KR20170128780A - 자율형 스캐너를 이용한 야금 용기의 내화물 라이닝 특징 파악 - Google Patents

자율형 스캐너를 이용한 야금 용기의 내화물 라이닝 특징 파악 Download PDF

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프로세스 메트릭스, 엘엘씨
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Abstract

스캐너를 이용하여, 자율적으로 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 본 발명에 따른 장치, 방법 및 시스템이 개시되어 있는데, 상기 스캐너는, 거리 측정용 레이저 스캐닝 시스템과, 스캐너를 제어하도록 레이저 스캐닝 시스템에 통신 접속되어 있는 제어 시스템, 그리고 컨테이너에 인접한 영역에서 스캐너를 자율적으로 추진하도록, 상기 제어 시스템에 통신 접속되어 있는 컨트롤러와 구동 시스템을 구비하는 로봇식 운송 수단을 포함하고, 상기 레이저 스캐닝 시스템에서부터 상기 내화물 라이닝의 표면까지에서 측정된 거리들로부터 결정된 내화물 라이닝의 두께의 값들을, 스캐너와 컨테이너의 상대 위치와 비교하고, 상기 두께의 값들을 내화물 라이닝의 기준 측정치와 비교함으로써, 내화 라이닝의 특징을 파악하는 것이 수행되는 것이다.

Description

자율형 스캐너를 이용한 야금 용기의 내화물 라이닝 특징 파악
본원에 개시된 대상의 실시형태는 일반적으로 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 자율형 스캐너에 의해 야금 용기의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 디바이스, 프로세스, 메카니즘 및 기술에 관한 것이다.
고속 스캐닝 레이저 거리계를 이용하여, 용융 금속의 생산에 사용되는 용기의 내부 프로파일을 측정하는 것이, 금속 생산 산업에서 널리 사용되고 있다. 철강 래들, 순 산소로(BOF), 아르곤-산소 탈탄 용기(AOD), 전기 아크로(EAF), 알루미늄 및 구리 제련 용기, 주조 용광로, 토페도 카(torpedo car) 및 저취(低吹) 용광로(Q-BOP's)는 모두, 내부 내화물 프로파일을 결정하고 잔류 라이닝 두께를 산출하기 위해, 레이저 스캐너를 이용하여 분석된다. 많은 작업들에서, 스캐너 조작자는 상기한 소기의 측정을 수행하기 위해 가혹한 환경에 노출된다. 군사 작전 등과 같은 다른 기술 영역에서, 자율형 이동 로봇은 무기 또는 폭발물의 취급 또는 처리, 지역 정찰, 지형 매핑 및 다양한 다른 절차 등과 같은 위험한 임무를 수행하는 데 사용되고 있었다. 그럼에도 불구하고, 지금까지 자율형 스캐너는 야금 산업에서 사용되고 있지 않았다.
전 세계적으로, 철강 생산 시설이 레이저 스캐너 기술 없이 BOF 및 AOD를 작동시켜 내부 내화물 프로파일을 결정하는 경우는 많지 않다. 용기 수명이 50,000번 이상의 가열일 수 있는 아시아와 미주 지역에서, 레이저 스캔은 24시간의 주기에 7회 또는 8회까지 수행된다. 유럽에서는, 내화물 보수가 덜 일반적이고, 용광로는 허용 가능한 최소 내화물 두께까지 작동된 후 교체된다. 통상의 라이닝 수명은 3000번의 가열 정도이고, 레이저 스캐너는 라이닝의 수명이 다할 때까지 사용되지 않는다. 레이저 스캐너가 사용될 때, 측정 데이터는 파괴 가능성을 낮게 유지하면서 최대 허용 수명을 평가하는 데 주로 사용된다. 모든 경우에, 프로파일 정보는 잔류 라이닝 두께와 산소 랜스 높이에 관한 적정 설정값 양자 모두를 결정하는 데 사용되는데; 상기 적정 설정값은 측정된 내부 내화물 프로파일에 대한 부피 적분에 의해 결정된다. 두 가지 주요 스캐너 형태가 - 이동형 스캐너와 위치 고정형 스캐너 - 현재 사용되고 있다.
위치 고정형 스캐너는 통상적으로, 용기를 향한 필요 시야를 구현하기 위해 제철소의 특정 위치에 장착된다. 래들과 토페도 카 측정을 제외하고, 위치 고정형 시스템은 측정 대상 용기에만 이용된다. 이러한 형태에 대한 비용 결과가 남아 있지만, 상기 시스템은 통상적으로 플랜트 제어실에 장착된 컴퓨터 제어 스테이션을 이용한 측정에 용이하게 이용 가능하다.
이동형 스캐너는 통상적으로 BOF 및 AOD 등과 같은 고정형 용기에 적용된다. 이동형 스캐너는 복수의 용기에 대해 단일 시스템을 다중화하는 비용 이점을 제공한다. BOF, Q-BOP 및 AOD 용광로는 또한, 용광로를 향한 시야를 제한하는 용광로 입구에서의 스컬(skull) 축적에 의해 어려움을 겪게 된다. 용광로의 기울기와 용광로의 전방에서의 이동형 시스템의 위치를 다양하게 조합하여 용광로를 측정함으로써, 용광로를 향한 시야가 용인 가능하게 유지될 수 있고 내부 프로파일의 대부분이 측정될 수 있다.
용광로의 전방에 있는 근사 제1 측정 위치에 - 통상적으로 용광로의 중심선에 - 조작자가 먼저 유닛을 배치함으로써, 이동형 시스템을 이용한 측정이 실시된다. 과도한 내화물의 열적 충격 및 스폴링을 회피하기 위해, 용광로는 1700℃에 달할 수 있는 작동 온도에서 또는 이에 가까운 온도에서 통상적으로 측정된다. 이러한 조건하에서, 용기의 입구로부터 2~3 미터의 거리에 서 있을 때 발생하는 강한 열 부하로부터 조작자를 보호하기 위해, 열 차폐막이 요구된다.
시스템의 조작자에 의해 이동형 레이저 시스템이 제 위치에 놓여 있는 상태에서, 용광로 내부의 상부 섹션의 필요한 시야를 형성하기 위해 용기를 적정 각도로 기울이고, 이 위치에서 용기의 스캔을 실시한다. 일단 스캔이 완료되면, 용광로 내부의 하부 섹션을 노출시키기 위해 용기를 제2 방향으로 기울인다. 다시 스캔을 실시하고, 이전 스캔과 결합한다. 이어서, 용광로를 수평 위치로 기울이고, 용광로의 좌측 내부 섹션의 측정에 대비하여, 조작자가 이동형 시스템을 용광로의 중심선의 우측으로 이동시킨다. 끝으로, 이동형 시스템을 용광로의 중심선의 좌측으로 이동시키고, 4번째 스캔을 완료하여, 용광로의 우측 내부 섹션을 기록한다. 그 후에, 모든 스캔을 결합하여, 용광로 내부의 전부(또는 거의 전부)를 포함하는 데이터 세트를 형성한다. 언급한 바와 같이, 종래의 이동형 스캐너는 측정 이전, 측정 도중 및 측정 이후에 조작자가 물리적으로 개입하는 것을 많이 필요로 하고, 이에 따라 조작자들은 불필요하게 가혹하고 위험한 환경에 노출된다.
이동형 시스템은 비용 이점을 제공할 뿐만 아니라, 용광로 입구에 많은 스컬이 존재할 때 종종 요구되는 위치의 융통성도 제공한다. 그러나, 이동형의 구성은 측정 속도와 조작자의 안전 모두에서 어려움을 겪게 되는데; 조작자의 안전은 대부분의 제철소에서 가장 중요한 것이다. 고온의 용기를 측정하는 동안에 경험하게 되는 열 부하는 높은데; 이와 같이 용광로에 가까이 있는 환경에 대하여 인간은 수 초 정도 견딜 수 있다. 또한, 용광로의 위에 있는 후드 구역에 모이는 부스러기들이 떨어져 나와 측정 영역에 낙하할 수 있다. 이와 같이 낙하하는 파편 중 일부의 무게는 수 파운드 이상 나갈 수 있으므로, 심각한 신체 상해에 대한 가능성이 실제로 있다.
따라서, 적어도 전술한 과제에 기초하여 그리고 이동형 스캐닝 시스템의 안전성, 신뢰성 및 조작성을 향상시키려면, 조작자가 이동형 시스템을 작동 및 이동시키기 위해서는 열 부하를 받는 곳에 서 있는 것을 필요로 하는 조건을 없애거나 또는 실질적으로 감소시키는, 자율형 이동 스캐너를 사용하는 장치, 프로세스 및 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
위에 요약된 요구들 또는 당업계에 알려진 다른 요구들 중의 하나 이상이, 자율적으로 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 장치, 방법 및 프로세스에 의해 해결된다. 개시된 장치는, 레이저 스캐닝 시스템으로부터 내화물 라이닝의 표면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하는 레이저 스캐닝 시스템; 상기 레이저 스캐닝 시스템에 부착되어 있고, 스캐너를 제1 위치로부터 제2 위치로 자율적으로 추진하도록 구동 시스템 및 컨트롤러를 구비하는 로봇식 운송 수단; 및 상기 스캐너를 제어하는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 제어 시스템으로서, 상기 레이저 스캐닝 시스템, 상기 컨트롤러 및 상기 구동 시스템에 통신 접속되어 있는 것인 제어 시스템을 포함하고, 상기 레이저 스캐닝 시스템에 의해 측정된 복수의 거리를 상기 내화물 라이닝의 기준면과 비교함으로써, 상기 내화물 라이닝의 특징이 파악되는 것이다.
컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 방법 및 프로세스도 또한 본원에 개시된 대상의 범위 내에 있다. 이러한 방법은, 컨트롤러 및 구동 시스템을 구비하는 로봇식 운송 수단을 이용하여, 레이저 스캐닝 시스템을 제1 위치로부터 제2 위치로 자율적으로 추진하는 단계; 레이저 스캐닝 시스템을 이용하여, 레이저 스캐닝 시스템으로부터 내화물 라이닝의 표면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하는 단계; 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하고 상기 레이저 스캐닝 시스템, 상기 컨트롤러 및 상기 구동 시스템에 통신 접속되어 있는 제어 시스템을 이용하여 스캐너를 제어하는 제어 단계; 및 상기 레이저 스캐닝 시스템에 의해 측정된 복수의 거리를 상기 내화물 라이닝의 기준면과 비교함으로써 상기 내화물 라이닝의 특징을 파악하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면(실척으로 도시되지 않음)은, 하나 이상의 실시형태를 보여주고, 상세한 설명과 함께 이들 실시형태를 설명한다. 도면에서:
도 1은 개시된 대상에 따른 자율형 스캐너의 제1 실시형태를 보여주고;
도 2는 개시된 대상에 따른 자율형 스캐너의 제2 실시형태의 확대도를 보여주며;
도 3은 도 1의 자율형 스캐너의 로봇식 운송 수단의 제1 실시형태를 보여주고;
도 4는 도 1의 자율형 스캐너의 로봇식 운송 수단의 제2 실시형태를 보여주며;
도 5는 도 1의 자율형 스캐너의 로봇식 운송 수단의 제3 실시형태를 보여주고;
도 6은 개시된 대상에 따라 자율적으로 야금 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 방법의 흐름도를 보여주며;
도 7은 개시된 대상에 따라 자율적으로 야금 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 보여준다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조로 하여, 예시적인 실시형태들에 대해 설명한다. 서로 다른 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 식별한다. 이하의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 그 대신에, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다. 야금 컨테이너 내의 내화물 라이닝을 자율적으로 스캐닝하기 위한 장치, 시스템, 또는 방법의 용어 및 구조에 관하여, 이하의 실시형태들을 간략히 논한다. 그러나, 뒤이어 논하게 될 실시형태들은 상기한 세트들에 제한되는 것이 아니라, 컨테이너를 이루는 재료의 용융점보다 높은 온도의 물질을 담고 있도록 구성된 컨테이너 내의 라이닝 물질의 특징을 파악하는 것을 (이에 국한되는 것은 아님) 포함하는 다른 장치, 시스템, 또는 방법에 적용될 수 있다. 본원에서 전반에 걸쳐 사용되고 있는 바와 같이, 용어 "특징을 파악하다"는, 예를 들어 "내화물 라이닝의 특징을 파악하다"라는 표현에서와 같이, 내부 내화물 라이닝의 프로파일을 결정하기 위해, 그리고 예를 들어 파괴 가능성을 낮게 유지하면서 최대 허용 수명을 평가하거나 또는 보수가 필요한 시기를 결정하도록 잔류 라이닝 두께를 산출하기 위해, 자율형 레이저 스캐너를 이용하여, 내화물 라이닝의 내측 표면을 분석하거나 및/또는 측정하는 것을 의미한다. 라이닝의 특징을 파악하는 것은 또한, 예를 들어 산소 랜스 높이에 관한 적정 설정값과 같이, 야금 산업에서 처리 중에 사용되는 보조 장치의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본원에서 전반에 걸쳐 사용되고 있는 바와 같이, 표현 "자율형 스캐너", "자율적으로" 등은, 사람(또는 조작자)으로부터 받는 신체적인 지원과는 관계 없이 움직이는 스캐너를 의미한다. 사람(또는 조작자)으로부터 신체적인 지원 또는 간섭을 받는 일 없이, 제1 위치로부터 제2 위치로 이동할 때, 자체-추진될 수 있는 스캐너를 의미한다.
본 명세서의 전반에 걸쳐서 "일 실시형태" 또는 "실시형태"에 대한 언급은, 실시형태와 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조, 또는 특성이, 개시된 대상의 적어도 하나의 실시형태에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 전반에 걸쳐 여러 곳에서 문구 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"의 출현은, 반드시 동일한 실시형태를 나타내는 것은 아니다. 또한, 특별한 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
야금 산업의 작업에서 통상적으로 존재하는 가혹한 환경에 사용자가 노출되는 것을 필요로 하지 않으면서, 야금 산업에 사용되는 컨테이너의 내화물 라이닝의 마모의 특징을 파악하기 위한, 자율형 스캐너의 여러 실시형태가 본원에 개시되어 있다. 이러한 자율형 스캐너들은, 컨테이너에 대한 그 자체의 위치를 결정하고, 컨테이너의 내면을 스캔하며, 실시간으로 또는 스캔이 완료된 직후에 안전한 장소에서 사용자에게 내화물 라이닝의 특징 파악 결과를 제공하여, 용기를 생산 현장으로 되돌려 보내기 전에 또는 보수를 위해 생산 현장으로부터 용기를 제거하기 전에, 보수가 필요한가에 대해 결정을 내릴 수 있도록 구성되어 있다. 당업자라면 이해하듯이, 이와 같이 내화물 라이닝의 특징 파악에 요구되는 단계들 중의 하나는, 용기에 대한 자율형 스캐너의 위치를 정확하게 결정하는 것인데, - 이는 산업에서 여러 번 "등록하기" 또는 "등록 프로세스"라고 지칭된다. 본원에 개시된 대상에 기초하여, 개시된 자율형 스캐너는 당해 분야에 알려져 있는 임의의 등록 절차를 이용할 수 있다는 것이 당업자에게 명백해질 것이다.
야금 컨테이너의 마모의 특징을 파악하는 분야에서, 라이닝 표면의 이미지를 생성하여 보수가 필요한 영역을 식별하기 위해, 스캐닝된 데이터를 취하고 여러 공지의 처리 단계들을 적용하는 기존의 프로세스들이 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 하드 카피에서 그래픽으로, 소프트 카피에서 스크린 상에, 표 형식의 수치 출력 등에 나타내어질 수 있는, 상기한 이미지에 기초하여, 내화물 처리 전문가는, 컨테이너의 라이닝에 대한 보수가 필요한지의 여부를 결정하고, 이에 따라 야금 회사에 권고한다. 뒤이어 논하는 실시형태들은, 플랜트의 안전성을 향상시키고 컨테이너의 수명을 연장시키기 위해, 상기한 장치들의 조작자가 가혹한 환경에 노출될 필요성을 없애도록, 자율형 스캐너를 사용하여 내화물 라이닝 내의 얇거나 약한 영역의 특징을 파악함으로써, 야금 컨테이너의 가치를 결정하는 기술적 프로세스를 향상시킨다.
도 1은 개시된 대상의 실시형태에 따른 자율형 스캐너(10)의 일반적인 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 자율형 스캐너(10)는, 컨테이너(2)의 금속 쉘(4)을 보호하도록 되어 있는 내화물 라이닝 재료(6)를 스캔하고 특징을 파악하도록 구성되어 있다. 도 1의 컨테이너(4) 내부의 점선(7)은, 컨테이너가 배치되어 사용되기 이전의 내화물 라이닝(6)의 본래의 층을 도시한다. 사용 불능 상태의 컨테이너(2)를 보수를 위해 취하는 때를 조작자가 결정하도록, 자율형 스캐너(10)는 선 7과 선 6 사이의 차이를 탐지하도록 구성되어 있다. 도시된 실시형태에서, 자율형 스캐너(10)는, 도시된 바와 같이, 거리계(14) 및 로봇식 운송 수단(18) 상에 장착된 레이저 스캐닝 시스템(16)을 포함하고, 상기 로봇식 운송 수단은, 이하에 더 거론되는 바와 같이, 필요에 따라 자동적으로, 또는 유선 접속 또는 무선 접속을 통해 자율형 스캐너(10)에 접속된 사용자로부터의 명령에 따라, 자율형 스캐너(10)를 이동시키도록 구성되어 있는 것이다.
이러한 실시형태에서, 레이저 스캐닝 시스템(16)은 레이저, 스캐너, 광학계, 광 검출기 및 수신기 전자 장치(도시 생략)를 더 포함한다. 이러한 레이저 스캐닝 시스템은, 초당 최대 500,000 펄스 정도의, 레이저 광의 고속 펄스를 펄스 타겟 표면에 발사하도록 구성되어 있다. 계측기 상의 센서가, 소정의 시야(25)에 걸쳐 각 펄스가 타겟 표면으로부터 스캐너로 되돌아가는 데 걸리는 시간을 측정한다. 광은 일정한 기지의 속도로 이동하므로, 레이저 스캐닝 시스템(16)은 레이저 스캐닝 시스템 자체와 타겟 사시의 거리를 매우 정확하게 산출할 수 있다. 이러한 프로세스를 연이어 반복하고, 측정되고 있는 컨테이너(2)에 대한 자율형 스캐너(10)의 상대 위치를 통합함으로써, 계측기는 측정하고 있는 내화물 표면의 복잡한 두께 '맵'을 형성한다. 측정된 내화물 라이닝(6)의 내부 표면의 내화물 두께 맵과, 동일 표면의 기준 측정치 사이의 변화를 산출 및/또는 비교함으로써, 변화가 탐지되고, 내화물 라이닝/쉘 조합의 불량을 초래할 수 있는 가능한 조건에 관하여 평가된다. 단일 측정은 20 내지 30초 실시될 수 있다. 용광로 내부의 전체 맵은, 예를 들어 4 내지 6회의 측정치로 구성되고, 5,000,000개 이상의 데이터 점들이 단기간(예를 들어, 10분 미만)에 완성될 수 있다.
자율형 스캐너(10)의 필수 요소는, 자율형 스캐너(10)를 필요에 따라 그리고 원하는 대로 이동시키고 배치하도록 구성된, 관련 제어 시스템을 구비한, 원격 운송 수단(18)이다. 일부 실시형태에서는, 원격 운송 수단(18)과 자율형 스캐너(10)는 단일의 동일한 장치에 일체로 조립되고, 다른 실시형태에서는, 이 장비의 동일한 부분들이 서로 별개의 것이고 분리되어 있다. 일체형 실시형태의 유익한 특징들 중의 하나는, 측정이 실시되기 이전, 이후, 또는 동안에 여러 위치에서 전체 어셈블리를 이동시킬 때 뿐만 아니라 특징 파악 대상인 컨테이너를 스캐닝할 때 수행되는 여러 작업에 맞춰, 여러 하위 구성요소들이 보다 양호하게 배치될 수 있다는 것이다. 일부 실시형태에서, 원격 운송 수단(18)은 동력 구동되고 전력 또는 탄화수소 연료를 에너지 공급원으로서 사용하며, 이하에 더 설명되는 바와 같이, 이러한 원격 운송 수단은 궤도형 또는 차륜형 베이스일 수 있다. 탄화수소 연료를 사용하는 실시형태에서, 원격 운송 수단(18)은 또한 발전기를 포함할 수 있다.
도시된 실시형태에서는 자율형 스캐너(10)를 그 이동 및 배치에 관해 돕기 위하여, 자율형 스캐너에, 안테나(20), 근접 센서(22), 및/또는 광학 센서 또는 머신-비전 장치(24)를 비롯한 (이들에 국한되는 것은 아님) 여러 센서들이 장착되어 있다. 거리계(14)는, 예를 들어 LIDAR(Light Detection And Ranging 또는 Laser Imaging, Detection and Ranging), 레이더, 또는 음탐 측거 센서를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 자율형 스캐너(10)는 또한 바람직하게는 스테레오비전 시스템, 글로벌 포지셔닝 위성 수신기, 관성 항법 시스템(INS), 및/또는 주행 기록계를 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시형태에서는, 후술하는 추적 시스템 등과 같은 적절한 위치 측정 시스템의 사용을 통해, 그리고 가능하다면 충돌 회피 기술과 조합하여, 조작자가 자율형 스캐너(10)를 물리적으로 조작할 필요 없이도, 저장 위치로부터 컨테이너(2)(예를 들어, 래들) 전방의 측정 위치로 이동하고, 컨테이너를 스캔한 후, 저장 위치로 되돌아가도록, 자율형 스캐너(10)가 구성될 수 있다. 거리계(14)는 자율형 스캐너(10) 주위의 환경을 스캐닝할 수 있고, 벽과 자율형 스캐너 주위에 있을 수 있는 임의의 다른 장애물 등과 같은 물체의 반사면을 탐지할 수 있다. 거리계(14)로부터의 데이터는, 자율형 스캐너(10)의 맵을 생성하고 그 이동 경로를 따라 유지하는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 장애물 회피 및 항법 용도 (이들에 국한되는 것은 아님) 등과 같은 다른 용도에도 사용될 수 있다. 따라서, 다른 실시형태에서, 광학 센서 및 머신-비전 장치(24)는 사용되지 않고, 장애물 탐지 및 충돌 회피는 레이저 스캐닝 시스템(16)에 의해 달성된다.
일 실시형태에서, 레이저 스캐닝 시스템은 작은 (약 4 ㎜) 빔 직경, 높은 (약 ±6 ㎜ 범위의 피크-피크 에러) 정확도, 높은 (최대 500,000 ㎐) 주사율, 제철 공장 환경과 고온 표면을 스캐닝하는 동안에 부과되는 열 부하에 적합한 강건 설계, (현장 안전 문제를 제거하거나 및/또는 실질적으로 감소시키는) 눈 보호 레이저 파장, ±55°의 수직 주사 각도, 및 0-360°의 수평 주사 각도를 갖는 안테리스(Anteris) 레이저 스캐너를 포함한다. 이러한 레이저 스캐너는, 용기 내부를 약 6~7초 만에 표준 해상도로 스캔하는 것을 허용하여, 용기 정지 시간을 줄이고, 생산 가용성을 높인다. 고해상도 모드에서, 안테리스 스캐너는, 내화물 라이닝의 특징을 파악하거나, 탭 구멍 주위의 구역을 규정하거나, 또는 퍼지 플러그의 상태를 규정하는 데 사용될 수 있는 용기의 상세한 이미지를 제공할 수 있다.
다른 실시형태에서는, 도 2에 더 도시된 바와 같이, 자율형 스캐너(30)는 자납형 유닛 내에 모든 주요 구성요소가 들어 있다. 자율형 스캐너(30)는, 레이저 기반 윤곽 파악 레이저(32), 폴(36)에 장착된 레이저 추적 시스템(34), (적어도 일부 실시형태에서는) 시스템 제어 및 데이터 축소를 위한 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어(38), 케이블류(40), 액정 평판 터치스크린 디스플레이(41), 키보드 및 마우스 기능부(도 2에 도시되어 있지 않음), 및 구름 저항을 감소시키기 위한 대직경 휠(42), 열 차폐막(44), 및, 고속 이더넷 링크와 온-보드 배터리 전원을 비롯한 도 2에 도시되지 않은 여러 다른 구성요소를 포함한다. 자율형 스캐너(30)는 완전 통합형 로봇식 운송 수단(43)을 더 포함한다. 다수의 용례에서, 원격 작동은, 예를 들어 고온 용기가 위치해 있는 플랜트 내의 제어실 또는 용기로부터 떨어져 있는 다른 적절한 구조물 등의, 이동형 시스템의 위치로부터 이격되어 있는 위치에, 컴퓨터를 배치함으로써 가능하다. 또한, 자율형 스캐너(30)는 외부 케이블 또는 냉각 라인을 필요로 하지 않고, 시스템의 구성요소에 대한 충격 및 진동을 감소시키기 위해 휠(42) 상에 완전히 매달려 있다. 일 실시형태에서, 로봇식 운송 수단은 자체적으로 레벨링이 이루어지며; 다른 실시형태에서, 로봇식 운송 수단은, 복잡한 기계 시스템에 대한 필요성을 최소화하거나 및/또는 없애기 위하여, 기울기를 결정하는 통합형 경사 측정부, 예를 들어 경사계 등을 포함한다.
하빌(Harvill)과 보닌(Bonin)(본원에 그 내용 전체가 참조로 인용되어 있고 이하에서 '252 특허라 하는 미국 특허 제6,922,252호)에는, 플랜트의 바닥 상에서 또는 그 부근에서 용기에 대해 기지의 위치들에 배치된 회전 레이저 비콘 및 리플렉터를 이용하여 자동적으로 위치를 측정(등록)하는 추적 시스템이 개시되어 있다. 이러한 시스템은, 레이저 삼각 검증법을 이용하여, 용기에 대한 스캐닝 시스템의 상대 위치를 결정할 수 있다. 일단 위치를 알고 있다면, 통상적으로 라이닝 프로파일과 두께를 산출하기 위해, 위치 정보를 스캐닝 시스템의 소프트웨어에 자동적으로 전송한다.
추적 시스템(34)이 작동되고 있는 동안, 광학 방사선 빔이 추적 시스템의 환경에서 적어도 3개의 기준 리플렉터로부터 방출 및 반사된다. 추적 시스템(34)은 또한, 각 리플렉터로부터 반사된 광학 방사선을 감지하고 각각의 개별 반사가 일어나는 각도를 측정 및 기록하도록 구성될 수 있다. 리플렉터의 위치는, 컨테이너의 좌표계에 관하여 알게 되고, 일반적인 측량 방법에 의해 또는 컨테이너의 청사진 및 산업 현장의 평면도로부터 결정될 수 있다. 삼각 검증법을 이용하여, 기록된 각도들은 추적 시스템의 위치 및 진행 방향을 산출하는 데 사용된다. 일단 추적 시스템의 위치 및 방향이 결정되면, 자율형 스캐너(30)의 위치 및 진행 방향을 결정하기 위해, 위치 및 방향 정보를 수학적으로 변환할 수 있다. 이러한 능력은 고온 컨테이너에 또는 그 부근에 장착된 고정 지점을 이용할 필요성을 없앨 것이고, 또한 측정이 실시되고 있는 동안에 사용자가 간섭할 필요성도 없앨 것으로 이해된다. 추적 시스템에 대한 해결 절차에서는, 동일한 좌표계에서의 각 리플렉터의 벡터 위치에 관한 지식으로부터 소정의 좌표계에서의 추적 시스템의 위치를 구할 수 있다. 이와는 반대로, 추적 시스템의 위치의 측정치 또는 지식에 기초하여 각 리플렉터의 벡터 위치를 구할 수도 있다.
일 실시형태에서, 레이저 추적 시스템(34)의 작동은 자동화되어 있다. 예를 들어, 컨버터 등과 같은 일부 용례에서, 고속 데이터 취득 능력과 결부되어 있는, 개시된 대상의 자율적인 그리고 자동화된 특징들은, 종래의 해결 방안에서는 찾을 수 없던 몇몇 이점을, 즉 완전히 자동화된 측정 능력, 컨버터의 전체 내부에 걸쳐서 용광로 프로파일의 기록(이는 고정 위치 시스템의 심각한 한계로서; 전체 컨버터의 내부에 걸쳐 라이닝의 두께를 측정하는 고정 위치 시스템의 능력은 가용 시야에 의해 제한된다), 내화물 마모의 열-대-열 측정, (즉각적인 보수를 필요로 하기 전에 유지보수의 일정을 잡는 것과, 프로세스의 변화, 그리고 예측과 직접적인 관련이 있는) 마모 패턴에서의 급격한 변동의 탐지, 및 열-대-열 랜스 높이 제어 등을 모두, 가혹한 및/또는 위험한 환경에 시스템의 사용자를 노출시키는 일 없이 제공한다.
통상의 거리 측정 시스템은, 스캔 빔을 사용하여 복수의 위치 및 거리를 신속하게 기록한다. 거리 데이터를 취득한 경우, 거리 데이터는 거리 측정 장치의 위치에 참조된다. 그러나, 소기의 윤곽 파악 또는 두께 정보, 예를 들어 도 1에 도시된 내화물 라이닝(6)의 내부 층의 형상은, 컨테이너(2) 또는 기지의 내화물 라이닝(7)의 본래 층(이하에서는 "기준 형상"이라 함)과 관련지어진다. 따라서, 거리계의 좌표계에서 측정된 거리 데이터는, 레이저 추적 시스템(34)을 이용하여 그 자체의 좌표계 또는 기준틀에 관하여 측정된 자율형 스캐너(30)의 위치를 고려하여, 기준 형상에 관한 좌표계로 변환될 필요가 있다. 그 후에, 변환된 데이터는 유의미한 방식으로 사용자에게 제시되거나, 또는 거리 데이터를 윤곽 및/또는 두께 정보로 변환하는 데 필요한대로 윤곽 파악 측정치에 통합된다.
적절한 레이저 스캐닝 시스템의 여러 실시형태들이 본원에 개시된 대상의 범위 내에서 고려된다. 일 실시형태에서, 단일의 독립형 패키지에 통합된 3면 주사 거울과 펄스 레이저 거리계가 사용된다. 거울은 어느 한 축에서는 레이저를 굴절시키고, 거울과 거리계는 전체 시야를 캡처하도록 제2 축에서는 함께 회전된다. 다른 실시형태에서, 레이저 스캐닝 시스템은, 자율형 스캐너(30)가 가능한 근접 배치[예를 들어, 고온(1700℃)의 표면으로부터 약 2 m 내지 약 3 m의 범위 내에]되는 것을 허용하여, 가스화기 등과 같이 광학적 접근이 제한된 고온의 환경에서 내화물 두께를 측정할 수 있게 하도록, 일체형 냉각 시스템을 포함한다. 적절한 스캐닝 시스템의 제2 실시형태는, 펄스 거리 측정을 기초로 하는 정밀 전체 이미지 캡처 시스템이다. 이 시스템은 또한 거리계와 통합될 수 있고, 냉각 기능을 포함할 수 있다. 적절한 스캐닝 시스템의 제3 실시형태는 또한, 일반산업 용례용의 CW 거리 측정을 기초로 하는 통합형 전체 이미지 캡처 시스템과, 3개의 스캐너로 구성된 특수 프로파일링 시스템이다. 또, 적절한 스캐닝 시스템의 제4 실시형태는 단일-축 선 스캐닝 시스템이다.
당해 분야의 통상의 지식을 지닌 자라면 알 수 있듯이, 본원에 개시된 자율형 스캐너의 위치를 컨테이너에 관하여 기록하기 위한 다른 방법은, 본원에 개시된 대상의 범위 내에 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서는, 용기의 바닥 상에 놓인 타겟이 사용될 수 있다. 그리고, 용기의 바닥을 상기 이동형 시스템에 노출시키도록 용기가 회전되는 동안에, 가시 레이저가 각 타겟의 중앙을 향하게 되고, 적어도 3개의 타겟의 방위와 높이가 측정된다. 본원에 그 전체 내용이 참조로 인용되어 있는, 미국 특허 제5,570,185호와 제5,546,176호에서 더 설명되어 있는 바와 같이, 상기한 정보로부터 자율형 스캐너의 위치가 결정될 수 있다. 다른 실시형태에서는, 이동형 시스템과 야금 용기의 상대 위치를 결정하기 위해 이미지 분석을 이용하는 방법이 채용된다. 예를 들어, 본원에 그 전체 내용이 참조로 인용되어 있는 미국 특허 제6,922,251호(이하에서는 '251 특허라 함)를 참조하라. 이러한 실시형태의 작동에서, 용기에 대한 스캔이 이루어지고, 특정 기하학적 요소(예를 들어, 직사각형 플레이트의 에지 또는 볼트의 라인)가 식별된다. 이후에, '251 특허에서 오퍼레이터로 규정된 이러한 특징은, 적절하게 크기 조정될 때, 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 끝으로, 다른 실시형태에서, 본원에 그 전체 내용이 참조로 인용되어 있는, 미국 특허 제7,924,438호(이하에서는 '438 특허라 함)에 더 설명되어 있는 바와 같이, 용광로 전방에 있는 임시 마크를 이용하여 등록이 달성된다. 그 후에, 이러한 임시 마크는 용광로 내부를 측정하는 동안에 스캐닝된다. 용광로에 대한 임시 마크의 상대 위치를 알고 있으므로, 스캔시 상기 상대 위치는, 이동형 시스템과 용광로의 상대 위치를 결정하는 데 사용될 수 있고, 이렇게 하여 등록 프로세스가 완료된다.
본원에 개시된 대상의 다른 유익한 특징은, 자율형 스캐너를 고온에 대해 보호하는 것을 이용하여, 열 부하가 스캐너에 미치는 영향을 최소화하거나 및/또는 없애는 것이다. 자율형 스캐너에 걸리는 열 부하는 하기의 관계식에 의해 추정될 수 있다:
Figure pct00001
여기서 ε는 표면 방사율이고, σ는 볼츠만 상수이며, T는 컨버터의 표면 온도이다. 컨버터의 표면 방사율을 0.6(내화물/슬래그에 대한 공칭 수)으로, 표면 온도를 1700℃로 하고, 이들 값을 식(1)에 대입하면 다음과 같이 된다:
Figure pct00002
자율형 스캐너에 의해 흡수된 에너지의 양을 결정하기 위해서는, 장치의 표면 흡수율과 장치의 앞면 면적이 필요하다. 공칭 흡수율이 0.1이고 앞면 면적이 1.4 ㎡인 연마된 스테인리스강으로 스캐너가 구성되어 있다고 가정하면, 냉각 재킷에 의해 흡수되는 에너지는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00003
여기서 A는 앞면 면적이고, α는 흡수율이며, q는 냉각 재킷에 입사되는 방사 에너지이다. 최악의 경우의 분석에서, 냉각 재킷과 컨버터 사이의 상대적인 시계 인자와 무한 방사 공급원이 고려되지 않았다고 추정되었음을 주목해야 할 필요가 있다.
이들 값을 식(3)에 대입하면, 스캐너에 대한 총 부하의 추정치는 다음과 같을 것이다:
Figure pct00004
일부 산업 용례에서 예상할 수 있는 높은 잠재적 열 부하를 고려해 볼 때, 적절하게 설계된 방사선 차폐가 본원에 개시된 자율형 스캐너에 대해 바람직한 특징이 될 것이다. 주변 조건에 따라, 방사선 차폐는 능동적 공기 또는 액상 냉각으로 증강될 수 있다. 특히 완전히 자동화된 작동 중에 초래되는 짧은 측정 시간을 고려하여 볼 때, 물 또는 상-변화 염은 우수한 열 용량을 제공할 수 있다.
일 실시형태에서, 레이저 추적 시스템(34)은 로봇식 운송 수단(43)에 위치 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 사용자는 원격 지시부(예를 들어, 조이스틱 컨트롤러)를 사용하여 자율형 스캐너를 그 저장 위치에서 이동시킬 것이다. 자율형 스캐너가 추적 시스템 리플렉터의 범위 내에 있다면(추적 시스템의 레이저 스캐너가 이 기간 동안 온 상태일 수 있고, 위치가 고정되었을 때 사용자에게 신호를 보낼 수 있음), 자율형 스캐너(30)에 장착된 컴퓨터를 이용한 자동 제어를 통해, 추가적인 동작이 행해질 수 있다.
그 후에, 자율형 스캐너는 제1 측정 위치로 이동할 것이고, 사용자가 용광로를 적절한 용광로 기울기로 이동시키기를 기다린다. 구동은, 소프트웨어 제어 하에, 추적 시스템으로부터 위치 피드백을 그리고 레이저 스캐너 또는 전술한 바와 같은 다른 충돌 회피 장치로부터 충돌 회피 정보를 수신하여 이루어질 것이다. 완전히 자동화된 해결 방안은, 자율형 스캐너의 컴퓨터로부터 컨버터 기울기를 무선 제어하는 것을 포함할 수 있다. 용광로의 기울기를 자율형 스캐너의 컴퓨터에 통신하는 경사계가 통상적으로 용광로에 마련되어 있으므로, 컴퓨터는 컨버터가 적절한 위치에 있는 때를 알고 있고, 이후에 측정을 개시할 수 있다.
전자동 모드에서, 자율형 스캐너는 스캐너를 컨버터 전방의 적정 위치로 이동시킬 것이고, 용광로의 기울기를 제어할 것이다. 용광로 기울기의 자동 제어가 불가능한 경우, 자율형 스캐너는 조작자에게 정확한 용광로의 기울기에 대한 신호를 보낼 것이다. 이러한 조작자 피드백은, 일련의 조명, 비디오 스크린, 휴대형 태블릿을 통해 제공되어, 당해 분야에 알려진 소수의 예를 지명할 것이다.
컨버터 스캐닝 시에 자율형 스캐너가 작동하게 될 컨버터 전방의 담당 플로어는, 장비의 다수의 서로 다른 부분들에 의해 공유된다. 이들 부분은, 용광로 입구에서 스컬을 제거하는 굴착 기계, 스크랩 충전기, 발사 기계 등을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 자율형 스캐너 전방의 필드(자율형 스캐너가 이동하려고 하는 장소)는 치워지고 확인 받아야 한다. 이를 목적으로, 시야 내의 물체가 자율형 스캐너의 예상 동작보다 더 멀리 떨어져 있다는 것을 확인하기 위해, 스테레오비전, 비디오, 소나 등과 같은 다양한 충돌 회피 기술을 사용할 수 있거나, 또는 바람직하게는 레이저 스캐너 자체를 사용할 수 있다.
레이저 스캐닝 시스템(16)과 그 범용 컨트롤러는 동일한 장치 내에 함께 배치되어 있을 수 있거나 또는 서로 분리되어 있을 수 있다. 예를 들어, 이동형 시스템의 실시형태는 양자 모두를 동일한 유닛 내에 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 레이저 스캐닝 시스템(16)은, 자체적으로 특성 파악 대상인 컨테이너의 전방에 배치되도록 구성된 유닛일 수 있고, 그 범용 컨트롤러는 다른 위치에(예를 들어, 플랜트의 작동 제어실에) 배치될 수 있다. 본원에서 사용되고 있는 바와 같이, 범용 컨트롤러는 또한 데이터 축소 장치 및/또는 전산 혹은 컴퓨터 장치라고 지칭될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본원에 개시된 대상에 따른 로봇식 운송 수단의 서로 다른 3가지 실시형태들을 보여준다. 도 3에서, 로봇식 운송 수단(50)은 2개의 통상의 금속 휠(52)과, 별도의 모터(54), 그리고 알루미늄 플레이트(60)로 덮여 있는 강철 프레임(58) 상에 배치된 캐스터(56)를 포함한다. 강철 프레임(58) 내부에는, 컨트롤러(62)와 밀폐형 납산(SLA) 배터리(64)가 배치되어 있다. 당해 분야의 통상의 지식을 지닌 자라면 알고 있듯이, 상기한 야금 용기의 전방과 주위에 있는 플로어는 거의 매끄럽지 않고, 대개 후드로부터의 파편, 스크랩 충전에 기인한 금속 스크랩, 응고되어 있고 고온에서도 여전히 존재할 수 있는 용융 금속의 조각들로 어지럽혀질 수 있다. 따라서, 휠(52)의 선택시 이러한 사실을 고려해야 한다. 상기한 유익한 특징들 중의 하나는, 자율형 스캐너가 거친 지형을 돌아다닐 수 있게 할 정도로 휠들이 충분히 크고, 여전히 고온인 부스러기의 조각 위로 자율형 스캐너가 굴러간다면, 불붙는 것을 피하도록 고온 내성을 가지고 있다는 것이다. 다른 실시형태에서, 도 4에 도시된 로봇식 운송 수단(60)은 4개의 휠(62)을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 로봇식 운송 수단(60)은 필요에 따라 로봇식 운송 수단을 추진하도록 두 세트의 궤도(72)를 포함한다. 당업자는, 도 3~도 5에 도시된 특징부들의 조합을 포함하는 형태들을 비롯한, 다른 형태의 로봇식 운송 수단이 본원에 개시된 대상의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 앞서 이미 언급한 바와 같이, 산업 분야에서의 상기한 컨테이너 주위의 작업 조건을 고려하여 볼 때, 개시된 일부 실시형태에서는 금속 휠 및/또는 금속 트랙이 바람직할 것이다.
일 실시형태에서, 로봇식 운송 수단(18)은 제어 소프트웨어를 실행하고, 센서의 입력 및 조작자로부터의 명령을 처리하며, 로봇식 운송 수단(18)의 구성요소 및 서브 시스템을 제어하기 위한 제어 유닛 또는 프로세서(27)(도 1)를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 제어 소프트웨어는 다양한 로봇식 운송 수단의 움직임과 루틴에 대응하는 컴퓨터 소프트웨어의 세트를 포함하고, 또한 조작자로부터 받은 명령에 대응하여 다양한 변위 또는 작동을 제어하는 작동 루틴을 포함한다. 예를 들어, 제어 소프트웨어는 자율형 스캐너(10)를 저장 시설로부터 스캐너 측정을 위해 사전 선택된 위치로 이동시키기 위한 루틴, 저장 시설로부터 측정 위치로 병진 이동하는 동안의 장애물 회피, 또는 조작자 제어 유닛(OCU)을 통하여 조작자에 의해 특정된 경로를 따라가는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로, 로봇식 운송 수단(18)의 작동 중에 자동적으로 기능하는 안정성 문제 탐지 및 정정 등과 같은, 다양한 병행 루틴들이 작동될 수 있다.
사용자의 물리적 간섭 없이 작동될 때, 일 실시형태의 자율형 스캐너(10)는 그 위치의 맵을 생성 및 갱신하여 이 맵을 조작자에게 보여줄 수 있다. 일단 맵이 생성되면, 이 맵은 자율형 이동 로봇(10)과 원격 지시 콘솔(29) 사이의 임의의 형태의 유선 또는 무선 디지털 통신을 통해 원격 지시 콘솔(29)(도 1)에 전송될 수 있다. 일 실시형태에서, 원격 지시 콘솔(29)은 위치 맵을 조작자에게 제시하기 위한 디스플레이뿐만 아니라 키보드, 마우스 및 조이스틱 등과 같은 입력 시스템을 구비하는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 위치 맵은 자율형 스캐너(10)의 안테나(20)로부터 원격 지시 콘솔(29)의 안테나(23)를 통해 무선으로 전송될 수 있다. 대안적으로, 자율형 스캐너가 자율적 동작을 완료하였을 때, 조작자가 검색할 수 있고, 원격 지시 콘솔(29) 또는 다른 적절한 장치를 이용하여 액세스할 수 있는, 착탈 가능한 기억 장치(26)(USB 메모리 스틱, 플래시 RAM 또는 SD/MMC 메모리 칩 등일 수 있음)에, 자율형 스캐너(10)가 위치 맵을 저장할 수 있다.
당업자는 본원에 개시된 대상에 기초하여, 일반적으로 반자동 배치 및 전자동 배치로 분류되는, 자율형 스캐너의 여러 이용 모드가 있다는 것을 이해할 것이다. 반자동 배치의 이용 모드에서, 시스템은, 예를 들어 원격-제어 조이스틱 또는 임의의 다른 형태의 원격 지시부를 이용하여, 장소마다 조작자에 의해 이동된다. 이동형 레이저 컴퓨터와 휴대형 인간 기계 인터페이스(HMI) 장치 사이의 무선 통신은, 레이저 측정 자체의 제어를 허용한다. HMI는, 예를 들어 휴대형 컴퓨터, 태블릿, 또는 스마트폰일 수 있다. 이동에 대한 제어부와 레이저 작동에 대한 제어부 모두를 가지고 있는 통합형 휴대용 패널이 고안된다. 이러한 구성은, 시스템이 용광로 기울기 제어부를 통해 제어되는 것을 허용할 것인데, - 조작자는 열 부하로부터 떨어져 있고 부스러기 낙하 구역으로부터 떨어져 있다. 조작자는 용광로를 기울일 수 있고 이동형 시스템을 동일한 위치에서부터 장소마다 이동할 수 있으므로, 측정 시간이 단축된다.
다른 반자동 배치 실시형태에서, 사용자는 시스템을 용광로의 중심선에 (전술한 바와 같이, 측정을 위한 제1 위치에) 위치시킨다. 용광로는 조작자에 의해 제1 측정에 적절한 각도로 기울어진다. 그 후에, 조작자는 레이저 데이터 취득의 개시에 착수한다. 레이저는 용기를 스캔한 후, 컨버터를 다음 경사 위치로 기울이도록 (무선 HMI를 통해) 조작자에게 신호를 보낸다. 용기의 경사 프롬프트가 HMI에 놓일 수 있다. 자율형 레이저 시스템은 용광로 기울기를 계속 측정하고 있으므로, 예상 용광로 기울기가 달성되고 기울기 측정이 안정되자마자, 시스템은 제2 측정을 실시할 것이다. 제2 측정이 완료된 경우, 시스템은 용광로 중심선의 우측에 있는 사전에 프로그래밍된 위치로 자동적으로 이동할 것이다. 전술한 추적 시스템은 로봇식 운송 수단과 함께, 자율형 스캐너를 적절한 위치 및 진행 방향으로 안내하는 데 사용된다. 일단 적정 위치에 있으면, 시스템은 자동적으로 용기를 스캔한다. 스캔 후에, 시스템은 다시 용광로 중심선의 좌측에 있는 사전에 프로그래밍된 위치로 자동적으로 이동하고, 용기의 최종 스캔이 완료된다. 완료시, 용기의 기울기를 직립 위치로 변경하도록 시스템이 조작자에게 신호를 보내고, 시스템은 조작자에 의해 그 저장 위치로 되돌아오게 된다.
다른 실시형태에서, 데이터 취득을 제어하는 소프트웨어는 완성 그리드를 포함한다. 이는, 용광로 내의 대응 구역으로부터 데이터가 획득될 때, 세그먼트에 색이 표시되는, 컨테이너의 내부에 대해 매핑된 색-코드화 극좌표 선도이다. 일부 경우에, 용광로 입구의 스컬은, 측정 중에 시스템이 용광로 중심선으로부터 더 멀리 떨어지게 배치되는 것을 필요로 할 정도로 충분하다. 조작자가 입구의 스컬에 기인한 간섭을 의심하는 경우, 용광로 내의 관련 구역에서 수집된 데이터를 나타내는 색으로 상기 완성 그리드가 충분히 채워져 있는가를 확인할 것을 사용자에게 질의하도록, 소프트웨어가 프로그래밍될 수 있다. 완성 그리드의 상태가 용납될 수 없는 경우, 시스템은, 로봇식 운송 수단이 자율형 스캐너를 용광로의 중심선으로부터 더 멀리 떨어진 특정 횡방향 거리로 이동시키고 스캔을 반복하도록 사전에 프로그래밍될 수 있다. 대안적으로, 완성 그리드의 좌표가 대략적으로 용기 내부에 대해 매핑되므로, 컨버터 내의 잔존 영역을 레이저의 시야 내로 옮기는 데 필요한, 측방 이동량을 산출할 수 있다. 이러한 산출이 실시될 수 있고, 그 후에 추가적인 측정이 새로운 위치에서 실시되는 것을 확인할 것을 시스템이 조작자에게 제안할 수 있다.
전자동 배치 실시형태에서는, 다수의 용융 금속 처리 플랜트가 컴퓨터 제어 하에 용광로의 기울기를 가질 수 있다는 점을 이용하여, 내화물 라이닝의 전자동 측정이 가능하다. 이러한 프로세스는 반자동 기법의 프로세스와 유사하고, 조작자는 유닛을 제1 측정 위치에 배치할 것을 역시 선택할 수 있다. 대안적으로 시스템은, 충돌-회피 기술이 제공된 실시형태의 경우, 그 자체의 사전 프로그래밍된 측정 위치를 찾도록 설계되고 프로그래밍될 수 있다. 그러나, 용광로를 기울이고, 측정을 개시하며, 이동형 시스템을 용광로 중심선의 좌우로 측방으로 이동시키는 명령들이, 무선 네트워크 링크를 통해 자율형 스캐너(10)와 통신하는, 플랜트 PLC(또는 프로그램 가능한 논리 제어기) 또는 컴퓨터로부터 생성되어 순서대로 배열될 것이다.
반자동 실시형태와 전자동 실시형태 모두가, 특정 측정 순서로 사전에 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 스캐너가 용광로의 중심선과 정렬될 때 실시되는 단일 측정이 대개 랜스 높이를 결정하는 데 바람직하다. 두 번째 순서는 용광로의 중심선에서 실시되는 측정만을 포함할 수 있지만, 용광로의 탭 및 충전 패드를 노출시키는 2개의 용광로 기울기에서 실시되는 측정도 포함할 수 있다. 세 번째 순서는 전술한 전체 용광로의 특징 파악을 포함한다.
끝으로, 당업자는 또한, 자율형 스캐너(10)를 이용한 래들의 측정이 본원에 개시된 대상의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 이는 특히, 래들이 슬라이드 게이트 유지보수 스테이션에서 측정되는 경우에 그러하다. 추적 시스템 그리고 가능하다면 충돌 회피 기술의 사용을 통해, 조작자의 개입 없이, 자율형 스캐너가 저장 위치로부터 래들 전방의 측정 위치로 이동하고, 래들을 스캔한 후, 그 저장 위치로 되돌아갈 수 있다.
야금 컨테이너의 내화물 라이닝의 특징을 자율적으로 파악하도록 구성된 방법 및 프로세스가 또한, 본원에 개시된 대상의 범위 내에 있다. 도 6은 본원에 개시된 대상에 따른 방법 또는 프로세스(100)의 예시적인 실시형태의 흐름도를 보여준다. 도시된 바와 같이, 단계 110에서, 상기 방법은, 컨트롤러 및 구동 시스템을 구비하는 로봇식 운송 수단을 이용하여, 레이저 스캐닝 시스템을 제1 위치로부터 제2 위치로 자율적으로 추진하는 것을 포함한다. 단계 120에서, 레이저 스캐닝 시스템을 이용하여, 레이저 스캐닝 시스템으로부터 내화물 라이닝의 표면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하는 것을 포함한다. 단계 130에서, 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하고 상기 레이저 스캐닝 시스템, 상기 컨트롤러 및 상기 구동 시스템에 통신 접속되어 있는 제어 시스템을 이용하여 스캐너를 제어하는 것을 포함한다. 단계 140에서, 상기 레이저 스캐닝 시스템에 의해 측정된 복수의 거리를 상기 내화물 라이닝의 기준면과 비교함으로써 상기 내화물 라이닝의 특징을 파악하는 것을 포함한다.
본원에 개시된 대상을 포함하는 방법의 단계들 중 하나 이상은, 위에서 설명된 바와 같이, 야금 컨테이너의 내화물 라이닝의 특징을 자율적으로 파악하도록 특별히 구성된 전산 시스템에서 실행될 수 있다. 예시적인 실시형태들에 따른 작동들을 수행할 수 있는 대표적인 전산 시스템의 예가 도 7에 예시되어 있다. 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합이, 본원에 기술된 여러 단계들과 작동들을 수행하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 실시형태들에 기술된 활동들을 수행하기에 적합한 예시적인 전산 시스템(900)은 서버(901)를 포함할 수 있다. 이러한 서버(901)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)(904)와 판독 전용 메모리(ROM)(906)에 연결된 중앙 프로세서(CPU)(902)를 포함할 수 있다. ROM(906)은 또한, 프로그램 가능한 ROM(PROM), 소거 가능한 PROM(EPROM) 등과 같은, 프로그램을 저장하는 다른 타입의 저장 매체일 수 있다. 프로세서(902)는, 제어 신호 등을 제공하기 위해, 입력/출력(I/O) 회로(908) 및 버스(910)를 통하여 다른 내부 및 외부 구성요소들과 통신할 수 있다. 프로세서(902)는, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 명령들에 의해 지정된 대로, 당업계에 알려져 있는 여러 기능들을 수행한다.
서버(901)는 또한, 디스크 드라이브(912)와, CD-ROM 드라이브(914), 그리고 DVD 등과 같이 정보를 판독 및/또는 저장할 수 있는 다른 하드웨어를 비롯한 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 전술한 단계들을 수행하기 위한 소프트웨어가 CD-ROM(914), 분리 가능한 기억 장치(918), 또는 정보를 간편하게 저장할 수 있는 다른 형태의 매체에 저장되어 배포될 수 있다. 이들 저장 매체는, CD-ROM 드라이브(914), 디스크 드라이브(912) 등과 같은 장치에 삽입되어 이에 의해 판독될 수 있다. 서버(901)는 LCD 디스플레이, LED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 음극선관(CRT) 등과 같은 임의의 타입의 알려진 디스플레이 또는 프리젠테이션 스크린일 수 있는, 디스플레이(90)에 연결될 수 있다. 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치 패드, 터치 스크린, 음성-인식 시스템 등과 같은, 하나 이상의 사용자 인터페이스 메카니즘을 포함하는, 사용자 입력 인터페이스(922)가 제공된다.
서버(901)는, 지상 통신선 및/또는 무선 단자 등과 같은 다른 전산 장치에, 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 서버는, 여러 지상 통신선 및/또는 모바일 클라이언트 디바이스에 대하여 최종 연결을 허용하는, 인터넷(928) 등과 같은 세계 정보망(GAN)에서와 같이, 대규모의 네트워크 구성의 일부분일 수 있다.
개시된 예시적인 실시형태들은, 야금 컨테이너의 내화물 라이닝의 특징을 자율적으로 파악하기 위한 장치, 방법 및 시스템을 제공할 뿐만 아니라 위에서 요약되어 있고 당해 분야의 통상의 지식을 지닌 자에 의해 인식되는 다른 용도를 제공한다. 이와 같이 기술된 내용은 본 발명을 제한하려는 의도가 없다는 점을 이해해야 한다. 이와는 반대로, 예시적인 실시형태들은, 첨부된 청구범위에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는, 변형, 수정 및 등가물을 커버하도록 의도되어 있다. 또한, 예시적인 실시형태의 상세한 설명에서는, 청구되는 발명을 완전히 이해시키기 위해, 다수의 특정 세부 사항들이 제시되어 있다. 그러나, 당업자라면 다양한 실시형태들이 상기한 특정 세부 사항들 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징부 및 요소들이 실시형태들에서 특별한 조합으로 기술되었지만, 각 특징부 또는 요소는, 실시형태들의 다른 특징부 및 요소 없이 단독으로, 또는 본원에 개시된 다른 특징부 또는 요소들과 함께 또는 없이 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
이와 같이 기술된 설명은, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작하고 사용하는 것과 임의의 구체화된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 당업자가 본원에 개시된 대상을 실시할 수 있게 하도록, 상기 대상의 예들을 이용한다. 상기 대상의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도되어 있다.
본원에 기술된 대상의 개시된 실시형태들을 도면에 도시하고 몇몇 예시적인 실시형태들과 관련하여 구체적으로 그리고 상세하게 위에서 충분히 기술하였지만, 본원에 제시된 신규한 교시, 원리 및 개념과, 첨부된 청구범위에 열거된 대상의 이점들로부터 실질적으로 벗어나지 않고서도, 다수의 수정, 변형 및 생략이 실시 가능하다는 점이, 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 개시된 획기적인 사상의 적정 범위는, 상기한 모든 수정, 변형 및 생략을 망라하도록, 첨부된 청구범위의 가장 넓은 해석에 의해서만 결정되어야 한다. 또한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태들에 따라 변경되거나 재배열될 수 있다. 마지막으로, 청구범위에서, 기능식 표현을 포함하는 임의의 절은, 열거된 기능을 수행하는 것으로 본원에 기술된 구조들과, 구조적 균등물뿐만 아니라 등가의 구조를 커버하는 것으로 의도되어 있다.

Claims (20)

  1. 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 스캐너로서,
    프레임;
    상기 프레임에 장착된 레이저 스캐닝 시스템으로서, 레이저, 스캐너, 광학계, 광 검출기 및 수신기 전자 장치를 구비하고, 레이저 스캐닝 시스템으로부터 내화물 라이닝의 표면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하도록 구성되어 있는 것인 레이저 스캐닝 시스템;
    상기 프레임에 부착된 로봇식 운송 수단으로서, 컨트롤러 및 구동 시스템을 구비하고, 컨테이너에 인접한 영역에서 스캐너를 제1 위치로부터 제2 위치로 자율적으로 추진하도록 구성되어 있는 것인 로봇식 운송 수단; 및
    상기 스캐너를 제어하는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 제어 시스템으로서, 상기 레이저 스캐닝 시스템, 상기 컨트롤러 및 상기 구동 시스템에 통신 접속되어 있는 것인 제어 시스템
    을 포함하고, 상기 레이저 스캐닝 시스템에 의해 측정된 복수의 거리를 상기 내화물 라이닝의 기준면과 비교함으로써, 상기 내화물 라이닝의 특징이 파악되는 것을 특징으로 하는 스캐너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 제1 측정이, 상기 제2 위치에 위치한 스캐너로 수행되고, 상기 스캐너는 사용자에 의해 상기 제1 위치에 배치되는 것인 스캐너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 제1 측정이, 상기 제1 위치에 위치한 스캐너로 수행되고, 상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 제2 측정이 수행되기 전에 상기 컨테이너가 이동되는 것인 스캐너.
  4. 제3항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 제어 시스템으로부터의 명령에 의해 이동되는 것인 스캐너.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프레임에 장착되어 있고 상기 제어 시스템에 통신 접속되어 있는 거리계를 더 포함하고, 상기 거리계는 상기 스캐너와 상기 스캐너 주위의 하나 이상의 물체 사이의 거리를 측정하도록 구성되어 있는 것인 스캐너.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 스캐너의 위치로부터 이격된 위치에 위치해 있는 것인 스캐너.
  7. 제1항에 있어서, 상기 로봇식 운송 수단은, 상기 구동 시스템에 파워를 제공하는 전기 공급원을 더 포함하는 것인 스캐너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에 배치된 탄화수소 에너지 공급원; 및
    상기 탄화수소 에너지 공급원에 의해 파워를 공급받는 발전기로서, 상기 구동 시스템에 파워를 제공하도록 구성되어 있는 것인 발전기
    를 더 포함하는 스캐너.
  9. 제5항에 있어서, 상기 거리계는, 회전 레이저 비콘을 이용하여 컨테이너의 위치에 대한 자율형 스캐너의 위치를 측정하고, 상기 회전 레이저 비콘과 주위에 배치된 적어도 3개의 리플렉터 사이의 각각의 위치 각도를 측정하도록 구성되어 있는 것인 스캐너.
  10. 제9항에 있어서, 상기 내화물 라이닝의 특징을 파악하는 것은, 상기 복수의 거리를 상기 거리계의 좌표계에서부터 상기 컨테이너의 좌표계로 변환함으로써 달성되고, 상기 변환은 적어도 부분적으로 상기 컨테이너의 위치에 대한 상기 스캐너의 상대 위치에 기초하고 있는 것인 스캐너.
  11. 제5항에 있어서, 상기 거리계는, 상기 컨테이너의 바닥에 놓인 타겟을 이용하여 상기 컨테이너의 위치에 대한 상기 스캐너의 상대 위치를 측정하도록 구성되어 있는 것인 스캐너.
  12. 제5항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 거리계에 의해 실시된 거리 측정을 이용하여 상기 스캐너의 경로에서 장애물을 피하도록 구성되어 있는 것인 스캐너.
  13. 컨테이너 내의 내화물 라이닝의 특징을 파악하기 위한 방법으로서,
    프레임에 부착되어 있고 컨트롤러 및 구동 시스템을 구비하는 로봇식 운송 수단을 이용하여, 프레임에 장착된 레이저 스캐닝 시스템을, 컨테이너에 인접한 영역에서 제1 위치로부터 제2 위치로 자율적으로 추진하는 추진 단계;
    레이저, 스캐너, 광학계, 광 검출기 및 수신기 전자 장치를 구비하는 레이저 스캐닝 시스템을 이용하여, 레이저 스캐닝 시스템으로부터 내화물 라이닝의 표면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하는 측정 단계;
    하드웨어 및 소프트웨어를 포함하고 상기 레이저 스캐닝 시스템, 상기 컨트롤러 및 상기 구동 시스템에 통신 접속되어 있는 제어 시스템을 이용하여 스캐너를 제어하는 제어 단계; 및
    상기 레이저 스캐닝 시스템에 의해 측정된 복수의 거리를 상기 내화물 라이닝의 기준면과 비교함으로써 상기 내화물 라이닝의 특징을 파악하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 측정은, 상기 제2 위치에 위치한 스캐너로 수행되고, 상기 스캐너는 사용자에 의해 상기 제1 위치에 배치되는 것인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 측정은, 상기 제1 위치에 위치한 스캐너로 수행되는 것이고, 상기 방법은,
    상기 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 제2 측정이 수행되기 전에 상기 컨테이너를 이동하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 프레임에 장착된 거리계를 이용하여 상기 레이저 스캐닝 시스템과 상기 레이저 스캐닝 시스템 주위의 하나 이상의 물체 사이의 거리를 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제어 단계는, 상기 스캐너의 위치로부터 이격된 위치에서 이루어지는 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 거리계는, 회전 레이저 비콘을 이용하여 컨테이너의 위치에 대한 자율형 스캐너의 위치를 측정하고, 상기 회전 레이저 비콘과 주위에 배치된 적어도 3개의 리플렉터 사이의 각각의 위치 각도를 측정하도록 구성되어 있는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 내화물 라이닝의 특징을 파악하는 것이, 상기 복수의 거리를 상기 거리계의 좌표계에서부터 상기 컨테이너의 좌표계로 변환함으로써 달성되고, 상기 변환은 적어도 부분적으로 상기 컨테이너의 위치에 대한 상기 스캐너의 상대 위치에 기초하고 있는 것인 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 거리계에 의해 실시된 거리 측정을 이용하여 상기 스캐너의 경로에서 장애물을 피하도록 구성되어 있는 것인 방법.
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