一种转炉炉衬激光测厚用自动定位装置及自动定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及转炉炼钢技术领域，特别涉及一种转炉炉衬激光测厚用自动定位装置；另本发明还涉及一种转炉炉衬激光测厚用自动定位方法。
【背景技术】
[0002]在转炉吹氧冶炼过程中，炉衬与高温铁水、炉渣和炉气等长期接触而产生局部侵蚀现象；同时，炉衬也会受到加废钢、倒渣、出钢等操作影响而出现局部损伤。随着生产的进行，炉衬厚度会逐渐变薄；当期厚度低于安全值时，则容易发生穿钢等重大安全事故。
[0003]目前，随着炉衬修补技术的发展和溅渣护炉技术的广泛应用，转炉炉衬的使用寿命可达到1-2万炉，转炉在预期炉役期内发生穿钢事故的概率几乎为零；但是准确检测转炉炉衬各处的厚度情况，减少过渡修补造成的浪费，使转炉炉衬保持最佳的轮廓形貌从而延长其炉龄和减少炉衬重砌冷修次数具有重要作用。同时，准确检测转炉炉衬各处厚度情况可对转炉熔池液位和出钢角度进行预测，优化氧枪位置和出钢角度，进而指导转炉炼钢。
[0004]因此，定期检测转炉炉衬厚度情况对保证炼钢生产安全、优化炼钢工艺非常必要。目前，由于激光测量转炉炉衬厚度具有非接触、快速、准确性高和抗干扰性强的优点而广泛应用于转炉炉衬测厚技术领域。
[0005]在利用激光测厚仪对转炉炉衬厚度进行检测的过程中，设备的定位是非常重要的环节，定位的便捷性、速度以及操作适应性直接影响炉衬测厚的准确快捷进行。对于采用激光测距仪和全站仪作为激光器部分的转炉炉衬激光测厚仪来说，其定位是通过人工操作激光测距仪或全站仪扫描转炉外三个与转炉位置关系已知的点实现，操作人工适应性差、定位时间长，且由于定位点易被灰尘遮挡，定位准确性较差。对于国外采用三维激光扫描仪作为激光器部分的转炉炉衬激光测厚仪来说，其采用反光条定位法，实现了自动定位，但定位用激光器与测量用激光器是分开的，成本较高，同时反射条表面沾灰以及转炉炉衬激光测厚仪不能水平放置时，均会出现较大的定位误差，而对于在转炉前平台设置标记点组的固定位置定位法来说，转炉炉衬激光测厚仪只能固定在几个位置进行测量，不利于设备灵活测量转炉炉衬各处的厚度情况。
【发明内容】
[0006]为解决现有利用激光测厚仪对转炉炉衬厚度进行检测过程中激光测厚仪的定位操作复杂、时间消耗长、定位准确性不高的问题，本发明提供一种新的转炉炉衬激光测厚用自动定位装置以及基于此自动定位装置的转炉炉衬激光测厚用自动定位方法。
[0007]本发明提供一种转炉炉衬激光测厚用自动定位装置，固定安装在转炉托圈上，包括三个位置相对固定且呈三角形分布的球体。
[0008]可选的，三个所述球体呈等腰三角形分布；位于等腰三角形底角处的两个所述球体的球心位于转炉托圈中线平面上、位于等腰三角形顶角处的所述球体的球心位于垂直于转炉耳轴轴线且平分转炉本体的平面上。
[0009]可选的，所述球体的半径R满足:60mm〈R〈80mm。
[0010]可选的，所述自动定位装置还具有支架组件；所述支架组件与转炉托圈固定连接；三个所述球体固定安装在所述支架组件上。
[0011]可选的，所述球体具体为球缺；所述球缺通过底面上的螺纹孔固定在所述支架组件上。
[0012]可选的，还具有用于防止落渣跌落至所述球体上的挡渣板和支撑所述挡渣板的挡渣板加强筋；所述挡渣板和所述挡渣板加强筋均与所述支架组件固定连接。
[0013]可选的，所述支架组件上还具有支架组件加强筋。
[0014]本发明提供的转炉炉衬激光测厚用自动定位装置，包括安装三个呈三角形分布的球体，激光测厚仪可在距离转炉较近的位置以较小的扫描角度实现对自动定位装置的快速扫描；由于自动定位装置固定安装在转炉托圈上，也可十分方便地根据自动定位装置尺寸、安装位置和转炉托圈外径准确计算三个球体球心在转炉坐标系的坐标，提高定位精度；由于球体具有特殊外形，可保证激光测厚仪在各个位置扫描时点云数据自动识别与拟合功能的准确实现，从而保证激光测厚仪在各个位置的自动定位。
[0015]在本发明一【具体实施方式】中，三个球体呈等腰三角形分布，位于等腰三角形底角处的两个球体的球心处于托圈中线平面上，位于顶角处的球体的球心位于垂直于转炉耳轴的轴线且平分转炉本体的平面上，便于三个球体球心在转炉坐标系中坐标值的计算，也便于转炉炉衬激光测厚仪采集点云数据、快速计算获取自动定位装置的三个球体球心在激光测厚仪坐标系的坐标值。
[0016]在本发明一【具体实施方式】中，自动定位装置具有支架组件且球体经过支架组件固定在转炉托圈上，且还具有相应的挡渣板、挡渣板加强筋和支架组件加强筋，可减少转炉生产中高温、多尘以及落渣对自动定位装置结构及形状的不利影响。
[0017]本发明还提供基于前述自动定位装置的转炉炉衬激光测厚用自动定位方法，用于激光测厚仪进行炉衬厚度测量前的定位，包括，
[0018]步骤S101:扫描所述自动定位装置，获得所述自动定位装置的空间点云坐标数据；
[0019]步骤S102:识别与拟合出所述自动定位装置的空间点云坐标数据中三个所述球体球心在激光测厚仪坐标系中的坐标值；
[0020]步骤S103:采用罗德里格七参数模型、根据三个所述球体球心在所述激光测厚仪坐标系和在所述转炉坐标系中的坐标值，求算两个坐标系的换算关系，实现所述激光测厚仪的定位。
[0021]可选的，步骤S102中识别与拟合出所述自动定位装置的空间点云坐标数据中三个所述球体球心在激光测厚仪坐标系中的坐标值具体为:
[0022]利用基于欧式距离的聚类算法对自动定位装置的空间点云坐标数据进行处理，得到所有类似球体物的粗提取点云数据；
[0023]采用采样一致性算法对所述粗提取点云数据进行处理得到中间提取点云数据；
[0024]采用三个所述球体的相对位置关系对所述中间提取点云数据进行处理得到目标球体点云数据；
[0025]利用空间球面方程和最小二乘原理、根据三个所述球体的目标球体点云数据求算三个所述球体在所述激光测厚仪坐标系中的坐标值。
[0026]可选的，在所述步骤S102前对自动定位装置的空间点云坐标数据进行滤波处理；所述滤波处理包括依次进行的下采样滤波和统计参数滤波。
[0027]本发明提供的转炉炉衬激光测厚用自动定位方法，通过扫描自动定位装置获得自动定位装置点云数据，再识别与拟合出定位装置点云数据中三个球体球心在激光测厚仪坐标系中的坐标，并根据计算得到的三个球体球心在转炉坐标系中的坐标求算激光测厚仪和转炉之间的相对位置关系；这样可实现各个位置处激光测厚仪相对转炉的自动定位，利于设备灵活测量转炉炉衬各处的厚度情况。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明【具体实施方式】激光测厚仪进行自动定位时的结构示意图；
[0030]图2为本发明【具体实施方式】的自动定位装置结构视图；
[0031]图3为本发明【具体实施方式】的自动定位装置正视图；
[0032]图4为本发明【具体实施方式】自动定位装置中球体示意图；
[0033]图5为本发明【具体实