适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其巡检系统，该方法通过随小车绕炉体作圆周运动的过程中进行炉体温度检测、炉体风口处温度检测、CO浓度检测、高频噪声检测、检测信息分析和报警多个步骤实现；对应巡检系统包括设置在现场的智能行走机器人、充电站和多个无线基站，以及设置在中控室内的工控机；该巡检系统及方法通过对炉体及其风口区域的表面温度、CO浓度、高频噪音三种能够有效评价炉体尤其风口处的关键监测信息进行检测和分析，以实现炉体尤其风口设备损伤情况的监测目的，又有利于提前对设备进行合理预检预修，提升生产作业的安全系数并有效降低人力和物力成本。

【技术实现步骤摘要】
适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统
本专利技术涉及冶金
，特别涉及一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法及其智能巡检系统。
技术介绍
在炼铁熔炼工艺中，高炉和欧冶炉为常用的熔炼炉，对于熔炼炉来说，风口是其上十分重要设备，承担向熔炼炉喷入氮气和氧气的重任，是熔炼炉安全生产的重要保证。由于其长期承受高温、腐蚀、热疲劳和磨粒冲蚀，而很容易烧损，使冷却水流入熔炼炉内部，造成炉温降低。严重时还可能导致水蒸气爆炸，造成铁水外流的重大生产事故。因此，及早发现风口破损是保证生产安全进行的重要前提条件。由于风口破损后，炉内高温气体会进入风口冷却水中使水温上升。所以，实时监测冷却水管表面温度的异常变化，准确定位破损部位和严重程度就显得十分必要。由于风口平台处于煤气富集区域，尽量减少人员活动，采用智能检测设备替代人工巡检，以实现最大程度的保障人员安全。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实时监测具有风口结构炉体熔炼过程中炉体及风口区表面温度的异常变化，以实现准确定位风口破损部位并确定破损程度的巡检方法。本专利技术的另一目的是提供一种实现上述适用于具有风口结构炉体的巡检方法的智能巡检系统。为此，本专利技术技术方案如下：一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其基于智能行走机器人实现；该智能行走机器人包括：一台可沿炉体作周向运行的小车、以及设置在小车上且采集方向均朝向炉体的高位热像仪、低位热像仪、RFID读取器、定位相机、3D定位相机、高清相机、风口热像仪、报警器和车载现场箱；其中，定位相机设置在其镜头与风口法兰等高的位置处，3D定位相机设置在上方且与定位相机的采集视野相同；RFID读取器设置在3D定位相机邻侧；高清相机和风口热像仪分别设置在一多自由度机械臂的前端和上部；定位相机和高清相机按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车上；车载现场箱内设置有控制上述各设备的工作状态控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的无线传输装置以及为各用电部件供电的充电电池；基于上述智能行走机器人实现的巡检步骤为：S1、炉体温度检测：随小车绕炉体作圆周运动一周，设置有高低落差的高位热像仪和低位热像仪分别以相同的间隔时间同步采集炉体外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；S2、炉体风口处温度检测：随小车绕炉体作圆周运动一周，当RFID读取器读取到贴设在风口法兰上的电子标签时，小车开始减速并在利用定位相机采集到风口法兰的完整居中图像时停止运行；此时定位相机获取风口法兰的图像并计算其空间位置以调整与其配准的多自由度机械手臂至其上高清相机的镜头对准炉体风口；进而将高清相机采集的风口内部图像，风口热像仪采集的风口区域热红外图像，以及RFID读取器获取的风口编号和读取时间建立形成风口信息档案并传送至中心控制室；S3、在进行步骤S1和步骤S2的同时，中心控制室的工控机持续接收不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案；通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；当出现温度最大值超过预设阈值的情况时，则由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报；S4、重复步骤S1～S3，直至炉体作业完成。优选，在所述智能行走机器人上还设置有采集方向朝向炉体的一氧化碳浓度检测传感器，其与现场工控机连接；并在步骤S2中，在高清相机采集的风口内部图像的同时一氧化碳浓度检测传感器对风口处的一氧化碳气体浓度进行采集，并将其检测到的浓度数值记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，当工控机分析出一氧化碳气体浓度超过设定阈值时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报。优选，在所述智能行走机器人上还设置有噪声传感器，其与现场工控机连接；并于步骤S2中，在高清相机采集的风口内部图像的同时噪声传感器对风口附近的高频噪声进行采集，并将其检测到的高频噪声结果记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，并在噪声传感器检测到异常高频噪声时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器发出警报。优选，在步骤S1和步骤S2中，控制小车始终保持与炉体以1.4～3m的间隔距离环绕炉体作圆周运动的具体实施步骤为：根据预设行驶轨迹的直径确定小车两侧的履带行驶速度差值a，其中，外侧履带速度大于内侧履带速度；在该过程中：1)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值＜1300mm，而设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值≥1500mm时，调整小车两侧的履带行驶速度差值b＞a，使小车逐渐向内侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；2)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值＞1700mm，而设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值≤1500mm时，则调整小车两侧的履带行驶速度差值c＜-a，使小车逐渐向外侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；3)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值与设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值均＞1500mm时，则调整小车的内侧履带的行进速度小于外侧履带的行进速度，且两侧的履带行驶速度差值d略大于b，使小车逐渐向内侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；4)当设置在小车车体后端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值与设置在小车车体前端的激光测距装置测得其距离炉壁的数值均＜1500mm时，小车已经远离小车中心虚拟轨迹线1，偏向小车内侧虚拟边界线3，则调整小车的内侧履带的行进速度大于外侧履带的行进速度，且两侧的履带行驶速度差值e略大于b，小车逐渐向外侧转弯，直至回复至预设行驶轨迹；当位于车体两侧的两个激光测距装置发生损坏或失灵时，则使用位于中间的两个激光测距装置，采用上述相同的工作方式进行持续激光测距。一种用于炉体风口设备巡检的智能巡检系统，包括设置在现场的智能行走机器人、充电站和多个无线基站，以及设置在中控室内的工控机；其中，智能行走机器人包括一台可沿炉体作周向运行的小车、设置在小车上且朝向相同采集方向的高位热像仪、低位热像仪、RFID读取器、定位相机、定位相机、高清相机、风口热像仪、报警器、一氧化碳浓度检测传感器、噪声传感器和车载现场箱；定位相机设置在其镜头与风口法兰等高的位置处，3D定位相机设置在上方且与定位相机的采集视野相同；RFID读取器设置在定位相机邻侧；高清相机和风口热像仪分别设置在一多自由度机械臂的前端和上部；定位相机和高清相机按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车上；车载现场箱内设置有控制上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，该巡检方法基于智能行走机器人实现，其包括：一台可沿炉体作周向运行的小车(4a)、以及设置在小车(4a)上且采集方向均朝向炉体的高位热像仪(4b)、低位热像仪(4c)、RFID读取器(4w)、定位相机(4d)、3D定位相机(4e)、高清相机(4f)、风口热像仪(4g)、报警器(4i)和车载现场箱(4j)；其中，定位相机(4d)设置在其镜头与风口法兰(18)等高的位置处，3D定位相机(4e)设置在上方且与定位相机(4d)的采集视野相同；RFID读取器(4w)设置在3D定位相机(4e)邻侧；高清相机(4f)和风口热像仪(4g)分别设置在一多自由度机械臂(4t)的前端和上部；定位相机(4d)和高清相机(4f)，按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车(4a)上；车载现场箱(4j)内设置有控制上述各设备的工作状态控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的无线传输装置以及为各用电部件供电的充电电池；/n基于上述智能行走机器人实现的巡检步骤为：/nS1、炉体温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，设置有高低落差的高位热像仪(4b)和低位热像仪(4c)分别以相同的间隔时间同步采集炉体外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；/nS2、炉体风口处温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，当RFID读取器(4w)读取到贴设在风口法兰(18)上的RFID电子标签(20)时，小车(4a)开始减速并在利用定位相机(4d)采集到风口法兰(18)的完整居中图像时停止运行；此时3D定位相机(4e)获取风口法兰(18)的图像并计算其空间位置以调整与其配准的多自由度机械手臂至其上高清相机(4f)的镜头对准炉体风口；进而将高清相机(4f)采集的风口内部图像，风口热像仪(4g)采集的风口区域热红外图像，以及RFID读取器(4w)获取的风口编号和读取时间建立形成风口信息档案并传送至中心控制室；/nS3、在进行步骤S1和步骤S2的同时，中心控制室的工控机持续接收不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案：通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；当出现温度最大值超过预设阈值的情况时，则由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报；/nS4、重复步骤S1～S3，直至炉体作业完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，该巡检方法基于智能行走机器人实现，其包括：一台可沿炉体作周向运行的小车(4a)、以及设置在小车(4a)上且采集方向均朝向炉体的高位热像仪(4b)、低位热像仪(4c)、RFID读取器(4w)、定位相机(4d)、3D定位相机(4e)、高清相机(4f)、风口热像仪(4g)、报警器(4i)和车载现场箱(4j)；其中，定位相机(4d)设置在其镜头与风口法兰(18)等高的位置处，3D定位相机(4e)设置在上方且与定位相机(4d)的采集视野相同；RFID读取器(4w)设置在3D定位相机(4e)邻侧；高清相机(4f)和风口热像仪(4g)分别设置在一多自由度机械臂(4t)的前端和上部；定位相机(4d)和高清相机(4f)，按照自先而后经过炉体风口的顺序设置在小车(4a)上；车载现场箱(4j)内设置有控制上述各设备的工作状态控制器、接收和分析各设备获取的检测信息的现场工控机、发送检测信息至中心控制室的无线传输装置以及为各用电部件供电的充电电池；
基于上述智能行走机器人实现的巡检步骤为：
S1、炉体温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，设置有高低落差的高位热像仪(4b)和低位热像仪(4c)分别以相同的间隔时间同步采集炉体外侧炉壁的热红外图像，以获取能够完全覆盖炉体外侧炉壁的多张高位热红外图像和低位热红外图像；
S2、炉体风口处温度检测：随小车(4a)绕炉体作圆周运动一周，当RFID读取器(4w)读取到贴设在风口法兰(18)上的RFID电子标签(20)时，小车(4a)开始减速并在利用定位相机(4d)采集到风口法兰(18)的完整居中图像时停止运行；此时3D定位相机(4e)获取风口法兰(18)的图像并计算其空间位置以调整与其配准的多自由度机械手臂至其上高清相机(4f)的镜头对准炉体风口；进而将高清相机(4f)采集的风口内部图像，风口热像仪(4g)采集的风口区域热红外图像，以及RFID读取器(4w)获取的风口编号和读取时间建立形成风口信息档案并传送至中心控制室；
S3、在进行步骤S1和步骤S2的同时，中心控制室的工控机持续接收不同采集时间获取的高位热红外图像、低位热红外图像和风口信息档案：通过依次对风口区域热红外图像进行处理，得到每个风口在图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；通过依次对每张高位热红外图像和低位热红外图像进行处理，并剔除其中的风口区域的温度数据，得到整个炉壁在不同图像采集时间下的温度数值分布图，进而通过筛选出同一位置在轴向上的最大温度值，绘制出以位置信息为横坐标、温度信息为纵坐标的曲线图；当出现温度最大值超过预设阈值的情况时，则由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报；
S4、重复步骤S1～S3，直至炉体作业完成。


2.根据权利要求1所述的适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，在所述智能行走机器人上还设置有采集方向朝向炉体的一氧化碳浓度检测传感器(4k)，其与现场工控机连接；并在步骤S2中，在高清相机(4f)采集的风口内部图像的同时一氧化碳浓度检测传感器(4k)对风口处的一氧化碳气体浓度进行采集，并将其检测到的浓度数值记录在风口信息档案中；进而在步骤S3中，当工控机分析出一氧化碳气体浓度超过设定阈值时，由工控机传送报警信号给智能行走机器人，启动报警器(4i)发出警报。


3.根据权利要求1所述的适用于具有风口结构炉体的巡检方法，其特征在于，在所述智能行走机器人上还设置有噪声传感器(4l)，其与现场工控机连接；并于步骤S2中，在高清相机(4f)采集的风口内部图像的同时噪声传感器(4l)对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海根，
申请(专利权)人：天津市三特电子有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12