检测传感器、噪声传感器和车载现场箱；定位相机设置在其镜头与风口法兰等高的位置处，3D定位相机设置在上方且与定位相机的采集视野相同；RFID读取器设置在定位相机邻侧；高清相机和风口热像仪分别设置在一多自由度机械臂的前端和上部；定位相机和高清相机按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车上；车载现场箱内设置有控制上述各设备工作状态的控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的第一无线传输装置、以及为各用电部件供电的充电电池；
充电站设置在风口平台外侧，其包括对称设置在智能行走机器人的预设充电位置两侧的无线充电装置和吹风清扫冷却装置、设置在预设充电位置前侧的现场中继箱、以及设置在与充电站相邻风口至预设充电位置之间的路径邻侧的充电导航激光装置；现场中继箱内设有第一光纤收发器和与第一光纤收发器连接的第二无线传输装置；
多个无线基站沿炉体圆周方向均布设置在风口平台柱上；设置在中控室内的工控机通过数据线连接有第二光纤收发器；第二光纤收发器通过光纤与第一光纤收发器连接；第二无线传输装置与第一无线传输装置之间通过无线基站形成无线网络连接。
优选，小车为一履带式小车，其与炉体相邻侧的车体上均布设置有多个激光测距装置，使小车始终保持与炉体间隔有安全距离并环绕炉体作圆周运动。
优选，在小车的车体前端和后端分别均布设置有多个超声波雷达。
优选，在定位相机或定位相机的邻侧还设置有一补光灯；补光灯采用光通量3600LM，发光角度为斜向向上15～20°，功率为36W的补光灯。
优选，一氧化碳浓度检测传感器采用检测范围为0～1000ppm、检测精度＜±读数3％，检测分辨率为0.5ppm，响应时间≤50s的一氧化碳浓度检测传感器。
优选，噪声传感器采用采集范围为30～130DB，采集频率为100次/秒，转换精度为0.1DB，响应时间为2s的噪声传感器。
优选，低位热像仪与高位热像仪之间的垂直间距为20～30cm。
与现有技术相比，该适用于具有风口结构炉体的巡检方法基于智能巡检系统实现对炉体及其风口区域的表面温度、CO浓度、高频噪音三种能够有效评价炉体尤其风口处的关键监测信息进行检测和分析，以实现对炉体及其风口设备损伤情况的监测目的，又有利于提前对设备进行合理预检预修，提升生产作业的安全系数并有效降低人力和物力成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1的智能巡检系统的俯视结构示意图；
图2(a)为本发明的实施例1的智能行走机器人的侧视图；
图2(b)为本发明的实施例1的智能行走机器人的后视图；
图2(c)为本发明的实施例1的智能行走机器人的俯视图；
图3为本发明实施例1的智能行走机器人巡检系统中激光测距过程的示意图；
图4(a)为实施例2的炉体风口法兰处设置电子标签的正视图；
图4(b)为实施例2的炉体风口法兰处设置电子标签的侧视剖面图。
图5为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制的炉壁温度变化处于正常状态的曲线图；
图6为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制的炉壁温度变化出现异常状态的曲线图；
图7为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制风口处的CO浓度变化处于正常状态的曲线图；
图8为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制风口处的CO浓度变化处于异常状态的曲线图；
图9为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制欧冶炉炉壁发出的高频噪音处于正常状态的曲线图；
图10为采用本发明采用实施例2的炉体风口区侵蚀状态检测方法绘制欧冶炉炉壁发出的高频噪音处于异常状态的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。为了便于描述，本实施例以欧冶炉为例该进行巡检系统及方法进行解释。基于小车的定向运动方向为绕欧冶炉炉体顺时针运动，朝向运动方向的一端为小车前端，另一端为小车后端，因此在本实施例中涉及的前、后、左、右等方位词均是基于此进行描述。
实施例1
如图1所示为在欧冶炉外侧安装的一套用于对其28个欧冶炉风口5进行巡检的智能巡检系统，具体地，该系统包括设置在现场的智能行走机器人4、充电站和四个无线基站8，以及设置在中控室内的工控机；其中，
如图2(a)～图2(c)所示，该智能行走机器人包括一台可沿欧冶炉作周向运行的小车4a、设置在小车4a上且朝向相同采集方向的高位热像仪4b、低位热像仪4c、RFID读取器4w、定位相机4d、3D定位相机4e、补光灯4m、四个激光测距装置4n、高清相机4f、风口热像仪4g、报警器4i、一氧化碳浓度检测传感器4k、噪声传感器4l、六个超声波雷达4p和车载现场箱4j；具体地，
车载现场箱4j内设置有控制上述各设备工作状态的控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的第一无线传输装置、吹扫冷却装置、以及为各用电部件供电的充电电池；控制上述各设备工作状态的控制器分别通过数据传输线与现场工控机连接，以发送各检测信号至现场工控机，由工控机控制向各控制器发出相应的工作指令；第一无线传输装置与现场工控机通过数据传输线连接，用于将现场工控机接收检测信息对外发送；
小车4a为一履带式小车，车载现场箱4j设置在其上形成用于固定其他部件的装载平台；该履带式小车在实际操作中通过调整两侧履带具有一定的速度差，使小车4a保持沿周向行驶；同时在小车4a与欧冶炉相邻侧的车载现场箱4j上均布设置有四个激光测距装置4n，使小车4a始终如图1所示保持与欧冶炉炉体以1.4～3m的间隔距离绕欧冶炉作圆周运动，即小车4a在激光测距装置4n的辅助下在虚拟设置的外侧线2与内侧线3之间形成区域18内行驶，并尽量保持处于二者的轨迹中心线1上；
作为本实施例的一个优选技术方案，在小车4a的车体前端和后端分别均布设置有三个基于US-100的超声波雷达4p，用于检测行进方向的障碍物，超声波雷达4p的测距模块可实现2cm～4.5m的非接触检测，并通过串口模式发送mm级测距结果；在实际使用中，超声波雷达4p设定为：当检测到0.8m障碍时启动警报，当检测到0.5m非预设障碍时发送报警信号至车载现场箱4j驱动小车4a停车，待障碍物移走后继续行进；
作为上述优选技术方案的补充实施方案，在履带式小车4a的前端朝前设置有一台前端导航仪4r，在履带式小车4a后端朝后设置有一台后端导航仪4q，便于在超声波雷达4p探测到有异常障碍物时，小车4a可以在现场操作人员的远程操纵下借助前端导航仪4r和后端导航仪4q躲避障碍物并行驶回指定行驶轨迹上；
在车载现场箱4j上自后向前依次间隔且竖直设置有第一立式支架4s、六自由度机械手臂4t和第二立式支架4u；其中，
补光灯4m、定位相机4d、3D定位相机4e和RFID读取器4w自下而上依次设置在第二立式支架4u上；具体地，定位相机4d设置在其镜头与风口法兰18等高的位置处，3D定位相机4e设置在上方且与定位相机4d的采集视野相同；补光灯4m采用光通量3600LM，发光角度为斜向向上15～20°，功率为36W的补光灯；RFID读取器4w设置在与3D定位相机4e接近等高的位置上；
如图4(a)和图4(b)所示，RFID读取器4w用于读取风口信息，因此，相应地，在每个风口5的风口法兰18的前端端面下侧设置有一个RFID电子标签20，电子标签20通过电子标签板21固定在风口法兰18上，每个RFID电子标签20对应风口5的相应编号以便于后续建立档案；由于RFID读取器4w本身具有更广的读取范围，因此，当RFID读取器4w读取到风口5邻侧的RFID电子标签20时，小车4a处于即将行驶至风口正前方的位置，此时小车4a收到现场工控机的指令开始减速，使定位相机4d开始对风口法兰18进行图像采集，定位相机4d采集的照片检测为风口法兰18处于定位相机4d的取景器正中时，小车4a即收到现场工控机的指令停止运行；在该过程中，补光灯4m用于为定位相机4d和3D定位相机4e提供足够图像采集光线；
高清相机4f和风口热像仪4g分别设置在一六自由度机械臂4t的前端和上部；六自由度机械臂4t与3D定位相机4e联用，其多个活动关节根据3D定位相机4e采集的空间信息进行运动，使高清相机4f对准风口5采集风口内部影像，相应地，风口热像仪4g采集风口区域的热红外图像；
低位热像仪4c与高位热像仪4b设置在第一立式支架4s上，且二者之间的垂直间距优选为20～30cm，使低位热像仪4c与高位热像仪4b在同一时刻采集的热红外图像局部重合，以保证热红外图像采集的完整性；
噪声传感器4l和一氧化碳浓度检测传感器4k均设置在前端导航仪4r邻侧；噪声传感器4l采用采集范围为30-130DB，采集频率为100次/秒，转换精度为0.1DB，响应时间为2s的噪声传感器；一氧化碳浓度检测传感器4k采用检测范围为0-1000ppm、检测精度＜±读数3％，检测分辨率为0.5ppm，响应时间≤50s的一氧化碳浓度检测传感器；
如图1所示，充电站设置在风口平台7外侧，其包括对称设置在智能行走机器人4的预设充电位置14两侧的无线充电装置17和吹风清扫冷却装置13，以及设置在与充电站相邻的第16号风口至预设充电位置14之间的路径上的充电导航激光装置10；其中，在充电站内还设置有现场中继箱16，现场中继箱16内设有第一光纤收发器和与第一光纤收发器连接的第二无线传输装置；其中，第一光纤收发器与设置在中控室内的第二光纤收发器通过光纤连接，第二光纤收发器通过数据线与中心控制室内的工控机连接；第二无线传输装置与第一无线传输装置之间通过四个无线基站8形成无线网络连接，实现将现场工控机接收的各项检测信息全部传送至中心控制室内的工控机上，或通过中心控制室内的工控机向现场工控机发送控制或报警指令，控制车载现场箱4j内控制各设备工作状态的控制器调整其工作参数或启动报警器4i发出警报；
四个无线基站8沿欧冶炉炉体圆周方向均布设置在四根风口平台柱9上，使智能行走机器人在其巡检至任何位置时均能够接收到良好的无线网络信号。
其中该行走机器人巡检系统保持沿炉体圆周运动的工作原理如下：
如图1和图3所示，履带式行走小车4沿着欧冶炉外壁6顺时针旋转行走，在四个位于车体一侧的激光测距装置4n中，包括自车头至车尾依次设置的第一激光测距装置4n-1、第二激光测距装置4n-2、第三激光测距装置4n-3和第四激光测距装置4n-4；第四激光测距装置4n-4与第一激光测距装置4n-1持续测量与欧冶炉外壁之间的距离；具体地，当第四激光测距装置4n-4与第一激光测距装置4n-1都测量到的距离数值为1500mm时，小车正在沿小车中心虚拟轨迹线1行走，小车两侧的履带保持固定差速行驶，外侧速度大于内侧速度，小车处于顺时针圆周运动，其中，差速值＝外侧履带速度-内侧履带速度，该差值由轨迹直径决定，即小车处于理想状态下的内、外侧履带设定差值a，此为情况1；当第四激光测距装置4n-4测到的数值＜1300mm，而第一激光测距装置4n-1测量到的距离数值≥1500mm时，小车正在偏离小车中心虚拟轨迹线1，向小车外侧虚拟边界线2行走，则调整小车两侧的履带行进速度，差速值＞a，小车逐渐向内侧转弯，直到达到理想状态，此为情况2；当第四激光测距装置4n-4测到的数值＞1700mm，而后第一激光测距装置4n-1测量到的距离数值≤1500mm时，小车正在偏离小车中心虚拟轨迹线1，向小车内侧虚拟边界线3行走，则调整小车两侧的履带行进速度，使内侧履带的行进速度大于外侧履带的行进速度，差速＜-a，小车逐渐向内侧转弯，直到达到理想状态，此为情况3；当后端激光测距8与前端激光测距11都测量到的距离数值都大于1500mm时，小车已经远离小车中心虚拟轨迹线1，偏向小车外侧虚拟边界线2，则调整小车两侧的履带行进速度，使内侧履带的行进速度小于(比情况2的速度差要略大)外侧履带的行进速度，小车逐渐向内侧转弯，直到达到理想状态，此为情况4；当第四激光测距装置4n-4与第一激光测距装置4n-1都测量到的距离数值都＜1500mm时，小车已经远离小车中心虚拟轨迹线1，偏向小车内侧虚拟边界线3，则调整小车两侧的履带行进速度，使内侧履带的行进速度大于(比情况2的速度差要略大)外侧履带的行进速度，小车逐渐向外侧转弯，直到达到理想状态，此为情况5。
第二激光测距装置4n-2和第三激光测距装置4n-3为辅助激光测距装置，其用于当第四激光测距装置4n-4或第一激光测距装置4n-1发生损坏或失灵时，以进行持续激光测距。
实施例2
如图1所示，采用上述实施例1的基于智能行走机器人实现的欧冶炉风口设备巡检方法的具体巡检步骤如下：
S1、欧冶炉炉体温度检测：小车4a在调整其履带内、外侧速度差，以及激光测距装置4n、超声波雷达4p和前、后端导航仪的辅助作用下绕欧冶炉作圆周运动一周；在该运动过程中，设置有高低落差的高位热像仪4b和低位热像仪4c分别以相同的间隔时间同步采集欧冶炉外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖欧冶炉炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；
S2、欧冶炉风口处温度检测：
S201、当RFID读取器4w读取到贴设在欧冶炉风口法兰上的RFID电子标签20时，小车4a开始减速，并在利用定位相机4d采集到风口法兰18的完整居中图像时停止运行；利用3D定位相机4e获取风口法兰18的图像并计算其空间位置，并由已经与3D定位相机4e实现空间配准的六自由度机械手臂4t对高清相机4f的图像采集位置进行位置调整，使其上镜头对准欧冶炉风口5，此时风口热像仪4g的红外图像采集镜头也对应在风口区域；
S202、利用高清相机4f采集的风口内部图像，利用风口热像仪4g采集的风口区域热红外图像，利用一氧化碳浓度检测传感器4k对风口5处的一氧化碳气体浓度进行采集，利用噪声传感器4l对风口附近的高频噪声进行采集；
将通过RFID读取器4w获取的风口编号及RFID标签读取时间，通过高清相机4f采集的风口内部图像及图像采集时间，通过风口热像仪4g采集的风口区域热红外图像及图像采集时间，将一氧化碳浓度检测传感器4k采集的一氧化碳浓度气体浓度数据及浓度采集时间，将噪声传感器4l采集的噪声频率数据及频率采集时间建立为该风口5的专属信息档案，传送至中控室内的工控机；
S3、在进行步骤S1～S2的同时，中心控制室的工控机持续接收的在不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案进行处理：
1)通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口5在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；
通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；如图5所示为欧冶炉炉体温度检测结果绘制的炉壁温度变化处于正常状态的曲线图；如图6所示为欧冶炉炉体温度检测结果绘制的炉壁温度变化出现异常状态的曲线图；在图5和图6中，横坐标为位置信息，即基于小车行驶起始点为0°，环绕炉体行驶过的角度值；以位置信息为横坐标以便在出现温度异常时能够有助于现场操作人员迅速定位到炉体可能出现破损问题的位置；
分别对风口区域的异常温度和炉体的异常温度设定报警阈值，以当中心控制室的工控机进行上述图像处理的过程中，一旦任意时刻温度值超过预设阈值，则启动报警器4i；
2)将一氧化碳浓度检测传感器4k检测到的一氧化碳气体浓度数据转换为以检测时间为横坐标、CO浓度数值为纵坐标的一氧化碳气体浓度分布曲线图；
如图7所示为根据风口5处的CO浓度变化处于正常状态的一氧化碳气体浓度分布曲线图；如图8所示为根据风口5处的CO浓度变化处于异常状态的一氧化碳气体浓度分布曲线图；当一氧化碳气体浓度超过设定阈值时，启动报警器4i；
3)将噪声传感器4l检测到的高频噪声的噪声频率数据转换为以检测时间为横坐标、噪声频率为纵坐标的高频噪声分布曲线图；
如图9所示为欧冶炉风口区检测结果绘制出的欧冶炉炉壁发出的高频噪音无异常状态的曲线图；如图10所示为欧冶炉风口区检测结果绘制出的欧冶炉炉壁发出的高频噪音存在异常状态的曲线图；当检测到的高频噪声超过设定阈值时，启动报警器4i；
S4、重复步骤S1～S3，直至欧冶炉作业完成，巡检工作完成。
由于欧冶炉在运行过程其全程均需要对其炉体，尤其是风口附近设备进行温度监控，因此在欧冶炉运行过程中，始终需要重复上述步骤S1～S4，对其运行状态进行实时监测，以实现对某次出现异常情况的风口进行持续的关注，以确定其受损程度是否有必要停产；然而，在进行上述步骤的过程中，车载现场箱4j的充电电池的电量有限并持续消耗，因此还需要对车载现场箱4j的充电电池的充电周期进行设定。
如图1所示，小车4a的巡检起点设定在第16号风口处，对应地，充电站位于第16号风口右侧的空地处；当小车4a绕欧冶炉巡检2周并回到第16号风口位置处，此时开启充电导航激光装置10，由充电导航激光装置10发出自第16号风口至指定充电位置的导航激光线12，使小车4a在其前端导航装置4r的辅助下驶至指定充电位置，利用两侧的充电装置17和吹风清扫冷却装置13同时完成其充电电池充电和其机体冷却两项操作；并于充电完成后，当接受到巡检风口的指令后，小车在后端导航装置4q辅助下沿激光线12驶离充电站，再次进入预设虚拟环形轨道中，继续进行风口检测。

Claims (10)

1.一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，该巡检方法基于智能行走机器人实现，其包括：一台可沿炉体作周向运行的小车(4a)、以及设置在小车(4a)上且采集方向均朝向炉体的高位热像仪(4b)、低位热像仪(4c)、RFID读取器(4w)、定位相机(4d)、3D定位相机(4e)、高清相机(4f)、风口热像仪(4g)、报警器(4i)和车载现场箱(4j)；其中，定位相机(4d)设置在其镜头与风口法兰(18)等高的位置处，3D定位相机(4e)设置在上方且与定位相机(4d)的采集视野相同；RFID读取器(4w)设置在3D定位相机(4e)邻侧；高清相机(4f)和风口热像仪(4g)分别设置在一多自由度机械臂(4t)的前端和上部；定位相机(4d)和高清相机(4f)，按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车(4a)上；车载现场箱(4j)内设置有控制上述各设备的工作状态控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的无线传输装置以及为各用电部件供电的充电电池；
基于上述智能行走机器人实现的巡检步骤为：
S1、炉体温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，设置有高低落差的高位热像仪(4b)和低位热像仪(4c)分别以相同的间隔时间同步采集炉体外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；
S2、炉体风口处温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，当RFID读取器(4w)读取到贴设在风口法兰(18)上的RFID电子标签(20)时，小车(4a)开始减速并在利用定位相机(4d)采集到风口法兰(18)的完整居中图像时停止运行；此时3D定位相机(4e)获取风口法兰(18)的图像并计算其空间位置以调整与其配准的多自由度机械手臂至其上高清相机(4f)的镜头对准炉体风口；进而将高清相机(4f)采集的风口内部图像，风口热像仪(4g)采集的风口区域热红外图像，以及RFID读取器(4w)获取的风口编号和读取时间建立形成风口信息档案并传送至中心控制室；
S3、在进行步骤S1和步骤S2的同时，中心控制室的工控机持续接收不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案：通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；当出现温度最大值超过预设阈值的情况时，则由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报；
S4、重复步骤S1～S3，直至炉体作业完成。
2.根据权利要求1所述的适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，在所述智能行走机器人上还设置有采集方向朝向炉体的一氧化碳浓度检测传感器(4k)，其与现场工控机连接；并在步骤S2中，在高清相机(4f)采集的风口内部图像的同时一氧化碳浓度检测传感器(4k)对风口处的一氧化碳气体浓度进行采集，并将其检测到的浓度数值记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，当工控机分析出一氧化碳气体浓度超过设定阈值时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报。
3.根据权利要求1所述的适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，在所述智能行走机器人上还设置有噪声传感器(4l)，其与现场工控机连接；并于步骤S2中，在高清相机(4f)采集的风口内部图像的同时噪声传感器(4l)对风口附近的高频噪声进行采集，并将其检测到的高频噪声结果记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，并在噪声传感器(4l)检测到异常高频噪声时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报。
4.一种适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，包括设置在现场的智能行走机器人(4)、充电站和多个无线基站(8)，以及设置在中控室内的工控机；其中，
智能行走机器人包括一台可沿炉体作周向运行的小车(4a)、设置在小车(4a)上且朝向相同采集方向的高位热像仪(4b)、低位热像仪(4c)、RFID读取器(4w)、定位相机(4d)、3D定位相机(4e)、高清相机(4f)、风口热像仪(4g)、报警器(4i)、一氧化碳浓度检测传感器(4k)、噪声传感器(4l)和车载现场箱(4j)；定位相机(4d)设置在其镜头与风口法兰(18)等高的位置处，3D定位相机(4e)设置在上方且与定位相机(4d)的采集视野相同；RFID读取器(4w)设置在3D定位相机(4e)邻侧；高清相机(4f)和风口热像仪(4g)分别设置在一多自由度机械臂(4t)的前端和上部；定位相机(4d)和(4f)，按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车(4a)上；车载现场箱(4j)内设置有控制上述各设备工作状态的控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的第一无线传输装置、以及为各用电部件供电的充电电池；
充电站设置在风口平台(7)外侧，其包括对称设置在智能行走机器人(4)的预设充电位置(14)两侧的无线充电装置(17)和吹风清扫冷却装置(13)、设置在预设充电位置(14)前侧的现场中继箱(16)、以及设置在与充电站相邻风口至预设充电位置(14)之间的路径邻侧的充电导航激光装置(10)；现场中继箱(16)内设有第一光纤收发器和与第一光纤收发器连接的第二无线传输装置；
多个无线基站(8)沿炉体圆周方向均布设置在风口平台柱(9)上；设置在中控室内的工控机通过数据线连接有第二光纤收发器；第二光纤收发器通过光纤与第一光纤收发器连接；第二无线传输装置与第一无线传输装置之间通过无线基站(8)形成无线网络连接。
5.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，小车(4a)为一履带式小车，其与炉体相邻侧的车体上均布设置有多个激光测距装置(4n)，使小车(4a)始终保持与炉体间隔有安全距离并环绕炉体作圆周运动。
6.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，在小车(4a)的车体前端和后端分别均布设置有多个超声波雷达(4p)。
7.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，在定位相机(4d)或3D定位相机(4e)的邻侧还设置有一补光灯(4m)；补光灯(4m)采用光通量3600LM，发光角度为斜向向上15～20°，功率为36W的补光灯。
8.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，一氧化碳浓度检测传感器(4k)采用检测范围为0～1000ppm、检测精度＜±读数3％，检测分辨率为0.5ppm，响应时间≤50s的一氧化碳浓度检测传感器。
9.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，噪声传感器(4l)采用采集范围为30～130DB，采集频率为100次/秒，转换精度为0.1DB，响应时间为2s的噪声传感器。
10.根据权利要求4所述的适用于具有风口结构炉体的智能巡检系统，其特征在于，低位热像仪(4c)与高位热像仪(4b)之间的垂直间距为20～30cm。
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