使用自主扫描器对冶金容器的耐火衬里进行表征的制作方法
本文公开的主题的实施例总体涉及用于通过自主扫描器进行冶金容器的耐火衬里的表征的装置、方法和系统，且更特别地涉及装置、工艺、机理和技术。
背景技术：
使用高速扫描激光测距仪来测量在熔融金属的生产中所使用的容器的内部轮廓广泛用于金属生产行业中。铁和钢包、碱性氧气转炉(bof)、氩氧混合脱碳炉(aod)、电弧炉(eaf)、铝和铜冶炼容器、铸造炉、鱼雷车和底吹炉(q-bop)都是使用激光扫描器进行分析的，以确定内部耐火材料轮廓并计算剩余的衬里厚度。在许多操作中，扫描器操作员被暴露于恶劣的环境中以执行这些所需的测量。在其他技术领域，诸如军事行动中，自主移动机器人已经被用于执行危险任务，诸如军械或爆炸物的处理或处置、现场侦察、地形测绘和各种其他程序。然而，到目前为止，自主扫描器还没有被用于冶金行业中。
在世界范围内，即使有也是很少的钢生产设施在不使用激光扫描器技术以确定内部耐火材料轮廓的情况下操作其bof和aod。在容器的寿命能够经受50,000次以上加热的亚洲和美洲，能够在24小时内进行高达7或8次的激光扫描。在欧洲，耐火材料修补不太常见，且炉被操作至其最小的可允许的耐火材料厚度并随后进行更换。典型的衬里寿命为3000次加热的级别，且直到衬里寿命的后期才使用激光扫描器。当采用扫描器时，测量数据主要用于评估最大可允许的寿命，且同时保持低突破概率。在所有情况下，轮廓信息被用于确定剩余的衬里厚度以及用于氧气喷枪高度的适当的设置点；后者是由对所测量的内部耐火材料轮廓的体积积分来确定的。目前使用两种主要的扫描器配置-移动扫描器和固定位置扫描器。
固定位置扫描器通常被安装在钢厂的特定位置以便实现至容器内的必要的视野。除了钢包和鱼雷车的测量之外，固定位置的系统专用于要测量的容器。尽管对于该配置而言仍然存在成本效果，但是该系统仍可以容易地用于使用通常被安装在工厂控制室中的计算机控制站进行测量。
移动扫描器通常被应用于固定容器，诸如bof和aod。它们提供了将单个系统复用到多个容器的成本优势。bof、q-bop和aod炉也受到炉口中渣壳积聚问题的困扰，这限制了视野进入炉内。通过在炉前以炉的倾斜度和移动系统的位置的各种组合来测量炉，能够保持可接受的至炉内的视野并测量大部分的内部轮廓。
测量是由操作员用移动系统进行的，该操作员先将单元定位在炉前大致为第一测量位置上-通常在炉中心线处。为了避免耐火材料的过度热冲击和剥落，通常在或接近操作温度(可高达1700℃)的温度下测量炉。在这些条件下，需要隔热罩来保护操作员免受在与容器口相距2至3米处所产生的强烈热负荷的影响。
使用由系统的操作员置于适当位置上的移动激光系统，容器被倾斜至合适的角度以创建炉内部的上段所需的视野且从该位置进行容器的扫描。一旦完成扫描，容器则被倾斜至第二方向以暴露炉内部的下段。再次进行扫描并将其与之前的扫描相结合。接下来，炉被倾斜到水平位置，且操作员将移动系统移动到炉中心线的右侧，以准备测量炉的左内段。最后，将移动系统移动到炉中心线的左侧，且完成第四次扫描以记录炉的右内段。随后，组合所有扫描以创建包括炉内部的全部(或几乎为全部)的数据集。如上所述，传统的移动扫描器在测量之前、期间和之后需要大量的操作员物理干预，从而使其不必要地暴露于恶劣且危险的环境中。
移动系统提供了成本优势，以及在存在大量炉口渣壳的情况下经常需要的位置灵活性。然而，移动配置在测量速度和操作员安全性方面都受到影响；后者在大多数钢厂中都是头等重要的。在测量热容器时经受的热负荷很高；且人们对这种接近炉的环境的忍受性在几秒的级别上。而且，在炉上方的罩盖区域中收集的碎片能够脱离并落入测量区域中。由于这种落下的碎屑中的一些碎屑能够重达几磅或以上，因此存在造成显著的身体伤害的现实可能性。
因此，至少基于上述挑战且为了提高移动扫描系统的安全性、可靠性和可操作性，需要具有使用自主移动扫描器的装置、工艺和系统，其将消除或大大降低操作员站在热负荷中以操作和移动该移动系统的要求。
技术实现要素：
本领域中已知的上面概述的需求或其他需求中的一个或多个是通过用于自主地表征容器中的耐火衬里的装置、方法和工艺来解决的。所公开的装置包括激光扫描系统，其用于测量从激光扫描系统到在耐火衬里表面上的多个点的距离；机器人车辆，其被附接到激光扫描器系统，且具有控制器和驱动系统以自主地将扫描器从第一位置推进到第二位置；以及控制系统，其包括用于控制扫描器的硬件和软件，所述控制系统被通信地连接到所述激光扫描系统、所述控制器和所述驱动系统，其中耐火衬里是通过将由激光扫描系统测量的多个距离与耐火衬里的参考表面进行比较来表征的。
用于表征容器内耐火衬里的方法和工艺也在本文所公开的主题的范围内。这种方法包括下列步骤：通过使用具有控制器和驱动系统的机器人车辆来自主地将激光扫描系统从第一位置推进到第二位置；用激光扫描系统测量从激光扫描系统到在耐火衬里表面上的多个点的距离；通过使用包括硬件和软件的控制系统来控制扫描器，所述控制系统被通信地连接到所述激光扫描系统、所述控制器和所述驱动系统；且通过将由激光扫描系统测量的多个距离与耐火衬里的参考表面进行比较来表征耐火衬里。
附图说明
并入说明书中并构成其一部分的附图(未按比例绘制)示出了一个或多个实施例，且与说明书一起解释了这些实施例。在附图中：
图1示出了根据所公开主题的自主扫描器的第一个实施例；
图2示出了根据所公开主题的自主扫描器的第二个实施例的近视图；
图3示出了图1中的自主扫描器的机器人车辆的第一个实施例；
图4示出了图1中的自主扫描器的机器人车辆的第二个实施例；
图5示出了图1中的自主扫描器的机器人车辆的第三个实施例；
图6示出了根据所公开主题的用于自主地表征冶金容器内耐火衬里的方法的流程图；以及
图7示出了根据所公开主题的被配置成自主地表征冶金容器内耐火衬里的计算机系统。
具体实施方式
下面对示例性实施例的描述参考了附图。不同附图中相同的参考数字代表相同或相似的元件。下面的详细描述并不限制本发明。相反地，本发明的范围是由所附权利要求限定的。为了简单起见，讨论了关于用于自主地扫描冶金容器内的耐火衬里的装置、系统或方法的术语和结构的下列实施例。然而，接下来要讨论的实施例不限于这些集合，而是可以应用于其他装置、系统或方法，其包括但不限于对容器内的衬里材料的表征，该容器被配置成在制成容器的材料的熔点之上的温度下装载物质。如本文各处所使用的，术语“表征”(例如在“表征耐火衬里”的表达中)表示使用自主激光扫描器分析和/或测量耐火衬里的内表面，以便确定内部耐火衬里轮廓并计算剩余的衬里厚度，以便，例如评估最大可允许的寿命，且同时保持低突破概率或确定何时需要进行修补。衬里表征还可以用于在加工期间确定用于冶金行业中的辅助装置的位置，例如，用于氧气喷枪高度的适当的设置点。此外，如本文各处所使用的，词语“自主扫描器”、“自主地”等表示独立于人(或操作员)的物理协助而移动的扫描器。其表示在不需要人(或操作员)的任何物理协助或干预的情况下在从第一位置移动到第二位置时能够自推进的扫描器。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考表示结合实施例所描述的特定特性、结构或特征包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在整个说明书中的出现不一定是指相同的实施例。此外，特定特性、结构或特征可以按任何合适的方式在一个或多个实施例中进行组合。
本文公开了在不需要使用户暴露于通常存在于这些工业操作中的恶劣环境的情况下用于表征用于冶金行业中容器的耐火衬里中的磨损的自主扫描器的各种实施例。这些自主扫描器被配置成相对于容器定位其自身，扫描其内表面，并实时地或在扫描完成后不久为在安全位置上的用户提供对耐火衬里的表征，以使得如果在将容器重新投入生产之前需要修补或将其从生产移除以进行修补时，能够做出决定。如普通技术人员所理解的那样，在这种耐火衬里表征中所需要的步骤之一是相对于容器来进行自主扫描器的准确定位-这在该行业中多次被称为“配准”或“配准过程”。基于本文所公开的主题，对于那些普通技术人员来说将明显的是所公开的自主扫描器能够使用在适用领域中已知的任何配准程序。
应注意的是，在表征冶金容器的磨损的领域中，存在用于获取扫描数据并应用各种已知的加工步骤以生成衬里表面的图像以便识别需要修补的区域的现有工艺。基于该图像(其能够在硬拷贝中，在软拷贝的屏幕上，在表格、数字输出等中图形化地表示出来)，耐火材料加工专家确定是否需要修补容器的衬里并相应地为冶金公司提出建议。接下来讨论的实施例改进了这种确定冶金容器价值的技术工艺，这是通过使用自主扫描器表征耐火衬里中的薄或弱的区域以消除使这些装置的操作员暴露于恶劣和危险环境中的要求，以便提高工厂的安全性并延长容器的寿命而实现的。
图1示出了根据所公开主题的一个实施例的自主扫描器10的一般实例。如图所示，自主扫描器10被配置成扫描并表征被设计用于保护容器2的金属外壳4的耐火衬里材料6。在图1中的容器4内的虚线7示出了在使用容器之前的耐火衬里6的原始层。在线7和6之间的差异是自主扫描器10被配置成用于检测的对象，以使得操作员决定何时将容器2取出停用以进行修补。在所示的实施例中，自主扫描器10包括，如图所示，测距仪14和被安装在机器人车辆18上的激光扫描系统16，该机器人车辆18被配置成按需要自动地或根据源自经有线或无线连接被连接到自主扫描器10的用户的命令来移动自主扫描器10，如下面进一步讨论的。
在这种实施例中，激光扫描系统16还包括激光、扫描器、光学器件、光检测器和接收器电子器件(未示出)。这种激光扫描系统被配置成在目标表面上发射激光的快速脉冲，一些则高达每秒500,000脉冲。在仪器上的传感器测量每个脉冲通过给定的视野25从目标表面返回到扫描器所用的时间量。光以恒定且已知的速度移动，因此激光扫描系统16能够高精度地计算出其本身和目标之间的距离。通过快速演替地重复该过程并且结合所测量的自主扫描器10相对于容器2的位置，仪器逐步建立其测量的耐火表面的复合厚度“图”。通过计算和/或将测量的耐火衬里6的内表面的耐火材料厚度图之间的变化与相同表面的参考测量相比较，针对可能导致耐火衬里/外壳组合的故障的可能条件来检测并评估变化。能够在20至30秒内进行单次测量。炉内部的整个图由，例如4至6次测量组成，且能够在短时间内(例如，小于10分钟)完成多于5,000,000个数据点。
自主扫描器10的组成部分是远程车辆18，其具有相关联的控制系统，其被配置成根据需要和期望来移动和定位自主扫描器10。在一些实施例中，远程车辆18和自主扫描器10被整体地组装成单个且相同的装置，且在其他实施例中，相同的设备是彼此分离且分开的。整个实施例的有利特性中的一个是各种子组件能够更好地进行定位以用于要执行的各种任务，以便不仅扫描要表征的容器，而且在进行测量期间、之前或之后从各个位置移动整个总成。在一些实施例中，远程车辆18被机动化且使用电力或烃类燃料作为能量源，且如下面进一步解释的，这样的远程车辆可以是履带式或轮式基座。在使用烃类燃料的实施例中，远程车辆18还可以包含发电机。
为了协助自主扫描器10进行移动和定位，在所示的实施例中，其配备有各种传感器，包括但不限于天线20、接近传感器22和/或光学传感器或机器-视觉装置24。测距仪14可以包括，例如，lidar(光检测和测距or激光成像、检测和测距)、雷达或声纳测距传感器。在其他实施例中，自主扫描器10还可以优选地包括立体视觉系统、全球定位卫星接收机、惯性导航系统(ins)和/或里程表。因此，在一个实施例中，通过使用适当的位置测量系统，诸如下面描述的跟踪系统，且可与防撞技术相结合，自主扫描器10可以被配置成从存储位置移动到容器2(例如，钢包)前面的测量位置，扫描其，且随后在不需要使操作员物理处理自主扫描器10的情况下返回到存储位置。测距仪14能够扫描自主扫描器10周围的环境，并检测物体诸如壁以及在其周围环境中的任何其他可能的障碍物的反射表面。来自测距仪14的数据可以用于生成并保持自主扫描器10沿其行进路线的图以及用于其他目的，诸如例如但不限于避免障碍物和导航目的。因此，在另一个实施例中，不使用光学传感器和机器-视觉装置24，且通过激光扫描系统16完成障碍物检测和防撞。
在一个实施例中，激光扫描系统包括anteris激光扫描器，其具有小(约为4mm)的光束直径，高准确性(约为±6mm的峰值距离误差)，高扫描速率(高达500,000hz)，适于工厂环境和在扫描高温表面时施加的热负荷的稳健设计，眼睛安全的激光波长(其消除和/或大大减少了工作场所的安全问题)，±55°的垂直扫描角度和0-360°的水平扫描角度。这种激光扫描器允许在约为六至七秒的时间内对容器内部进行标准分辨率扫描，这导致更少的容器停用时间以及更高的生产可用性。在高分辨率模式中，anteris扫描器能够提供容器的详细图像，其能够用于表征耐火衬里，限定在出渣口周围的区域或清洗塞的状况。
在另一个实施例中，如在图2中进一步示出的，自主扫描器30在自包含单元中包含所有的主要组件。自主扫描器30包括基于激光的轮廓扫描器32、被安装在杆36上的激光跟踪系统34、用于系统控制和数据缩减(在至少一些实施例中)的计算机硬件和软件38、电缆40、液晶平板触摸屏显示器41、键盘和鼠标功能(未在图2中示出)以及用于减少滚动阻力的大直径轮42、隔热罩44以及未在图2中示出的几个其他组件，包括高速以太网链路和车载电池电源。自主扫描器30还包括全集成的机器人车辆43。对于许多应用而言，可以通过将计算机放置在与移动系统的位置相分离的位置上，例如在高温容器所在工厂中的控制室或远离容器的其他合适的结构处进行远程操作。此外，自主扫描器30不需要外部电缆或冷却线且完全悬挂在车轮42上，以便减少对系统组件的冲击和振动。在一个实施例中，机器人车辆是自调平的；在另一个实施例中，其含有用于确定倾斜度的集成的倾斜度测量，诸如倾斜计，以便最小化和/或消除对复杂机械系统的需求。
harvill和bonin(通过引用整体并入本文且在下文被称为“252专利”的美国专利号6922252)已经公开了一种用于使用旋转激光信标和被放置在或接近位于相对于容器的已知位置上的厂房地板处的反射器来进行自动位置测量(配准)的跟踪系统。使用激光三角测量，该系统能够确定扫描系统相对于容器的位置。一旦位置是已知的，位置信息通常被自动地转移至扫描系统软件以计算衬里轮廓和厚度。
在跟踪系统34处于操作状态时，发射光学辐射束且其从跟踪系统环境中的至少三个参考反射器进行反射。跟踪系统34还可以被配置成感测从反射器中的每一个进行反射的光学辐射并测量和记录每个个别的反射所发生的角度。反射器相对于容器的参考系的位置是已知的，且可以通过普通测量方法或根据容器的蓝图以及工业现场的建筑平面图来确定。使用三角测量，记录的角度用于计算跟踪系统的位置和方向。一旦确定了跟踪系统的位置和方向，就能够对位置和方向信息执行数学变换以确定自主扫描器30的位置和方向。要理解的是，这种能力将消除使用被安装在或接近高温容器处的固定点的需求，且还将消除在进行测量时对用户干预的需求。在用于跟踪系统的求解过程中，可以根据每个反射器在给定参考系中的矢量位置的知识来求解在相同参考系中的跟踪系统的位置。相反地，还可以基于跟踪系统的位置的知识或测量来求解每个反射器的矢量位置。
在一个实施例中，激光跟踪系统34的操作是自动化的。在一些应用中，诸如例如转换器，与高速数据获取能力相联接的所公开主题的自主和自动化特性提供了未在现有技术的求解中找到的几个优势，即全自动化的测量能量，对转换器的整个内部的炉轮廓的记录(这是固定位置系统的严重限制；其用于针对整个转换器的内部测量衬里厚度的能力受到可用视野的阻碍)，耐火材料磨损的热-热评估，检测磨损模式中的突然变化(在立即需要修补之前与过程、预测和维护调度中的变化直接相关)，以及热-热喷枪高度控制，所有这些都不需要使系统的用户暴露于恶劣和/或危险的环境。
典型的测距系统使用扫描的光束以快速记录多个位置和距离。当获取距离数据时，其参考测距装置的位置。然而，所需的轮廓或厚度信息，例如，在图1中所示的耐火衬里6的内层的形状是相对于容器2或耐火衬里7的已知原始层(以下称为“参考形状”)而言的。因此，考虑到用激光跟踪系统34参考其自身的坐标系或参考系而测量的自主扫描器30的位置，在测距仪的参考系中测量的距离数据需要被转换成相对于参考形状的参考系。随后，转换的数据能够以有意义的方式呈现给用户，或直接并入将距离数据转换成轮廓和/或厚度信息所需的轮廓测量中。
在所公开主题的范围内考虑了合适的激光扫描系统的各种实施例。在一个实施例中，使用了集成在单个独立包装件中的三面扫描镜和脉冲激光测距仪。镜子在其一个轴线上使激光偏转，且镜子和测距仪一起在第二轴线上旋转以捕获全视野。在另一个实施例中，激光扫描系统包括一体式冷却系统，以便允许自主扫描器30将其自身定位在尽可能近的地方(例如，在与高温(1700℃)表面相距约2至约3m的距离内)，从而允许在具有有限光学接入，诸如气化器的高温环境中进行耐火材料厚度的测量。合适的扫描系统的第二个实施例是基于脉冲测距的准确的全图像捕获系统。该系统还可以集成有测距仪并包括冷却能力。合适的扫描系统的第三个实施例也是用于一般工业应用的基于cw测距的集成的全图像捕获扫描系统以及由三个扫描器组成的专用轮廓系统。合适的扫描系统的第四个实施例是单轴线扫描系统。
如在适用领域内的普通技术人员将理解的那样，用于关于容器配准本文所公开的自主扫描器的位置的其他方法也在所公开主题的范围内。例如，在一个实施例中，可以使用被置于容器底部上的目标。并且，当旋转容器以将其底部暴露于移动系统时，可见激光被引向每个目标的中心，且测量至少三个目标的方位和仰角。根据该信息，能够确定自主扫描器的位置，如在其全部内容通过引用并入本文的美国专利号5570185和5546176中所解释的。在另一个实施例中，使用图像分析以确定移动系统的相对位置并采用冶金容器。例如，见美国专利号6922251(以下称为“251专利”)，其全部内容通过引用并入本文。在这种实施例的操作中，对容器进行扫描且识别特定的几何元件(例如，矩形板的边缘或螺栓的线)。随后，在“251专利”中被限定为操作员的该特性能够用于在适当缩放时确定位置。最后，在另一个实施例中，配准是通过使用被置于炉前面的临时标记来完成的，如在其全部内容通过引用并入本文的美国专利号7924438(以下称为“438专利”)中进一步描述的。随后，在测量炉内部期间扫描这些标记。由于标记相对于炉的位置是已知的，其在扫描中的位置能够用于确定移动系统和炉的相对位置，因此完成配准过程。
本文公开的主题的另一个有利特性是保护自主扫描器免受高温的影响，从而最小化和/或消除热负荷对扫描器的影响。可以通过下列关系来估计自主扫描器上的热负荷：
q＝εσt4，(1)
其中，
为了确定由自主扫描器吸收的能量数量，需要装置的表面吸收率及其正面面积。假定扫描器是由标称吸收率为0.1且正面面积为1.4m2的抛光不锈钢构成的，那么由冷却套吸收的能量则由下式给出：
q＝aαq，(3)
其中a为正面面积，a是吸收率，且q是入射在冷却套上的辐射能量。要注意的是，已假定在最坏情况的分析中，尚未考虑无限辐射源和在冷却套和转换器之间的相对视角因数。
将这些值代入等式(3)中，对至扫描器的总热负荷的估计将是：
q＝(1.4)(0.1)(443,000)＝62,197w(4)
鉴于在一些工业应用中一个人将可能预料到的高的潜在热负荷，
适当设计的防辐射罩将是用于所公开的自主扫描器的所需特性。根据环境条件，可以用主动的空气或液相冷却来增加辐射屏蔽。水或相变盐能够提供优异的热容，特别是鉴于在全自动化操作期间产生的短测量时间。
在一个实施例中，激光跟踪系统34能够用于向机器人车辆43提供位置反馈。在另一个实施例中，用户将使用遥控(例如，操纵杆控制器)将自主扫描器移出其存储位置。一旦自主扫描器位于跟踪系统的反射器的范围内(跟踪系统的激光扫描器在该期间可以打开，且当其已锁定位置时向用户发出信号)，进一步的移动可以由使用被安装在自主扫描器30上的计算机的自动控制来执行。
自主扫描器随后将被移动到第一测量位置，并等待用户将炉移动到合适的炉倾斜度。驱动将处于软件控制之下，从跟踪系统接收位置反馈以及从激光扫描器或其他防撞装置进行防撞，如上所述。全自动化解决方案可以包括从自主扫描器的计算机对转换器的倾斜度进行无线控制。由于将炉的倾斜度通信到自主扫描器的计算机的无线倾斜计通常被设于炉上，因此计算机知道转换器何时位于适当的位置上且随后能够发起测量。
在全自动模式下，自主扫描器将把扫描器移动到转换器前面的适当位置处并控制炉的倾斜度。如果对炉倾斜度的自动化控制是不可能的，那么自主扫描器则将向操作员发出正确的炉的倾斜度信号。仅列举在适应领域中已知的几个实例，可以通过一系列的灯、视频屏幕、手持式平板电脑来提供该操作员反馈。
当扫描转换器时自主扫描器将在其上进行操作的位于转换器前面的装料台是由许多不同的设备共享的。这些能够包括对炉口去除渣壳的挖掘机、废料装料器、喷枪机等。因此，在一些实施例中，在自主扫描器前面的场地应进行清除和确认。为此，可以使用各种防撞技术，诸如立体视觉、视频、声纳或优选地，使用激光扫描器本身来确认在视野中的物体比自主扫描器的预期的移动更远。
激光扫描系统16及其一般性控制器可以被一起设置在相同的装置中或彼此相分离。例如，一个移动系统的实施例可以在相同的单元中包括这两个。在另一个实施例中，激光扫描器系统16可以是独立地被配置成定位在要表征的容器的前方，且其一般性控制器被定位在另一个位置上(例如，在工厂的操作控制室中)。如这里所使用的，一般性控制器也可以被称为数据缩减装置和/或计算或计算机装置。
图3至5示出了根据本文所公开主题的机器人车辆的三个不同的实施例。在图3中，机器人车辆50包括两个定制金属轮52，分离的马达54以及被设置在由铝板60覆盖的钢框架58上的脚轮56。在钢框架58内，设置有控制器62和密封的铅酸电池(sla)64。如在适用领域内的普通技术人员所理解的，在这些冶金容器前面和周围的地板很少是平滑的，更常见的是散落有来自罩盖的碎屑、来自废料装料的金属废料、已固化的且可能仍在升高的温度下的熔融金属件。因此，轮52的选择应考虑到这个事实。其有利的特性之一是其足够大以允许自主扫描器驶于崎岖的地形中，并具有高温耐受性以避免在自主扫描器翻转仍然很热的碎片时发生火灾。在另一个实施例中，在图4中所示的机器人车辆60包括四个轮子62。在另一个实施例中，机器人车辆70包括两组履带72以根据需要推进机器人车辆。普通技术人员将理解其他形式的机器人车辆在所公开主题的范围内，包括将包括在图3至5中所示的特性的组合的那些。此外，鉴于在工业中围绕这种容器的工作条件，如上所述，在一些公开的实施例中，金属轮和/或金属履带将是优选的。
在一个实施例中，机器人车辆18包括控制单元或处理器27(图1)，其用于执行控制软件，处理传感器的输入和来自操作员的命令，并控制机器人车辆18的组件和子系统。根据一个实施例，控制软件包括与各种机器人车辆的行为和例程相对应的计算机软件集合，且还包括响应于从操作员接收的命令来控制各种位移或操作的操作例程。例如，控制软件可以包括用于将自主扫描器10从存储设施移动到用于扫描器测量的预选位置，在从存储位置到测量位置的平移期间避免障碍物或遵循由操作员经操作员控制单元(ocu)指定的路径的例程。可以额外地运行各种并发例程，诸如在机器人车辆18操作期间自动发挥作用的稳定性问题检测和校正。
当在没有用户的物理干预的情况下进行操作时，在一个实施例中的自主扫描器10可以生成并更新其位置图并将其显示给操作员。一旦生成，该图则能够通过位于移动机器人10和遥控控制台29之间的任何形式的有线或无线数字通信被传输到遥控控制台29(图1)。在一个实施例中，遥控控制台29可以包括计算机系统，其具有用于向操作员呈现位置图的显示器，以及输入系统，诸如键盘、鼠标和操纵杆。位置图可以经遥控控制台29的天线23从自主扫描器10的天线20进行无线传输。可替代地，自主扫描器10可以在可拆卸的记忆存储装置26(其可以是usb记忆棒、闪存ram或sd/mmc记忆芯片等)上存储位置图，当自主扫描器使用遥控控制台29或其他合适的装置完成自主操作和接入时，操作员能够检索该可拆卸的记忆存储装置26。
普通技术人员基于本文所公开的主题将理解的是，存在几种利用这些自主扫描器的模式，这些通常被分为半自动化和全自动化布置。在利用的半自动化布置模式中，系统被使用，例如遥控操纵杆或任何其他形式的遥控的操作员进行位置至位置的移动。在移动激光计算机和手持式人机界面(hmi)装置之间的无线通信允许控制激光测量本身。例如，hmi可以是手持式计算机、平板电脑或智能电话。设想一个持有用于移动的控件和用于激光操作控件的集成的便携式面板。这种配置将允许从炉倾斜度的控件来控制系统-操作员既不受热负荷的影响，又远离落下的碎片区。因为操作员能够倾斜炉并从相同的位置将移动系统进行位置至位置的移动，所以缩短了测量时间。
在另一个半自动化布置的实施例中，用户将系统置于炉的中心线上(用于测量的第一位置，如上所述)。炉由操作员倾斜到用于第一次测量的适当角度。操作员随后发起激光数据获取的启动。激光扫描容器且随后向操作员发出信号(通过无线hmi)来将转换器倾斜到下一个倾斜位置。容器倾斜提示可以被置于hmi上。由于自主激光系统不断测量炉的倾斜度，一旦达到预期的炉倾斜度且倾斜度测量稳定，系统将进行第二次测量。当完成第二次测量时，系统将自动移动到位于炉中心线右侧的预编程的位置。上面结合机器人车辆描述的跟踪系统用于将自主扫描器引导到适当的位置和方向。一旦在适当的位置上，系统则自动地扫描容器。扫描后，系统再次自动地移动到位于炉中心线左侧的预编程的位置且完成容器的最终扫描。当完成时，系统向操作员发出信号，以将容器倾斜度改变至垂直位置，且系统由操作员返回到其存储位置。
在另一个实施例中，控制数据获取的软件包括完成网格。这是映射到容器内部的颜色编码的极坐标图，容器内部的各段被着色为数据，其是从炉中的相应区域获得的。在一些情况下，炉口的渣壳是足够的，以便在测量期间要求系统被置于更远离炉的中心线处。如果操作员怀疑有来自炉口渣壳的干扰，软件则可以被编程为询问用户以确认完成网格充分地填充有指示已在炉内的相关区域收集的数据的颜色。如果完成网格的状态是不可接受的，系统则可以被预编程为使机器人车辆将自主扫描器移动距离炉中心线更远的一定横向距离并重复扫描。可替代地，由于完成网格的坐标被粗略地映射到容器内部，因此可以计算将转换器中的剩余区域带入激光视野中所需的横向移动量。可以进行这种计算，且随后由系统向操作员提出建议以确认在新的位置进行了额外的测量。
在全自动化布置的实施例中，耐火衬里的全自动化测量可能利用许多熔融金属加工厂在计算机控制下具有炉的倾斜度的可能性。该工艺类似于半自动化方法的工艺，且操作员可能仍选择将单元置于第一测量位置上。可替代地，系统可以被设计和编程为找到其自身的预编程测量位置以用于设有防撞技术的实施例。然而，用于倾斜炉、发起测量并将移动系统横向移动到炉中心线的左侧和右侧的命令将全部来自于工厂plc(或可编程逻辑控制器)或计算机且进行排序，其经无线网络链路与自主扫描器10相通信。
半自动化和全自动化实施例可以预编程有特定的测量序列。例如，通常需要当扫描器与炉中心线相对准时进行的单次测量以确定喷枪高度。第二序列可能仅包括在炉中心线上，但却在两个炉的倾斜度处进行的测量以暴露炉的龙头和装料垫。第三序列包括上述的全炉表征。
最终，普通技术人员还将理解的是，使用自主扫描器10进行的钢包测量也在所公开主题的范围内。如果在滑门维护站测量钢包，这一点尤其如此。通过使用跟踪系统和可能的防撞技术，自主扫描器可以在无需操作员干扰的情况下从其存储位置移动到在钢包前的测量位置，扫描钢包并随后返回到其存储位置。
被配置成自主地表征冶金容器的耐火衬里的方法和工艺也在所公开主题的范围内。图6示出了根据所公开主题的方法或工艺100的一个示例性实施例的流程图。如图所示，在110中，这种方法包括通过使用具有控制器和驱动系统的机器人车辆来将激光扫描系统自主地从第一位置推进到第二位置。在120中，用激光扫描系统测量从激光扫描系统至在耐火衬里表面上的多个点的距离。在130中，通过使用包括硬件和软件的控制系统来控制扫描器，所述控制系统被通信地连接到所述激光扫描系统、所述控制器和所述驱动系统。且在140中，通过将由激光扫描系统测量的多个距离与耐火衬里的参考表面进行比较来表征耐火衬里。
包括所公开主题的方法的步骤中的一个或多个可以在专门被配置成自主地表征冶金容器的耐火衬里的计算系统中实现，如上面所解释的。在图7中示出了能够进行根据示例性实施例的操作的代表性计算系统的一个实例。硬件、固件、软件或其组合可以用于执行本文所述的各种步骤和操作。
适于执行在示例性实施例中描述的活动的示例性计算系统900可以包括服务器901。这种服务器901可以包括耦合到随机存取存储器(ram)904和只读存储器(rom)906的中央处理器(cpu)902。rom906也可以是用于存储程序的其他类型的存储介质，诸如可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)等。处理器902可以通过输入/输出(i/o)电路908和总线910与其他内部和外部组件相通信以提供控制信号等。处理器902进行如在本领域中已知的多种功能，如由软件和/或固件指令所规定的。
服务器901还可以包括一个或多个数据存储装置，包括磁盘驱动器912、cd-rom驱动器914和其他能够读取和/或存储信息的硬件，诸如dvd等。在一个实施例中，用于进行上面所讨论的步骤的软件可以被存储和分布在cd-rom916、可移除的存储器装置918或能够可移植地存储信息的其他形式的介质上。这些存储介质可以被插入到装置，诸如cd-rom驱动器914、磁盘驱动器912等中且由其进行读取。服务器901可以被联接到显示器920，其可以是任何类型的已知显示器或显示屏幕，诸如lcd显示器、led显示器、等离子体显示器、阴极射线管(crt)等。设有用户输入界面922，其包括一个或多个用户界面机构，诸如鼠标、键盘、麦克风、触摸板、触摸屏幕、语音识别系统等。
服务器901可以经网络被联接到其他计算装置，诸如陆线和/或无线终端。服务器可以是如在全球区域网(gan)中的较大的网络配置的一部分，诸如互联网928，其允许至各种陆线和/或移动客户端装置的最终连接。
所公开的示例性实施例提供了用于自主地表征冶金容器的耐火衬里以及上面所概述的和在适用领域中的普通技术人员所理解的其他用途的装置、方法和系统。应理解的是，本说明书并不旨在限制本发明。相反地，示例性实施例旨在涵盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的替代物、修改和等同物。进一步地，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员将理解的是，可以在不具有这些具体细节的情况下实践各种实施例。
尽管以特定的组合在实施例中描述了本发明的示例性实施例的特性和元件，但每个特性或元件均能够在不具有实施例的其他特性和元件的情况下单独使用或在具有或不具有本文所公开的其他特性和元件的情况下以各种组合进行使用。
该书面描述使用了所公开主题的实例以使得本领域中的任何技术人员能够对其进行实践，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何并入的方法。主题的可给予专利权的范围是由权利要求限定的且可以包括本领域的技术人员想到的其他实例。这种其他实例旨在在权利要求的范围内。
虽然本文所述主题的公开的实施例已在附图中示出并在上面结合几个示例性实施例以特性和细节全面地进行了描述，但对于本领域的普通技术人员来说将显而易见的是，可在实质上不脱离新颖教义、本文所阐述的原理和概念以及在所附权利要求中所述主题的优点的情况下进行许多修改、改变或省略。因此，所公开的创新的适当范围应仅由所附权利要求的最广泛的解释来确定，以便包含所有这些修改、改变和省略。此外，任何工艺或方法的步骤的顺序或序列可以根据替代的实施例进行变化或重新排序。最终，在权利要求中，任何手段加功能条款旨在涵盖在本文中被描述为执行所述功能的结构且不仅仅涵盖结构等同物，而且还有等同结构。
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