TW200415339A - Method for positioning a measuring device emitting and receiving optical radiation for measuring wear in the lining of a container - Google Patents

Description

200415339 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明背景 本發明有關一種發射及接收光輻射來測量容器内襯磨 5 損之測量裝置的定位方法，該方法係包含固定對於測量裝 置及容器之座標系組，該固定包含藉由測量測量裝置的座 標系中特定固定點的位置來數學式合併測量裝置及容器的 座標系。 L «tr Jt 10 製鋼所用的鑄勺之轉爐的内襯磨損的測量係極為重 要。藉此可能使容器具有最佳化的使用壽命並防止内襯的 過度磨損造成有關生產或工業安全性之危險。因為依據轉 爐内融化物、内襯的構成材料及所使用轉爐的融化次數而 定，轉爐的磨損内襯具有一或兩週到不超過幾個月的壽命 15 長度故必須較頻繁地予以換新。 藉由一種以測量一雷射束的傳播時間或相位差為基礎 之方法來測量一内襯的磨損：雷射束係導引至一轉爐内表 面上的内襯，自該處反射至測量裝置。在以測量傳播時間 為基礎之方法中，可以雷射束的發射時間與回行時間之間 20 的時間差為基礎計算出測量裝置與座標系中所測量的内襯 上各測量點之間的距離。測量點係界定内襯的磨損輪廓， 其譬如可輸出至一顯示終端，藉此可將從一使用中轉爐測 量出之磨損輪廓與相同容器的内表面在容器實際使用前 (亦即第一次融化前）的模擬步驟期間所測量出之輪廓進行 5 200415339 圖形及數值性比較。 5 10 為了藉由諸如雷射測量等非接觸性方法來测量諸如鋼 7所用的轉爐、鑄勺及其他容H等立體物件的内概中之磨 損’需要以相同座標系來代表挪量褒置及受測量物件。測 量裝置及受測量物件的座標系之合併係稱相定伽㈣。 易言之’測《置相對於物件進行定位。對於固定而古， 需要使用至少三個固定點，測量裝置的雷射束輪流料至 各固定點，且自該處測量測量裝置的座標系中之各固定點 的座標。即便測量裝置在容器附近具有一固定或半固定的 =在任何案例中，均f要對於各_測量分開地進行 二，Γ二確使環境條件的改變及其他因素不會造成 '、而要母次全部重新進行固定藉以評估固定是 否已經成功。 u疋疋 在定位或固定常用之所謂直接程序中，將靜止固定標 15 s己女裝在諸如—容器等受測量物件上·更具體言之，在容器 開口的附近。賴·由固定4® ^ 疋軚圮，可將物件及測量裝置的座標 $予乂數子式口併。在直接程序中，可在—時間精確地測 量固定標記及被精確測量的點兩者，藉以將受測量物件及 測量裝置包括在相同座標系中。 2〇 纟藉由—樞轴式輪轴來支禮-受測量物件之特殊案例 中，可能使用間接角度測量固定，其中將固定標記定位在 容器外側。可將一角度測量裝置譬如安裝在容器的樞轴式 輪軸上，或如果採用_所謂測斜儀則可安穿 在谷為中的其他部位。目前，藉由角度測量的固定係為一 200415339 齡 1接方法，如果無法對於受測量物件提供可清楚看見之 斤需要的固定標記且甚至以其他方式侦測其位置， 此間接方法。在受测量物件外的結構中，已經利用固定桿 Γ及從角度測衫置獲得的—角度值來進㈣度測量固 疋，如此已經可使座標系數學式合併。固定標記已經附加 至—工廠牆壁的框架結構，譬如緊鄰轉爐。當在已知方法 中使用角度測量時，角度測量裝置係將物件或者容器相對 於已知環境之位置告知測量裝置。 ίο 15 在直接及間接角度測量固定兩者中，固定標記譬如皆 為小鋼板，譬如藉由雙筒鏡(binGeul⑽)或部分其他工具將 測量裝置發射的雷射束人工式導引至該等固定標記。在這 些已知方法中’目標在於將雷射束人工式導引至固定標記 的:心以收集_固定點藉以使固定成功。因此，測量裝置 的操作員在測試所有固定點之前需要進行數項操作。這些 已知方法的缺點在於難以使固定操作自動化；此外，當由 -人員進行固定時，在估計固定標記的中心及實際導引步 驟中皆具有發生誤差的危險。 從吴國專利案WO」85號得知採用固定或校準標記來 固定具有大致規則形狀的座標系，其中利用在兩交會方向 2〇將光輻射導引橫越固定標記、測量從固定標記反射的光輕 射、以反射至測$裝置的光輻射為基礎決定出固定標記與 在兩偏向方向發射的光輻射之間的至少兩個交點、及以此 至少四交點為基礎計算出一可供測量裝置發射的光輻射導 引丽往以在測量裝置的座標系中決定固定標記的座標系之 導引點，藉以測量測量裝置的座標系中各固定標記的位置。 此方法係基於下列理念：以一具有規則形狀且較佳為 環狀的固定標記來取代一習知固定標記；固定標記的中心 係由兩具有不同方向的雷射束偏向及所需要的計算加以決 5定；一雷射束導引至此中心，藉此自動地測量出測量裝置 的座標系中固定點之精確座標。 然而，仍需要進一步改良既有方法以進一步使其加快 並使其更加可靠。 【明内^^ 10 發明概要 利用此種叙射及接收光輪射來測量容器内襯磨損之測 里U的定位方法藉以達成此目的，該方法包含藉由合併 測$裝置及容器的座標系來固定該等座標系，以及個別地 決定測量裝置的座標系中複數個特定固定標記的位置，其 b中各該等固定標記大致為規則形狀，其中固定標記的位置 取決於： — (a)使-絲射束在—第—及第三交會方向中偏向橫越 一第-固定標記及決定中心位置及其至少兩線性邊緣並以 中心的位置及至少兩邊緣的方向為基礎生成一第一暫時座 2〇 標系， ⑻以第—暫時座標系為基礎來搜尋至少另兩固定標記 及決定其中心的位置， ⑷以該等固定標記的中^位置為基礎來界定容器的座 標系。 8 200415339 圖式簡單說明 下文中’參照圖式詳細地描述本發明，其中： 第1圖顯示用於製造已經可供直接人工定位及測量之 系統的第一製備步驟； 5 第2圖顯示用於製造已經可供間接人工定位及測量之 系統的第二製備步驟；及 第3圖顯示用於製造已經可供自動定位及測量之系統 的第三製備步驟。 【】 10較佳實施例之詳細說明 第1圖顯示用於製造已經可供直接人工定位及測量之 系統的第一製備步驟。第1圖顯示受測量物件，亦即一容器 10且其包含一外表面11及一含有一内襯(未圖示）的内表面 12 ’並測量其磨損。諸如一轉爐等容器10係懸吊在其樞軸 式輪軸13上，樞轴式輪軸13由一輪軸支樓件14支撐。實際 的測里I置20包含一雷射收發器22及其支撐件21。第1圖亦 ”、'貝不具有X ' y&z軸之測量裝置的座標系26。受測量物件亦 17各杰1〇之座標系36亦對應地包含X、y及z轴。數學上來 。况’ X測里物件亦即諸如轉爐等容H1G之座標系36係位於 2 0 η 〇 I 、 “汗口心，且座標系36的z軸沿著容器1〇的縱軸線延伸。 座標系36中，x轴為水平且y軸為垂直。 旦〜此總成較佳亦包括一角度測量震置（未圖示），其用來測 谷阳的倾斜度且最佳配置於容_的樞軸式輪轴Η上。 角度測里貝料可經由纜線或—無線電路徑發送至測量裝 9 200415339 置。如果容器10在固定測量與内襯測量之間旋轉，則需要 角度測量裝置；當固定標記(4卜43、45，第2及3圖）位於容 器外時亦即處於間接固定測量時，亦需要角度測量裝置。 習知上，藉由測量測量裝置20的座標系16中固定標記 5 31至34之特定點的位置來將測量裝置20及容器10的座標系 26、36數學式合併。固定標記31至34較佳具有規則形狀。 事實上，固定標記31至34的中心為固定點，並測量其座標。 此測量方式詳細地描述於以引用方式完全併入本文中之美 國專利案5,570，185號。 10 進行測量之後，系統已經可供直接人工定位及測量。 本發明的實行方式中，必須只在製備系統時一次進行此固 定測量。用於固定此系統之所有進一步測量係相對於外部 固定標記(41、42、45，第2及3圖）進行。 現在參照第2及3圖，將另三個外部固定標記41、43、 15 45組裝在固定標記支撐件42、44、46上，較佳位於一穩定 環境中的容槽外部。固定標記41、43、45譬如在容器10附 近附加至工廠牆壁或其他部位。第一固定標記41較佳為長 方形且最佳具有比至少另兩固定標記43、45更大的尺寸。 至少另兩固定標記43、45可能係為橢圓形或為一以任何方 20 式定位在目標表面上之標記。然而，其較佳亦為長方形。 本發明的實行方式中，藉由在第一及第二交會方向中 使一光輻射束偏向橫越該第一固定標記41來測量第一固定 標記41的中心點及平面與邊緣方向。以此資訊為基礎，生 成一第一暫時座標系47(第3圖）。 10 以第一暫時座標系為基礎，較佳利用自至少另兩固定 標記43、45的交點來計算該等固定標記43、衫的中心且2 佳利用距離測量及反射強度測量的其中一者，藉以搜尋= 等固定標記43、45且決定其位置。為了利於測試，固定^ 5記41、43、45較佳包含一反向反射性表面。 最後，以該等固定標記41、43、45的中心位置及自角 度測里獲得的角度值為基礎，決定出容器1〇的座標系％。 藉由這些資料可以合併座標系26及36。 一般而言，此方法可用來合併一受測量物件及測量妒 1〇置之座標系。受測量物件因此可能不是容器。此方法未必 用來測量一内襯或另一塗層的磨損，但對於此用途特別有 放此方法亦可應用在需要合併受測量及測量裝置的座標 系之其他測量。 雖然上文已經依據圖式參考範例來描述本發明，本發 月頒沭不在此限且可在申請專利範圍所揭露之本發明概念 範圍内藉由許多方式加以修改。譬如，根據本發明之方法 不限於各器之座標系36的間接測量。其亦可使用在使固定 己直接附加至容器之直接測量中。在此例中，固定標記 之光本反射率（〇ptical reflectivity)較佳係顯著地不同於圍 20繞固定標記之容器的一區域之光學反射率。然而，目標標 β己未必由一件分離的材料製成。固定標記亦可能具有自然 I狀或形式或為一位於目標表面上之標記。 式簡單說明】 第1圖顯示用於製造已經可供直接人工定位及測量之 11 200415339 系統的第一製備步驟； 第2圖顯示用於製造已經可供間接人工定位及測量之 系統的第二製備步驟；及 第3圖顯示用於製造已經可供自動定位及測量之系統 5 的第三製備步驟。 【圖式之主要元件代表符號表】 10…容器 11…外表面 12···内表面 13…植轴式輪轴 14…輪軸支撐件 20…測量裝置 21…支撐件 22…雷射收發器 26…測量裝置的座標系 31-34···固定標記 36…受測量物件亦即容器10之座標系 41…第一固定標記 42,44,46···固定標記支撐件 43,45…外部固定標記 47…第一暫時座標系

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 1. -種發射及接收光輻射來測量_容器_磨損之測量 裝置的定財法，财法包含藉由合併_量裝置及= =的座«來固定該等座標系，以及個別地決定_ 置裝置的座標系中複數個特定固定標記的位置，其中各 該等固定標記大致域_狀，其巾料固定^己驗 置取決於： (被—光㈣束在第-及第二交會方向中偏向橫 10 越一弟一固定標記及決定中心的位置及其至少 邊緣並以該中心的位置及耸 、 夂°亥4至夕兩邊緣的方向為基 礎生成一第一暫時座標系， 〜⑻以該第—暫時座標系為基礎來搜尋至少另兩固 疋才示ό己及決定其中心的位置， 15 哭的=該等固定標記的中心位置為基礎來界定該容 口口的座^^糸。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該第-固定桿記大 致為長方形。 口疋^-己大 3·如申料鄉圍第丨或2奴方法，其 20 具有比該等至少另兩固定標記更大之尺寸。 4.=物咖第⑷項之方法，其中自該料定標記 的乂點來计异該等固定標記的中心。 5·如申請專利範圍第4項 射強疮、目丨旦Α 、去，其中猎由距離測量及反 射強度測！的一者來偵測該等交點。 6·如申請專利範圍第5項 25 —反向反射性表面。方法’其中該等固定標記包含 13