UA129296C2 - Система, пристрій і спосіб вимірювання внутрішньої вогнетривкої футерівки посудини - Google Patents

Abstract

Вузол (10) сканера, виконаний з можливістю установки на важелі (82) маніпулятора сканера для розміщення поблизу отвору в посудині або вставки в отвір в посудині, а також для вимірювання відстані від випромінювача/датчика (40) всередині вузла (10) сканера до сукупності точок поверхні вогнетривкої футерівки для визначення параметрів увігнутої внутрішньої поверхні посудини за одне сканування. Маніпулятор сканера, який має важіль маніпулятора та прикріплений до вузла сканера, утримує вузол сканера в положеннях для вимірювання. Система управління управляє положенням вузла сканера, положенням випромінювача/датчика та збором, зберіганням, опрацюванням і представленням результатів вимірювань, які генеруються випромінювачем/датчиком. Поле огляду, отримане від вузла (10) сканера за одне сканування, виходить за межі півсфери.

Description

Варіанти реалізації об'єкта винаходу, описаного в цій заявці, стосуються загалом пристроїв, способів і систем, а більш конкретно, пристроїв, процесів, механізмів і методів для визначення параметрів внутрішньої вогнетривкої футеровки металургійних посудин.

Опис попереднього рівня техніки

Приймальні резервуари, такі як ківш, містять вогнетривку футеровку, виконану з можливістю захисту від високих температур, коли приймальний резервуар містить розплавлений метал.

Однак вогнетривка футеровка зазнає зносу або дії відкладень, які випадають з розплавленого металу. Контроль вогнетривкої футеровки відіграє важливу роль для забезпечення безперервної та безпечної експлуатації приймального резервуару. Виконання візуального огляду приймального резервуара, коли він порожній, було найбільш поширеним способом контролю протікання зносу та ушкодження вогнетривкої футеровки. З фінансових міркувань і з міркувань часу спосіб вимірювання не має вимагати охолодження посудини, навпаки, має бути можливим проводити вимірювання в посудині, температура якої дорівнює або приблизно дорівнює температурі експлуатації. З цієї причини не можна використовувати способи механічного контакту з поверхнею.

Вимірювання профілю внутрішньої поверхні посудин, яке використовується в разі виробництва розплавленого металу з використанням високошвидкісних сканувальних лазерних далекомірів, досить поширене в металургійній промисловості. Чавунні та сталеві ковші, основні кисневі конвертери (ВОЕ), посудини для аргонно-кисневого рафінування (АОБ), електродугові печі (ЕАЕ), посудини для плавлення алюмінію та міді, печі ливарного цеху, чавуновози та печі для донного продування (0О-ВОР) - усіх їх аналізують за допомогою лазерних сканерів для визначення внутрішнього профілю вогнетривкого матеріалу й обчислення залишкової товщини футеровки.

У цій галузі техніки для здійснення вимірювань у гарячих вогнетривких посудинах використовують лазерний сканер, який має випромінювач лазерного променя, дзеркало для відхилення лазерного променя і приймач лазерного променя для прийому лазерного променя, відхиленого поверхнею вогнетривкої футеровки. Час поширення між випромінюванням і прийомом лазерного променя лазерним сканером можна використовувати для обчислення відстані між вогнетривкою футеровкою і лазерним сканером у напрямку випромінюваного лазерного променя. Зміна напряму лазерного променя дає сукупність часів поширення, з яких можна отримати сукупність відстаней і сукупність точок. Для переміщення масиву даних із системи координат сканера в систему координат посудини застосовують перетворення координат, при цьому результати вимірювань можна використовувати для визначення товщини футеровки.

Обертання дзеркала навколо першої осі обертання, а самого лазерного сканера навколо другої осі обертання забезпечує сканування вогнетривкої футеровки у двох взаємно перпендикулярних напрямках таким чином, щоб отримати сукупність точок, які відображають скановану поверхню. Завдяки високій точності лазерного сканера шляхом порівняння послідовних зображень поверхні можна визначити, яка частина вогнетривкої футеровки зазнала корозії або ерозії, або зростання через відкладення. Звичайні системи забезпечують точність вимірювання товщини футеровки х/- 5-6 мм.

Однак через внутрішню форму приймального резервуара, внутрішніх геометричних обмежень приймального резервуара, відсутність можливості розташувати лазерний сканер надто близько до приймального резервуару, температура якого дорівнює або приблизно дорівнює температурі експлуатації, лазерний сканер може бути не в змозі отримати повний огляд поверхні, яка цікавить.

Для вирішення цієї проблеми лазерний сканер можна послідовно переміщати в різних напрямках або можна змінювати положення приймального резервуара відносно сканера таким чином, щоб сканер міг отримувати зображення в кожному місці розташування. Ці зображення об'єднують у глобальне "зображення". Для об'єднання послідовних зображень у глобальне зображення потрібні дуже точні відомості про положення лазерного сканера відносно приймального резервуара в кожній точці вимірювань. Це підвищує складність процесу, знижує точність отримуваного глобального зображення, піддає обладнання додатковому нагріванню і збільшує час, необхідний для завершення вимірювань.

ММО2008109510 містить опис пристрою вимірювання зносу вогнетривкої футеровки приймального резервуара, призначеного для розплавленого металу. Однак пристрою для виконання функції, для якої його призначено, потрібні два вузли сканера, через що ускладнюється об'єднання масивів даних, які генеруються кожним вузлом сканера. Крім того, спільне поле огляду двох вузлів сканера обмежено кожухом, в якому розміщені вузли сканера. 60 Стосовно сферичної системи координат значення фі (кути навколо осі обертання кожного лазерного сканера) обмежені приблизно 180 градусами. Крім того, значення тета (кути в межах площини, обмеженої межами поля огляду дзеркала всередині вузла сканера) не включають вісь 7. 58072613 містить опис системи та способу вимірювання зносу футеровки посудини, такої як ківш сигароподібної форми. Внутрішню поверхню футеровки контейнера сканують головкою сканера з першого положення в контейнері, розташованого під кутом відносно вертикальної осі контейнера. Головка сканера розташована у другому положенні в контейнері під кутом відносно вертикальної осі контейнера, причому з другого положення головка сканера сканує ділянки внутрішньої поверхні футеровки контейнера, які не були скановані при першому положенні сканування. Знос футеровки можна виміряти шляхом порівняння результатів вимірювання під час сканування футеровки з першого положення сканування і другого положення сканування після того, як контейнер був завантажений і розвантажений з початковим еталонним результатом вимірювання футеровки. Таким чином, для системи та способу потрібні два сканування для повного вимірювання, а також потрібно переміщати вузол сканера в нове положення для виконання другого сканування. Стосовно полярної системи координат допустимі значення тета (кути в межах площини, обмеженої межами поля огляду дзеркала всередині вузла сканера) проходять на однакову величину з будь-якої сторони площини, перпендикулярної осі 72. Проекції допустимих значень тета на внутрішній поверхні сфери, у центрі якої розташоване дзеркало, утворюють на сфері екваторіальну зону. Допустимі значення тета не включають осі 7.

Таким чином, на підставі щонайменше вищезгаданих звичайних методів бажано отримати пристрої, системи та способи, які зменшать кількість сканувань, а отже, час вимірювання, необхідний для отримання результатів вимірювання товщини вогнетривкої футеровки в металевих посудинах, виконаних з можливістю транспортування матеріалів з температурою вище від температури плавлення металу, приведуть до зменшення впливу на сканер внутрішніх умов вимірюваної посудини, і будуть змінювати конфігурацію поля огляду для підвищення ефективності та зниження складності процесу сканування.

СУТНІСТЬ ВИНАХОДУ

Одна або більше вищезазначених потреб або інших, відомих у цій галузі техніки, стосуються пристроїв, способів і процесів для визначення параметрів вогнетривкої футеровки в посудині або контейнері. Розкритий пристрій містить вузол сканера, виконаний з можливістю встановлення на важелі маніпулятора сканера для розміщення поблизу отвору в посудині або вставки в отвір у посудині у вказану увігнуту внутрішню поверхню посудини, і для вимірювання відстані від випромінювача/датчика всередині вузла сканера до сукупності точок поверхні вогнетривкої футеровки для визначення параметрів внутрішньої поверхні посудини за одне сканування. Розкритий пристрій також містить маніпулятор сканера, який має важіль маніпулятора, прикріплений до вузла сканера, причому важіль маніпулятора підтримує вузол сканера в положенні вимірювання і дозволяє випромінювачу/датчику сканера всередині вузла сканера приймати положення, з яких випромінювач/датчик сканера може вимірювати відстані до сукупності точок на поверхні вогнетривкої футеровки для визначення параметрів внутрішньої поверхні посудини за одне сканування. Розкриті пристрої також містять роботизований пристрій, прикріплений до маніпулятора сканера, причому роботизований пристрій має систему управління, причому система управління містить апаратні засоби та програмні засоби для управління положенням вузла сканера, орієнтацією випромінювача/датчика та збором, зберіганням, опрацюванням і представленням результатів вимірювання, які генеруються випромінювачем/датчиком; причому система управління з'єднана з можливістю зв'язку з вузлом сканера; причому система управління визначає параметри вогнетривкої футеровки шляхом порівняння сукупності відстаней, виміряних системою лазерного сканування, з еталонною поверхнею вогнетривкої футеровки.

Способи та процеси для визначення параметрів вогнетривкої футеровки в посудині також перебувають в межах обсягу об'єкта винаходу, розкритого в цій заявці. Ці способи включають такі етапи: установку роботизованого пристрою в положенні вимірювання; управління роботом за допомогою використання системи управління, яка містить апаратні засоби та програмні засоби, причому вказана система управління з'єднана з можливістю зв'язку з вузлом сканера; проходження вузла сканера, встановленого на важелі маніпулятора, прикріпленого до роботизованого пристрою, поблизу посудини або у внутрішню частину посудини; встановлення вузла сканера; орієнтування випромінювача/датчика сканера в сукупності послідовних положень; вимірювання відстані в кожному положенні від випромінювача/датчика сканера до внутрішньої поверхні посудини й отримання параметрів вогнетривкої футеровки шляхом порівняння сукупності відстаней, виміряних системою лазерного сканування, з еталонною поверхнею вогнетривкої футеровки.

КОРОТКИЙ ОПИС ГРАФІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

На Фіг. 1 представлено вид у поперечному розрізі посудини, виконаної з можливістю утримання матеріалів при підвищених температурах; на Фіг. 2 представлено схематичний вид маніпулятора сканера згідно з цим винаходом; на Фіг. З представлено вид збоку вузла сканера згідно з цим винаходом; на Фіг. 4 представлено вид у перспективі вузла сканера згідно з цим винаходом; на Фіг. 5 представлено вид у поперечному розрізі ковша сигароподібної форми, який містить маніпулятор сканера згідно з цим винаходом; на Фіг. 6 представлено схематичне зображення вузла сканера згідно з цим винаходом; на Фіг. 7 представлено схематичне зображення сферичної системи координат; на Фіг. 8 представлено схематичне зображення геометрії розташування вузла сканера; на Фіг. 9 представлено схематичне зображення механічної частини сканувальної системи згідно з цим винаходом; на Фіг. 10 представлено схематичне зображення механічної частини сканувальної системи згідно з цим винаходом; на Фіг. 11 представлено вид у перспективі механічної частини сканувальної системи згідно з цим винаходом; і на Фіг. 12 представлено схематичне зображення механічної частини сканувальної системи згідно з цим винаходом.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ

У подальшому описі прикладів варіантів реалізації дається посилання на графічні матеріали, які додаються. Однакові довідкові позиції на різних графічних матеріалах позначають однакові або подібні елементи. Подальший детальний опис не є обмежувальним для обсягу цього винаходу. Натомість обсяг цього винаходу визначається формулою винаходу, яка додається. Подальші варіанти реалізації розглядаються, з метою спрощення, стосовно термінології та структури, пристроїв, систем або способів для автономного сканування вогнетривкої футеровки в металургійних резервуарах. Однак розглянуті нижче варіанти реалізації не обмежуються цими установками, але можуть застосовуватися до інших пристроїв, систем або способів, у тому числі, але не обмежуючись цим, визначення параметрів вогнетривких матеріалів у посудинах, виконаних з можливістю транспортування речовин при температурах вище від температури плавлення матеріалу, з якого виконано посудину. У контексті всього цього документа термін "визначати параметри", наприклад, у виразі "визначати параметри вогнетривкої футеровки" означає аналізувати та/або вимірювати внутрішню поверхню вогнетривкої футеровки з використанням автономного лазерного сканера для визначення профілю внутрішньої поверхні вогнетривкої футеровки й обчислення товщини футеровки, що залишилася, щоб, наприклад, оцінити максимально допустимий термін служби при підтримці низької ймовірності прориву футеровки або визначити, коли потрібен ремонт.

Визначення параметрів футеровки можна також використовувати для визначення положення допоміжних пристроїв, які використовуються в металургійній промисловості під час опрацювання, як наприклад, точно заданого значення висоти над ванною рідкої сталі для висоти кисневої фурми.

Посилання по всьому опису на "одну конфігурацію" або "конфігурацію" означає, що конкретний елемент, структура або характеристика, описані у зв'язку з конфігурацією, включена щонайменше в одну конфігурацію розкритого об'єкта винаходу. Таким чином, поява фраз "в одній конфігурації" або "в конфігурації" в різних місцях по всьому опису не обов'язково стосується однієї й тієї самої конфігурації. Крім того, конкретні елементи, структури або характеристики можна поєднувати в будь-який прийнятний спосіб в одній або більше конфігураціях.

Посилання по всьому опису на "зв'язаний з можливістю передачі даних" означає, що два елементи з'єднані таким чином, що дані в електронному або променевому вигляді можуть проходити від щонайменше одного з елементів до іншого з елементів. Вираз "зв'язаний з можливістю передачі команд" означає, що команда в електронному або променевому вигляді може проходити від одного з елементів до іншого з елементів. Вираз "зв'язаний з можливістю управління" означає, що один з елементів виконаний з можливістю управління рухом або функцією іншого з елементів за допомогою команд, які передаються в електронному або променевому вигляді. Вираз "рухомо з'єднаний" означає, що два елементи з'єднані таким чином, що один елемент може переміщатися відносно іншого елемента, наприклад, уздовж 60 загальної осі, навколо осі або шарнірно, при цьому залишаючись у контакті з іншим елементом.

Вираз "шарнірне переміщення" і слово "шарнірно" стосується переміщення, під час якого рух однієї з пар елементів, зв'язаних один з одним, обмежений навколо осі взаємодії відносно іншого елемента. Вираз "нерухомо з'єднаний" означає, що два елементи з'єднані таким чином, що вони залишаються в контакті і відсутня можливість обертання шарнірного переміщення або поступального переміщення відносно один одного. Вираз "виходить за межі півсфери" стосується форми, представленої частиною сфери або частиною поверхні сфери, описаної 360 градусів довготи і більше ніж 90 градусів широти відносно полюса, і включаючи полюс. Кут "містить" лінію, якщо лінія проходить через вершину кута, лінії у площині кута та лежить між сторонами кута.

На Фіг. 1 показано посудину 2, виконану з можливістю утримання матеріалів при підвищених температурах. У контексті всього документа термін "контейнер" або "посудина" використовуються взаємозамінно і в широкому розумінні, у тому числі посилання на всі види металевих або неметалевих посудин різних розмірів і форм, призначених для утримання матеріалів або газів (у разі генератора для газифікації) при підвищених температурах, які можуть бути нижчими, рівними або вищими від температури плавлення матеріалу посудини.

Прикладами таких контейнерів є використовувані в таких застосуваннях, як-от, але не обмежуючись цим, процеси газифікації в хімічному виробництві та виробництві електроенергії, електродугові печі (ЕАЕ), основні кисневі конвертери (ВОРЕ), ковші, доменні печі, дегазатори та печі для аргонно-кисневого рафінування (АОБ) у виробництві сталі. Крім того, в контексті всього документа термін "матеріал при підвищеній температурі" використовується в широкому розумінні, щоб мати на увазі матеріали, призначені для розміщення всередині цих посудин, які мають досить високі температури, щоб призвести до ушкодження після того, як вони зазнали цих температур, коли цілісність вогнетривких матеріалів, які покривають щонайменше частину поверхні посудини, ушкоджується таким чином, що посудина зазнає впливу матеріалів при підвищених температурах. Як показано, посудина 2 має поздовжню вісь З посудини, оболонку 4, внутрішній шар вогнетривкого матеріалу б всередині оболонки 4 й отвір 8. Поздовжня вісь З посудини проходить через отвір 8. Штрихова лінія 7 на Фіг. 1 ілюструє початковий шар вогнетривкого матеріалу 6 до того, як посудина була поміщена для використання.

На Фіг. 2 показано вузол 10 сканера для вимірювання зносу у вогнетривкій футеровці. Вузол сканера містить проксимальний кінець 12 вузла сканера, дистальний кінець 14 вузла сканера і поздовжню вісь вузла 16 сканера, яка проходить від проксимального кінця 12 до дистального кінця 14. Установчий важіль 20, який має проксимальний кінець 22 установчого важеля і дистальний кінець 24 установчого важеля, розташований на дистальному кінці 14 вузла 10 сканера. Теплозахисний екран 26, який має проксимальний кінець 28 теплозахисного екрану і дистальний кінець 30, розташований навколо щонайменше частини окружності дистального кінця 24 установчого важеля. Головка 32, яка має проксимальний кінець 34 головки і дистальний кінець Зб головки, розташована на дистальному кінці 14 вузла 10 сканера.

Дистальний кінець установчого важеля 20 приєднаний з можливістю обертання до проксимального кінця головки 34. Головка 34, таким чином, може обертатися навколо поздовжньої осі вузла 16 сканера. Установчий важіль 20 і головка 32 можуть також бути описані як пов'язані, причому проксимальний кінець 34 головки З2 встановлений з можливістю обертання на дистальному кінці 24 установчого важеля 20, на якому головка 32 може обертатися відносно установчого важеля 20 навколо поздовжньої осі. Зв'язок між установчим важелем 20 і головкою 32 може перебувати в площині, перпендикулярній поздовжній осі.

Випромінювач/датчик 40 встановлений у нерухомому положенні на головці 34. Оптичний центр випромінювача/датчика 40 розташований на поздовжній осі 16 вузла сканера. Поле огляду випромінювача/датчика 40 є лінійним у поздовжньому напрямку. Поле огляду випромінювача/датчика 40 може бути описано як те, що міститься в площині, що також містить поздовжню вісь 16 вузла сканера. У показаній конфігурації площина поля огляду випромінювача/датчика 40 містить частину поздовжньої осі 16 вузла сканера, яка проходить у дистальному напрямку від випромінювача/датчика 40. Поле 42 огляду випромінювача/датчика містить дистальну межу 44 поля огляду випромінювача/датчика, яка проходить від дистального кінця головки, і містить проксимальну межу 46 поля огляду випромінювача/датчика, розташовану навпроти дистальної межі. Поле 42 огляду випромінювача/датчика описується в поздовжньому напрямку тупим кутом, який містить подовження поздовжньої осі 16 вузла сканера від дистального кінця вузла сканера, і містить лінію 48 в площині поля 42 огляду, яка проходить від випромінювача/датчика 40 в площині, перпендикулярній поздовжній осі 16.

У вибраних конфігураціях гострий кут 50 між дистальною межею 44 поля огляду випромінювача/датчика і площиною, яка перпендикулярна поздовжній осі 16 вузла сканера і 60 проходить через випромінювач/датчик 40, може мати значення від 1 градуса включно до 10 градусів включно. У вибраних конфігураціях гострий кут 52 між проксимальною межею 46 поля 42 огляду випромінювача/датчика і поздовжньою віссю 16 вузла сканера може мати значення від 70 градусів включно до 88 градусів включно.

Випромінювач/датчик 40 зазвичай містить лазер, оптичну систему, фотоприймач та електронні схеми приймача (не показані). Такі пристрої випромінювача/датчика виконані з можливістю випромінювати з високою частотою імпульси світла на поверхню цілі, деякі до 500 000 імпульсів на секунду. Датчик випромінювача/датчика 40 виконаний з можливістю вимірювання кількості часу, необхідного для кожного імпульсу, щоб повернутися від цілі до сканера через дане поле огляду. Світло рухається з постійною та відомою швидкістю так, що інформацію, яка надається випромінювачем/датчиком 40, можна використовувати для обчислення відстані між випромінювачем/датчиком 40 та мішенню з високою точністю. Шляхом повторення цього процесу у вигляді швидкої послідовності за допомогою включення орієнтації випромінювача/датчика 40 і положення вузла 10 сканера відносно вимірюваної посудини прилад будує складну "карту" товщини вимірюваної вогнетривкої поверхні. Шляхом обчислення та/або порівняння змін між картами виміряної товщини внутрішніх поверхонь вогнетривкої футеровки й еталонним виміром тієї самої поверхні визначають зміни й оцінюють можливі стани, які можуть призвести до ушкодження комбінації вогнетривка футеровка/оболонка. Окремі вимірювання можуть бути виконані протягом 20-30 секунд.

Випромінювач/датчик 40 може містити лазерний сканер, який має малий (близько 4 мм) діаметр променя, високу точність (найбільшу з пікових помилок вимірювання дальності близько т- 6 мм), високі швидкості сканування (до 500 000 Гц), надійну конструкцію для промислових умов і теплових навантажень, викликаних під час сканування високотемпературних поверхонь, безпечну для очей довжину хвилі (яка усуває та/або суттєво знижує вимоги техніки безпеки на робочому місці), кут сканування у вертикальній площині 55", і кут сканування в горизонтальній площині 0-360". Такі лазерні сканери забезпечують сканування внутрішньої частини посудини зі стандартною роздільною здатністю приблизно за двадцять-тридцять секунд, що приводить до меншого часу простою посудини та більш високої експлуатаційної готовності. У режимі з високою роздільною здатністю сканер може надати деталізовані зображення посудини, які можна використовувати для визначення параметрів вогнетривкої футеровки, визначення області навколо льотки або стану продувної заглушки.

Поле огляду випромінювача/датчика у вертикальній площині показано як кут 42. Поле 42 огляду випромінювача/датчика у вертикальній площині у всіх положеннях обертання головки 32 включає оптичну осьову лінію 16 випромінювача/датчика та лінію 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 в горизонтальній площині, яка перпендикулярна оптичній осьовій лінії 16 випромінювача/датчика.

На Фіг. З представлено вид збоку вузла 10 сканера, розташованого таким чином, що проксимальний кінець 14 й установчий важіль 20 орієнтовані вліво, і таким чином, що головка 32, яка прикріплена до установчого важеля 20 з можливістю обертання, показана справа.

Дистальний кінець вузла 12 сканера орієнтований праворуч. Поздовжня вісь 16 вузла сканера на цьому виді розташована горизонтально. Показано, що поле 42 огляду випромінювача/датчика включає поздовжню вісь 16 вузла сканера і лінію 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 у площині, яка перпендикулярна поздовжній осі 16 вузла сканера. Випромінювач/датчик 40 екранований віконцем 62 випромінювача/датчика. Навколо щонайменше частини окружності дистального кінця 24 установчого важеля розташований теплозахисний екран 26.

На Фіг. 4 представлено вид у перспективі вузла 10 сканера. Головка 32 прикріплена до установчого важеля 20 з можливістю обертання. Стаціонарний теплозахисний екран 26 розташований навколо щонайменше частини окружності установчого важеля 20. Установчий важіль 20 виконаний з можливістю нерухомого прикріплення до важеля маніпулятора.

Вузол 10 сканера може містити вбудовану систему охолодження і великий захист від випромінювання, щоб забезпечити розташування вузла 10 сканера якомога ближче (наприклад, у діапазоні від близько 2 м до близько З м) до високотемпературних (1700 С) поверхонь, що дозволяє вимірювати товщину футеровки у високотемпературних середовищах, які мають обмежений оптичний доступ, наприклад у генераторі для газифікації.

На Фіг. 5 показано вид у вертикальному розрізі маніпулятора 80 сканера в посудині 2, який на цій ілюстрації є ковшем сигароподібної форми. Маніпулятор 80 сканера містить вузол 10 сканера, який містить головку 32 і випромінювач/датчик 40. Маніпулятор сканера додатково містить довгасту форму або важіль 82 маніпулятора сканера, який має дистальний кінець і проксимальний кінець, і поздовжню вісь 84 важеля маніпулятора, яка може бути паралельна 60 поздовжній осі вузла 10 сканера або лежить з нею на одній прямій і проходить від дистального кінця до проксимального кінця важеля маніпулятора. У показаній орієнтації проксимальні кінці вузла 10 сканера, маніпулятора 80 сканера і важеля 82 маніпулятора сканера є верхніми кінцями; а дистальні кінці - нижніми кінцями. Дистальний кінець важеля 82 маніпулятора нерухомо прикріплений до проксимального кінця вузла 10 сканера; і важіль 82 маніпулятора проходить у поздовжньому напрямку від вузла 10 сканера. Важіль 82 маніпулятора і вузол 10 сканера можуть бути прикріплені один до одного торцями; один з важеля 82 маніпулятора та вузла 10 сканера може містити приймальну частину для приймання частини вставки іншого з важеля 82 маніпулятора та вузла 10 сканера; або важіль 82 маніпулятора та вузол 10 сканера можуть бути з'єднані унапуск.

Маніпулятор 80 сканера розташований таким чином, що при обертанні головки 32 навколо поздовжньої осі 16 вузла сканера випромінювач/датчик може здійснювати огляд всієї внутрішньої частини посудини 2.

Поле огляду випромінювача/датчика в поздовжній площині показано як кут 42. Кут 42 є сумою (а) тупого складового кута 86 дистального поля огляду у вертикальній площині, обмеженій (і) лінією 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 у площині, яка перпендикулярна поздовжній осі вузла сканера, і (ії) лінією, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 через дистальний кінець вузла 10 сканера (який у цьому випадку відповідає дистальній межі поля 44 огляду); і (б) гострого складового кута 88 поля огляду, який лежить в одній площині зі складовим кутом 86 дистального поля огляду, причому кут 88 обмежений (ї) лінією 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 в площині, яка перпендикулярна поздовжній осі вузла сканера, та (ії) лінією, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 на протилежній стороні лінії 48 від кута 86 (яка в цьому випадку відповідає проксимальній межі 46 поля огляду). Показано, що поле 42 огляду випромінювача/датчика включає поздовжню вісь 16 вузла сканера і лінію 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 у площині, яка перпендикулярна поздовжній осі вузла сканера, і поле 42 огляду випромінювача/датчика в поздовжній площині у всіх положеннях обертання головки 32 включає частину поздовжньої осі 16 вузла сканера, яка проходить в дистальному напрямку від випромінювача/датчика 40, і частина лінії 48, яка проходить назовні від випромінювача/датчика 40 горизонтальній площині, яка перпендикулярна поздовжній осі 16 вузла сканера.

На Фіг. 6 зображена система 100 сканування для вимірювання внутрішньої вогнетривкої футеровки посудини 2. Система містить вузол 10 сканера, що містить головку 32, в якій розміщений випромінювач/датчик 40. Вузол 10 сканера прикріплений до важеля 82 маніпулятора з утворенням 80 маніпулятора сканера. Проксимальний кінець важеля 82 маніпулятора прикріплений до опорної основи 110 за допомогою опорного важеля 112, який виконаний з можливістю переміщення важеля 82 маніпулятора в заздалегідь визначені положення та орієнтації. Проксимальний кінець опорного важеля 112 може бути рухомо з'єднаний з опорною основою 110. Опорний важіль 112 платформи може переміщатися, повертатися і/або шарнірно переміщатися відносно опорної основи 110. Опорний важіль 112 може бути прикріплений до опорної основи 110 за допомогою платформи 114 опорної основи, яка може переміщатися або обертатися відносно опорної основи 110. Приводи 116 опорного важеля розташовані на шарнірних секціях опорного важеля 112 для управління відносними положеннями з'єднаних секцій або управління орієнтацією опорного важеля 112 за допомогою важеля 82 маніпулятора. Проксимальний кінець маніпулятора 80 сканера може бути рухомо або шарнірно з'єднаний з дистальним кінцем опорного важеля 12. Маніпулятор 80 сканера може переміщатися, обертатися або шарнірно переміщатися відносно опорного важеля 112.

Комбінація опорної основи 110, платформи 114 опорної основи, опорного важеля 112 і важеля 82 маніпулятора або аналогічна комбінація елементів, яка переміщує вузол 10 сканера, має просту вимогу для переміщення з початкового положення в положення вимірювання і назад у початкове положення. Геометрія та розміри маніпулятора мають бути вибрані таким чином, щоб вузол 10 сканера можна було розмістити у положенні вимірювання для конкретної досліджуваної посудини.

В інших конфігураціях системи сканування можуть бути використані різні комбінації опор, опорних важелів, з'єднань та обертових пристроїв для переміщення вузла 10 сканера в положення вимірювання. Опорний важіль 112 і важіль 82 маніпулятора можуть бути об'єднані у вузол, в якому опорний важіль 112 і важіль 82 маніпулятора розташовані під прямими кутами, і опорний важіль 112 містить шарнір, який пов'язаний з опорою.

Датчики 130 можуть бути розташовані на опорній основі 110, важелі 82 маніпулятора, вузлі 10 сканера та/або посудині 2 для надання даних для визначення положення посудини відносно 60 незалежної системи координат, тієї самої системи координат, до якої прив'язана система сканування, що забезпечує до шести ступенів свободи. Датчики 130, розташовані на посудині 2, можуть бути одноточковими лазерними далекомірами або інклінометрами.

Привод 134, який може бути розташований всередині вузла 10 сканера, управляє обертальним рухом головки 32 відносно установчого важеля вузла 10 сканера. Привод 134 управляє кутовим положенням дзеркала, яке відображає світло, що створюється або сприймається випромінювачем/датчиком 40; причому кут міститься в площині, яка включає поздовжню вісь вузла сканера. Привод 134 може містити мікропроцесор і може мати додаткові функціональні можливості, які використовуються в процесі вимірювання, у тому числі управління повільним рухом двигуна сканування головки 32 навколо поздовжньої осі 16 вузла сканера (азимут), управління швидким рухом двигуна сканування, який встановлює кут, вписаний між напрямком випромінювання/сприйняття випромінювача/датчика 40 і поздовжньою віссю 16 вузла сканера (кут нахилу), збудження лазера, обчислення даних про дальність і буферизацію даних, а також остаточна передача даних про дальність на пристрій 140 управління.

Пристрій 140 управління пов'язаний з можливістю передачі даних з датчиками 130 і випромінювачем/датчиком 40, розташованими на комбінації опорної основи 110, важеля 82 маніпулятора і вузла 10 сканера. Обмін даними може здійснюватися за допомогою фізичного з'єднання або бездротової передачі. У деяких конфігураціях пристрій 140 управління зв'язаний з можливістю передачі даних з одним або більше датчиками 130, встановленими на посудині 2.

Пристрій 140 управління приймає вхідні дані від датчиків 130 і від випромінювача/датчика 40 в комбінації з опорної основи 110, важеля 82 маніпулятора і вузла 10 сканера. У деяких конфігураціях пристрій 140 управління приймає вхідні дані від одного або більше датчиків 130, встановлених на посудині 2. Дані приймаються через один або більше портів 142 для вхідних даних.

Пристрій 140 управління передає команди на один або більше приводів 134, розташованих у вузлі 10 сканера, для переміщення компонентів відносно один одного у вузлі 10 сканера, на приводи 116 опорного важеля для переміщення компонентів опорного важеля 112 відносно один одного і на привод 118 платформи опорної основи для переміщення платформи 114 опорної основи відносно решти опорної основи 110. Команди приводів передаються від пристрою 140 управління через один або більше вихідних портів 144 управління на приводи.

Пристрій 140 управління виконаний з можливістю, шляхом передачі команд на приводи 116, 118 і 134, залучення шести ступенів свободи для розташування вузла 10 сканера в заздалегідь визначеному місці розташування та орієнтації з точністю, яка співвідносна з загальною похибкою вимірювання. Загальна точність може бути визначена або за допомогою передачі команд на приводи для переміщення до механічного обмежувача, причому обмежувач обмежує подальше переміщення, або в положення, яке визначається шляхом вимірювання положення важеля з використанням комбінації лінійних кодерів або кодових кутомірів, залежно від обставин. Приводи 116, 118 і 134 можуть містити серводвигуни та/або гідравлічні приводи.

Пристрій 140 управління містить інтерфейс 152 людина/система для введення та відображення даних, який може містити такі пристрої, як клавіатура, екран дисплея, сенсорний екран, індикатори, а також пристрої та поверхні управління.

Пристрій 140 управління містить пристрій 154 зберігання даних, такий як ОЗП або жорсткий диск, в якому зберігаються дані, отримані датчиками 130, випромінювачем/датчиком 40, зберігаються дані, які будуть використовуватися під час виконання обчислень, зберігаються програми команд та управління для руху елементів пристрою, таких як приводи 116, 118 ії 134, та зберігаються програми розрахунку для опрацювання отриманих даних.

Пристрій 140 управління містить буфер 156 даних, який тимчасово зберігає дані, отримані через порт 142 завантаження даних, доти, доки вони не будуть розміщені пристроєм 154 зберігання даних.

Пристрій 140 управління містить процесор 170, який перетворює запрограмовані інструкції в команди й опрацьовує отримані дані. Процесор 170 перетворює інформацію про положення, яка стосується розташування посудини 2 і стосується розташування випромінювача/датчика 40, в загальну систему координат.

Як сукупно зображено на Фіг. 1-6, пристрій 140 управління видає команду на виконання вимірювання, а привод 134 або мікропроцесор всередині вузла 10 сканера управляє процесом вимірювання, зокрема повільного руху двигуна сканування головки 32 навколо поздовжньої осі 16 вузла сканера (азимут), швидкого руху двигуна сканування, який встановлює кут, вписаний між напрямком випромінювання/сприйняття випромінювача/датчика 40 і поздовжньої віссю 16 вузла сканера (кут нахилу), збудження лазера, обчислення даних про дальність і буферизації 60 даних, а також остаточної передачі даних про дальність на пристрій 140 управління. У прикладі способу роботи вузол сканера може бути орієнтований по заданому азимуту, і вимірювання виконують у діапазоні значень кута нахилу. Процес повторюється для діапазону значень азимуту.

Випромінювач/датчик 40 є технологією дистанційного вимірювання, яка вимірює відстань шляхом освітлення цілі лазером і вимірювання часу поширення фотонів, випромінюваних лазерним джерелом для проходження відстані туди і назад між джерелом і відбиваючою поверхнею дистального поля. Типовий тривимірний випромінювач/датчик 40 містить лазер, сканер, оптичну систему, фотодетектор і електронні схеми приймача. Фахівцям у цій галузі техніки буде зрозуміло після розгляду розкритого в цьому документі об'єкта винаходу, що у випромінювачі/датчику 40 можна використовувати різні типи лазерів, у тому числі лазери, які мають різні довжини хвиль, а також різні режими роботи (наприклад, імпульсний або безперервний типи). Точність і роздільна здатність параметрів і вимірювання зносу футеровки посудини 2 будуть залежати від того, як лазер у випромінювачі/датчику 40 фокусується за допомогою оптичної системи, яка також визначатиме поле огляду випромінювача/датчика 40.

Більш висока роздільна здатність може бути досягнута за допомогою більш коротких імпульсів за умови, що приймач-детектор і електронні схеми мають достатню смугу пропускання, щоб впоратися зі зменшеною шириною імпульсу. На швидкість проявлення зображень впливає швидкість, з якою вони можуть бути відскановані в систему. Доступні різні способи сканування для сканування променя через необхідні кути нахилу. Точне розташування дзеркала впливає на точність вимірювання.

Крім того, пристрій 140 управління системи 100 лазерного сканування може містити процесор 170 для опрацювання параметрів зносу і вимірювання температури поверхні.

Процесор 170 може бути вбудований у систему 100 лазерного сканування або з'єднаний з нею.

Типовий випромінювач/датчик 40 лазерного далекоміра містить вузол, який складається з імпульсного лазера, способу виявлення події лазерного випромінювання, багатогранного дзеркала, високошвидкісного детектора для виявлення світла, що відображається від поверхні дистального поля, і двигуна або приводу для повільного обертання вищезгаданого вузла через потрібне місце події. На практиці лазер та детектори функціонують разом для вимірювання відстані, а дзеркало/двигун направляють лазер для створення растрового зображення через місце події. Кодери з високою роздільною здатністю зазвичай використовують для визначення кутового положення обертання швидкого сканування (кут нахилу) (а також осі повільного сканування з такою самою роздільною здатністю).

В одній конфігурації система 100 лазерного сканування містить випромінювач/датчик 40, який має малий (близько 3,6 мм) діаметр променя, високу точність (найбільшу з пікових помилок вимірювання дальності близько б мм), високі швидкості сканування (приблизно до 500 000 Гу), надійну конструкцію для промислових умов і теплових навантажень, викликаних під час сканування високотемпературних поверхонь, безпечну для очей довжину хвилі (яка усуває та/або суттєво знижує вимоги техніки безпеки на робочому місці), можливість встановлення у вузлі сканера для створення діапазону кутів сканування у вертикальній площині від 957 до -157 і діапазону кутів сканування в горизонтальній площині від 07 до 360". Такий лазерний сканер забезпечує сканування внутрішньої частини посудини зі стандартною роздільною здатністю приблизно за 6-10 секунд, що приводить до меншого часу простою посудини та вищої експлуатаційної готовності. У режимі з високою роздільною здатністю сканер може надати деталізовані зображення посудини, які можна використовувати для виявлення тріщин, визначення області навколо льотки або стану продувної заглушки. Датчики на приладі вимірюють кількість часу, необхідний кожному лазерному імпульсу, щоб залишити його, переміститися до поверхні дистального поля і після відбиття, повернутися від поверхні цілі до сканера. Світло рухається з постійною та відомою швидкістю, тому випромінювач/датчик 40 може надавати дані, які дозволяють з високою точністю розрахувати відстань між випромінювачем/датчиком 40 і ціллю. Шляхом повторення з невеликими інтервалами прилад будує "карту" відстаней вимірюваної ним поверхні. Шляхом розрахунку та/або порівняння змін між картами виміряних відстаней вогнетривкого матеріалу б з еталонним результатом вимірювання тих самих поверхонь виявляють зміни товщини футеровки або топології поверхні, які можуть призвести до ушкодження контейнера 2.

На Фіг. 7 представлено схематичне зображення сферичної системи 200 координат. Кут 202 є тета (6), полярним кутом, виміряним від фіксованого зенітного напрямку 7. Кут 204 є фі (Ф), азимутальним кутом перпендикулярної проекції полярного кута на еталонну площину, яка проходить через початок координат і перпендикулярна зенітному напрямку, виміряному від фіксованого еталонного напрямку У. Довжина 206 є г, радіальною відстанню від точки до бо фіксованого початку системи координат.

Поле огляду вузла 10 сканера можна описати з точки зору сферичної системи 200 координат. Якщо вузол 10 сканера вирівняний таким чином, що дистальний кінець 14 вузла сканера відповідає додатному напрямку осі 7, і проксимальний кінець 12 вузла сканера відповідає від'ємному напрямку осі 7, а поздовжня вісь 16 вузла сканера розташована таким чином, щоб відповідати осі 7, поле огляду вузла 10 сканера включає всі значення фі від 0 градусів до 360 градусів (тобто сканер може вільно обертатися навколо осі 7) і всі значення тета від 0 градусів до 90 градусів, у тому числі додатну довжину осі 7 і площину ХУ під час обертання головки навколо осі 2. Додаткові значення тета, які можуть бути включені в поле огляду, становлять: -107, -97, -87, -727, -67, -57, -47, -37, -27, -17, 917, 927, 937, 947, 957, 967, 977, 987, 997, 1007, 101", 1027, 103", 1047 ї 1057. У деяких конфігураціях дистальна межа 44 поля огляду випромінювача/датчика, проксимальна межа 46 поля огляду випромінювача/датчика залишаються постійними під час обертання випромінювача/датчика 40 навколо осі Х.

Вузол 10 сканера розроблений так, що має, разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, що збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно до 360 градусів включно, поле огляду, яке включає при всіх значеннях фі щонайменше всі значення тета в полярній системі координат від 0 градусів включно до 91 градуса включно.

Альтернативно, вузол 10 сканера має, разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, що збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, поле огляду, яке є симетричним відносно осі 7 і виходить за межі півсфери. Поле огляду виходить за межі півсфери в тому розумінні, що воно включає півсферичну частину, а також проходить від місця перетину з віссю 2 до значення тета, що перевищує 90 градусів.

Розкриті в цьому документі вузол сканера і маніпулятор сканера виконані з можливістю зведення до мінімуму глибини, на яку вони мають бути вставлені в посудину, внутрішня частина якої повністю увігнута в поздовжньому і поперечному розрізах. Якщо всі кути тета, виміряні від осі Х у сферичній системі координат, яка має гирло посудини як його площина У7, перебувають у діапазоні від 90 градусів до 270 градусів для посудини, вузол сканера можна розмістити будь- де за межами посудини на поздовжній осі посудини. Якщо внутрішня частина посудини має кути тета менше ніж 90 градусів або більше ніж 270 градусів, виміряні таким чином, вузол сканера має бути розміщений ближче до гирла посудини, оскільки значення тета зменшуються від 90 градусів або збільшуються від 270 градусів.

Якщо значення кута тета для посудини наближаються до 0 градусів або 360 градусів, вузол сканера та маніпулятор сканера мають бути вставлені у гирло посудини для сканування всієї внутрішньої частини. На Фіг. 8 показано вузол 10 сканера, який використовується для сканування внутрішньої частини посудини 2, що має внутрішній шар б вогнетривкого матеріалу.

Ділянка внутрішнього шару б вогнетривкого матеріалу поблизу отвору З посудини перпендикулярна поздовжній осі посудини та поздовжній осі 16 вузла сканера. Головка 32 сканера містить випромінювач/датчик 40, який має дистальну межу 44 поля огляду випромінювача/датчика і проксимальну межу 46 поля огляду випромінювача/датчика. Кут 86 є дистальною складовою кута поля огляду в площині, яка містить поздовжню вісь 16 вузла сканера. Кут 88 є проксимальною складовою кута поля огляду в площині, яка містить поздовжню вісь 16 вузла сканера. Перетин кутів 86 і 88 є лінією, яка проходить у площині, перпендикулярній поздовжній осі 16 вузла сканера.

Необхідну довжину вставки 302 випромінювача/датчика 40 в посудину 2 можна визначити по куту 88 і відстані 304 випромінювача/датчика 40 у площині, перпендикулярній поздовжній осі 16 вузла сканера, від внутрішнього шару б. У нижченаведеній формулі кут 88 представлено як альфа, відстань 304 представлено як х, а необхідну довжину вставки 302 представлено як 7: 7-х (ап с)

Ці значення отримані для особливого випадку, в посудині, у якого внутрішня частина повністю увігнута в поздовжньому і поперечному розрізах, в якому частина внутрішнього шару вогнетривкого матеріалу 6 поблизу отвору З посудини має значення кута тета, по суті рівні 0" або 360". Для посудин, внутрішня частина яких повністю увігнута в поздовжньому і поперечному розрізах і в яких значення тета близькі до 907 або 270", необхідна довжина вставки буде набагато меншою.

На Фіг. 9 представлено схематичне зображення механічної частини 400 сканувальної системи згідно з цим винаходом Поверхня 405 підтримує опорну основу 110. Канал 410 опорної основи, показаний на цьому зображенні вертикальним, проходить через опорну основу 110.

Канал опорної основи містить верхній кінець першого опорного важеля 112. Лінійний рух першого опорного важеля 112 у каналі 410 опорної основи здійснюється і створюється приводом 412. Привод 412 може містити рейкову передачу або будь-який інший механізм, виконаний з можливістю створення відносного лінійного руху першого опорного важеля 112 в каналі 410 опорної основи. Стрілка 414 показує напрямок руху першого опорного важеля 112 в каналі 410 опорної основи.

Нижній кінець першого опорного важеля 112 прикріплений до верхнього кінця першого опорного важеля 112 через обертове з'єднання 420. Обертання нижнього кінця першого опорного важеля 112 відносно верхнього кінця першого опорного важеля 112 здійснюється і створюється приводом 422. Привод 422 може містити кроковий двигун або інший механізм, виконаний з можливістю створення певного і точного обертального руху. Стрілка 424 показує напрямок обертання нижнього кінця першого опорного важеля 112.

Нижній кінець першого опорного важеля 112 виконаний з можливістю утримання поздовжньої поверхні другого опорного важеля 112. Як зображено, другий опорний важіль 112 розташований таким чином, щоб відкритий кінець був нижче від закритого кінця. Другий опорний важіль 112 може бути розміщений у горизонтальному положенні або під будь-яким кутом до горизонтальної площини. Другий опорний важіль 112 містить канал 426 опорного важеля, який містить маніпулятор сканера, що має важіль 82 маніпулятора і головку 32. Привод 427 здійснює і створює втягнення важеля 82 маніпулятора канал 426 опорного важеля і висування з нього.

Привод 427 може містити рейкову передачу або будь-який інший механізм, виконаний з можливістю створення відносного лінійного руху. Стрілка 428 показує напрямок руху важеля 82 маніпулятора в каналі 426 опорного важеля.

На Фіг. 10 представлено схематичне зображення механічної частини 400 сканувальної системи згідно з цим винаходом Поверхня 405 підтримує опорну основу 110. Опорна основа 110 прикріплена до платформи 114 опорної основи через обертове з'єднання 420. Обертання платформи 114 опорної основи відносно опорної основи 110 здійснюється і створюється приводом 430. Привод 430 може містити кроковий двигун або інший механізм, виконаний з можливістю створення певного і точного обертального руху. Стрілка 432 показує напрямок обертання платформи 114 опорної основи.

Перший опорний важіль 112 проходить вниз від платформи 114 опорної основи. Перший опорний важіль 112 з'єднаний з другим опорним важелем 112 за допомогою шарніра 434.

Привод 436 здійснює і створює обертальний рух другого опорного важеля 112 навколо осі шарніра 434. Стрілка 438 показує напрямок руху другого опорного важеля 112 навколо осі 434.

Другий опорний важіль 112 приєднаний до проксимального кінця важеля 82 маніпулятора.

З'єднання другого опорного важеля 112 з проксимальним кінцем важеля 82 маніпулятора зображено під прямим кутом; воно може набувати будь-якої форми, що прискорює сканування посудини; воно може бути фіксованим чи регульованим. Другий опорний важіль 112 і важіль 82 маніпулятора можуть бути виконані як одне ціле. Другий опорний важіль 112 може містити додатковий шарнір і привод для забезпечення додаткових ступенів свободи руху.

У варіанті механічної частини 400 зображеної сканувальної системи платформа 114 основи та привод 430 опущені, а другий опорний важіль 112 прямо пов'язаний з опорною основою 110.

На Фіг. 11 представлено вид у перспективі механічної частини сканувальної системи 400 згідно з цим винаходом, що спирається на опорну основу 110. Опорна основа 110 прикріплена до платформи 114 опорної основи за допомогою обертового з'єднання 420. Обертання платформи 114 опорної основи відносно опорної основи 110 здійснюється і створюється приводом 430. Привод 430 може містити кроковий двигун або інший механізм, виконаний з можливістю створення певного і точного обертального руху. Стрілка 432 показує напрямок обертання платформи 114 опорної основи.

Перший опорний важіль 112 проходить вгору від платформи 114 опорної основи. Перший опорний важіль 112 з'єднаний з другим опорним важелем 112 за допомогою шарніра 434.

Привод 436 здійснює і створює обертальний рух другого опорного важеля 112 навколо осі шарніра 434. Стрілка 438 показує напрямок руху другого опорного важеля 112 навколо осі 434.

Обертальним рухом другого опорного важеля 112 навколо осі шарніра 434 можуть управляти серводвигуни та/або гідравлічний привод.

Другий опорний важіль 112 має відкритий кінець і містить внутрішній канал опорного важеля, який телескопічно вміщає третій опорний важіль 112. Третій опорний важіль має 112 відкритий 60 кінець і містить внутрішній канал опорного важеля, який телескопічно вміщає маніпулятор сканера, що має важіль 82 маніпулятора і головку 32. Привод 440 здійснює і створює втягування важеля 82 маніпулятора в канал опорного важеля третього опорного важеля 112 і висування з нього, а також втягування третього опорного важеля 112 у канал опорного важеля другого опорного важеля 112 і висування з нього. Привод 440 може містити рейкову передачу або будь- який інший механізм, виконаний з можливістю створення відносного лінійного руху. Стрілка 442 показує напрямок руху третього опорного важеля 112 у канал опорного важеля другого опорного важеля 112 і з нього. Стрілка 428 показує напрямок руху важеля 82 маніпулятора в канал опорного важеля третього опорного важеля 112 і з нього.

На Фіг. 12 представлено схематичне зображення механічної частини 400 сканувальної системи згідно з цим винаходом Шарнір 434 підтримується поверхнею 405 або на ній. Привод 436 забезпечує обертання опорного важеля 112 на його проксимальному кінці з вертикального положення (положення зберігання, позначеного суцільними лініями) в горизонтальне робоче положення, позначене штриховими лініями. Стрілка 438 показує напрямок руху опорного важеля 112 між вертикальним положенням і горизонтальним положенням.

Опорний важіль 112 на своєму дистальному кінці з'єднаний з проксимальним кінцем важеля 82 маніпулятора, який має головку 32 на своєму дистальному кінці, за допомогою обертового з'єднання 420. Обертання обертового з'єднання 420 відбувається навколо осі, яка перпендикулярна поздовжній осі опорного важеля 112 і перпендикулярна поздовжній осі важеля 82 маніпулятора, та здійснюється і створюється приводом 422. Привод 422 може містити кроковий двигун або інший механізм, виконаний з можливістю створення певного і точного обертального руху. Стрілка 424 показує напрямок обертання нижнього кінця першого опорного важеля 112 у горизонтальному робочому положенні механічної частини 400 сканувальної системи.

Нижченаведений процес використовують для виконання вимірювань у посудині. Посудину спорожняють та видаляють сторонній матеріал. Потім визначають положення посудини, або шляхом обчислення шляху (посудину розміщують в тому самому положенні під час кожного вимірювання), або шляхом використання зовнішніх датчиків. Потім посудину орієнтують таким чином, щоб поверхня, яка представляє інтерес, всередині посудини могла перебувати в полі огляду вузла сканера, прикріпленого до маніпулятора сканера. Маніпулятор сканера розміщують у положенні вимірювання, зазвичай у положенні на поздовжній осі посудини, яка проходить через отвір посудини, або поблизу неї. Головку маніпулятора сканера обертають навколо поздовжньої осі вузла сканера; виконують вимірювання і генерують профіль внутрішньої поверхні посудини. Профіль внутрішньої поверхні посудини порівнюють з еталонним масивом даних або зі створеною тривимірною моделлю посудини. Порівняння дозволяє виявити ділянки, в яких спостерігається знос або в яких з'явилися відкладення.

Спосіб вимірювання зносу у вогнетривкій футеровці включає: спорожнення посудини, яка містить футеровку; встановлення посудини в потрібне положення; орієнтування посудини таким чином, щоб поверхня футеровки, яка представляє інтерес, усередині посудини могла перебувати в полі огляду вузла сканера; забезпечення наявності вузла сканера, який містить установчий важіль; головку, прикріплену до установчого важеля з можливістю обертання, та випромінювач/датчик, розташований усередині головки; причому вузол сканера має, разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, поле огляду, яке є симетричним відносно осі 2 і виходить за межі півсфери; встановлення вузла сканера в положення вимірювання; приведення в дію випромінювача/датчика; обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат; отримання для вибраних значень фі даних для вибраних значень тета в полярній системі координат; збір даних, наданих випромінювачем/датчиком; і генерування із зібраних даних профілю внутрішньої поверхні посудини.

Вузол сканера для вимірювання зносу у вогнетривкій футеровці містить: дистальний кінець, проксимальний кінець і поздовжню вісь, яка проходить від проксимального кінця до дистального кінця; установчий важіль, який має проксимальний кінець і дистальний кінець, розташований на бо проксимальному кінці вузла сканера;

головку, яка має проксимальний кінець і дистальний кінець, причому дистальний кінець установчого важеля приєднаний з можливістю обертання до проксимального кінця головки, причому зв'язок між установчим важелем і головкою може перебувати в площині, перпендикулярній поздовжній осі; та випромінювач/датчик, встановлений у нерухомому положенні в головці; причому оптичний центр випромінювача/датчика розташований на поздовжній осі; причому поле огляду випромінювача/датчика є лінійним у поздовжньому напрямку; причому поле огляду містить дистальну межу, яка проходить від дистального кінця головки, і містить проксимальну межу, розташовану навпроти дистального кінця; і причому поле огляду випромінювача/датчика описується в поздовжньому напрямку тупим кутом, який містить подовження поздовжньої осі вузла сканера від дистального кінця вузла сканера, і містить лінію в площині поля огляду, яка проходить від випромінювача/датчика в площині, перпендикулярній поздовжній осі.

Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що поворотне з'єднання дистального кінця установчого важеля з проксимальним кінцем головки забезпечує можливість обертання на 360 градусів навколо поздовжньої осі вузла сканера. Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що поле огляду випромінювача/датчика лежить у площині, що містить поздовжню вісь випромінювача/датчика. Вузол сканера може містити теплозахисний екран, який розташований над щонайменше частиною окружності дистального кінця установочного важеля. Вузол сканера може містити один випромінювач/датчик; вузол сканера може включати другий випромінювач/датчик; кількість випромінювачів/датчиків у вузлі сканера може дорівнювати одному.

Вузол може бути виконаний таким чином, що гострий кут, представлений дистальною межею поля огляду випромінювача/датчика і поздовжньою віссю, має значення від 1 градуса включно до 10 градусів включно. Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що гострий кут, представлений проксимальною межею поля огляду випромінювача/датчика та поздовжньою віссю, має значення від 70 градусів включно до 88 градусів включно.

Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що він не взаємодіє з пристроєм для нанесення вогнетривких матеріалів або таким чином, що він не є частиною пристрою, який містить пристрій для нанесення вогнетривких матеріалів. Пристрій для нанесення вогнетривких матеріалів є пристроєм, виконаним з можливістю розбризкування, розпилення за допомогою фарбопульта або подачі іншим способом матеріалу на поверхню так, щоб матеріал прилипав до поверхні. Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що обертання головки біля установчого важеля обмежено навколо будь-якої осі, яка відрізняється від поздовжньої осі вузла сканера.

Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, в момент обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, вузол сканера має поле огляду, яке включає всі значення фі, всі значення тета в полярній системі координат від 0 градусів включно до 91 градуса включно.

Вузол сканера може бути виконаний таким чином, що разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, вузол сканера має поле огляду, яке є симетричним відносно осі 7 і виходить за межі півсфери.

Маніпулятор сканера, який містить вузол сканера за будь-яким одним або більше з описаного вище, може бути виконаний таким чином, що маніпулятор сканера додатково містить довгасту форму або важіль маніпулятора сканера, який має дистальний кінець і проксимальний кінець, а також поздовжню вісь, яка лежить на одній прямій з поздовжньою віссю вузла сканера і проходить від дистального кінця до проксимального кінця; причому дистальний кінець маніпулятора сканера нерухомо прикріплений до проксимального кінця вузла сканера; і причому довгаста форма або важіль маніпулятора сканера проходить у поздовжньому напрямку від вузла сканера.

У розкритих прикладах варіантів реалізації запропоновані пристрої, способи та системи для автономного визначення параметрів вогнетривкої футеровки металургійного резервуара, а також інші вищевказані варіанти використання, коротко викладені та зрозумілі фахівцям у 60 відповідних галузях техніки. Слід розуміти, що цей опис не призначений для обмеження обсягу цього винаходу. Навпаки, приклади варіантів реалізації призначені для охоплення альтернатив, модифікацій і еквівалентів, які включені в сутність та обсяг цього винаходу, як це визначено формулою винаходу, яка додається. Крім того, в детальному описі прикладів варіантів реалізації, численні конкретні подробиці викладені в такому порядку, щоб забезпечити всебічне розуміння заявленого винаходу. Однак для фахівця в цій галузі техніки буде очевидно, що різні варіанти реалізації можуть бути реалізовані на практиці без таких конкретних подробиць.

Хоча ознаки й елементи цих прикладів варіантів реалізації описані у варіантах реалізації в конкретних комбінаціях, кожну ознаку або елемент можна використовувати окремо без інших ознак та елементів варіантів реалізації або в різних комбінаціях з іншими ознаками й елементами, описаними в цьому документі, або без них.

У цьому письмовому описі використовуються приклади об'єкта винаходу, описані таким чином, щоб дозволити фахівцю в цій галузі техніки реалізувати на практиці те саме, у тому числі виготовлення та використання будь-яких пристроїв або систем, або виконання будь-яких способів, що включені в нього. Обсяг об'єкта винаходу, що підлягає патентуванню, визначається формулою винаходу і може включати в себе інші приклади, які мають місце для фахівців у цій галузі техніки. Такі інші приклади призначені для включення в обсяг формули винаходу.

Хоча описані варіанти реалізації об'єкта винаходу, описані в цьому документі, показані в графічних матеріалах і повністю описані вище конкретним і детальним чином у поєднанні з декількома прикладами варіантів реалізації, для фахівців у цій галузі техніки буде очевидно, що можлива сукупність модифікацій, змін та опущень без істотного відхилення від нових ідей, принципів і концепцій, викладених у цьому документі, при цьому переваги об'єкта винаходу перераховані у формулі винаходу, яка додається. Усе ж відповідний обсяг розкритих інновацій слід визначати виключно широкою інтерпретацією формули винаходу, що додається, щоб охопити всі такі модифікації, зміни й опущення. Крім того, порядок або послідовність етапів будь-якого процесу або способу може бути змінена або переупорядкована згідно з альтернативними варіантами реалізації. На закінчення, у формулі винаходу будь-який пункт "засіб плюс функція" призначений для охоплення структур, описаних у цьому документі як тих, що виконують перераховану функцію, і не тільки структурних еквівалентів, але й еквівалентних структур.

ЕЛЕМЕНТИ

2. Посудина 3. Поздовжня вісь посудини 4. Оболонка 6. Шар вогнетривкого матеріалу 7. Початковий шар вогнетривкого матеріалу 8. Отвір 10. Вузол сканера 12. Проксимальний кінець вузла сканера 14. Дистальний кінець вузла сканера 16. Поздовжня вісь вузла сканера 20. Установчий важіль 22. Проксимальний кінець установчого важеля 24. Дистальний кінець установчого важеля 26. Теплозахисний екран 28. Проксимальний кінець теплозахисного екрану 30. Дистальний кінець теплозахисного екрану 32. Головка 34. Проксимальний кінець головки 36. Дистальний кінець головки 40. Випромінювач/датчик 42. Поле огляду випромінювача/датчика 44. Дистальна межа поля огляду випромінювача/датчика 46. Проксимальна межа поля огляду випромінювача/датчика 48. Лінія, яка проходить від випромінювача/датчика в площині перпендикулярній поздовжній осі 50. Гострий кут між проксимальною межею поля огляду випромінювача/датчика та лінією, яка проходить від випромінювача/датчика в площині, перпендикулярній поздовжній осі 52. Гострий кут між дистальною межею поля огляду випромінювача/датчика та поздовжньою бо віссю вузла сканера

54. Гострий кут між проксимальною межею поля огляду випромінювача/датчика та поздовжньою віссю вузла сканера 62. Віконце випромінювача/датчика 80. Маніпулятор сканера 82. Важіль маніпулятора 84. Поздовжня вісь (оптична осьова лінія сканера) важеля маніпулятора 86. Складовий кут дистального поля огляду 88. Складовий кут проксимального поля огляду 100. Сканувальна система 110. Опорна основа 112. Опорний важіль 114. Платформа опорної основи 116. Привод опорного важеля 118. Привод платформи опорної основи 130. Датчик положення 134. Привод маніпулятора 140. Пристрій управління 142. Порт для вхідних даних 144. Керуючий вихідний порт 152. Інтерфейс людина/система 154. Пристрій зберігання даних 170. Процесор 200. Сферична система координат 202. Кут тета (8) 204. Кут фі (Ф) 206. Радіальна відстань г 302. Довжина вставки випромінювача/датчика в посудину 304. Відстань випромінювача/датчика від горизонтальної внутрішньої поверхні стінки в отворі

400. Механічна частина сканувальної системи

405. Поверхня

410. Канал опорної основи

412. Привод

414. Напрямок переміщення 420. Обертове з'єднання

422. Привод

424. Напрямок обертання

426. Канал опорного важеля

428. Напрямок переміщення 430. Привод

432. Напрямок обертання

434. Шарнір

436. Привод

438. Напрямок обертання 440. Привод

442. Напрямок переміщення

Claims (14)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Вузол (10) сканера для вимірювання зносу вогнетривкої футерівки, який містить: перший проксимальний кінець (12), перший дистальний кінець (14) і поздовжню вісь (16), яка проходить від першого проксимального кінця (12) до першого дистального кінця (14); установчий важіль (20), який має другий проксимальний кінець (22) і другий дистальний кінець (24), ї розташований на першому дистальному кінці (14) вузла (10) сканера; головку (32), яка має третій проксимальний кінець (34) і третій дистальний кінець (36), причому третій проксимальний кінець (34) головки (32) встановлений з можливістю обертання на другому дистальному кінці (24) установчого важеля (20), завдяки чому головка (32) може обертатися відносно установчого важеля (20) навколо поздовжньої осі (16); і випромінювач/датчик (40), встановлений в головці (32), причому випромінювач/датчик (40) містить оптичний центр; при цьому випромінювач/датчик (40) містить лазер, оптичну систему, фотоприймач та електронні схеми приймача; причому оптичний центр випромінювача/датчика (40) розташований на поздовжній осі (16); причому поле (42) огляду випромінювача/датчика (40) міститься в площині, яка також містить поздовжню вісь (16) вузла сканера; причому поле (42) огляду містить дистальну межу (44), яка проходить від дистального кінця (36) головки (32), і містить проксимальну межу (46), розташовану навпроти дистальної межі (44); який відрізняється тим, що - поле (42) огляду випромінювача/датчика (40) описується в поздовжньому напрямку тупим кутом, який містить, у всіх положеннях обертання головки (32) навколо поздовжньої осі (16) вузла сканера, подовження поздовжньої осі (16) від дистального кінця (14) вузла (10) сканера і містить лінію (48), яка проходить від випромінювача/датчика (40) в площині, перпендикулярній поздовжній осі (16), - випромінювач/датчик (40) встановлений у нерухомому положенні в головці (32), причому випромінювач/датчик (40) виконаний з можливістю випромінювання з високою частотою імпульси світла на поверхню цілі та виконаний з можливістю вимірювання кількості часу, необхідного для кожного імпульсу, щоб повернутися від поверхні цілі до вузла (10) сканера через поле (42) огляду.

2. Вузол (10) сканера за п. 1, у якому поворотне з'єднання дистального кінця (24) установчого важеля (20) з проксимальним кінцем (34) головки (32) забезпечує можливість обертання головки на 360 градусів навколо поздовжньої осі (16) вузла (10) сканера.

3. Вузол (10) сканера за п. 1, у якому теплозахисний екран (26) розташований над щонайменше частиною периферії дистального кінця (24) установчого важеля (20).

4. Вузол (10) сканера за п. 1, який містить тільки один випромінювач/датчик (40).

5. Вузол (10) сканера за п. 1, який не перебуває у взаємодії з пристроєм для нанесення вогнетривких матеріалів.

6. Вузол (10) сканера за п. 1, у якому обертання головки (32) біля установчого важеля (20) обмежено навколо будь-якої осі, яка відрізняється від поздовжньої осі (16) вузла (10) сканера.

7. Вузол (10) сканера за п. 1, у якому разом з дистальним кінцем (14) вузла (10) сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю (16) вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки (32) через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, вузол сканера має поле огляду, яке включає повністю всі значення фі, всі значення тета в полярній системі координат від 0 градусів включно до 91 градуса включно.

8. Вузол (10) сканера за п. 1, у якому разом з дистальним кінцем (14) вузла (10) сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 7 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю (16) вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки (32) через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, вузол сканера має поле огляду, яке є симетричним відносно осі 2 і виходить за межі півсфери.

9. Маніпулятор (80) сканера, який містить вузол сканера за п. 1, при цьому маніпулятор (80) сканера додатково містить важіль (82) маніпулятора, який має дистальний кінець і проксимальний кінець, причому поздовжня вісь (84) важеля маніпулятора лежить на одній прямій з поздовжньою віссю (16) вузла сканера і проходить від дистального кінця до проксимального кінця; причому дистальний кінець маніпулятора (80) сканера нерухомо прикріплений до проксимального кінця вузла (10) сканера; і причому важіль (82) маніпулятора проходить у поздовжньому напрямку від вузла (10) сканера.

10. Сканувальна система (100) для вимірювання зносу у вогнетривкій футерівці, яка містить: маніпулятор (80) сканера за п. 9; опорний важіль (112), який має проксимальний кінець і дистальний кінець; опорну основу (110); пристрій (140) управління системою; щонайменше один датчик (130) положення посудини, зв'язаний з можливістю передачі даних з пристроєм (140) управління; привод (134) маніпулятора, зв'язаний з маніпулятором (80), причому пристрій (140) управління зв'язаний з можливістю передачі команд з приводом (134) маніпулятора, і причому привод (134) маніпулятора зв'язаний з можливістю передачі даних з пристроєм (140) управління;

привод (116) опорного важеля, зв'язаний з опорним важелем (112), причому пристрій (140) управління зв'язаний з можливістю управління з приводом (116) опорного важеля; і процесор (170), зв'язаний з можливістю передачі даних зі щонайменше одним датчиком (130) положення, приводом (134) маніпулятора, приводом (116) опорного важеля і випромінювачем/датчиком (40); причому дистальний кінець опорного важеля (112) з'єднаний з проксимальним кінцем маніпулятора (80) сканера; і причому проксимальний кінець опорного важеля (112) з'єднаний з опорною основою (110).

11. Сканувальна система (100) за п. 10, у якій проксимальний кінець маніпулятора (80) сканера шарнірно з'єднаний з дистальним кінцем опорного важеля (112).

12. Сканувальна система (100) за п. 10, у якій проксимальний кінець опорного важеля (112) рухомо з'єднаний з опорною основою (110).

13. Сканувальна система (100) за п. 10, у якій дистальний кінець опорного важеля (112) нерухомо з'єднаний з проксимальним кінцем маніпулятора (80) сканера.

14. Спосіб вимірювання зносу у вогнетривкій футерівці, який включає: а) спорожнення посудини (2), яка містить футерівку; р) встановлення посудини (2) у потрібне положення; с) орієнтування посудини (2) таким чином, щоб поверхня футерівки всередині посудини, яка представляє інтерес, могла перебувати в полі огляду вузла сканера; а) забезпечення наявності вузла (10) сканера, який містить установчий важіль (20); головку (32), прикріплену до установчого важеля (20) з можливістю обертання, і випромінювач/датчик (40), розташований усередині головки (32), при цьому випромінювач/датчик (40) містить лазер, оптичну систему, фотоприймач та електронні схеми приймача, причому випромінювач/датчик (40) встановлений у нерухомому положенні в головці (32), при цьому випромінювач/датчик (40) виконаний з можливістю випромінювання з високою частотою імпульси світла на поверхню цілі та виконаний з можливістю вимірювання кількості часу, необхідного для кожного імпульсу, щоб повернутися від поверхні цілі до вузла (10) сканера через поле (42) огляду; причому вузол (10) сканера має, разом з дистальним кінцем вузла сканера, розташованим таким чином, щоб відповідати додатному напрямку осі 2 полярної системи координат, і разом з поздовжньою віссю вузла сканера, яка збігається з віссю 7 полярної системи координат, під час обертання головки через усі значення фі в полярній системі координат від 0 градусів включно і до 360 градусів включно, поле огляду, яке є симетричним відносно осі 2 і виходить за межі півсфери; е) встановлення вузла (10) сканера в положення вимірювання; І) приведення в дію випромінювача/датчика (40); 9) обертання головки (32) через усі значення фі в полярній системі координат; Р) отримання для вибраних значень фі даних для вибраних значень тета в полярній системі координат; ї) збір даних, наданих випромінювачем/датчиком (40) за одне сканування; і ) генерування із зібраних за одне сканування даних профілю внутрішньої поверхні посудини.