用于测量容器内部耐火衬里的系统、装置和方法制造方法及图纸

一种扫描仪组合件10，其被配置成：安装在扫描仪操纵臂82上；放置成靠近容器中的开口或插入容器中的开口中；并测量从所述扫描仪组合件10内的扫描仪发射器/传感器40到耐火衬里的表面上的多个点的距离以在单次扫描中表征所述容器的凹入内部。具有附接到所述扫描仪组合件的操纵臂的扫描仪操纵器将所述扫描仪组合件维持在测量位置中。控制系统控制所述扫描仪组合件的位置、所述发射器传感器的定向以及由所述发射器/传感器产生的测量结果的获取、存储、处理和呈现。在单次扫描中从所述扫描仪组合件10获得的视野超过半球。

【技术实现步骤摘要】
用于测量容器内部耐火衬里的系统、装置和方法
本文中公开的主题的实施例大体上涉及用于表征冶金容器的耐火衬里的设备、方法和系统，并且更具体地涉及装置、过程、机构和技术。
技术介绍
当容器中含有熔融金属时，例如钢包的容器内含有耐火衬里，其用以防止高温。然而，耐火衬里易受熔融金属的磨损或沉积。控制耐火衬里对于实现容器的连续和安全操作起着重要作用。在容器空着时执行目视检查是监视耐火衬里的磨损和劣化情况的最常见方式。由于时间和成本的原因，测量方法不应要求将容器冷却；相反，应该有可能在处于或接近操作温度的容器中进行测量。因此，不能使用机械表面接触测量方法。使用高速扫描激光测距仪测量用于生产熔融金属的容器的内部轮廓已广泛用于金属生产行业。钢铁钢包、碱性氧气炉(BOF)、氩氧脱碳容器(AOD)、电弧炉(EAF)、铝铜冶炼容器、铸造炉、鱼雷车和底吹炉(Q-BOP)都是使用激光扫描仪进行分析，以确定内部耐火轮廓并计算剩余衬里厚度。通过使用具有激光束发射器、用于使激光束偏转的镜和用于接收由耐火衬里的表面反射的激光束的激光束接收器的激光扫描仪在热的耐火容器中执行测量是本领域中已知的。激光扫描仪发射和接收激光束之间的过渡时间可用于计算耐火衬里与激光扫描仪之间的在经发射激光束的方向上的距离。更改激光束的方向会产生一系列过渡时间，从中可以得出一系列距离和一系列点。应用坐标转换以将数据集从扫描仪的坐标系移动到容器的坐标系，且测量结果可用于确定衬里厚度。使镜围绕第一旋转轴线旋转并使激光扫描仪本身围绕第二旋转轴线旋转允许在两个相互垂直的方向上扫描耐火衬里，以便获得表示经扫描表面的多个点。通过比较表面的连续图像，可以确定耐火衬里的哪些部分由于沉积物而被腐蚀或侵蚀或生长，因为激光扫描仪非常准确。典型的系统能提供+/-5-6mm的衬里厚度测量准确度。然而，由于容器的内部形状、容器的内部几何约束以及激光扫描仪不能太接近处于或接近操作温度的容器的事实，激光扫描仪可能无法获得所关注表面的完整视图。为了克服这个问题，可以将激光扫描仪相继移动到不同的位置，或者可以相对于扫描仪重新定位容器，使得扫描仪可以在每个位置获得图像。这些图像接着合并成全局“图像”。将连续图像合并成全局图像需要非常准确地了解激光扫描仪相对于每个测量位置处的容器的位置。这增加了过程的复杂性，降低了所产生的全局图像的准确性，使设备暴露于额外的热量，并延长了完成测量所需的时间。WO2008109510含有用于测量旨在容纳熔融金属的容器的耐火衬里的磨损的装置的描述。然而，所述装置需要两个扫描仪组合件来执行其预期的功能，因此引入了合并由每个扫描仪组合件产生的数据集的复杂性。另外，两个扫描仪组合件的组合视野受到其中容纳扫描仪组合件的盒子的限制。根据球面坐标系，值(每个激光扫描仪的旋转轴周围的角度)被限制为大约180度。另外，θ值(平面内的角度，由扫描仪组合件内的镜的视野的界限限制)不包括z轴。US8072613含有用于测量容器(例如鱼雷钢包)的衬里的磨损的系统和方法的描述。容器的内衬由扫描仪头部从容器中的第一位置扫描，所述第一位置相对于容器的竖直轴线成一定角度。扫描仪头部放置在容器中的第二位置中，该第二位置相对于容器的竖直轴线成一定角度，且从所述第二位置，扫描仪头部扫描容器的内部衬里的在第一位置扫描期间未经扫描的部分。通过比较在容器已经装载和卸载后的第一位置扫描和第二位置扫描的衬里的扫描测量结果与衬里的初始参考测量结果，可以测量衬里的磨损。因此，所述系统和方法需要两次扫描以完成测量，并且需要将扫描仪组合件移动到新的位置中以实行第二次扫描。就极坐标系而言，θ的允许值(平面内的角度，由扫描仪组合件内的镜的视野界限限制)在正交于z轴的平面的任一侧上以相等的幅度延伸。θ的允许值在以镜为中心的球体内部的投射在球体上形成了赤道带。θ的允许值不包括z轴。因此，至少基于常规技术的上述挑战，期望具有如下装置、系统和方法，其将缩减在配置成携带高于金属的熔点的材料的金属容器中获得耐火衬里厚度的测量结果所需的扫描次数且因此缩减测量时间，将缩减扫描仪对被测量的容器的内部条件的暴露，且将重新配置视野以增加实用性且降低扫描过程的复杂性。
技术实现思路
用以表征容器中的耐火衬里的设备、方法和过程满足了以上概述的需求中的一个或多个或本领域中已知的其它需求。所公开的设备包括扫描仪组合件，所述扫描仪组合件被配置成：安装在扫描仪操纵臂上；放置成靠近容器中的开口或插入容器中的开口中到容器凹入内部的指定位置；并测量从扫描仪组合件内的扫描仪发射器/传感器到耐火衬里的表面上的多个点的距离，以在单次扫描中表征容器的内部。所公开的设备还包括具有附接到扫描仪组合件的操纵臂的扫描仪操纵器，其中所述操纵臂将扫描仪组合件维持在测量位置，并使得扫描仪组合件内的扫描仪发射器/传感器能够采用定向，扫描仪发射器/传感器可从所述定向测量与耐火衬里的表面上的多个点的距离，以在单次扫描中表征容器的内部。所公开的设备还包括附接到扫描仪操纵器的机器人装置，所述机器人装置具有控制系统，其中所述控制系统包括用以控制扫描仪组合件的位置、发射器传感器的定向和由发射器传感器产生的测量结果的获取、存储、处理和呈现的硬件和软件；所述控制系统以通信方式连接到扫描仪组合件；所述控制系统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。用于表征容器中的耐火衬里的方法和过程也在本文中所公开的主题的范围内。此类方法包括以下步骤：将机器人装置放置在观测位置中；通过使用包括硬件和软件的控制系统来控制机器人，所述控制系统以通信方式连接到扫描仪组合件；将安装在附接到机器人装置的操纵臂上的扫描仪组合件延伸到接近容器或延伸到容器的内部中；定位扫描仪组合件；在多个连续定向上定向扫描仪发射器/传感器；测量从扫描仪发射器/传感器到容器的内部的在每一定向上的距离；及通过比较由激光扫描系统测量的多个距离与耐火衬里的参考表面，得出耐火衬里的表征。附图简要说明图1是配置成容纳高温材料的容器的截面视图；图2是本专利技术的扫描仪操纵器的示意图；图3是根据本专利技术的扫描仪组合件的侧视图；图4是根据本专利技术的扫描仪组合件的透视图；图5是根明本专利技术的含有扫描仪操纵器的鱼雷钢包的截面视图；图6是根据本专利技术的扫描仪系统的示意性表示；图7是球面坐标系的示意性表示；图8是扫描仪组合件的放置的几何形状的示意性表示；图9是根据本专利技术的扫描仪系统的机械部分的示意性表示；图10是根据本专利技术的扫描仪系统的机械部分的示意性表示；图11是根据本专利技术的扫描仪系统的机械部分的透视图；且图12是根据本专利技术的扫描仪系统的机械部分的示意性表示。具体实施方式示范性实施例的以下描述参考附图。不同图式中的相同附图标记识别相同或类似元件。以下详细描述不限制本专利技术。反而，本专利技术的范围由所附权利要求书限定。为了简单起见，关于用于自主扫描冶金容器中的耐火衬里的设备、系统或方法的术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量耐火衬里的磨损的扫描仪组合件10，其包括：远端12、近端14，和从所述近端14延伸到所述远端12的纵向轴线16；/n安装臂20，其具有近端22和远端24且位于所述扫描仪组合件10的所述近端14处；转台32，其具有近端34和远端36，其中所述转台32的所述近端34能旋转地安装在所述安装臂20的所述远端24上，因为所述转台32能围绕所述纵向轴线16相对于所述安装臂20旋转；及/n发射器/传感器40，其安装在所述转台32中的固定位置中；其中发射器/传感器40包括光学中心；/n其中所述发射器/传感器40的所述光学中心位于所述纵向轴线16上；/n其中所述发射器/传感器40的视野42包含在还含有扫描仪组合件纵向轴线16的平面中；/n其中所述视野42包括从所述转台32的所述远端36延伸的远侧界限44，且包括与所述远侧界限44相对安置的近侧界限46；/n且其中所述发射器/传感器40的所述视野42在纵向方向上由含有所述纵向轴线16从所述扫描仪组合件10的所述远端12的延伸部分且含有在正交于所述纵向轴线16的平面中从所述发射器/传感器40延伸的线48的钝角描述。/n

【技术特征摘要】
20190618 US 62/862,8991.一种用于测量耐火衬里的磨损的扫描仪组合件10，其包括：远端12、近端14，和从所述近端14延伸到所述远端12的纵向轴线16；
安装臂20，其具有近端22和远端24且位于所述扫描仪组合件10的所述近端14处；转台32，其具有近端34和远端36，其中所述转台32的所述近端34能旋转地安装在所述安装臂20的所述远端24上，因为所述转台32能围绕所述纵向轴线16相对于所述安装臂20旋转；及
发射器/传感器40，其安装在所述转台32中的固定位置中；其中发射器/传感器40包括光学中心；
其中所述发射器/传感器40的所述光学中心位于所述纵向轴线16上；
其中所述发射器/传感器40的视野42包含在还含有扫描仪组合件纵向轴线16的平面中；
其中所述视野42包括从所述转台32的所述远端36延伸的远侧界限44，且包括与所述远侧界限44相对安置的近侧界限46；
且其中所述发射器/传感器40的所述视野42在纵向方向上由含有所述纵向轴线16从所述扫描仪组合件10的所述远端12的延伸部分且含有在正交于所述纵向轴线16的平面中从所述发射器/传感器40延伸的线48的钝角描述。


2.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中所述安装臂20的所述远端24与所述转台32的所述近端34的能旋转接合使得所述转台能够围绕所述扫描仪组合件10的所述纵向轴线16旋转360度。


3.根据权利要求1所述的扫描仪组合件，其中隔热罩26安置在所述安装臂20的所述远端24的周缘的至少一部分上。


4.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中所述扫描仪组合件10含有一个发射器-传感器40。


5.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中由所述发射器-传感器的视野42的所述远侧界限44和所述纵向轴线16描述的锐角50具有从1度到10度包括1度和10度的值。


6.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中由所述发射器-传感器的视野42的所述近侧界限46和所述纵向轴线16描述的锐角54具有从70度到88度包括70度和88度的值。


7.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中所述扫描仪组合件10不与耐火应用装置通信。


8.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中所述转台32被阻止围绕所述安装臂20绕除所述扫描仪组合件10的所述纵向轴线16之外的任一轴线旋转。


9.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中在所述扫描仪组合件10的所述远端12定位成对应于极坐标系的Z轴的正方向的情况下且在所述扫描仪组合件的纵向轴线16与所述极坐标系的Z轴对准的情况下，在所述转台32旋转过所述极坐标系中的从0度到360度包括0度和360度的所有值后，所述扫描仪组合件具有在所有值下包括所述极坐标系中的从0度到91度包括0度和91度的所有θ值的视野。


10.根据权利要求1所述的扫描仪组合件10，其中在所述扫描仪组合件10的所述远端12定位成对应于极坐标系的Z轴的正方向的情况下且在所述扫描仪组合件的纵向轴线16与所述极坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔·P·博宁，
申请(专利权)人：迈确克斯过程控制有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US