專利名稱：以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，特別是涉及一 種以激光測(cè)距^a術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法。
背景技術(shù)：
高爐是一座復(fù)雜的大型化學(xué)反應(yīng)器，其反應(yīng)的過(guò)程主要是一連串的氧 化鐵與焦碳的氧化還原反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)的效率決定于高爐中高溫氣流的分布，而決定氣流分布的關(guān)鍵之一在于軟融帶(cohesive zone)的形狀以及 尺寸，該軟融帶又由料面外形所決定，此外，焦碳以及鐵礦在爐內(nèi)分布的 位置與比例也會(huì)影響氣流的分布，因此，高爐的料面形狀以及料流軌跡在 高爐運(yùn)作過(guò)程中占有極為重要的地位。惟長(zhǎng)久以來(lái)，因受限于高溫高壓的惡劣環(huán)境而無(wú)法得知爐內(nèi)料面分布 形狀、以及布料時(shí)料流的軌跡狀態(tài)等。近年來(lái)，有一些研究對(duì)于前述爐內(nèi) 料面形狀的量測(cè)提出貢獻(xiàn)，這些研究所采用的方法大致上可區(qū)分為間接量 測(cè)及直接量測(cè)，其中間接量測(cè)法主要是先量測(cè)料流軌跡,再根據(jù)量測(cè)結(jié)果積分出料面外形。惟 此方法會(huì)因料流與爐壁撞擊、滑料、以及積分的精確性等因素的影響下，無(wú) 法準(zhǔn)確計(jì)算出料面外形。直接量測(cè)法主要是針對(duì)最后的布料結(jié)果進(jìn)行外形量測(cè)，其中利用微波 式距離量測(cè)裝置，在運(yùn)轉(zhuǎn)中的高爐中進(jìn)行料面的掃描，惟受到高溫的限制 下，該微波式距離量測(cè)裝置易受高溫所影響，以致無(wú)法提供一項(xiàng)較有效率 的量測(cè)。由此可見，上述現(xiàn)有的量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法在方法與 使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上 述存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直 未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品及方法又沒(méi)有適切的結(jié)構(gòu)及方法 能夠解決上述問(wèn)題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問(wèn)題。因此如何能創(chuàng)設(shè) 一種新的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，實(shí)屬當(dāng)前 重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。有鑒于上述現(xiàn)有的量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法存在的缺陷，本 發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配 合學(xué)理的運(yùn)用，積才及加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的量測(cè)高爐料面外 形及料流軌跡的方法，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng) 反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的 方法存在的缺陷，而提供一種新型的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及 料流軌跡的方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其改善先前技術(shù)無(wú)法對(duì)高爐提 供有效率精確量測(cè)爐內(nèi)料面形狀以及料流軌跡的問(wèn)題，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù) 本發(fā)明提出的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法，主要是使用 一部 激光掃描儀裝設(shè)于高爐料面上方處，以及一部至少內(nèi)建點(diǎn)群分析程序的電腦，該電腦并電性連接該激光掃描儀，執(zhí)行以下的步驟以激光掃描手段取得高爐內(nèi)部資料點(diǎn)群資料的步驟，是以激光掃描儀 對(duì)高爐內(nèi)進(jìn)行空間掃描，取得高爐內(nèi)部表面點(diǎn)群的資料，再傳輸至電腦中;以 及以這些點(diǎn)群資料重建高爐料面模型的步驟，是由電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析 程序依據(jù)這些點(diǎn)群資料重建出高爐內(nèi)部的模型，而完成高爐料面形狀的量測(cè)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中是 令該激光掃描儀傾斜裝設(shè)于高爐爐喉上方的入孔處。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的電腦尚內(nèi)建有座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序，利用該座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序 提供的座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換手段將上述資料點(diǎn)群的座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為符合高爐世界 座標(biāo)系統(tǒng)資料點(diǎn)群的資料，再為電腦的點(diǎn)群分析程序以上述資料點(diǎn)的資料 重建該高爐內(nèi)部的三維模型。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的座標(biāo)轉(zhuǎn)換方法是定義爐體座標(biāo)系統(tǒng)與激光掃描儀座標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系由爐體主軸向量描述之，由爐體主軸向量可求出旋轉(zhuǎn)軸K與旋轉(zhuǎn)角度e，再將所有的量測(cè)點(diǎn)Q繞向量K轉(zhuǎn)動(dòng)-^ ，使其符合方程式 Q'=(Q'K)K(1-cos/9) + Qcos0-(KxQ)sinS ,將上述資料點(diǎn)轉(zhuǎn)換至世界座標(biāo)系統(tǒng)。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的爐體主軸向量的取得，是分別求出上下兩截圓的圓心，以該兩圓心的 連線作為爐體主軸向量。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的方法尚使用 一電子式水平儀設(shè)于該激光掃描儀上為基礎(chǔ)，直接量測(cè)出激光掃描儀的傾斜角e,該電腦尚內(nèi)建有座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序，用以將 激光掃描儀取得的上述資料點(diǎn)群座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為符合高爐世界座標(biāo)系統(tǒng)資 料點(diǎn)群的三維資料，再為電腦的點(diǎn)群分析程序以上述資料點(diǎn)的三維資料重 建該高爐內(nèi)部的三維模型。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的電腦通過(guò)內(nèi)建點(diǎn)群分析程重建高爐內(nèi)部的三維模型時(shí)，并進(jìn)一步分割 出屬于爐壁部份的資料點(diǎn)，進(jìn)而在三維模型中分離出料面的形狀。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序利用爐體的資料點(diǎn)群擬合出圓錐方程式(z-z(.)2 ="2((x-x(.)2+(y-y(.)2)，并加以判斷，用以從量測(cè)結(jié)果中剔除與圓錐體相當(dāng)靠近的資料點(diǎn)，截取出屬于料面的點(diǎn)群。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序進(jìn)一 步利用上述料面點(diǎn)群為基礎(chǔ)，計(jì)算出爐內(nèi)各個(gè)不同位置所有焦炭厚度與鐵礦厚度之比^~,從而由鐵礦/焦炭2u化比得知高溫氣流在高爐內(nèi)的分布情形，用以評(píng)估高爐操作是否穩(wěn)定。前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中所 述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序進(jìn)一 步利用上述料面點(diǎn)群為基礎(chǔ)，計(jì)算未壓縮焦炭料層的體積VI,以及經(jīng)壓縮后的焦炭與鐵礦的體積和V2,鐵礦的 體積已知為Vo，則;故壓縮的焦炭體積可表示為V2-Vo，其壓縮率則為K - 「2 +本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本 發(fā)明提出的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料流軌跡的方法，是使用前述以激光 測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法測(cè)得該高爐內(nèi)部的料面外形，另在該高 爐料面上方裝設(shè)至少一部二維激光掃描儀，該二維激光掃描儀的掃描平面 垂直于地面，且使自高爐頂部的布料斗落入其內(nèi)的料流軌跡可穿過(guò)該二維 激光掃描儀的掃描平面，借以由該激光掃描儀量測(cè)料流上下表面的軌跡。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其中在 該高爐爐喉上方左右兩側(cè)的入孔處各裝設(shè)一部二維激光掃描儀，該二部二 維激光掃描儀的掃描平面垂直于地面，且使自高爐頂部的布料斗落入其內(nèi) 的料流軌跡可穿過(guò)該二部二維激光掃描儀的掃描平面，借以分別由左右二 激光掃描儀量測(cè)料流上下表面的軌跡。經(jīng)由上述可知，本發(fā)明有關(guān)于一種以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形 及料流軌跡的方法，其主要是利用設(shè)于高爐料面上方的激光掃描儀以激光 掃描手段取得高爐內(nèi)部資料點(diǎn)群資料，再由電腦將上述資料點(diǎn)群資料重建 為三維模型，以完成高爐料面形狀的量測(cè)，該料流軌跡的量測(cè)則進(jìn)一步再 通過(guò)設(shè)于高爐料面上方的二維激光掃描儀量測(cè)自布料斗向下流出的落料曲 線，并通過(guò)電腦整合于該三維模型中，供操作人員確認(rèn)落料位置是否于符 合原設(shè)定的位置，并據(jù)以修正布料角度與布料圏數(shù)。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明借由前述以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐 料面外形的方法以及及料流軌跡的方法設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)主要利用激光掃描儀 快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確以及高爐環(huán)境對(duì)其量測(cè)的影響小等特性，并配合電腦的 處理，使其應(yīng)用于高爐料調(diào)查中對(duì)布料后料面以及料流軌跡提供一項(xiàng)準(zhǔn)確 而實(shí)用的量測(cè)方法。綜上所述，本發(fā)明新穎的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌 跡的方法，改善了先前技術(shù)無(wú)法對(duì)高爐提供有效率精確量測(cè)爐內(nèi)料面形狀 以及料流軌跡的問(wèn)題。本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，其不論在方 法或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí) 用的效果，且較現(xiàn)有的量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法具有增進(jìn)的突 出功效，從而更加適于實(shí)用，并具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn) 步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是本發(fā)明以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法的一較佳實(shí)施例的流程示意圖。圖2是本發(fā)明在高爐的入孔處裝設(shè)三維激光掃描儀的平面示意圖。圖3是本發(fā)明量測(cè)爐體取得旋轉(zhuǎn)角度的平面示意圖。圖4是本發(fā)明揭示依序鐵礦、焦炭以及鐵礦等三層料面的平面示意圖。圖5是本發(fā)明揭示數(shù)層鐵礦、焦炭的厚度的平面示意圖。圖6是本發(fā)明使用的二維激光掃描儀的平面示意7是本發(fā)明在高爐左右兩側(cè)各設(shè)一部二維激光掃描儀應(yīng)用于量測(cè)料流軌跡的平面示意圖。1 0:高爐 2 0:三維激光掃描儀3 0 : 二維激光掃描4義 4 0 :布灃牛斗具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè) 高爐料面外形及料流軌跡的方法其具體實(shí)施方式
、方法、步驟、特征及其 功#文，-洋細(xì)i兌明々口后。有關(guān)本發(fā)明以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法的具體實(shí)施設(shè) 計(jì)，如圖1所示，其主要是使用一部三維激光掃描儀裝設(shè)于高爐的料面上 方處，在本較佳實(shí)施例中是令該激光掃描儀傾斜裝設(shè)于該高爐爐喉上方的 入孔處，如圖2所示，其中因高爐的料層是由下往上堆積，而高爐的入孔 是位于料位線上方約2.5米處，故為使該三維激光掃描儀的掃描范圍可以涵 蓋高爐內(nèi)的料位線以下空間，該三維激光掃描儀以裝設(shè)于入孔處呈傾斜一 預(yù)定角度為佳，另使用 一部至少內(nèi)建有座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序及點(diǎn)群分析 程序的電腦，該電腦并與該三維激光掃描儀電性連接，再執(zhí)行以下的步驟以激光掃描手段取得高爐內(nèi)部資料點(diǎn)群資料的步驟，是以三維激光掃 描儀對(duì)高爐內(nèi)進(jìn)行三維空間掃描，取得高爐內(nèi)部表面點(diǎn)群的區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng) 的三維資料，再傳輸至電腦中。對(duì)這些資料點(diǎn)群的座標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換校正的步驟，是由電腦內(nèi)建的座 標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序?qū)⑦@些資料點(diǎn)群的區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng)的三維資料分別轉(zhuǎn)換 為符合高爐世界座標(biāo)系統(tǒng)資料點(diǎn)群的三維資料，這些資料點(diǎn)群的座標(biāo)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)換步驟，可應(yīng)用以爐壁對(duì)稱性為基礎(chǔ)的校正手段或是使用電子式水平儀 為基礎(chǔ)的校正手段來(lái)進(jìn)行，其中所述的以爐壁對(duì)稱性為基礎(chǔ)的校正手段，是在高爐內(nèi)的料位相當(dāng)?shù)偷?時(shí)候，先以該三維激光掃描4義先量測(cè)高爐內(nèi)部，以獲取爐胸部分的資料點(diǎn),如 圖2所示，進(jìn)而由電腦進(jìn)行運(yùn)算處理于爐體中定義出一主軸，其次，借由 找出爐體上下兩截圓的圓心，兩圓心的連線定義為向量A。此一向量A在 高爐本體的世界座標(biāo)系統(tǒng)則為垂直軸Z, A與Z的夾角為兩座標(biāo)系統(tǒng)之間 的旋轉(zhuǎn)角度。將所有的點(diǎn)資料沿某一旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而使得旋轉(zhuǎn)后的主軸與地面垂直。該轉(zhuǎn)軸可表示為繞向量& = 4-^,旋轉(zhuǎn)角度P-COSZ A將Z x Ar,》疋將用厭6^COS—' ; ■■,, 、,ZIIAL 所有的量測(cè)點(diǎn)Q繞向量K轉(zhuǎn)動(dòng)-^，即可將三維激光掃描儀測(cè)得所有資料點(diǎn) 的三維資料通過(guò)方程式P : Q'=(Q'K)K(1 —cos60 + Qcos6/ —(KxQ)sin6> 轉(zhuǎn)換至世界座標(biāo)系統(tǒng)上的三維資料。所述的使用電子式水平儀為基礎(chǔ)的校正手段，是適用于高爐內(nèi)的料位 較高時(shí)，或爐壁因侵蝕而對(duì)稱性較差時(shí)，因此時(shí)上述以爐壁對(duì)稱性為基礎(chǔ)的校正手段使用的方法無(wú)法產(chǎn)生準(zhǔn)確的資料點(diǎn)轉(zhuǎn)換，故本校正手段是在該 三維激光掃描機(jī)上裝一電子式水平儀直接量測(cè)傾斜角度，此傾斜角即為前述向量A與Z的夾角，即可將三維激光掃描儀測(cè)得所有資料點(diǎn)的三維資料 通過(guò)方禾呈式P : Q'=(Q'K)K(1 —cos60 + Qcosi9 —(KxQ)sin6> 轉(zhuǎn)換至世界座標(biāo)系統(tǒng)上的三維資料。以及以這些資料點(diǎn)的三維資料重建三維模型并加以分割料面與爐壁量 測(cè)資料點(diǎn)的步驟，是由電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序?qū)⒁艳D(zhuǎn)換校正為世界座標(biāo) 系統(tǒng)的資料點(diǎn)群重建出高爐內(nèi)內(nèi)部的三維模型，并進(jìn)一步分割出屬于爐壁 部份的資料點(diǎn)，其中依高爐外形得知其在幾何上是一個(gè)圓錐體，而料面大 多分布于高爐的井內(nèi)部位(Shaft )，因此位于高爐井位部位的資料點(diǎn)(X, r，Z) 具有如下的關(guān)系<formula>formula see original document page 9</formula>其中(U。Zj為圓錐體的頂點(diǎn)，'"為圓錐的開角(opening angle)。以爐胸的資料點(diǎn)進(jìn)行最佳化擬合可以找出上述程序中的四個(gè)參數(shù)，再加上判斷 條件，即可從量測(cè)結(jié)果中剔除與圓錐體相當(dāng)靠近的資料點(diǎn)，截取出屬于料 面的點(diǎn)群，進(jìn)而在三維模型中分離出料面的形狀，而完成高爐料面形狀的 量測(cè)，借此，利用該料面形狀的量測(cè)方法，用于對(duì)每一批布料的結(jié)構(gòu)作最 后的判斷。本發(fā)明借由前述高爐料面形狀量測(cè)方法設(shè)計(jì)，可在每一層鐵礦以及每 一層焦炭布料之后，利用該量測(cè)方法分別測(cè)得其料面形狀，并將料面資料 點(diǎn)與爐壁資料點(diǎn)分離后，依據(jù)屬于料面形狀的資料點(diǎn)通過(guò)電腦計(jì)算出焦炭 壓縮率以及鐵礦/焦炭比等重要布料參數(shù)，其中鐵礦/焦炭比以及焦炭壓 縮率的計(jì)算均是以體積為計(jì)算基礎(chǔ)，因此，首先以所測(cè)得的料面資料點(diǎn)的 資料數(shù)據(jù)進(jìn)行格點(diǎn)的建立與修補(bǔ)，接著進(jìn)行數(shù)值積分以計(jì)算出相鄰兩料面 所夾的體積。如圖4所示，其分別依序堆積三層料面鐵礦On、焦炭Qv以 及鐵礦0N+1。由鐵礦On與焦炭cn的料面資料可以計(jì)算出壓縮前焦炭的體 積v,,而由鐵礦on與鐵礦o,的料面可計(jì)算出已壓縮的焦炭加上鐵礦的 體積v2。鐵礦的體積已知為V。，則被壓縮的焦炭體積可表示為VrV'。。壓有關(guān)鐵礦/焦炭比的計(jì)算方式，如圖5所示,是針對(duì)每一個(gè)格點(diǎn)所在的位 置(r)都可計(jì)算出焦炭的層厚LCl、 Lc2、...以及鐵礦層厚L0l、 Lo2、...。鐵礦/焦炭比(O/C ratio)可表示為咖一。本發(fā)明以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料流軌跡的方法是接續(xù)前揭高爐料面 形狀量測(cè)之后作進(jìn)一步的延伸，如圖6、圖7所示，其中是在高爐1 0料面上方處裝設(shè)至少一部二維激光掃描儀，在本較佳實(shí)施例中，是在高爐l 0爐喉上方左右兩側(cè)的入孔處各再裝設(shè)一部二維激光掃描儀3 0，該二部二 維激光掃描儀2 0的掃描平面垂直于地面，而高爐的布料斗4 0是架設(shè)于 高爐頂部，使自布料斗4 0落入高爐1 0內(nèi)的料流軌跡可穿過(guò)該二二維激 光掃描儀3 0的掃描平面時(shí)，即可分別由左右兩激光掃描儀3 0量測(cè)自布 料斗4 0向下流出的料流上下表面的軌跡，由上下兩軌跡所代表的曲線可 定義出落料曲線。前述中，由于兩激光掃描儀各有其區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng)，分別為左區(qū)域座標(biāo) 系統(tǒng)(LCS)與右區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng)(RCS)。由于料流軌跡的上下兩曲線分別 對(duì)應(yīng)至左、右區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng)(LCS、 RCS),必須校正出該兩座標(biāo)系統(tǒng)之間 的關(guān)系，才能結(jié)合上下表面軌跡的座標(biāo)點(diǎn)。該二區(qū)域座標(biāo)系統(tǒng)(LCS、 RCS) 之間的關(guān)系可用三個(gè)參數(shù)Px, Py以及e表示，另借由電子式水平儀可以量 測(cè)人另可在任一邊激光掃描儀上安裝反光板，可以由另一邊測(cè)得的反光板 位置校正出Px與Py。據(jù)此,即可明顯量測(cè)到落料曲線，并通過(guò)電腦整合于爐 內(nèi)三維模型中，提供操作人員確認(rèn)所落下的料是否落在原本設(shè)定的位置,而 操作人員亦依據(jù)該量測(cè)所得的落料曲線及落料位置，進(jìn)而修正布料角度與 布料圏數(shù)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí) 施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以 上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方 案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法，其特征在于主要是使用一部激光掃描儀裝設(shè)于高爐的料面上方處，以及一部至少內(nèi)建點(diǎn)群分析程序的電腦，該電腦并電性連接該激光掃描儀，執(zhí)行以下的步驟以激光掃描手段取得高爐內(nèi)部資料點(diǎn)群資料的步驟，是以激光掃描儀對(duì)高爐內(nèi)進(jìn)行空間掃描，取得高爐內(nèi)部表面點(diǎn)群的資料，再傳輸至電腦中；以及以上述點(diǎn)群資料重建高爐料面模型的步驟，是由電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序依據(jù)上述點(diǎn)群資料重建出高爐內(nèi)部的模型，而完成高爐料面形狀的量測(cè)。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法,其 特征在于其中是令該激光掃描儀傾斜裝設(shè)于高爐爐喉上方的入孔處。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的 方法，其特征在于其中所述的電腦尚內(nèi)建有座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序，利用 該座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校正程序提供的座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換手段將上述資料點(diǎn)群的座標(biāo) 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為符合高爐世界座標(biāo)系統(tǒng)資料點(diǎn)群的資料，再為電腦的點(diǎn)群分析 程序以上述資料點(diǎn)的資料重建該高爐內(nèi)部的三維模型。
4 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法，其特征在于其中所述的座標(biāo)轉(zhuǎn)換方法是定義爐體座標(biāo)系統(tǒng)與激光掃描儀座標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系由爐體主軸向量描述之，由爐體主軸向量可求出旋轉(zhuǎn)軸K與旋轉(zhuǎn)角度6，再將所有的量測(cè)點(diǎn)Q繞向量K轉(zhuǎn)動(dòng)-「使其符合方程 式:Q'-(Q'K)K(1-cos。 + QcosS-(KxQ)sin6"，將上述資料點(diǎn)轉(zhuǎn)換至世界座標(biāo)系統(tǒng)。
5 .根據(jù)權(quán)利要求4所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法,其 特征在于其中所述的爐體主軸向量的取得，,是分別求出上下兩截圓的圓心，以 該兩圓心的連線作為爐體主軸向量。
6 .根據(jù)權(quán)利要求2所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法,其 特征在于其中所述的方法尚使用一電子式水平儀設(shè)于該激光掃描儀上為基 礎(chǔ)，直接量測(cè)出激光掃描儀的傾斜角6 ,該電腦尚內(nèi)建有座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換校 正程序，用以將激光掃描儀取得的上述資料點(diǎn)群座標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為符合高爐 世界座標(biāo)系統(tǒng)資料點(diǎn)群的三維資料，再為電腦的點(diǎn)群分析程序以上述資料 點(diǎn)的三維資料重建該高爐內(nèi)部的三維模型。
7 .根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的 方法，其特征在于其中所述的電腦通過(guò)內(nèi)建點(diǎn)群分析程重建高爐內(nèi)部的三 維模型時(shí)，并進(jìn)一步分割出屬于爐壁部份的資料點(diǎn)，進(jìn)而在三維模型中分離出料面的形狀。
8 .根據(jù)權(quán)利要求7所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法,其特征在于其中所述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序利用爐體的資料點(diǎn)群擬合出圓錐方程式(Z —Z()2="2((X —義()2+^ —K:)2)，并加以判斷，用以從量測(cè)結(jié)果 中剔除與圓錐體相當(dāng)靠近的資料點(diǎn)，截取出屬于料面的點(diǎn)群。
9 .根據(jù)權(quán)利要求8所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方法,其特征在于其中所述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序進(jìn)一步利用上述料面點(diǎn)群為基礎(chǔ)，計(jì)算出爐內(nèi)各個(gè)不同位置所有焦炭厚度與鐵礦厚度之比<formula>formula see original document page 3</formula>，從而由鐵礦/焦炭比得知高溫氣流在高爐內(nèi)的分布情形，用以評(píng)估高爐操作是否 穩(wěn)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形的方 法，其特征在于其中所述的電腦內(nèi)建的點(diǎn)群分析程序進(jìn)一步利用上述料面 點(diǎn)群為基礎(chǔ)，計(jì)算未壓縮焦炭料層的體積VI，以及經(jīng)壓縮后的焦炭與鐵礦 的體積和V2,鐵礦的體積已知為Vo,則被壓縮的焦炭體積可表示為V2-Vo,其壓縮率則為 <formula>formula see original document page 3</formula>。
11. 一種以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料流軌跡的方法，其特征在于是 使用如權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形 的方法測(cè)得該高爐內(nèi)部的料面外形，另在該高爐料面上方處裝設(shè)至少一部 二維激光掃描儀，該二維激光掃描儀的掃描平面垂直于地面，且使自高爐 頂部的布料斗落入其內(nèi)的料流軌跡可穿過(guò)該二維激光掃描儀的掃描平面，借 以兩激光掃描儀量測(cè)料流上下表面的軌跡。
12.根據(jù)權(quán)利要求l1所述的以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料流軌跡的 方法，其特征在于其中在該高爐爐喉上方左右兩側(cè)的入孔處各裝設(shè)一部二 維激光掃描儀，該二部二維激光掃描儀的掃描平面垂直于地面，且使自高 爐頂部的布料斗落入其內(nèi)的料流軌跡可穿過(guò)該二部二維激光掃描儀的掃描 平面，借以分別由左右二激光掃描儀量測(cè)料流上下表面的軌跡。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種以激光測(cè)距技術(shù)量測(cè)高爐料面外形及料流軌跡的方法，其主要是利用設(shè)于高爐料面上方的激光掃描儀以激光掃描手段取得高爐內(nèi)部資料點(diǎn)群資料，再由電腦將上述資料點(diǎn)群資料重建為三維模型，以完成高爐料面形狀的量測(cè)，該料流軌跡的量測(cè)則進(jìn)一步再通過(guò)設(shè)于高爐料面上方的二維激光掃描儀量測(cè)自布料斗向下流出的落料曲線，并通過(guò)電腦整合于該三維模型中，供操作人員確認(rèn)落料位置是否于符合原設(shè)定的位置，并據(jù)以修正布料角度與布料圈數(shù)。本發(fā)明主要利用激光掃描儀快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確以及高爐環(huán)境對(duì)其量測(cè)的影響小等特性，并配合電腦的處理，使其應(yīng)用于高爐料調(diào)查中對(duì)布料后料面以及料流軌跡，以提供一項(xiàng)準(zhǔn)確而實(shí)用的量測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101256069SQ200710005609
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月1日
發(fā)明者李文杰, 杜憲文, 郭士綱 申請(qǐng)人:中國(guó)鋼鐵股份有限公司