CN1399726A - 冶金炉的耐火衬的磨耗测量 - Google Patents

Abstract

在本发明借助于电磁射线认定和确定一个冶金炉的位置以测量其耐火衬的方法中，一个运算器根据一个已知形状和尺寸的二维或三维结构被定义。接着在此结构范围内测出结构距离值(Rad(m，n))和相应的测量角(φ(m)，θ(n))，最后，测得的距离值(Rad(m，n))和相应的测量角(φ(m)，θ(n)被用于运算器的定标，同时为了在图座标系中定标运算器，在图座标系中的运算器的范围和分辨率(i：[－imax，imax，Δi]，j：[－jmax，jmax，Δj])和运算器的期望值(R(m+i，n+j))被适配到测量极座标(Rad(m，n)，φ(m)，θ(n))上。然后由运算器的期望值(R(m+i，n+j))与测量值(Rad(m+i；n+j))之间的差求出结果值(S(m，n))，并且由最小结果值的位置确定被寻找的结构位置。

Description

冶金炉的耐火衬的磨耗测量

本发明涉及在其耐火衬的磨耗测量中认定和确定对象，尤其是冶金炉的位置的方法。

为了取得耐火衬冶金炉的效率提高和更高的运行安全性，有必要尽可能多地得到关于在炉的使用(所谓的“航程”)中衬的磨损情况。

其中精确地知道耐火衬的厚度，也称为“剩余砖厚”是有特别重要的意义的，因为这可有效地利用耐火衬，直至其完全磨损，而不存在冶金炉的金属外壁被熔穿的危险。

长期以来已作了许多努力来开发测量方法，以精确测量冶金炉。由于时间和成本的原因，这些方法应该不要求炉的冷却，而是可在高温的炉中进行。因此，并且也由于许多冶金炉的不可接近性，上述测量从一开始就被排除了。

Ferrotron电子有限公司公开了一种用于确定衬的磨损的与上述方法不同的测量方法，其中的内表面被激光束扫描，并且通过距离和角度测量可画出耐火衬的表面结构。通过与在航程前在冶金炉上进行的参考测量进行比较，可求出剩余砖厚。

借助于上述方法进行的冶金炉耐火衬的磨损测量的前提是确定被测冶金炉的对象座标系相对于用于进行测量的测量设备的设备座标系的位置，这样才能通过座标变换将测量设备和炉子带到同一个座标系中。

为了在结束磨损测量时能重构在航程前进行的参考测量时所用的对象座标系，例如US-PS4025192公开了一种用于测量冶金炉耐火衬的光学方法。在此方法中第一步是通过用一个经纬仪进行的角度和距离测量确定围绕冶金炉炉口孔的三个参考点的座标，并且同样通过各个点的角度—和距离测量测量耐火衬。

在炉子使用之后参考点和衬被重新测量，通过比较刚测量的参考点座标和前一次测得的参考点座标，求出对象座标系相对于设备座标系的实际位置，并且在计算衬的测量点时进行一个位置变换。由测量设备发出的电磁射线借助于一个光学瞄准具人工对准参考点。

虽然用这种方法可以确定并在磨损测量前重构炉的位置和朝向，然而缺点在于此方法由于其用人工进行是费事的，并且存在明显的错误概率。

由于此原因，也由于方法的自动化是特别重要的，DE19614564A1公开了一种方法，其中在参考测量时和在磨损测量之前，一个在炉外壁表面上的校准标志系统被一台摄像机记录。由此位置和校准标志系统的几何形状的区别推断出炉的位置在参考情况和测量情况中的区别。虽然这种方法原则上可以自动化，然而其缺点在于，一方面由于肯定较小的校准标志系统尺寸和在炉位置改变时校准标志系统各个点肯定较小的偏移，另一方面由于此方法用二维的参考点位置确定，该方法能达到的测量精度是受到限制的。此外此方法假设分开串接地确定炉相对于测量设备的位置，从而完成磨损测量所需的时间消耗增大了。

DE19808462A1公开了一个方法，其中冶金炉上的三个参考点首先被一个识别装置收集，接着在测量设备先后自动对准参考点之后借助于测量装置—它可包含一个激光测距离装置—求出参考点在空间中的精确位置。

虽然此方法的测量精度相对于DE19614564A1公开的方法来说被提高了，这是由于利用原来的用于确定参考点的位置测量设备得到三维的信息，然而其缺点在于需要先用光学识别装置进行参考测量。

US5212738公开了另一种用于确定冶金炉位置的方法，其中炉子被从两个不同的位置测量，通过图象的迭加确定位置。

这种方法的缺点在于，必须精确求出相互间的位置，从而提高了测量开支。

本发明的目的在于给出一种方法，它可通过识别一个二维或三维的结构—它可由炉子本身或由一个与炉子有确定的位置关系的，具有已知几何形状的结构构成—确认一个对象，尤其是一个冶金炉，并且可求出其相对于一个光学识别装置的位置，其中不需要从不同位置的多次测量。

上述任务由权利要求1所述的发明方案实现。

本发明利用下述原理：由一个用电磁射线工作的测距设备—例如一个激光距离扫描器—测得的空间测量数据以极座标表示，并且相对于测量头的位置被排列在角度(m)，θ(n)(Δ＝常数，Δθ＝常数)和相应距离Rad(m，n)的栅格中。

这样构成的二维测量值矩阵m×n的典型大小是450×450。

下面提到的“像素”是指这个矩阵的单个点。由相应的距离值Rad(m，n)给出的图称为“距离图”。

除了距离Rad(m，n)，对每一像素可检测出反射的激光脉冲的相应强度值Amp(m，n)。类似于距离图，由强度值给出所谓的振幅图。

由图象处理大家已知道在表示测量值于一个均匀的栅格中时使用矩阵运算。其中距离值对应于摄象机图像的灰度值。然而这里存在着缺点：在测量设备和测量对象间的距离改变时—通常在对冶金炉的耐火衬进行磨损测量时是这种情况—此方法不能应付此事实：被测出的结构的大小随距离Rad(m，n)和极角度位置(，θ)改变，因此常规的运算器需要在一个大数量上进行定标，使得它们能适应所有可能出现的测量情况。这意味着巨大的计算开销，并且潜伏着错误识别的危险。

在本发明方法中—如图象处理那样—虽然整个矩阵或一个部分区域以离散步距根据规定的结构被分析，然而为了定标运算器，测得的距离值或相应的极角也被利用。这样，在搜寻时围绕任意一个像素(m，n)首先按照一个已知空间尺寸的结构被测距离值Rab(m，n)和测量角(m)，θ(n)参加运算器的定标。这里运算器的定标意味着其在像素座标系统i：[-imax，imax，Δi]，j：[-jmax，jmax，Δj]中的范围[imax，jmax]和分辨率[Δi，Δj]以及运算器的期望值R(m+i，n+j)被适配到被测量的极座标Rad(m，n)，(m)，θ(n)上。运算器的期望值由已知的二维或三维空间结构计算出。运算器描绘结构的理想形状。结构的图大小最好用像素数量给出。运算器在位置(m，n)的结果值可以按下式由期望值R和测得的距离Rad间的平方差求出： $S(m,n)=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}\{R(m+i,n+j)-\mathrm{Rad}(m+i,n+j){\}}^2/\mathrm{norm}(m,n)$ 其中norm(m，n)按相应被扫描的像素数量对结果值进行归一化。结果矩阵S(m，n)允许以传统方法求出其最小位置，由它可计算出被搜寻对象(或几个对象)的空间座标。

在应用本发明方法时，最好进行下述步骤：

1.借助于已知的被搜寻结构的形状和大小在二维或三维笛卡尔座标空间中定义运算器；

2.循环重复进行以下步骤：

i)矩阵Rad(m，n)的像素扫描；

ii)借助于实际扫描座标定标运算器，其中计算：

a)在栅格极座标图中的像素边界

b)对所有在上面计算的边界上的运算器像素计算期望距离R(m+i，n+j)。

iii)由期望距离和测得距离间的平方偏差计算在被扫描位置P(m，n)上的运算器 $S(m,n)=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}\{R(m+i,n+j)-\mathrm{Rad}(m+i,n+j){\}}^2/\mathrm{norm}(m,n)$

3.通过最小值计算选择出具有最佳运算器—结果值的被搜寻座标Rad(m_opt，n_opt)或Rad(_opt，θ_opt)。

在本发明方法的第一个实施形式中一个球被用作结构。它是特别适合的，因为运算器的可定标结构仅依赖于距离，而与不同的观测角度无关。运算器由已知的球半径和一般的球面几何定义。合乎目的地，通过加上已知的球半径P计算出球的中心点M作为结果座标。此参考点座标与其它被测参考点座标一起用于确定在设备座标系中的炉位置。

在本发明方法的第二个优化实施例中，一个色彩明亮的面对环境放置的平面标志被用作结构。运算器—下面称为幅度-运算器—首先由测量的距离值Rad(m，n)定标，并且从而所期待的标志大小被计算。然后通过应用众所周知的在幅度图中的相关法被找出此标志。

一个十字形的明亮标志可被画在转炉体上作为测量标志。如果一个最佳相符的像素位置被求出，其在设备座标系中的空间座标可由相应的距离值Rad(m，n)计算出。

在本发明方法的第三个实施形式中炉子本身被用作结构。这种选择结构特别适合于测量一个圆柱形底座结构的炉子。运算器—下面称为“V-运算器”—首先寻找炉口上的一个点，并且从它出发运算器至少计算炉口上的第二个点，并且为了检验至少一个炉体内的点被找出。用本发明方法的这个实施形式，炉子的位置和朝向在倾斜状态下也能粗略确定。它们对于后面的计算，例如最好按照下面所说明的本发明方法的实施形式精确计算炉的位置是必要的。

下面用于精确计算炉位置的本发明方法的实施形式采用炉口作为结构。借助于在前面步骤中找出的粗略位置，在炉口上向指向要找的炉中心的搜寻窗中的点的距离-和角度值被测量。由此可提取一个矢量Rad(K)，在其上一个规定长度b-它对应炉口环的厚度(在笛卡尔座标中)—的线段，借助于一个定标的运算器—下面称为“炉口运算器”被找出。由此被V-运算器测得的炉子的倾斜位置得到被搜寻线段的倾斜角γ。

如果本发明方法的这个实施形式被应用在多个搜寻窗上，它们覆盖整个被测量的炉口区域，这样得到大量炉口点，由这些点可通过一个圆近似计算被寻找的圆形炉口的位置。

在冶金炉运行过程中，炉口如此严重地被弄污，使得炉口上的一个点不能保证被V-运算器确认，从而不能求出炉的倾斜位置。

在上述情况下本发明方法的一个实施形式是有好处的，其中炉的另一个圆柱形结构参与位置的确定，例如一个在外面围着炉子的环或套圈。在此情况下倾斜角借助于倾角计求得。

在本发明方法的另一个优化实施形式中炉子的壁和底层的过渡区被用作结构，并且运算器—下面称为“壁-底层-运算器”—由长度Δx，Δz的两个线段定义，它们的端点在一点相遇并且相互间有规定角δ。类似前述本发明的实施形式，炉子在壁至底层的过渡区中的剖面的曲线被用图表示出，这个结构被定标，并且位于一个径向指向粗略求出的炉中心的搜寻窗的内部。圆形壁-底层过渡区的位置由适当大数量的这种搜寻运算求出。

本发明方法尤其适用于确定一个转炉，一个钢水包或一个电弧炉相对于测量设备的位置。

在应用于电弧炉—它通常包括一个直立的罐形的炉体，其内部只能从上面进入—时，对于热的炉子也可应用本发明方法，因为测量时间原则上短于2 0秒，并且可以较小的开支装配测量装置，使得它在此时间跨度上经受在整个测量过程中作用在其上的热。

特别适合于实现本发明方法的装置包括：

—一个用于射出一个脉冲的电磁射线的发送装置；

—一个用于接收在一个对象上反射的电磁射线的接收装置；

—一个测量电磁射线脉冲在发射时刻和接收来自对象的反射时刻之间的行程时间的时间测量装置；

—一个用于在两个相互垂直的方向上按预定周期地偏转脉冲的电磁射线的偏转装置；

—一个数据收集/处理装置，用于收集此角度—在此角度下电磁射线在两个相互垂直的方向上被发射—和行程时间，以及用于存储已知的或已求出的空间结构，并且用于将通过收集角度和行程时间测得的空间结构与已知的或已求出的空间结构进行比较，以确定被测结构的实际位置。

如果该装置具有附加的用于测量在对象上反射的电磁射线的幅度的设备，则可用它测绘出一个幅度图，它实际上与一个黑/白照片有相似性。由幅度图主要可以检查对象(冶金炉)是否填满图缺口，并且可实现对用本发明方法得到结果的装置进行光学控制。

如果附加一个用于测量在反射电磁射线的地点射出的热射线的装置，则可以测绘出热分布图，它可以例如提供关于炉子的特别强的热应力范围的提示。

发射装置最好包含一个以脉冲方式工作的激光二极管，接收装置由光电二极管构成。

如前所述，一个测量值栅格被绘出，用于完成测量。为此要求的激光的周期性偏转最好借助于一个围绕一个水平轴旋转的多棱镜在垂直方向上实现，并通过围绕一个垂直轴的测量装置的往返运动在水平方向上实现。

如果装置被安装在一个支臂上，此支臂可以在一个远离冶金炉的位置与一个在打开的炉子上面或内部的位置之间往返运动；则此装置特别适用于电弧炉的定位和接着的其耐火衬的测量。

在此情况下另一种可能的，而且有意义的方法是在支臂上与测量装置有固定空间关系有一个装置，用于涂敷耐火材料到炉体内部。

在此涂敷耐火材料的装置上尤其可以是一个MINTEQ国际公司的，商标为MINSCAN^TM的喷射机器人，它用其喷嘴，可旋转，倾斜和升降地进入炉体内部。

此喷射机器人的控制可直接用由装置收集的磨损数据进行。

通过用所述方法进一步测量炉体内部，喷射机器人工作的不正确可以通过可见的将要发生的错误涂敷进行收集。

测量装置和喷嘴相互间在支臂上有固定的空间关系，从而借助于本发明方法可求出在喷敷前喷嘴在炉中的实际位置，并从而避免了错误涂敷。

下面借助附图说明本发明方法和适用于实现此方法的装置。附图中：

图1简要示出一个适用于实现本发明方法的装置；

图2简要示出用于确定距离的脉冲-行程测量的原理；

图3a-c以圆柱形炉为例示出在借助本发明的方法定位一个对象时有决定性作用的座标系；

图4 a示出笛卡尔座标中一个一端封闭的圆柱形炉子的纵截面；

图4b示出在笛卡尔座标中与图4a所示同一个炉子在炉口侧的视图(在图4a的视图A)；

图5a是同一个炉子在极座标中对应图4a的视图；

图5b是同一个炉子在极座标中对应图4b的视图；

图6a和b在两个相互垂直的视图上简要示出球运算器的座标；

图7a和b在两个相互垂直的视图上简要示出所谓V-运算器的座标；

图8简要示出两维的炉口运算器的座标；

图9简要示出两维“壁-底层-运算器”的座标；

图10a和10b以炉口运算器为例示出在笛卡尔座标或栅格极座标中的测量过程，以说明下面的计算例；

图11a简要示出测量设备对在旋转轴系统中的对象的各种测试位置；

图11b简要示出在旋转轴系统中的对象的各种倾斜位置；

图12以数据流图示出一个借助于本发明方法进行的一个转炉的磨损测量。

在实施本发明方法时一个在图1中作为整体用100表示的测量设备被应用，它包含一个用于产生激光脉冲LP的发射器10，用于偏转激光-脉冲到所希望的空间方向去的装置以及一个用于检测从对象0上反射的激光-脉冲的接收器11。发射器10和接收器11与一个时间测量电路连接，它求出发射器10的激光—脉冲的发射时刻与接收器11接收到从对象0反射的激光—脉冲LP的时刻之间的时间，并且根据光速计算出反射激光的对象0至测量设备10的距离并分别存储相应的空间方向。

一个激光二极管可以作为发射器10，一个光电二极管可用作接收器11。用于偏转激光—脉冲的装置可以包括一个可围绕一个垂直于它的相互平行侧面的轴X(在图3a中的轴Y₁)旋转的多棱镜12，其尖角相交侧面反射激光—脉冲，以及一个用于使测量装置10围绕与轴X垂直的轴Y(图3a中轴Z₁)偏转的装置。多棱镜12的旋转速度在所示实施例中为每秒10圈，测量设备以每秒2°被旋转。激光二极管每秒发射20000个脉冲。

图1所示装置通过多棱镜12的旋转实现激光脉冲在垂直方向上的快速偏转(在图1中简要示出了三个相互相继的激光—脉冲的行程方向，它们打到对象0上的位置1、2、3)，激光—脉冲在水平方向的偏转通过整个测量设备围绕轴Y的往返摆动实现。因为激光测量设备在均匀的时间间隔内产生测量值，并且旋转运动保持匀速，对象表面的扫描以规则的角步距进行。垂直运动总是从上到下进行。而水平运动交替地顺时针或反时针方向进行。从而利用装置100描绘了一个距离栅格，它原则上具有图1中子图ER所示出的结构。此距离栅格典型地包含约400×400个测量点(像素)。

接收器11还可以具有一个用于测量热辐射WS的装置，热辐射是由与对象上求出距离的同一点射出的。

由图2可见，从对象0上反射的激光—脉冲LP′的幅度AM’与发射的激光-脉冲LP的幅度和反射位置上的表面结构，如光洁度，有关。

用测量设备100以每个测试点求出以下测量值：

—测量设备和对象上反射位置间的距离Rad，

—反射的激光—脉冲LP’的幅度，

—对象上反射位置处的热辐射

—水平和垂直角，测量设备在此角度下发射激光—脉冲LP。

水平和垂直角，θ被视为座标轴，并且将幅度测量值AM’作为亮度值描绘在相应的角座标上，从而得到幅度图，它很像一张黑白照片。以相同的方法可将距离-和温度辐射测量值画成图，它们也可以被编码在一个色彩标度上。

振幅图对测量设备的操作者主要有以下意义：

a)检查炉子是否良好的填满图的视面；

b)借助被选通的结构单元(电路等)进行互动的扫描计值或自动扫描计值的控制。

距离图是计算测量结果的基础，距离图的数据由于其规则的格状结构而可被用于自动的结构搜寻(例如炉口，支撑环(凸耳)，壁-底层-过渡区，球等)。

借助于校准装置将温度辐射图的测量值变换为温度测量值，并且将画在对象座标系中，它与同时测得的剩料浓度一起可求出关于热状态的对冶炼有用的信息(例如耐火衬的温度分布，热容量)。

为了能用现已熟知的方法借助于测量设备100进行例如冶金炉的耐火衬的磨损测量，要求事先确定测量设备和炉子的相对位置。

在每次空间位置测量中除测量单位外还给出与测量值有关的一个参考点和方向。空间中的一个点可由三个测量值描述(座标)，它们全都参照一个公共的参考点(原点)并分别在相互垂直的方向(座标轴)上。关系到本发明方法示出于图3a-c的冶金炉的例子采用不同的座标系：

1)设备系X₁，Y₁，Z₁：原点和轴由测量头-几何形状确定(图3a)

2)旋转轴系X₂，Y₂，Z₂：原点＝旋转轴上转炉的中心，Z-轴(Z₂)在180°旋转角方向，Y-轴(Y₂)为旋转轴(图3b)。

3)对象系X₃，Y₃，Z₃：原点＝炉口环3的中心点，Z-轴(Z₃)垂直于炉口环3，X-轴(X₃)垂直于旋转轴(Y₂)(图3b)。在对象系中的一个点也可表示在圆柱座标系W，R，Z₃中(参见图3c)。

在记录一次测量扫描后约有200000个测量点在极座标φ，θ，Rad中，而不是在参照设备系X₁，Y₁，Z₁的座标上。在此形式中不能判断对象0的表面结构，即不能判断耐火材料座标X₃，Y₃，Z₃。为此测量点必须参照对象系来表达(座标变换)。因为在每次扫描时测量设备相对对象的位置是不同的，必须每次重新求出对象系X₃，Y₃，Z₃在设备系X₁，Y₁，Z₁中的位置。这个计值作为结果提供对象的精确位置，此计算在数学上以一个变换矩阵的形式表示。

以一个圆柱形炉子G为例，下面借助图4至12说明本发明用于确定炉位置的方法的优化实施例。

在图4a和b中示出的圆柱形炉子G具有底层1，圆柱形壁2和炉口3。炉口环的外径—它在所示实施例中对应壁2的外径—为d，炉口环的厚度为b。

为了清楚，在图4a和图5a中—图5a在与图4a相同的视图中以极座标示出同一个炉子—在炉子内部的一个点用A表示，底层和内壁4的相交点用B表示，在炉口3的内边界线上的点用C表示，一个约在构成炉口区域的壁的中心的点用D表示，并且一个在构成炉口外边缘的圆上的点用E表示。

如图6a和6b所示，球运算器在笛卡尔座标中三个相互垂直的空间方向上如此张开，相应笛卡尔座标系的原点与球的中心点M重合。

相应地，三维的V-运算器在炉口上约在炉口内边界和外边界之间的中心处的点D₁，D₂，D₃，D₄和炉内的一点A之间张开。

如图8所示，炉口运算器在二维笛卡尔空间中被定义在一个约在炉口内外边界之间的中心处的点D及点C和E附近，点C和E分别在炉口的内或外边界上。

二维的壁-底层-运算器由长度Δx，Δz的两个线段定义，它们的端点相交于一点，并且在所示实施例中相互间夹角δ为90°。从而简要示出炉子外形在壁至底层的过渡区中的曲线。

现在参照图10a和b以炉口运算器为例，在具有图5b所示座标γ＝0的窗口F1中说明本发明方法。

炉口运算器在点C、D和E间延伸，它限定炉口的壁，并且大约处在壁中心(参见图8)。由图10可见，对于与扫描点D的距离Z0有：

(1)Z₀＝Rad_Dsin_D   其中Rad_D和_D是被扫描像素n的测量值。

同样由图10a可见

(2)X_D=Rad_Dcos_D，

从而计算得炉口运算器的边界：

X_C＝X_D-b/2→_C＝atan(Z₀/X_C)→Kmax＝round[(_C-_D)/Δ]

X_E＝X_D+b/2→_E=atan(Z₀/X_E)→Kmin＝round[(_E-_D)/Δ]

然后计算额定距离R(k)：

(3)K＝0：  R_(K＝0)   ：＝Rad_D(_D)

   K＝1：  R_(K＝1)   ：＝Z₀/5in(_D+Δ)

通式：

对于K∈[Kmin，Kmax]

然后求出在扫描位置m的结果值： $\left(4\right)---S_{\left(m\right)}=\underset{k=K\min }{\overset{K\max }{\mathrm{\Σ}}}\{\mathrm{Rad}(m+k)-R_{\left(K\right)}{\}}^2/(1+K\max -K\min )$

接着如下述那样通过确定最佳匹配的位置求出搜寻的炉口点座标。

(5)S_opt＝Min(S(m))→m_opt＝m(S_opt)→

  _opt＝(m_opt)→Rad_opt＝Rad(m_opt)

现在参照图11a)和b)及图12说明冶金炉的耐火衬的磨损测量过程，炉子相对于测量设备100的位置借助于本发明方法求出。

为此可区别三种不同的测量及其评估的基本方式：

1)基本-测量

2)参考-测量

3)磨损-测量

1)基本-测量，它在一个清洁的炉中进行，测量炉中以下结构的空间位置：

—一个永远清洁的结构在旋转轴系(转炉)或在对象系(钢水包)中的位置，

—炉口环在旋转轴系(转炉)中的位置，

此数据被存储在一个专用基础文件中。它对于按本发明方法在完成磨损测量之前确定炉子相对测量设备的位置是必要的。

2)参考-测量是指对砌有耐久内衬的炉子或对完全断裂的炉子(钢外壳)进行的测量，因而它只在规定的时间才能进行(以几个星期，几个月或几年为周期)。替代参考测量，具有或者没有耐久内衬的炉子或者一个图的剖面可被推测(参考外形的编辑)。参考外形被存储在一个参考文件中。

如果测量在炉子的钢外壳上进行，并且存在一个文件，它含有炉子的对照剖面(图)，一个形变—评估借助于一个数据处理设备进行，并且形成一个有关实时钢外壳外形的测量文件。相反在测量内衬时建立一个相应的测量文件，并且它根据钢外壳剖面或在不存在关于它的测量值时，根据对照剖面求得。

3)磨损-测量测量砌有磨损内衬的炉子，并且它实际上可随时在被倒空的炉中进行。这里首先重要的是尽可能短的测量总时间，以不影响生产。磨损剖面也被存储在一个文件中。

在大多数情况下在此测量中炉口是肮脏的，从而它必须在每次测量前借助于其本-文件被重构(扫描计值)。接着可由实时的剖面数据和一个预定的池水平面的钢量计算出。为了得到磨损内衬的实时砖厚(剩余砖厚)，事先记录的耐久内衬的参考剖面从参考文件读出，并与实际测量值比较。

在每个测量(磨损，参考或基本测量)进行多次扫描，例如重复-扫描，在不同的对象倾斜下或从不同测量位置的扫描。

典型的，每次扫描的450×450个测量点可最佳地存储在一个扫描-文件中。其中每个测量点可包含5个测量值，即

—测量设备和对象上反射位置之间的距离Rad

—反射的激光-脉冲LP’的幅度

—对象的反射位置上的热辐射WS

—水平-和垂直角，在此角度下激光-脉冲LP由测量设备发射出。

因为炉子相对测量设备的位置在一般情况下是不知道的，按照本发明方法进行位置扫描，其中清洁的外部结构被测量。然后由此未知的测量设备相对炉子的测量位置被求得。所有这些扫描和必要时其它测试值(例如由倾角计测得的转炉倾角)一起构成测量的原始数据。

下面以转炉测量为例示出，测量如何由各次扫描组成。

在放置测量设备100于测量位置M(参见图11a)后，炉子G进入一个倾斜位置0，操作者记录—可通过用一个倾角计—实时的倾斜角，并登记位置—扫描号1。

借助于原始数据采用本发明的方法求出测量设备相对于炉子G的位置(扫描计值)。

各次扫描计值也可在登记所有扫描之后进行，以避免产生不必要的生产延迟。

现在转炉G被转到倾斜位置I，操作者再次记录实时的倾斜角，并登记测量-扫描号1。如果位置-扫描的扫描计值已完成，现在程序可以直接计算炉口圆的位置，并且画到幅度图中。操作者然后以同样方法在倾斜位置II和III上进行测量-扫描号2和3的测量。

为了在90°对象角时测量转炉G的侧上壁，它在此例中被炉口遮盖着，操作者将测量设备100移至测量位置L，为测量在此位置时测量设备100的精确位置，旋转炉G回到倾斜位置0，并且登记位置-扫描号2。接着旋转转炉到倾斜位置II，并且登记测量—扫描号4。这个测量-扫描属于哪  个位置-扫描被记录并显示给操作者。

为了在270°的对象角时测量上面的炉侧面，将测量设备100置于测量位置R，重新旋转炉子到倾斜位置0，并登记位置扫描号3。然后旋转炉子到位置II，并登记测量-扫描号5。

上述顺序以简短的方式表示如下：

1)位置-扫描号1    M0

2)测量-扫描号1    M1

3)测量-扫描号2    MII

4)测量-扫描号3    MIII

5)位置-扫描号2    L0

6)测量-扫描号4    LII

7)位置-扫描号3    R0

8)测量-扫描号5    RII

这里遵循以下规则：

数据处理设备如此进行位置-扫描和测量-扫描的编号，使得编号由小到大被填入，一个测量-扫描对应于前一次进行的位置-扫描。一个位置-扫描总是作为第一个扫描被进行。

所有8个扫描-存储器被存入扫描数据，并且形成原始数据组。工厂生产可继续进行。

如果扫描计值没有直接在每次扫描之后进行，它可以稍后进行。作为结果，所有5个测量-扫描的变换-矩阵被计算。

接着进行真正意义上的评估。首先数据处理设备将测量点从设备系变换到对象系，并同时分选出这些测量点，它们不属于炉子内部。然后通过与参考-文件对比计算剩余砖厚。为了计算测量文件的数据和计值的图表，借助于测量点专用的程序。测量文件以增大的编号顺序被存储，并且显示和打印成图表。操作者现在可以用手工辅助计算规定的通过炉子的长度段，如果在此位置上例如一个特别薄的磨损内衬被测得的话。至此，不仅评估，而且测量结束了。

前面以一个转炉为例说明了炉子相对测量设备位置的确定和接着的炉子测量。因为本发明用于定位的方法适用于任意的对象，位置确定和接着的测量可用此方法对其它的冶金炉进行。

如果炉子是一个钢水包，它通常在侧面被测量。

为此已熟悉的壁-底层-运算器被用于求出钢水包的座标系。首先用此运算器测量无耐火衬的底层内边缘位置。然后确定钢水包的其它已知结构的位置，这些位置在磨损测量中是可再现的并且与一个几乎平行于开口，围绕钢水包外壳的侧面的环有位置关联。结构的测量位置在对象座标系中被收集和存储，并且稍后与以后测量值比较，以进行位置确定。

本发明方法的主要优点在于，炉子相对于测量设备的位置确定在短时间内完成，并且如上所述，各个扫描计值也可在进行了所有扫描后才进行，从而又减小了测量时间。

利用本发明方法首次实现了可以测量高温冶金炉的内部，炉子不需要足够的倾斜，而使在炉外的测量设备在测量期内处于高温区。

由此导致的极限温度承载及为了生产所设置的时间限制要求非常短的测量时间。

主要的应用例是电弧炉，这时测量设备可以根据减少遮挡的原则位于炉的开口之上约中心处，最好用开口边缘作为用于确定炉子相对测量设备的位置的已知结构，然后借助于炉口运算器进行测量。

                符号表

1、       底层，

2         壁，

3         炉口，

4         内壁，

d         炉口环外径，

b         炉口环厚度，

A         炉内部点，

B         底层/内壁连接点，

C         炉口内边界上的点，

D         约在炉口内外边界之间中央处的点、

E         炉口外边界上的点，

P         扫描点，

M         圆中心点，

100       测试设备，

10        发射器，

11         接收器，

12         多棱镜，

LP         激光—脉冲，

O          对象，

X          轴，

Y          轴。

Claims (22)

1.借助电磁射线认定和确定一个对象的位置，尤其是一个冶金炉的位置，特别是用于测量其耐火衬的方法，其中根据一个已知形状和尺寸的二维或三维结构  一个运算器被定义，接着在此结构范围内测出距离值(Rad(m，n))和相应的测量角((m)，θ(n))被用于运算器的定标，同时为了在图座标系中定标运算器，在图座标系中的运算器的范围和分辨率(i：[-imax，imax，Δi]，j：[-jmax，jmax，Δj])和运算器的期望值(R(m+j，n+j))被适配到测量极座标(Rad(m，n)，(m)，θ(n))上，由运算器的期望值(R(m+i，n+j))与测量值(Rad(m+i，n+j))之间的差求出结果值(S(m，n))，并且由最小的结果值的位置确定被寻找的结构位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包含以下步骤：

—借助于已知的，被寻找的结构的形状和尺寸在二维或三维空间中定义运算器；

—之后循环重复以下步骤：

·矩阵(Rad(m，n))的像素扫描；

·借助于实际扫描座标进行运算器的定标，其中

a)在栅格极座标图中的像素边界被求出，并且

b)对在前面求出的边界上的运算器的所有像素求出期望距离(R(m+i，n+j))；

由期望距离和测得距离之间的方差求出被扫描位置(m，n)上的运算器  结果 $S(m,n)=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}\{R(m+i,n+j)-\mathrm{Rad}(m+i,n+j){\}}^2/\mathrm{norm}(m,n)$

—通过求    最小值选择出具有最佳运算器—结果值的被寻找座标

Rad(m_opt，n_opt)或Rad(_opt，θ_opt)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，除距离值(Rad(m，n))外还测量反射的电磁射线的强度值(Amp(m，n))。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个球被用作结构。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，一个色彩明亮，面对环境放置的平面标志被用作结构，并且运算器以相关方法在幅度图上被定标。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，炉子本身被用作结构，并且运算器在炉口区域中寻找一个点，且围绕该点至少两个其它的点分布在炉口上，同时为了检验，炉内部至少另外一个点被寻找。

7.如权利要求1，2或6中任一项所述的方法，其特征在于，在炉口上径向朝着被找出炉中心的搜寻窗中的点的距离和角度值被测量，由此提取一个矢量(Rad(K))，在其上规定长度(b)—它约对应炉口环的厚度—的距离借助于一个定标的运算器被找出。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，还有炉子的倾斜角借助于一个可围绕一个垂直于其长度轴的轴旋转测绘炉子的倾角计被测量，并且在炉子定位时此倾斜角被考虑。

9.如权利要求1，2或6中任一项所述的方法，其特征在于，炉子的壁和底层的过渡区用作结构，并且运算器由长度为(Δx、Δz)的两个线段定义，它们的端点在一个点相交并且相互间有规定夹角(δ)。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法用于确定一个转炉的位置。

11.如权利要求1至9中任一项所述的方法用于确定一个钢水包的位置。

12.如权利要求1至9中任一项所述的方法，用于确定一个电弧炉的位置。

13.用于实现如权利要求1至9中任一项所述的方法的装置，它包含

—一个用于发射脉冲的电磁射线的发射装置，

—一个用于接收从对象上反射的电磁射线的接收装置；

—一个用于测量电磁射线脉冲在发射时刻和接收到从对象上反射的射线之间的行程时间的时间测量装置；

—一个用于在两个相互垂直的方向上按规定周期性地偏转脉冲电磁射线的偏转装置；

—一个用于收集角度—在此角度下电磁射线被辐射到相互垂直的方向上—和行程时间，以及用于存储已知的或已求出的空间结构和为了确定被测结构的实际位置而将由测量角度和行程时间测出的空间结构与已知的或已求出的空间结构进行比较的数据收集/处理装置。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，接收装置还包含用于测量从对象上反射的电磁射线的幅度的设备。

15.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，接收装置还包含测量约在反射电磁射线的地点射出的热射线的设备。

16.如权利要求13至15中的任一项所述的装置，其特征在于，发射装置是一个可工作于脉冲状态下的激光二极管。

17.如权利要求13至16中任一项所述的装置，其特征在于，接收装置是一个适合于由激光二极管发射的射线的频率的光电二极管。

18.如权利要求13至17中任一项所述的装置，其特征在于，偏转装置包含一个可围绕一个垂直于其相互平行的侧面的轴(X)旋转的多棱镜(12)，其尖角相交的侧面反射电磁射线。

19.如权利要求13至18中任一项所述的装置，其特征在于，偏转装置包含一个设备，用它测量设备(100)可围绕一个约垂直于多棱镜(12)的旋转轴(X)的轴(Y)往返摆动。

20.如权利要求13至19中任一项所述的装置，其特征在于，测量设备安装在一个支撑臂上，这样它可在远离冶金炉—例如一个转炉—的位置和在打开的冶金炉外部或内部的位置之间往返定位。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，在支撑臂上相对测量设备有固定的空间关系有一个用于在冶金炉的内部涂敷耐火材料的装置。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，用于涂敷耐火材料的装置是一个现有用于在冶金炉的内部涂敷耐火材料的喷射机器人。

Images