一种高炉料面的在线测量系统的制作方法

本实用新型涉及钢铁冶金中的高炉测量领域，具体涉及一种高炉料面的在线测量系统。

背景技术：

随着高炉炼铁技术装备水平的不断提高，高炉在线监测诊断技术不断的取得突破。尤其是在炉顶在线监测方面，由最初的炉顶摄像，到红外成像，再到现在的激光扫描在线测量料面技术，对高炉内顶部的透视越来越清晰，对高炉操作的指导作用越来越大。特别是激光在线测量料面技术，在系统的软、硬件方面都取得了很大的进步，逐渐走在高炉在线监测诊断的前沿。

但是，现有的测量方法在测量范围、时间范围或者精度等方面，难以满足现有需求，不能快速、完整地测量出料面信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中不能对高炉内实时、完整地测量出料面信息的缺陷，从而提供了一种高炉料面的在线测量系统，该系统包括：第一激光扫描仪以及连接所述激光扫描仪的图像处理设备；第一激光扫描仪通过固定杆安装在高炉炉顶封罩上的溜槽检修孔处的下表面平台上，以扫描完整的料面信息，并传送给所述图像处理设备，所述图像处理设备根据所述料面信息生成高炉料面的三维料面图像；所述溜槽检修孔处的下表面平台上还设置有固定杆滑道，所述固定杆安装于所述固定杆滑道中；第一激光扫描仪沿所述固定杆上下滑动，且所述固定杆沿所述固定杆滑道滑行以调整所述第一激光扫描仪的水平位置；所述第一激光扫描仪为三维激光扫描仪。

进一步地，固定杆滑道沿所述高炉炉顶封罩的径向方向设置，所述固定杆沿所述固定杆滑道滑行以调整所述第一激光扫描仪与所述高炉炉顶封罩的中心的距离。

进一步地，固定杆滑道垂直于所述高炉炉顶封罩的径向方向设置，所述固定杆沿所述固定杆滑道滑行以调整所述第一激光扫描仪在垂直于所述高炉炉顶封罩的径向方向上的位置。

进一步地，第一激光扫描仪安装在所述高炉炉顶封罩的溜槽检修孔的下表面标高的位置。

进一步地，第一激光扫描仪安装在所述高炉炉顶封罩的人孔标高的位置。

进一步地，在所述高炉炉顶处，还安装有一第二激光扫描仪，所述第二激光扫描仪与所述第一激光扫描仪位于相同的水平位置。

进一步地，所述第二激光扫描仪为二维激光扫描仪。

进一步地，溜槽检修孔处安装有保护钢架，并采用雨毡布进行覆盖。

进一步地，图像处理设备包括数据采集接口、处理芯片及数据输出接口；所述数据采集接口及数据输出接口连接所述处理芯片；所述数据采集接口采集所述第一激光扫描仪传送的料面信息，所述处理芯片根据内部存储的程序对所述料面信息进行处理，生成所述三维料面图像，所述数据输出接口将所述三维料面图像输出给外部显示设备进行显示或者通过所述图像处理设备本身的显示屏进行显示。

进一步地，第一激光扫描仪通过有线或无线的方式连接所述图像处理设备；当采用有线连接时，所述数据采集接口包括RJ45接口、RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口；当采用无线连接时，所述数据采集接口包括蓝牙、wifi、ZigBee。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过安装于高炉内部以及固定杆滑道的三维激光扫描仪对料面进行全面扫面，扫描过程自动化程度高、测量时间短、测量精度高，能够获得实时的在线的三维料面图像，进而获取更符合实际的料面信息，真正实现了更直观的观察料面形状、更完整的获取料面信息的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的高炉料面的在线测量系统示意图。

图2为本实用新型一实施例中，固定杆700沿固定杆滑道710调整第一激光扫描仪与所述高炉炉顶封罩的中心的距离的示意图。

图3为本实用新型另一实施例中，固定杆700沿固定杆滑道710调整第一激光扫描仪在垂直于所述高炉炉顶封罩的径向方向上的距离的示意图。

图4为本实用新型的高炉料面的在线测量系统的另一个实施例的结构示意图。

图5为本实用新型的高炉料面的在线测量系统的又一个实施例的结构示意图。

图6为本实用新型实施例的高炉料面的在线测量系统中的图像处理设备的结构示意图。

图7为本实用新型再一实施例中高炉料面的在线测量系统一具体结构示意图。

附图标号：

第一激光扫描仪 100

第二激光扫描仪 110

图像处理设备 200

高炉 300

溜槽检修孔 400

人孔 500

降噪处理模块 600

固定杆 700

固定杆 700’

固定杆滑道 710

炉内平台 800

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一实施例的高炉料面的在线测量系统示意图，如图1所示，本实用新型的高炉料面的在线测量系统包括：第一激光扫描仪100以及连接激光扫描仪的图像处理设备200；第一激光扫描仪100安装在高炉炉顶，以扫描完整的料面信息，并传送给图像处理设备200，图像处理设备200根据料面信息生成高炉料面的三维料面图像；第一激光扫描仪100为三维激光扫描仪。

在本实施例中，三维激光扫描仪由激光发射器、接收器、时间计数器、微电脑等组成。扫描仪通过内置马达系统精密控制扫描棱镜快速转动，从而控制完成对料面的全方位扫描，过程中激光脉冲发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，然后由接收透镜接收目标表面反射的信号，产生接收信号，利用稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，经由微电脑对测量资料进行内部微处理，显示或存储、输出距离和角度资料，并与距离传感器获取的数据相匹配，最后经过相应系统软件进行处理，获取目标表面三维坐标数据。然后传送给图像处理设备200，图像处理设备200根据料面信息生成高炉料面的三维料面图像，并进行数据整理从而获取料面表面的点云数据。其中，图像处理设备200接收从所述扫描仪输出的所述料面图像，并输出料面信息。

三维激光扫描仪可以根据实际情况，使用相位法测量法采用连续激光波对料面进行扫描，在测试过程中可进行调幅、调频和相位变换多种手段对高炉料面进行数据校核，保证测量数据的稳定准确。由于料面煤气流分布的影响，恶劣的炉内环境，对于扫描料面信息来说，当出现炉内飞尘阻碍扫描激光的测量时，三维激光扫描仪可以通过对测量激光的连续调频，使用适合当时工况的激光波长实现三维全料面的扫描。若进一步出现连续调频不能得到满意扫描结果时，三维激光扫描仪还可以放弃对测量激光的连续调频，采用调幅的方法实现对三维全料面的扫描，在此，三维激光扫描仪调频和调幅的优先顺序，可以根据操作人员的经验进行调整，本实用新型不对此进行限制。另外，在实施本实用新型的具体应用中，三维激光扫描仪发出的激光可以为紫外光、可见光、红外光，本实用新型对此不作限定，具体实施的技术人员可根据实际需求或具体工况选用不同波长的激光。

图2为本实用新型一实施例中，固定杆700沿固定杆滑道710调整第一激光扫描仪与所述高炉炉顶封罩的中心的距离的示意图，如图2所示，在本实施例中，三维激光扫描仪100连接于固定杆700，固定杆700通过固定杆滑道710连接于高炉的溜槽检修孔处的炉内平台800上。三维激光扫描仪100可以沿固定杆700的方向对所处高度进行调整，不仅如此，固定杆700也可以沿固定杆滑道710的方向对第一激光扫描仪与所述高炉炉顶封罩的中心的距离进行调整。如此一来，通过固定杆700与固定杆710的共同配合下，三维扫描仪可以实现在多个位置上对炉内料面进行扫描，以保证三维激光扫描仪100能够扫描到完整的料面范围。在其他实施方式中，实施人员可以选择不同的固定杆滑道710的朝向与位置实现更佳的扫描效果。例如，图3为本实用新型另一实施例中，固定杆700沿固定杆滑道710调整第一激光扫描仪在垂直于所述高炉炉顶封罩的径向方向上的距离的示意图，如图3所示，固定杆700沿垂直于所述高炉炉顶封罩的径向方向上的固定杆滑道710调整位置，可以实现在多个位置上对炉内料面进行扫描，以保证三维激光扫描仪100能够扫描到完整的料面范围。技术人员可以结合图2与图3中固定杆滑道的位置与朝向，同时设置两条相互垂直的固定杆滑道，其中一条固定杆滑道通过机械连接装置承载另外一条滑道与固定杆，并且机械连接装置可以实现在任意固定杆滑道之间的滑动，所以通过两条滑道的配合，可以实现第一扫描仪在更大范围内进行调整位置，不仅增加了第一扫描仪的可移动空间，而且使得维护和检修更加方便。另一方面，由于三维激光扫描仪100所处的位置可以根据需求调节，所以使其在布料过程中，可以避免被落下的料砸到。本实施例中的固定杆700的材质为碳纤维，可以保证对三维激光扫描仪或其他设备有足够强度的支撑。为了进一步对三维激光扫描仪进行保护，避免溜槽检修孔400处安全事故发生，在溜槽检修孔400处安装有保护钢架。实施人员可以结合具体高炉300的内部构造对安装位置进行调整，本实用新型对此不作限定。

图4为本实用新型的高炉料面的在线测量系统的另一个实施例的结构示意图。如图4所示，与图1中实施例的不同之处在于，在高炉炉顶处，安装有两部激光扫描仪100、110，其中激光扫描仪100为三维激光扫描仪，激光扫描仪110为二维激光扫描仪，二维激光扫描仪110与三维激光扫描仪100安装于同一个固定杆700并设置在高炉300的相同的水平位置处，其中固定杆700通过固定杆滑道连接于高炉的溜槽检修孔处的炉内平台800上，并且固定杆700也可以沿固定杆滑道的方向对两部激光扫描仪100、110与所述高炉炉顶封罩的中心的距离进行调整。在本实施例中，二维激光扫描仪110同样连接于图像处理设备200，对高炉300内料面进行扫描并且将扫描后的料面信息传送给图像处理设备200。一方面，二维激光扫描仪的扫描数据可以对比三维激光扫描仪的扫描数据，另一方面，二维激光扫描仪也可以从不同于三维激光扫描仪的角度对料面进行扫面，以防意外情况下，三维激光扫描仪出现故障的时候，二维激光扫描仪可以保证扫描任务的完成。在此说明，在实施本实用新型的具体应用中，激光扫描仪110还可以为三维激光扫描仪，即通过一对三维激光扫描仪实时对高炉300内料面进行扫描，以保证扫描结果的准确性，具体实施的技术人员可根据实际需求或具体工况选用不同激光扫描仪。

图5为本实用新型的高炉料面的在线测量系统的又一个实施例的结构示意图。如图5所示，与图4中实施例的不同之处在于，三维激光扫描仪100与二维激光扫描仪110分别通过固定杆700与固定杆700’设置在高炉300的相同的水平位置处。其中，三维激光扫描仪100连接于固定杆700，二维激光扫描仪110连接于固定杆700’。两个固定杆700、700’分别通过固定杆滑道连接于高炉的溜槽检修孔处的炉内平台800上，并且两固定杆700、700’也可以沿固定杆滑道的方向分别对两部激光扫描仪100、110与所述高炉炉顶封罩的中心的距离进行调整，两部激光扫描仪100、110之间互不干扰，并且通过线缆共同连接外部图像处理设备200，将扫描后的高炉300内料面信息传送给图像处理设备200。由于两扫描仪分别安装于不同固定杆，不仅可以减少一起被砸伤的几率，而且可以实现同时通过不同的视角对料面进行扫描。

图6为本实用新型实施例的高炉料面的在线测量系统中的图像处理设备的结构示意图。如图6所示，高炉料面的在线测量系统包括：第一激光扫描仪100以及连接激光扫描仪的图像处理设备200，其中，图像处理设备200包括数据采集接口、处理芯片及数据输出接口。如图6所示，数据采集接口及数据输出接口连接处理芯片；数据采集接口采集第一激光扫描仪100传送的料面信息，处理芯片根据内部存储的程序对料面信息进行处理，生成三维料面图像，数据输出接口将三维料面图像输出给外部显示设备进行显示或者通过图像处理设备200本身的显示屏进行显示。在本实施中，第一激光扫描仪100与图像处理设备200可采用有线连接，其中的数据采集接口为RJ45接口、RS-232接口、RS-422接口或RS-485接口。当然，该两者可以采用其他无线方式连接，当采用无线连接时，所述数据采集接口可以为蓝牙、wifi、ZigBee，本实用新型对两者的连接的方式不做限制，实施本实用新型的技术人员可以根据高炉300具体情况或检测人员操作空间等因素进行适当调整。

图7为本实用新型再一实施例中高炉料面的在线测量系统一具体结构示意图。如图7所示，本实施例中与图6中实施例中不同之处在于，在第一激光扫描仪100与图像处理设备200之间还连接有降噪处理模块600，当出现第一激光扫描仪100输出的信号的背景噪声大的情况下，可以对其三维激光扫描仪测量到的料面信息进行降噪处理，以保证数据的准确性。实施人员还可以结合实际信号质量情况，添加不同信号处理装置以满足需求，例如放大处理模块、滤波处理模块、压缩处理模块，本实用新型对此不作限定。

在本实施例中，结合图6的实施例中有关具体高炉料面的在线测量系统，利用高炉料面的在线测量系统进行在线测量的方法，包括：图像处理设备200将三维激光扫描仪扫描得到的完整的料面信息进行网格化插值处理，生成高炉料面的三维料面图像；其中，图像处理设备200对料面信息进行网格化插值处理的步骤包括：采用三角网格生长算法对料面数据进行网格化处理，生成料面三维曲面；采用插值法对料面三维曲面进行平滑处理，生成高炉料面的三维料面图像。

图像处理设备200将三维激光扫描仪扫描得到的完整的料面信息进行网格化插值处理，生成高炉料面的三维料面图像。首先，扫描得到的数据采用三角网格生长算法进行计算。将料面信息建立到三位料面图像之前，先从初始种子三角形或边开始，不断向周围扩充三角形，逼近网格边缘，直到所有的点云数据都被区域所覆盖。在网格化处理中必须将重复形成的三角形的边剔除，并对三角形边的夹角进行预设限定，才能满足数据处理的要求，在得到生成料面三维曲面后，进入下一步处理。

然后，采用插值法对料面三维曲面进行平滑处理，生成高炉料面的三维料面图像。因为在此步骤中，根据三角网格生长法形成高炉料面三维曲面图像其覆盖的精度和分辨率还不够平滑，必须对三角网格进行插值，增加数据点云节点。具体的，可以对高炉三维料面网格化的数据平滑，得到更加细致的料面信息。在此将要说明的是，三角网格的每条边插值越多，则边界曲线越平滑，料面的形状越精确，曲面插值后越光顺。此后，实施本实用新型的技术人员还可以根据需求对平滑后的三维曲面图像，采用现场拍摄照片进行贴图渲染，可以使得图像更加直观。

在本实施例中，在将所述三维激光扫描仪扫描得到的完整的料面信息的方法进行网格化插值处理前，还包括：对所述料面信息进行处理包括放大处理、滤波处理、降噪处理、压缩处理。当出现第一激光扫描仪100输出的信号的背景噪声大的情况下，可以对其三维激光扫描仪测量到的料面信息进行降噪处理，以保证数据的准确性。同样也可以进行放大、滤波、压缩等处理优化信号。在生成所述高炉料面的三维料面图像后，还包括：将所述高炉料面的三维料面图像进行显示。

在本实施例中，所述图像处理设备200还对所述第二激光扫描仪110扫描得到的料面信息进行处理，生成所述高炉料面的二维料面图像；将所述二维料面图像与所述三维料面图像进行对比，以分析三维激光扫描器和二维激光扫描器进行扫描测量的测量精度。

操作人员根据开炉装料方案进行炉料核算(加入的位置根据实际料线调节，按不同体积调整.本实施例计划总体积:1400m³)。在第一阶段中，炉底铺焦炭40吨，体积45m³，当在炉底铺好焦炭后可开启高炉料面的在线测量系统进行扫描，扫描后得到的数据传送给图像处理设备200，图像处理设备200根据料面信息生成高炉焦炭料面的三维料面图像，然后进入第二阶段。在第二阶段中，铺设料为散木材，体积220m³，同样在铺设完成后对散木材的料面进行扫描，得到高炉散木材料面的三维料面图像。按此步骤可以处理第三、四阶段的炉料，得到高炉净焦料面的三维料面图像与高炉空焦料面的三维料面图像。图像处理设备200可以根据不同阶段的三维料面图像进行显示，并对全部料面加入后的炉内最终料面进行匹配显示，并通过数据输出接口发送给其他装置。对于单个料面的三维形状，高炉操作者还可以根据自己的分析需求，实时量取任意位置的距离，分析三维料面的圆周透气性和布料矩阵的合理性，及时调整布料矩阵。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过安装于高炉内部以及固定杆滑道的三维激光扫描仪对料面进行全面扫面，扫描过程自动化程度高、测量时间短、测量精度高，能够获得在线实时的完整的三维料面图像，进而获取更符合实际的料面信息，真正实现了更直观的观察料面形状，更完整的获取料面信息的要求。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。