用於冶金容器澆口的自動位置識別的方法和測量裝置的製作方法

2023-06-17 02:41:36

專利名稱：用於冶金容器澆口的自動位置識別的方法和測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於藉助測量裝置自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶或中間包的澆口的位置的測量裝置和方法，所述測量裝置具有非接觸式工作的測量格柵或接觸式工作的測量簾幕。
背景技術：
鑄造科學領域或者說冶金領域的技術人員已知各種用於識別冶金容器澆口的位置的方法根據一種方法，為此採用光學立體攝像機，其中通過安置在澆口上或者說與澆口相連的測量板的位置，確定澆口位置。該方法的前提是-測量板要精確安置在澆口上，從而可從測量板位置推斷出澆口位置，-在澆口上有足夠的空間來安置測量板，-測量板在工作過程中能保持整潔，-在確定位置時能自由看到測量板。根據另一種方法，利用雷射射線三維地掃描所述澆口，並且由此確定澆口位置。該方法是不利的，-因為掃描過程通常很漫長，-因為根據經驗雷射射線在空氣中塵霧飛揚的環境裡很容易受幹擾，-因為在掃描中產生的測量數據的量較大，-因為三維測量數據的分析複雜。

發明內容
本發明的任務在於克服現有技術的缺點並提出用於自動識別冶金容器澆口的位置的方法和測量裝置，藉此能夠-快速的，也就是說在短暫時間內進行測量和分析，-利用儘量簡單的手段，-無需複雜的分析，-高精度地確定澆口的位置。該任務通過開頭提到的包括以下方法步驟的方法來完成a)基本上垂直地將測量裝置定位在澆口下方，從而澆口既不接觸所述測量裝置， 也不截斷測量格柵；b)基本上垂直向上地使所述測量裝置移動到第一位置；c)通過分析用於所述測量裝置的局部離散的測量格柵的測量數據來非接觸地檢測澆口的實際位置，其中，所述測量數據至少包括對應於測量格柵的第一橫向的多個χ-測量值以及對應於測量格柵的第二橫向的多個y-測量值，並且一個測量值精確對應於測量格柵的一條測量射線，從而藉助χ-測量值在第一位置上在澆口的第一橫向上分辨澆口的實際位置，並藉助y_測量值分辨在第一位置上在垂直於澆口的第一橫向的第二橫向上的澆口的實際位置。首先，將所述測量裝置定位在冶金容器的澆口下方，其中，澆口例如能夠通過滑板閉鎖機構或封塞閉鎖機構封閉或者說打開，從而使所述澆口既不接觸測量裝置，也不穿過測量裝置內的測量格柵(步驟a)。隨後，使所述測量裝置垂直向上移動到第一位置(步驟
b)，優選至少移動到澆口第一次穿過測量裝置的測量格柵。接著，藉助所述測量格柵非接觸地檢測所述澆口的實際位置，其中，所述測量格柵由至少兩組相互垂直的測量射線構成。在檢測澆口的實際位置時分析測量數據，其中，所述測量數據包括至少多個χ-測量值和多個 y-測量值，所述χ-測量值對應於測量格柵的第一橫向並且所述y_測量值對應於測量格柵的第二橫向。因為每個測量值恰好對應測量格柵的一條測量射線，所以能夠藉助χ-測量值推斷出在第一位置上在澆口的第一橫向上澆口的實際位置並藉助y_測量值推斷出在第一位置上在澆口的第二橫向上澆口的實際位置，其中，澆口的第一橫向垂直於澆口的第二橫向。上述的任務同樣通過開頭提到的包括以下方法步驟的方法來完成a)基本上垂直地將測量裝置定位在澆口下方，從而所述澆口既不接觸測量裝置， 也不截斷測量簾幕；b)基本上垂直向上地使所述測量裝置移動到第一位置；c)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕的測量數據，非接觸地檢測澆口的實際位置的第一分量，其中所述測量數據包括對應於測量簾幕的第一橫向的多個測量值， 並且一個測量值恰好對應測量簾幕的一條測量射線，從而藉助所述測量值在第一位置上在澆口的第一橫向上分辨澆口的實際位置；d)在所述澆口縱軸線的法向平面內使測量裝置轉動優選是90°的角度α ；e)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕的測量數據，非接觸地檢測澆口的實際位置的第二分量，其中所述測量數據包括對應於測量簾幕的橫向的多個測量值，並且一個測量值恰好對應測量簾幕的一條測量射線，從而藉助所述測量值在第一位置上在澆口的第二橫向上分辨澆口的實際位置。與首次提及的方法不同，在這種方法中，沒有採用兩維的測量格柵，而是只使用一維的測量簾幕，從而在檢測時只能確定在一個橫向上的澆口的位置。在第一次檢測(步驟
c)後，在澆口縱軸線的法向平面內使測量裝置轉動優選為90°的角度α(步驟d)，隨後，再次重複檢測(步驟e)，從而在澆口的第一和第二橫向上完全確定澆口的位置。根據一種適當的實施方式，執行以下方法步驟i)基本上垂直地將測量裝置定位在澆口下方，從而使所述澆口既不接觸測量裝置，也不截斷測量簾幕；ii)基本上垂直向上地使所述測量裝置移動到第一位置；iii)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕的測量數據，非接觸地檢測澆口的實際位置的第一分量，其中，所述測量數據包括對應於測量簾幕的一個橫向的多個測量值，並且一個測量值恰好對應於測量簾幕的一條測量射線，從而藉助所述測量值在第一位置上在澆口的第一橫向上分辨澆口的實際位置；
iv)基本上垂直向下地移動測量裝置，從而使該澆口既不接觸測量裝置，也不截斷測量簾幕；ν)在所述澆口縱軸線的法向平面內使測量裝置轉動優選是90°的角度α ；vi)使所述測量裝置基本上垂直向上移動到第一位置；vii)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕的測量數據，非接觸地檢測澆口的實際位置的第二分量，其中，所述測量數據包括對應於該測量簾幕的橫向的多個測量值， 並且一個測量值恰好對應於測量簾幕的一條測量射線，從而藉助所述測量值在第一位置上在澆口的第二橫向上分辨澆口的實際位置。藉助最後提及的實施方式，測量裝置的轉動能夠特別簡單地實現。根據一種有利的實施方式，在步驟c後使測量裝置基本上垂直向上移動一段行程 Δ進入第二位置，隨後再次進行步驟c，其中，在第二位置上檢測澆口的位置。如果人們多次依次執行按照此實施方式的步驟，則在所述測量裝置的行程上間斷或連續地檢測澆口的位置。根據一種有利的實施方式，所述測量裝置的定位和移動由多軸機械手執行。在完成澆口的位置檢測後，必要時在更換工具後，能夠由多軸機械手打開或關閉冶金容器澆口的閉鎖機構。根據另一種有利的實施方式，所述測量裝置在移動過程中連續地檢測澆口的實際位置。作為其替代方式，所述測量裝置在步驟c之前被停止，從而步驟c在停止狀態中進行。根據另一種有利的實施方式，將在步驟c中檢測到的澆口的實際位置提供給調節機構，所述調節機構計算澆口的理論位置與實際位置的調整偏差並藉助算法求出調節參量，由此，將受到該調節參量作用的多功能機械手的實際位置更靠近所述理論位置定位。藉助該實施方式保證所述測量裝置遵循澆口輪廓，從而一方面也可檢測澆口的複雜的幾何形狀，另一方面可靠地避免澆口碰撞測量裝置。對於此實施方式，原則上不僅可以考慮連續的調節機構而且可以考慮離散的調節機構，其中能夠最好使用例如P、PI或者PID調節算法， 但當然也可以使用狀態控制算法，必要時也可以結合狀態觀測方法來使用。根據一種適當的實施方式，所述測量射線構成為連續的，例如脈衝式的或者間斷的光線，尤其是在紅外線、可見光或者紫外光的區域內構成。當在帶有非接觸式工作的測量格柵的用於自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶或中間包的澆口的位置的測量裝置中採取以下手段時，能夠使最開始提到的方法儘可能直接地投入使用-所述測量裝置設計成可移動的並且具有局部離散的測量格柵；-所述測量格柵由兩組測量射線構成，其中第一組測量射線設置在所述測量裝置的第一橫向上，第二組測量射線設置在所述測量裝置的第二橫向上；-每條測量射線對應於一個用於產生並檢測測量射線的測量射線產生檢測機構。在此情況下，在測量格柵的第一和第二橫向上的測量射線是否布置在一個平面內或者所述測量射線必要時是否略微錯開並不重要。當在帶有非接觸式工作的測量簾幕的用於自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶或中間包的澆口的位置的測量裝置中採取以下手段時，能夠將提到的第二種方法儘可能直接地投入使用-所述測量裝置設計成可移動的並且具有平坦的、局部離散的測量簾幕；-所述測量簾幕由一組測量射線構成，該組測量射線設置在所述測量裝置第一橫向上；-每條測量射線對應於一個用於產生並檢測測量射線的測量射線產生檢測機構。根據一種簡單的實施方式，測量射線產生檢測機構設計成單向光傳感器，其中該單向光傳感器包括發射機以及對置的接收機。根據另一種實施方式，測量射線產生檢測機構設計成反射光傳感器，該反射光傳感器包括發射機-接收機以及對置的反射器，其中優選將一個發射機和一個接收機作為發射機-接收機構造在一個共同的殼體內。又根據另一種實施方式，測量射線產生檢測機構包括用於產生光帶的光源以及對置的行掃描攝像機(Zeilenkamera)。根據一種適當的實施方式，發射機設計成紅外二極體、發光二極體或雷射二極體， 接收機設計成光電電晶體。在發射機-接收機中，一個發射機和一個接收機構造在一個共同的殼體內。當然也可以在一個共同的殼體內安置多個發射機和接收機。


從不限於接下來的描述的實施例中得到本發明的其它優點和特徵，其中參照接下來的附圖，附圖示出圖1(圖IA和1B)以兩張視圖示出了帶有測量格柵的測量裝置，圖2(圖2A和2B)以兩張視圖示出了帶有測量簾幕的測量裝置，圖3示出了在藉助帶有測量格柵的測量裝置檢測澆口位置時的方法步驟，圖4示出了被澆口截斷的測量格柵，圖5(圖5A和5B)示出了被澆口截斷的測量簾幕的兩個視圖。
具體實施例方式在圖IA和IB中示出了具有非接觸式工作的測量格柵5的用於自動識別冶金容器澆口的位置的測量裝置1。圖IA示出了正視圖，圖IB示出了俯視圖。澆口位置是指澆口的至少兩維的位置說明，例如澆口縱軸線所在位置的說明。測量裝置1藉助支座4由多軸的多功能機械手可移動地構成，從而能夠求出沿澆口縱軸線的位置。對此，所述測量裝置1 具有非接觸式工作的測量格柵5，所述測量格柵在兩個橫向上離散地分辨澆口位置。所述測量格柵5本身由兩組測量射線5構成，其中第一組設置在第一橫向χ上，第二組設置在第二橫向y上。為了自動識別澆口的位置，為每條測量射線5分配一個測量射線產生檢測機構。在具體情況下，所述測量射線產生檢測機構設計成反射光傳感器，其中每個測量射線產生檢測機構具有一個發射機-接收機6以及一個對置的反射器7。藉助測量格柵3能夠分辨關於澆口的第一和第二橫向的澆口的位置。圖2A和2B示出了具有同樣非接觸式工作的測量簾幕8的用於自動識別冶金容器澆口的位置的測量裝置1。圖2A示出了正視圖，圖2B示出了俯視圖。測量簾幕8與圖IA 和IB的區別僅在於由一組測量射線5構成，所述一組測量射線設置在第一橫向χ上。藉助測量簾幕8能夠在檢測步驟中分辨關於澆口的第一橫向的澆口位置。圖3示出了在藉助具有非接觸式工作的測量格柵的測量裝置1自動識別設計成盛鋼桶9的冶金容器的澆口 10位置的過程中的方法步驟。首先，測量裝置1基本垂直地定位在澆口 10下方，從而澆口 10既不接觸測量裝置1，也不與測量格柵相交。具體地說，所述定位的測量裝置1 一方面離所述澆口 10的延長部13的下端部有一段垂直距離，另一方面，所述測量格柵的對角線的交點大致對準澆口 10的延長部13的縱軸線14。在定位時，所述測量裝置1藉助未示出的多功能機械手沿軌跡1 移動(步驟a)。接著，所述測量裝置1基本上沿軌跡12b垂直向上(Z向)至少移動到延長部13穿過測量格柵(步驟b)。圖4詳細示出了澆口位置非接觸檢測中的方法步驟十二個測量射線產生檢測機構構成的組15、16分別對應於所述測量裝置1的每個橫向χ和y，其中，單個測量射線產生檢測機構設計成帶有發射機-接收機6以及對應的反射器7的反射光傳感器。每個發射機-接收機6發出呈光線形式的測量射線5，如果所述測量射線未被截斷，則該測量射線被對置的反射器7反射並因此又被發射機-接收機6接收，在第一種情況下，給發射機-接收機6分配數字的測量值「1」。如果測量射線5被截斷，則所接收的光量降低到閾值下，從而在第二情況中，給發射機-接收機6分配數字測量值「0」。具體地說，截斷了對應於來自測量射線產生檢測機構的第一組15的第六到第九發射機-接收機6的四條測量射線5，以及對應於來自測量射線產生檢測機構的第二組16的第五到第九發射機-接收機6的五條測量射線5，從而χ-測量值和y_測量值能夠分別按照以下矢量表達測量值χ = (1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1)測量值y =(1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1)不過，所述澆口 10的位置因此被限定在測量格柵3中，其中，所述澆口 10的位置在第一橫向X上能夠標示在第五到第十測量射線內並且在第二橫向y上標示在第四到第十測量射線內。因為測量格柵3如在圖4中一樣關於第一和第二橫向χ和y等距地構成，所以，關於測量格柵3的零點N已知澆口 10的位置。具體地說，兩條相鄰的測量射線5之間的距離，以下稱為格柵常數G，為G = 20mm，從而所述澆口 10的縱軸線的位置能夠按照以下矢量表達

權利要求
1.用於藉助帶有非接觸式工作的測量格柵(3)的測量裝置(1)自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶(9)或中間包的澆口(10)的位置的方法，該方法具有以下方法步驟a)基本上垂直地將所述測量裝置(1)定位(12a)在澆口(10)的下方，從而使所述澆口 (10)既不接觸測量裝置(1)，也不截斷測量格柵(3)；b)基本上垂直向上(Z)地移動(12b)所述測量裝置(1)到第一位置；c)通過分析用於所述測量裝置(1)的局部離散的測量格柵(3)的測量數據，非接觸地檢測澆口(10)的實際位置，其中所述測量數據至少包括對應於測量格柵第一橫向(χ)的多個χ-測量值以及對應於測量格柵第二橫向(y)的多個y_測量值，並且一個測量值恰好對應於測量格柵(3)的一條測量射線(5)，從而藉助χ-測量值在第一位置上在所述澆口(10) 的第一橫向(X)上分辨澆口(10)的實際位置，並藉助y_測量值在第一位置上在所述澆口 (10)的第二橫向⑴上分辨澆口(10)實際位置，所述澆口(10)的第二橫向垂直於該澆口的第一橫向(X)。
2.用於藉助帶有非接觸式工作的測量簾幕(8)的測量裝置(1)自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶(9)或中間包的澆口(10)的位置的方法，該方法具有以下方法步驟a)基本上垂直地將所述測量裝置(1)定位(12a)在澆口(10)下方，從而使所述澆口 (10)既不接觸測量裝置(1)，也不截斷測量簾幕(8)；b)基本上垂直向上(Z)地移動(12b)所述測量裝置(1)到第一位置；c)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕(8)的測量數據，非接觸地檢測澆口 (10)的實際位置的第一分量，其中所述測量數據包括對應於測量簾幕(8)的第一橫向(χ) 的多個測量值，並且一個測量值恰好對應於所述測量簾幕(8)的一條測量射線(5)，從而藉助所述測量值在第一位置上在澆口(10)的第一橫向(X)上分辨澆口(10)的實際位置；d)在所述澆口(10)的縱軸線(Z)的法向平面內將所述測量裝置(1)轉動優選為90° 的角度(α)；e)通過分析用於平坦的、局部離散的測量簾幕(8)的測量數據，非接觸地檢測澆口 (10)的實際位置的第二分量，其中所述測量數據包括對應於測量簾幕(8)的橫向(χ)的多個測量值，並且一個測量值恰好對應於測量簾幕(8)的一條測量射線(5)，從而藉助所述測量值在第一位置上在所述澆口(10)的第二橫向(Y)上分辨澆口(10)的實際位置。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述測量裝置(1)在步驟c後基本上垂直向上移動一個行程(Δ)到第二位置並且隨後再次執行步驟c，其中在第二位置上檢測澆口 (10)的位置。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量裝置(1)的定位和移動由多軸機械手完成。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量裝置(1)在移動過程中連續地檢測澆口(10)的實際位置。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量裝置(10)在步驟 c之前停止。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，將在步驟c中檢測到的澆口(10)的實際位置傳送給調節機構，所述調節機構計算澆口(10)的理論位置與實際位置的調整偏差並且藉助算法求出調節參量，由此使受到所述調節參量作用的多功能機械手的實際位置更靠近理論位置來定位。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量射線( 是連續的或中斷的光線，尤其是在紅外線、可見光或紫外光的區域中的光線。
9.具有非接觸式工作的測量格柵(3)的、用於自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶 (9)或中間包的澆口(10)的位置的測量裝置(1)，其特徵在於，所述測量裝置(1)設計成可移動的並且具有局部離散的測量格柵(3)，所述測量格柵(3)由兩組(15，16)測量射線(5) 構成，其中第一組(15)測量射線設置在測量裝置(1)的第一橫向(χ)上，並且第二組(16) 測量射線設置在測量裝置(1)的第二橫向(y)上，並且每條測量射線(5)對應於一個用於產生以及檢測測量射線(5)的測量射線產生檢測機構。
10.具有非接觸式工作的測量簾幕(8)的用於自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶 (9)或中間包的澆口(10)的位置的測量裝置(1)，其特徵在於，所述測量裝置(1)設計成可移動的並且具有平坦的、局部離散的測量簾幕(8)，所述測量簾幕(8)由一組測量射線(5) 構成，該組測量射線設置在測量裝置(1)的第一橫向(χ)上，每條測量射線(5)對應於一個用於產生並檢測測量射線(5)的測量射線產生檢測機構。
11.根據權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，測量射線產生檢測機構設計成單向光傳感器，其中所述單向光傳感器包括發射機和對置的接收機。
12.根據權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，測量射線產生檢測機構構成為反射光傳感器，反射光傳感器包括發射機-接收機(6)以及對置的反射器(7)，其中優選將一個發射機和一個接收機在共同的殼體中設計成發射機-接收機(6)。
13.根據權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，發射機設計成紅外二極體、發光二極體或雷射二極體，接收機設計成光電電晶體。
14.根據權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，測量射線產生檢測機構包括用於產生光帶的光源以及對置的行掃描攝像機。
全文摘要
本發明涉及一種用於藉助帶有非接觸式工作的測量格柵(5)或非接觸式工作的測量簾幕(8)的測量裝置(1)自動識別冶金容器尤其是轉爐、盛鋼桶(9)或中間包的澆口(10)的位置的方法。本發明的任務在於，提出用於自動識別冶金容器澆口(10)的位置的方法和測量裝置，藉此能夠快速、以儘量簡單的手段而無需複雜的分析並且高精度地確定澆口位置(10)。該任務通過開始提到的類型的包括以下方法步驟的方法來完成a)基本上垂直地將測量裝置(1)定位在澆口(10)下方，從而所述澆口(10)既不接觸測量裝置(1)，也不截斷測量格柵(3)；b)基本上垂直向上(Z)地移動(12b)所述測量裝置(1)到第一位置；c)通過分析用於測量裝置(1)的局部離散的測量格柵(3)的測量數據，非接觸地檢測澆口(10)的實際位置，其中所述測量數據至少包括對應於測量格柵的第一橫向(x)的多個x-測量值以及對應於測量格柵的第二橫向(y)的多個y-測量值，並且一個測量值恰好對應於測量格柵(3)的一條測量射線(5)，從而藉助x-測量值在第一位置上在澆口(10)的第一橫向(X)上分辨澆口(10)的實際位置，並且藉助y-測量值在第一位置上在澆口(10)的第二橫向(Y)上分辨澆口(10)的實際位置，所述澆口(10)的第二橫向垂直於澆口的第一橫向(X)。
文檔編號G01B11/00GK102445150SQ20111027863
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月15日 優先權日2010年7月16日
發明者H·埃布納, M·許格爾 申請人:西門子Vai金屬科技有限責任公司