EP1996885A1 - Verfahren zur ermittlung der position und orientierung einer mess- oder reparatureinrichtung und eine nach dem verfahren arbeitende vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur ermittlung der position und orientierung einer mess- oder reparatureinrichtung und eine nach dem verfahren arbeitende vorrichtung

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Publication number
EP1996885A1
EP1996885A1 EP07723074A EP07723074A EP1996885A1 EP 1996885 A1 EP1996885 A1 EP 1996885A1 EP 07723074 A EP07723074 A EP 07723074A EP 07723074 A EP07723074 A EP 07723074A EP 1996885 A1 EP1996885 A1 EP 1996885A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
scanner
points
vessel
reference points
coordinate system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07723074A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Helge Grafinger
Christoph KRÖLL
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG filed Critical Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Publication of EP1996885A1 publication Critical patent/EP1996885A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0021—Devices for monitoring linings for wear
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/44—Refractory linings
    • C21C5/441—Equipment used for making or repairing linings
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Definitions

  • vessels In the production of metals, vessels (aggregates) are used, whose shell is protected from the high temperatures by a refractory lining.
  • the lining is subject to permanent wear due to mechanical and thermal stress and chemical attack. On the one hand, this wear must be quantified and, on the other hand, repaired.
  • scanner systems are generally used which are capable of geometrically detecting contactlessly the lining surfaces in a specific grid. On the basis of the measured geometry of the inner surface of the lining and comparison with a reference surface wear points can be detected and selectively repaired by spray robot. Both systems (detection of wear, repair of the wear layer) require the exact spatial position and orientation in a higher-level coordinate system (reference system) for exact operation.
  • DE 198 08 462 C2 discloses a measuring arrangement for reference determination of positions of at least 3 reference points and a reference measurement of the lining vessel.
  • the reference points must therefore be arranged in the vicinity of the vessel (converter). This has the disadvantage that the reference points are subject to wear, are covered by smoke and foreign bodies could or could be damaged during operation of the converter. The converternahe arrangement of these reference points is therefore disadvantageous.
  • Measuring device must be positioned relatively accurately at the position where the
  • the cited document is therefore based on the disadvantage that only a relatively poor repeatability can be achieved with a relatively high measurement effort.
  • DE 102 57 422 A1 discloses a measuring device with which both the stationary reference points and the vessel are detected.
  • another method for detecting the fixed reference points is used.
  • Object of the present invention is to develop a position determination of a measurement and repair system for metallurgical vessels so that a lower measurement cost is required for the position determination and thus improved mobility of the detection device is possible, with the aim of even difficult to see surfaces in the metallurgical vessel to record and evaluate properly. Furthermore, the present invention is intended to make it easier to determine the position and orientation of a scanner or a repair device in a superordinated coordinate system (reference system) and thus to the metallurgical melting vessel. To achieve the object, the invention is characterized by a method of the type described below.
  • An essential feature of the invention when used in the course of measuring the lining of a metallurgical melting vessel, are the following process steps:
  • a spatial coordinate system as a reference system (for example, a vertical Euclidean three-dimensional coordinate system) by means of at least two surveying fixed points 2.
  • a reference system for example, a vertical Euclidean three-dimensional coordinate system
  • step 7 in relation to step 5, prior, simultaneous or subsequent scanning of the inner wall of the metallurgical vessel with the same scanner in the same scanner position as when scanning the spatially fixed reference points 8. Calculate the coordinates of each scan point of the inner surface of the liner in the frame of reference and assign the scan point to a raster element in the raster system defined in step 4
  • the inner wall of the vessel is depending on the operating condition of the vessel or purpose of the measurement, the inwardly facing surface of the steel shell of the vessel or the inward surface (fire side) of the refractory lining.
  • the reduction to at least two space fixed reference points is possible by using a perpendicular reference system and measuring the inclinations of two axes of the scanner coordinate system with respect to a horizontal plane by inclination sensors.
  • the measurement data of the scanner can be transformed into a perpendicular coordinate system, the scanner soldering system.
  • the aforementioned measurement of an average position of the scanner with respect to the mouthpiece of the metallurgical vessel takes place and that in a further process step from the center either after left or right staggered measurement position is taken and this in turn the measurement method according to the above-mentioned method steps 5 - 9 is performed.
  • the measuring positions refer to the site of the measuring or repair device, from which the reference points and the inner wall of the metallurgical vessel are detected.
  • An advantage of this embodiment is that you do not have to take into account the tilted position of the vessel in the measurement of a offset from the center measurement point point.
  • the tilting position can differ from measurement to measurement by several degrees, because this is determined by a tilt sensor on the metallurgical vessel.
  • the tilting position is taken into account (mathematically) when assigning the scan points to the grid elements in the grid system.
  • the essential advantage over the prior art is that it is now possible for the first time to be able to easily carry out a measurement offset to the left or right in relation to the mouthpiece of the metallurgical vessel with a scanner which can be moved freely in space ( ie the location of the scanner is relative to a "middle position", left or right of this "middle position").
  • the measurement results obtained from these staggered measurement positions can be combined because they all relate to the same reference system or subsequently to the same grid system of the metallurgical vessel.
  • a first advantage is that the spatially fixed reference points can now be placed out of reach of the disturbances caused by the metallurgical vessel. You are no longer exposed to slag splash, smoking and other contaminants. It may even be possible to arrange the spatially fixed reference points at a distance of 8 to 10 meters, but also up to 20 meters away from the metallurgical vessel.
  • the fixed reference points no longer have to be arranged behind or next to the metallurgical vessel.
  • This has the further advantage that the metallurgical vessel is in no way disturbed in its operation and that, in particular, no reference points have to be arranged directly on the steel jacket of the melting vessel or in the steel construction immediately surrounding the melting vessel.
  • the field of application of the present invention relates to all metallurgical melting vessels regardless of their purpose.
  • the present measuring system in the steel industry converters, electric ovens, pans and the like, but also in the non-ferrous metal industry melt vessels of all kinds.
  • the scanner can certainly be a scanner which measures in the angular range of 360 ° or below.
  • the reference points can also be located a long distance in front of the metallurgical vessel. They are then out of reach of any of the vessel-induced environmental influences and thus a particularly accurate measurement result is possible.
  • the reference points behind the scanner can thus be located at fixed spatial positions.
  • reference surfaces are used for metrological reasons, the formation of the reference surfaces is preferred as spheres or spheroidal body. It is not necessary here to use solid balls or complete hollow balls, it is also sufficient to use spherical surfaces, for. B. shells of half or quarter balls. The reference point is then the center of the imaginary sphere on which the sphere used is located.
  • An advantage of using such spherical body is that the shape of the spherical surface of each viewing or measuring position is the same. This is a significant advantage over the known in the prior art rectangular surfaces that could be twisted or tilted, which significantly distorts the measurement result.
  • the method described above is intended to determine the position of a 3D scanner, ie the coordinates of the origin of the scanner pilot system of this scanner in a Euclidean, vertical, three-dimensional coordinate system (reference system) and the horizontal angle between the xl axis of the scanner pilot system and the X axis of this reference system ( Orientation angle tl_) can be measured or calculated.
  • Orientation is thus understood to mean the rotation of a vertical coordinate system about a vertical axis in order to be able to align the axis of this coordinate system lying in a horizontal plane parallel to the corresponding axis of a vertical reference system.
  • the rotation angle required for this alignment of the axes is referred to as the orientation angle.
  • orientation angle tF Axis of the reference system (orientation angle tF) are measured or calculated. For the determination of this orientation angle tF is an additional
  • a spatial coordinate system as a reference system (e.g., a vertical Euclidean three-dimensional coordinate system) using at least two survey fixed points
  • a possible scale factor of the rangefinder of the scanner can be determined.
  • the invention is not limited to the use of a vertical, three-dimensional coordinate system. It can be used in the same way a polar coordinate system or a cylindrical coordinate system.
  • the term "total station” is understood to mean a theodolite having an associated rangefinder, but also other non-contact measuring devices which lead to the same result.
  • a Euclidean, vertical, three-dimensional coordinate system reference system
  • This is done by defining the origin of the coordinates anywhere in the space, and from that point, defining an excellent horizontal direction representing the X-axis of the frame of reference.
  • the Y-axis then points from the coordinate origin with 90 ° counterclockwise with respect to the X-axis also in the horizontal direction.
  • the Z-axis extends from the coordinate origin on a vertical straight line upwards.
  • At least 2 survey fixed points are defined, signaled (marked), measured by known geodetic methods using a total station and their 3D coordinates are calculated in the reference system. This makes it possible to measure and calculate three-dimensional coordinates in the reference system for all required objects at any time.
  • the surveying fixed points mentioned above are stationary networking points in the room, which are measured with a total station and can be used at any time.
  • Figure 1 Survey fixed points, reference points and melting vessel in
  • FIG. 2 Diagram of a Scanner on a Repair Vehicle
  • FIG. 3 Axes of the Scanner Coordinate System and Scanner Pilot System
  • FIG. 4 Position and Orientation of the Scanner Pilot System in the Reference System
  • Figure 5 Section of a settlement of the inside of the vessel with grid and
  • a three-dimensional coordinate system is shown in a general form, in which the two spatially fixed and well-defined survey fixed points are located. It is completely arbitrary, where the vessel 3 is arranged. It is only shown schematically and may have any arbitrary shape.
  • the coordinates of the fixed and precisely defined Verodersfesta 1 and 2 are used to pinpoint the axes and the origin of coordinates of the reference system and the reference points 4 and 5.
  • the reference points are represented by metrologically easier to detect spheres and represented as such.
  • the reference point itself is the center of the respective sphere.
  • Kippachsa 6 and 7 are fixed to the vessel 3. These Kippachsa 6 and 7 and the tilt angle 9 determine the position of the metallurgical melting vessel in the three-dimensional reference system.
  • the two tilting axis 6 and 7 define the tilt axis. 8
  • the position and spatial position of the metallurgical vessel and any degrees of freedom are measured and calculated by connecting to the reference system using known geodetic methods using a total station. This is evident from FIG. 1.
  • the tilt angle 9 is the angle by which the vessel is rotated about its tilting axis 8. This tilt angle (angle of inclination) of the melting vessel with respect to an excellent position (preferably vertical position of the vessel) is detected with an inclinometer installed on the vessel.
  • FIG. 2 shows the use of a scanner 11 according to the invention.
  • the scanner 11 is mounted on a support plate 14, on which another reference point 13 is attached, which, however, is only required if the entire assembly is part of a repair device for a metallurgical vessel. In this case, the orientation of the carrier plate or the associated repair device to the vessel 3 to be repaired must be clearly detected.
  • the support plate 14 is fixed in this case on the chassis 12 of a repair vehicle.
  • the chassis 12 can be omitted and the support plate 14 is mounted on another suitable device, each for performing the central, left and right side measurement in front of the vessel 3 e.g. can be moved in an axis parallel to the tilting axis 8.
  • the positions from which the center, left and right side measurements are made do not necessarily have to be on a straight line but can be arbitrarily selected within predefined ranges.
  • a scan point covers an area of approximately 4 x 4 cm at a distance of 10 m from the scanner.
  • a ball as the reference point 4, 5, 10, 13 must have a diameter of at least 20 cm.
  • the reference balls (4, 5, 10) are to be mounted in a stationary manner in the vicinity of the vessel 3 so that at least 2 balls from each measuring position can be detected by the scanner, ie must be visible and must be within the range of the distance of the scanner 11.
  • the coordinates of the center point of each sphere, that is, the coordinates of the reference points, are determined by connection to the reference system using known geodetic methods using a Total station measured and calculated and can therefore be assumed to be known for the detection with the scanner.
  • At least one additional reference point must be located on the repair vehicle (chassis 12) or on the carrier plate 14 fastened to the chassis in order to be able to determine the horizontal orientation angle tF.
  • This reference point 13 should be arranged at the greatest possible distance from the scanner in order to achieve the best possible accuracy for the orientation angle tF.
  • the scanner 11 now generates a measuring beam 15, which in each case sweeps around a plane in space when the scanner mirror rotates about the scanner axis 21 by 360 °.
  • the scanner axis is changed by a predetermined angle and the measuring beam 15 sweeps the next level. The successive levels complement each other and this process continues until the 3D space to be captured is covered.
  • the measurement beams 15, 16, 17 shown by way of example in FIG. 2 are merely schematic sectional representations of the above-described process.
  • the scanner now emits these measuring beams 15-17 in all directions, so that it is not important that the reference points 4, 5, 10, 13 detected by the measuring beams 15-17 appear in front of, beside or above the vessel 3 or as seen from the vessel behind the scanner.
  • the spatially fixed reference points 4, 5, 10 are arranged away from the vessel 3 in order to bring these reference points outside the contamination area of the vessel 3.
  • the inclination of all successive planes of the measuring beams 15, 16, 17 is detected by an associated angle sensor in the scanner and included in the measurement.
  • the complete vessel 3 is simultaneously scanned so as to detect the complete inner surface of the vessel. Furthermore, it is advantageous if the reference points are arranged in a spatial region which, based on the scanner position, is centrally symmetrical to the region of the vessel to be measured.
  • the scanner sensor consists of an infrared transmitter and receiver, which emits pulsed infrared signals and receives corresponding echo signals and detects them.
  • All transmitting and receiving measuring devices can be used, in particular laser pulse devices, or also devices which operate in other wave ranges, in particular in the UV, IR range or also in the visible range.
  • FIG. 3 generally shows the scanner with its scanner coordinate system.
  • the scanner 11 is rotatable about two mutually perpendicular axes 21, 22. With the almost horizontal axis 22 of the inclination angle Phi is set, while with the axis 21 located perpendicular thereto (axis of rotation of the mirror), the scan angle lambda is set.
  • the associated eccentricity 19 is mathematically balanced.
  • the scanner and thus the scanner axis 21 are shown in the initial position. It defines a third axis 20, which is normal to the axes 21 and 22. These axes 20, 21 and 22 form the Scanner coordinate system. Since the axis 21 in the initial position of the scanner is not necessarily perpendicular, that is not necessarily located on a radial to the center of the earth, this offset must be compensated. It is therefore necessary to establish a relationship to a vertical Euclidean three-dimensional coordinate system whose origin coincides with the origin of the scanner coordinate system. This is done by rotation of the axes 22 and 20 in a horizontal plane.
  • the resolution of the tilt angle Phi and the scan angle Lambda determine the density of the possible data acquisition.
  • grayscale images With the detection of the scan reflectivity (intensity of the echo signal), so-called grayscale images can be produced and, corresponding to the blackening of the grayscale image, contouring of objects in space can thus be carried out very accurately.
  • the detection of the scan reflectivity is thus an additional information for the evaluation of the raster image obtained later.
  • the reference points 4, 5, 10, 13 formed as spheres are detected by a pattern recognition in a screened gray scale image of the scanner.
  • the grayscale in This grayscale image may represent the scan reflectance or scan distance.
  • the coordinates of the reflection surfaces corresponding to the individual scan points are calculated in the scanner soldering system by means of correlations of the analytical geometry.
  • the three coordinates in the scanner pilot system are also available for each reference point.
  • the values for the coordinates Phi, Lambda and s in the scanner coordinate system are first converted into the corresponding values Phi ', Lambda' and s' in the scanner pilot system, for example for all scan points.
  • the s' values are then displayed as gray values in a regular Phi 'lambda' grid representing the entire scanned space.
  • edge detection program all edges are determined in this raster image and the normals (with a predefined length) calculated on the centers of these edges.
  • the distance to the surrounding edge centers is calculated for each raster element, and a frequency distribution of these distances is determined.
  • the raster elements with the largest accumulation of a distance in the value range resulting for the raster element are selected.
  • the three-dimensional coordinates of the associated scan objects are then determined in the scanner pilot system. Taking into account the known radii of the balls of the reference points, these determined coordinates then correspond to the coordinates of the detected circle centers in the scanner pilot system.
  • FIG. 4 shows the relationship between the horizontal axes xL and yL of the scanner pilot system with the horizontal axes X and Y of the reference frame.
  • the relationship is mathematically a two-dimensional coordinate transformation. This can be done, for example, by applying the displacements dx and dy and the rotation tl_ around the Z axis to the coordinates of all detected reference points in the scanner soldering system so that they optimally coincide with the coordinates of the same reference points in the reference coordinate system.
  • the Z coordinate of the scanner position in the reference system is calculated as the difference between the Z coordinates of a reference point in the reference frame and the z coordinates (intercept on the vertical axis) of the same reference point in the scanner soldering system.
  • the differences obtained can be averaged and thus the accuracy of the Z coordinate of the scanner position can be calculated.
  • the measurement procedure for the detection of the reference points and the interior of the melting vessel is based on the following scheme, whereby two methods are used to identify the reference points:
  • PhiO of the axes 22 and 20 with respect to a horizontal plane PhiO of the axes 22 and 20 with respect to a horizontal plane.
  • the measurement of the interior of the metallurgical vessel 3 can also take place in the same scanning process as the measurement of the position of the reference points 4, 5, 10 in space.
  • the angles PhiO and AlphaX as well as the tilt angle of the vessel are recorded.
  • an automatic point identification of the reference points 4, 5, 10 takes place according to the following scheme (method 2): 1.) Any positioning of the trolley in the area where the
  • PhiO of the axes 22 and 20 with respect to a horizontal plane PhiO of the axes 22 and 20 with respect to a horizontal plane.
  • a list A of all possible triangles from the known reference points in the reference system contains, in addition to the designation of the three reference points in each case, the three horizontal distances, the height differences and a triangular factor determined by means of any function from the horizontal distances and height differences.
  • a list B of all possible triangles from the scanned scan objects in the scanner plumbing system In addition to the name of the respective scan objects, this list B contains the associated horizontal distances, the height differences and the triangular factors.
  • the corresponding scan objects from list B can be found for the reference points from list A and thus the designation of the reference points can be assigned to the scan objects.
  • the connection between the scanner coordinate system and the reference system (which is the space in which the vessel is set up and whose tilting axis is measured) based on knowledge of the AlphaX and PhiO inclination and detection and localization of the reference points can now be used to match that on the inner lining transformed scan points in the frame of reference.
  • the knowledge of the coordinates of the vessel and its tilt angle in turn allows a transformation of these measured on the inner surface of the vessel points in a vessel-oriented coordinate system.
  • the results in order to ensure the comparability or supplementation of the results from the various measurements of the same metallurgical vessel, the results, as shown in Figure 5a, stored in a regular grid.
  • This grid is built on a development of the inner surface of the vessel on a virtual plane with the coordinates m and n.
  • the individual scanned points 26, which are present in an irregular shape on the inner surface of the vessel, and the distances calculated from these points for the selected reference surface are assigned to the associated grid elements.
  • a reference surface for example, the measured inside of the steel mantle or even taken from a drawing of the vessel geometry of the inside of the steel mantle serve.
  • the distances assigned to the respective scan points are averaged over weighting algorithms and these results can then be converted into corresponding gray or color levels (FIG. 5b).
  • the distances calculated per grid element then give the wall thickness of the lining (lining thickness, residual strength) or the wear of the lining.
  • FIG. 6 shows, for example, a wear pattern in the form of a raster image of the development of the inner circumferential surface of a metallurgical vessel.
  • Each grid can contain zero, one, or more scan points.
  • the value of the residual thickness of the wear layer assigned to each grid can therefore be determined from the data associated with the grid Scan points are determined.
  • the residual thickness of the wear layer is shown in the form of gray scale or in a color-coded representation. This is based on a measurement of a non-worn inner lining and known thickness of the liner or a measurement of the inside of the permanent lining or the steel shell and the values determined are compared with the current measurement results of a wear layer.
  • the residual thicknesses of the wear layer resulting therefrom per grid are reproduced in gray levels or in a color code. As a starting point for the reference surface but also from a drawing of the melting vessel taken data can be used.
  • Particularly worn areas are then colored, for example, with a color yellow or orange, so as to obtain a quick overview of the wear of the inner lining of the metallurgical vessel.
  • FIG. 1 An application of the invention for the detection of the position and orientation of a repair device or the like is shown schematically in FIG.
  • another fixed point 13 connected to the repair device or the associated support plate 14 is required.
  • this support plate and the associated chassis 12 and the repair device to the vessel 3 can be determined. This is the basis for the use of an automated repair facility whose position and orientation in relation to the vessel must be clearly known.
  • a Euclidean vehicle coordinate system or a coordinate system of the repair device with the axes xF (longitudinal axis of the carrier plate), yF (perpendicular to the longitudinal axis and in the plane of the carrier plate) and zF (axis perpendicular to xF and yF and beginning at the point of intersection).
  • the coordinates of the scanner (origin of the scanner coordinate system) and the coordinates of the reference point 13 are measured once and thus assumed to be known for the selected arrangement.
  • the inclination angles of the axles xF and yF of the vehicle coordinate system against a horizontal plane are detected by inclination sensors (inclination angles AlphaXF and PhiOF).
  • inclination angles AlphaXF and PhiOF inclination angles
  • the axes xF and yF of the vehicle coordinate system are in each case parallel to the corresponding axes x (20) and y (22) of the scanner coordinate system
  • Vehicle coordinate system about the axes yF and xF in a horizontal plane. These axes after rotation are called xFL and yFL.
  • the determination of tF is carried out by resolution of a transformation of the coordinates of the scanner position and the reference point 13 from the reference system to the vehicle coordinate system, taking into account
  • the measuring procedure for detecting the position and orientation of a repair device is as follows when using predefined positions:
  • Reference point. 7. Calculation of the scanner position in the reference system using the coordinates of the reference points in the scanner and reference system.
  • an arbitrary position can also be selected here instead of the predefined positions for the measuring / repair device and the automatic identification of the reference points 4, 5, 10 analogously to method 2 of the detection of the reference points and the interior of the melting vessel can be applied.
  • a retractable lance can be advanced from the repair vehicle into the interior of the metallurgical vessel and rotated, pivoted or otherwise positioned in a preprogrammed manner , These positions are detected by sensors that relate to the vehicle coordinate system. In this way, an automatic completely autonomous repair of wear layers in the interior of the metallurgical vessel is possible.
  • the data of the measured wear areas are transferred to the repair vehicle and the repair robot attached thereto and with this data and the data on the position and orientation of the support plate of the repair vehicle, the repair robot is controlled.
  • the repair robot is arranged on a self-propelled vehicle. It is also possible to arrange such a repair robot stationary on a frame in the access area of the metallurgical vessel so as to perform an automatic repair in the interior of the vessel by controlled axis and feed movements.
  • the invention is not limited to the use of a single scanner.
  • a single scanner is only required if the current state a metallurgical vessel is to be detected and optionally compared with a desired state.
  • the lining of a metallurgical vessel may be provided to provide a first scanner for the measurement of the actual state and a second scanner for determining the position and orientation of the repair device or the associated carrier plate 14.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke oder des Verschleißes der Auskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes mit einem Scannersystem zur berührungslosen Erfassung der Auskleidungsfläche mit Ermittlung der Position und Orientierung des Scannersystems und Zuordnung zu der Position des Schmelzgefäßes durch die Erfassung von raumfesten Referenzpunkten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 1. Festlegen eines Raumkoordinatensystems als Bezugssystem (z.B. lotrechtes euklidisches dreidimensionales Koordinatensystem) mittels mindestens zweier Vermessungsfestpunkte 2. Definition von mindestens zwei raumfesten Referenzpunkten im Bezugssystem und Vermessung dieser Referenzpunkte mit bekannten geodätischen Verfahren 3. Vermessung der Koordinaten von mindestens zwei Punkten der Kipp- oder Drehachse des betroffenen metallurgischen Gefäßes im Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden 4. Definition eines Rastersystems auf der Abwicklung der theoretischen Innenfläche des Gefäßmantels 5. Scannen der raumfesten Referenzpunkte mit einem dreidimensionalen Scanner (Strahlungsaussendendes und empfangendes Messgerät). 6. Ermittlung der Scanner-Position im Bezugssystem 7. vorheriges, gleichzeitiges oder nachfolgendes Scannen der Innenwandung des metallurgischen Gefäßes in der gleichen Scannerposition wie beim Scannen der raumfesten Referenzpunkte 8. Erfassung des Kippwinkels des Schmelzgefäßes 9. Berechnen der Koordinaten jedes Scanpunktes der Innenfläche der Auskleidung im Bezugssystem und Zuweisung des Scanpunktes zu einem Rasterelement in dem in Schritt 4. definierten Rastersystem 10. Je Rasterelement Ermittlung einer Wandstärke oder des Verschleißes der Auskleidung unter Verwendung der Koordinaten der zugeordneten Scanpunkte und Koordinaten von beliebig wählbaren Referenzdaten 11. Darstellung der ermittelten Wandstärke oder des Verschleißes im Rastersystem.

Description

Verfahren zur Ermittlung der Position und Orientierung einer Meß- oder Reparatureinrichtung und eine nach dem Verfahren arbeitende
Vorrichtung
Bei der Produktion von Metallen kommen Gefäße (Aggregate) zum Einsatz, deren Mantel gegen die hohen Temperaturen durch eine feuerfeste Auskleidung geschützt wird. Die Auskleidung unterliegt auf Grund mechanischer und thermischer Belastung und dem chemischen Angriff einem permanenten Verschleiß. Dieser Verschleiß muss einerseits quantitativ erfasst und andererseits repariert werden. Für die quantitative Erfassung kommen im Allgemeinen Scannersysteme zum Einsatz, die in der Lage sind, berührungslos die Auskleidungsflächen in einem bestimmten Raster geometrisch zu erfassen. Auf Basis der gemessenen Geometrie der Innenfläche der Auskleidung und Vergleich mit einer Bezugsfläche können Verschleißstellen erkannt werden und mittels Spritzroboter gezielt repariert werden. Beide Systeme (Erfassung des Verschleißes, Reparatur der Verschleißschicht) benötigen für den exakten Betrieb die genaue räumliche Position und Orientierung in einem übergeordneten Koordinatensystem (Bezugssystem).
Mit dem Gegenstand der DE 198 08 462 C2 ist eine Messanordnung zur Referenzbestimmung von Positionen von mindestens 3 Bezugspunkten und eine Referenzmessung des Auskleidungsgefäßes bekannt.
Im Blickwinkel einer CCD-Kamera müssen mindestens 3 Referenzpunkte im Raum verteilt angeordnet sein. Nachteilig hierbei ist, dass das Vorhandensein von 3 Referenzpunkten im Blickwinkel der Kamera gleichzeitig erfasst werden muss, weil nur dadurch die räumliche Position und Orientierung der Kamera und der damit gekoppelten Verschleißmesseinrichtung erreicht wird.
Die Referenzpunkte müssen deshalb in der Nähe des Gefäßes (Konverters) angeordnet sein. Damit ist der Nachteil verbunden, dass die Referenzpunkte einem Verschleiß unterliegen, von Rauch und Fremdkörpern abgedeckt werden könnten oder beim Betrieb des Konverters beschädigt werden könnten. Die konverternahe Anordnung dieser Referenzpunkte ist demzufolge nachteilig.
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Koordinaten der Referenzpunkte unmittelbar in Bezug zu den Koordinaten des Gefäßes (Konverters) gesetzt werden. Das heißt, es handelt sich um eine unlösbare, mathematische Verbindung zwischen den Koordinaten des Gefäßes (Konverters) und den raumfesten Koordinaten.
Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass bei der Verwendung eines anderen Gefäßes (Konverters) neue raumfeste Punkte erforderlich sind. Es muss daher eine aufwendige neue Messung erfolgen, um die Konverterpunkte mit den neuen raumfesten Punkten wieder in Verbindung zu setzen.
Weiterer Nachteil der genannten Anordnung ist, dass den konverterseitigen Bezugspunkten P1 bis P4 jeweils eine eigene CCD-Kamera zugeordnet werden muss. Dies sind ein erheblicher Messaufwand und eine potenzielle Fehlerquelle, weil mehrere CCD-Kameras miteinander koordiniert werden müssen.
Insgesamt besteht der Nachteil der bekannten Anordnung darin, dass man in der Wahl des Standortes der Messeinrichtung stark gebunden ist. Die
Messeinrichtung muss relativ genau an der Position aufgestellt werden, wo die
Referenzmessung stattgefunden hatte. Hierbei ist es außerordentlich schwierig, eine Konverterreise messend zu begleiten, weil man einen definierten Standort in der Fabrikhalle benötigt, der möglichst exakt immer wieder eingenommen werden muss, um die Wiederholbarkeit der Messung zu gewährleisten.
Der genannten Druckschrift liegt also der Nachteil zugrunde, dass mit einem relativ hohen Messaufwand nur eine relativ schlechte Wiederholgenauigkeit erzielt werden kann.
Bei den vorgenannten Druckschriften besteht im Übrigen der Nachteil, dass der Ort der Messanordnung in Bezug zum vermessenden Konverter nicht ohne weiteres verändert werden kann. Oft ist dies jedoch erforderlich, um einen vollständigen Einblick in alle (seitlichen) Winkel des Konverters zu gewinnen. Dies ist wesentlich, weil man möglichst an jeder beliebigen Stelle im Konverter die Dicke der Verschleißschicht feststellen will. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Messanordnung nicht nur mittig zum Mundstück (Mündung) des Konverters auszurichten, sondern die Messanordnung auch leicht links oder rechts von der Mitte versetzt zum Mundstück anzuordnen und in den Konverter hineinzumessen, um die bei einer mittigen Messung abgedeckten Gefäßflächen zu erfassen.
Eine solche versetzte, außermittige Messung von Konverter- Verschleißschichten ist mit dem Gegenstand der EP 0 632 291 B1 nicht ohne weiteres möglich. Sollte nämlich eine von der Mitte nach links oder rechts versetzte Messung stattfinden, dann muss ebenfalls wiederum der Boden des Konverters neu vermessen werden, um die nun dann aktuelle Lage der bodenseitigen Referenzpunkte neu zu erfassen.
Will man mit diesem Messsystem eine mittige, eine linke sowie eine rechts davon liegende Messung am Konverter durchführen, müssen bei einer Anordnung nach der EP 0 632 291 B1 in drei verschiedenen Messvorgängen jeweils die konverterseitigen Bezugspunkte am Boden des Konverters erfasst werden. Ein solcher Messablauf ist aufwendig.
Aus US 2004/0056217A1 ist zwar bekannt, die Position und Orientierung des Scannersystems zu ermitteln und hierzu raumfeste Referenzpunkte zu verwenden. Ebenso ist aus der Veröffentlichung: Foppe, K. et al.: Monitoring of Converters for Steel Production; 9th International Symposium on Deformation Measurements", Olsztyn (Polen) 1999 bekannt, die Position eines Vermessungsgerätes (Tachymeter) in Bezug auf die raumfesten Referenzpunkte zu bestimmen.
Wie jedoch diese Referenzpunkte ausgebildet sein sollen, ergibt sich aus diesen Druckschriften nicht. Der Abstand der Messeinrichtung vom Boden wird in der US 2004/0056217A1 stets als konstant und bekannt angenommen, eine Vermessung des Abstandes durch die Messeinrichtung selbst ist darin nicht enthalten. Die genannte Druckschrift setzt im Übrigen die Verwendung von zwei getrennten Scannern in Verbindung mit drei ortsfesten Referenzpunkten voraus.
Die DE 102 57 422 A1 offenbart eine Messeinrichtung, mit der sowohl die ortsfesten Referenzpunkte als auch das Gefäß erfasst werden. Es wird aber ein anderes Verfahren zur Erkennung der ortsfesten Referenzpunkte ( Erkennung von linearen Rändern etc.) verwendet.
Ebenso ist aus diesen Druckschriften nicht zu entnehmen, wie die Koordinaten der gemessenen Punkte von einem Koordinatensystem in ein anderes umgerechnet werden können. Es wird jedoch auf die Verwendung von mindestens drei Referenzpunkten hingewiesen; was im Vergleich zu zwei Referenzpunkten der vorliegenden Erfindung aufwendig ist.
Mit dem Gegenstand der US 5 212 738 A ist es bekannt, zwei Neigungssensoren mit lediglich drei ortsfesten Referenzpunkten zu verknüpfen. Zwei der Referenzpunkte (A, B) sind bodenfest, während der dritte Referenzpunkt (C) behälterfest ist. Das Messsystem hat jedoch nur einen stark eingeschränkten Blickwinkel (FOV), der direkt nach vorne in Richtung Konvertermündung gerichtet ist. Es können daher keine Referenzpunkte an der vom Behälter abgewandten Seite verwendet werden. Alle Referenzpunkte sind im Bereich des Behälters (Converters) angeordnet und damit von Rauch, Staub etc. beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positionsbestimmung eines Mess- und Reparatursystems für metallurgische Gefäße so weiterzubilden, dass für die Positionsbestimmung ein geringerer Messaufwand erforderlich ist und somit eine verbesserte Ortsveränderbarkeit des Erfassungsgerätes möglich ist, mit dem Ziel, auch schwer sichtbare Flächen im metallurgischen Gefäß einwandfrei erfassen und auswerten zu können. Weiters soll die vorliegende Erfindung ermöglichen, dass auf einfachere Weise die Position und Orientierung eines Scanners oder einer Reparatureinrichtung in einem übergeordneten Koordinatensystem (Bezugssystem) und damit zum metallurgischen Schmelzgefäß ermittelt werden kann. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch ein Verfahren der nachfolgend beschriebenen Art gekennzeichnet.
Die damit erreichten wesentlichen Vorteile sind:
- nur mehr zwei ortsfeste Referenzpunkte erforderlich (statt mindestens drei im Stand der Technik)
- Scannen der Referenzpunkte und der Innenwandung mit demselben Scanner ausführbar - Position des Scanners über die Ergebnisse der von diesem Scanner selbst ausgeführten Messungen bestimmbar.
Wesentliches Merkmal der Erfindung sind bei Anwendung im Zuge der Vermessung der Auskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes folgende Verfahrensschritte:
1. Festlegen eines Raumkoordinatensystems als Bezugssystem (z.B. lotrechtes euklidisches dreidimensionales Koordinatensystem) mittels mindestens zweier Vermessungsfestpunkte 2. Definition von mindestens zwei raumfesten Referenzpunkten im
Bezugssystem und Vermessung dieser Referenzpunkte mit bekannten geodätischen Verfahren
3. Vermessung der Koordinaten von mindestens zwei Punkten der Kippoder Drehachse des betroffenen metallurgischen Gefäßes im Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden
4. Definition eines Rastersystems auf der Abwicklung der theoretischen Innenfläche des Gefäßmantels
5. Scannen der raumfesten Referenzpunkte mit einem dreidimensionalen Scanner (strahlungsaussendendes und empfangendes Messgerät). 6. Ermittlung der Scanner-Position im Bezugssystem
7. in Bezug zu Schritt 5 vorheriges, gleichzeitiges oder nachfolgendes Scannen der Innenwandung des metallurgischen Gefäßes mit demselben Scanner in der gleichen Scannerposition wie beim Scannen der raumfesten Referenzpunkte 8. Berechnen der Koordinaten jedes Scanpunktes der Innenfläche der Auskleidung im Bezugssystem und Zuweisung des Scanpunktes zu einem Rasterelement in dem in Schritt 4. definierten Rastersystem
9. Je Rasterelement Ermittlung einer Wandstärke oder des Verschleißes der Auskleidung unter Verwendung der Koordinaten der zugeordneten
Scanpunkte und Koordinaten von beliebig wählbaren Referenzdaten
10. Darstellung der ermittelten Wandstärke oder des Verschleißes im Rastersystem
Die Innenwandung des Gefäßes ist je nach Betriebszustand des Gefäßes bzw. Zweck der Messung die nach innen gerichtete Oberfläche des Stahlmantels des Gefäßes bzw. die nach innen gerichtete Oberfläche (Feuerseite) der feuerfesten Auskleidung.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung auf mindestens zwei raumfeste Referenzpunkte dadurch möglich, dass ein lotrechtes Bezugssystem verwendet wird und die Neigungen von zwei Achsen des Scannerkoordinatensystems bezüglich einer waagrechten Ebene mittels Neigungssensoren gemessen werden. Damit können die Messdaten des Scanners in ein lotrechtes Koordinatensystem, das Scannerlotsystem transformiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es ferner in einem weiteren Schritt vorgesehen, dass in dem ersten Verfahrensschritt die vorgenannte Messung von einer mittleren Position des Scanners in Bezug zum Mundstück des metallurgischen Gefäßes erfolgt und dass in einem weiteren Verfahrensschritt eine von der Mitte entweder nach links oder nach rechts versetzte Messposition eingenommen wird und hierbei wiederum das Messverfahren nach den oben genannten Verfahrensschritten 5 - 9 durchgeführt wird. Die Messpositionen beziehen sich dabei auf den Aufstellungsort der Mess- bzw. Reparatureinrichtung, von dem aus die Referenzpunkte und die Innenwandung des metallurgischen Gefäßes erfasst werden. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass man auch bei der Messung von einem von der Mitte aus versetzten Messstandpunkt nicht auf die Kipplage des Gefäßes Rücksicht nehmen muss. Die Kipplage kann von Messung zu Messung um mehrere Winkelgrade differieren, denn diese wird durch einen Neigungssensor am metallurgischen Gefäß festgestellt. Die Kipplage wird bei der Zuordnung der Scanpunkte zu den Rasterelementen im Rastersystem (rechnerisch) berücksichtigt.
Mit der letztgenannten Ausführungsform besteht der wesentliche Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass es nun erstmals möglich ist, mit einem frei im Raum verschiebbaren Scanner auch eine links- oder rechtsseitig versetzte Messung im Bezug zum Mundstück des metallurgischen Gefäßes auf einfache Weise durchführen zu können (d.h. Aufstellungsort des Scanners befindet sich, bezogen auf eine „mittlere Position", links bzw. rechts dieser „mittleren Position").
Die aus diesen versetzten Messpositionen gewonnenen Messergebnisse sind kombinierbar, weil sie sich alle auf das gleiche Bezugssystem bzw. in weiterer Folge auf das gleiche Rastersystem des metallurgischen Gefäßes beziehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, die Erfassung der Wandstärke der Auskleidung des metallurgischen Gefäßes durch die Herstellung einer Abwicklung auf einer virtuellen Ebene mit einem darübergelegten Raster zu bewerkstelligen. Damit besteht der Vorteil, dass man ein stets zugreifbares und eindeutig definiertes Rasterkoordinatensystem der gesamten Innenauskleidung des metallurgischen Gefäßes erhält und dass man auch für die Zuordnung und Darstellung der Ergebnisse der links- und rechtsseitig versetzten Messungen stets auf das gleiche Rastersystem zugreift und entsprechende Korrekturen durchführen kann.
Wurde beispielsweise bei einer mittigen Messung festgestellt, dass bestimmte Seitenbereiche des metallurgischen Gefäßes nicht einwandfrei erfasst werden können, erfolgt eine links- und gegebenenfalls auch eine rechtsseitig versetzte Messung und alle Messergebnisse werden dann auf das vorgenannte Rastersystem bezogen, d.h. den jeweiligen Elementen dieses Rastersystems zugewiesen.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich im Übrigen der Vorteil, dass die vorher genannten raumfesten Referenzpunkte nun nicht mehr in der Nähe des metallurgischen Gefäßes angeordnet werden müssen. Sie können im Erfassungsbereich des Scanners irgendwo im Raum angeordnet werden, was mit erheblichen Vorteilen verbunden ist.
Ein erster Vorteil liegt darin, dass die raumfesten Referenzpunkte nun außer Reichweite der durch das metallurgische Gefäß verursachten Störungen angebracht werden können. Sie sind nicht mehr Schlackenspritzern, Raucherscheinungen und sonstigen Verschmutzungen ausgesetzt. Es kann sogar möglich sein, die raumfesten Referenzpunkte in einem Abstand von 8 bis 10 Metern aber auch bis 20 Meter entfernt von dem metallurgischen Gefäß anzuordnen.
Man hat hierbei vollkommene Gestaltungsfreiheit. Daher ist es entscheidend, dass nach der Erfindung die ortsfesten Referenzpunkte nicht mehr hinter oder neben dem metallurgischen Gefäß angeordnet werden müssen. Damit besteht der weitere Vorteil, dass das metallurgische Gefäß in seinem Betriebsablauf in keiner Weise gestört wird und dass insbesondere keine Referenzpunkte direkt am Stahlmantel des Schmelzgefäßes oder in der das Schmelzgefäß unmittelbar umgebenden Stahlkonstruktion angeordnet werden müssen.
Demzufolge bezieht sich das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung auf sämtliche metallurgischen Schmelzgefäße unabhängig von deren Zweckbestimmung. Insbesondere werden mit dem vorliegenden Messsystem in der Stahlindustrie Konverter, Elektro-Öfen, Pfannen und dergleichen mehr vermessen, aber auch in der Nichteisenmetallindustrie Schmelzgefäße aller Art.
Wichtig ist also nur, dass die ortsfesten Referenzpunkte sich im Messbereich des Scanners befinden, wobei der Scanner durchaus ein Scanner sein kann, der im Winkelbereich von 360° oder darunter misst. Bei einem solchen Scanner, der als Rundum-Scanner arbeitet, besteht der wesentliche Vorteil, dass sich die Referenzpunkte auch in einem weiten Abstand vor dem metallurgischen Gefäß befinden können. Sie sind dann außer Reichweite jeglicher vom Gefäß induzierter Umwelteinflüsse und damit ist ein besonders genaues Messergebnis möglich.
Vom Konverter aus gesehen können sich somit die Referenzpunkte hinter dem Scanner an raumfesten Positionen befinden.
Wichtig ist auch nur, dass die Referenzpunkte irgendwie im Raum verteilt sind, also einen gegenseitigen räumlichen Abstand aufweisen.
Es wurde zwar eingangs darauf hingewiesen, dass es ausreicht zwei Referenzpunkte zu verwenden, es können aber auch mehr Referenzpunkte benutzt werden. Liegen mehr als zwei Referenzpunkte vor, so können aus der damit gegebenen Überbestimmung für die Zuordnung zwischen Scannerlotsystem und Bezugssystem Plausibilitätskontrollen, Genauigkeitsund Zuverlässigkeitsaussagen getroffen werden. Für die Erkennung der Referenzpunkte werden aus messtechnischen Gründen Referenzflächen verwendet, wobei die Ausbildung der Referenzflächen als Kugeln oder kugelähnliche Körper bevorzugt wird. Es ist hier nicht erforderlich, Vollkugeln oder vollständige Hohlkugeln zu verwenden, es reicht auch aus, Kugelflächen zu verwenden, z. B. Schalen von Halb- oder Viertelkugeln. Der Referenzpunkt ist dann der Mittelpunkt der gedachten Kugel auf der die verwendete Kugelfläche liegt.
Vorteilhaft bei der Verwendung derartiger Kugelkörper ist, dass die Form der Kugelfläche von jeder Sicht- oder Messposition gleich ist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den im Stand der Technik bekannten Rechteckflächen, die verdreht oder gekippt werden könnten, was das Messergebnis erheblich verfälscht. Mit dem vorhin beschriebenen Verfahren sollen die Position eines 3D- Scanners, also die Koordinaten des Ursprungs des Scannerlotsystems dieses Scanners in einem euklidischen, lotrechten, dreidimensionalen Koordinatensystem (Bezugssystem) sowie der horizontale Winkel zwischen xL- Achse des Scannerlotsystems und X-Achse dieses Bezugssystems (Orientierungswinkel tl_) gemessen bzw. berechnet werden können.
Unter Orientierung wird somit die Drehung eines lotrechten Koordinatensystems um eine Vertikalachse verstanden, um die in einer horizontalen Ebene liegende Achse dieses Koordinatensystem parallel zu der entsprechenden Achse eines lotrechten Bezugssystems ausrichten zu können. Der für diese Ausrichtung der Achsen erforderliche Drehwinkel wird als Orientierungswinkel bezeichnet.
Mit der selben Methode kann, wie in nachfolgendem Ausführungsbeispiel beschrieben, zusätzlich zur Position des Scanners und der Längs- und
Querneigung des Scanners oder einer Trägerplatte einer Reparatureinrichtung
(z.B. Reparaturfahrzeug mit Spritzlanze) in Bezug auf die waagrechte Ebene eines euklidischen lotrechten dreidimensionalen Koordinatensystems
(Bezugssystem) auch der horizontale Winkel zwischen der in die waagrechte Ebene gedrehten horizontalen Längsachse xF dieser Trägerplatte und der X-
Achse des Bezugssystems (Orientierungswinkel tF) gemessen bzw. berechnet werden. Für die Bestimmung dieses Orientierungswinkels tF ist ein zusätzlicher
Referenzpunkt auf der Trägerplatte in möglichst großer Entfernung vom
Scanner anzubringen und vom Scanner zu erfassen. Ist die Trägerplatte beispielsweise fest mit einem Fahrzeug verbunden bzw. Teil des Fahrzeugs sind im wesentlichen folgende Verfahrensschritte erforderlich:
1. Festlegen eines Raumkoordinatensystems als Bezugssystem (z.B. lotrechtes euklidisches dreidimensionales Koordinatensystem) mittels mindestens zweier Vermessungsfestpunkte
2. Definition von mindestens zwei raumfesten Referenzpunkten im Bezugssystem und Vermessung dieser Referenzpunkte mit bekannten geodätischen Verfahren 3. Vermessung der Koordinaten von mindestens zwei Punkten der Kippoder Drehachse des betroffenen metallurgischen Gefäßes im Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden
4. Festlegen eines Fahrzeugkoordinatensystems als dreidimensionales euklidisches Koordinatensystem
5. Definition eines Referenzpunktes auf der Trägerplatte und Vermessung dieses Referenzpunktes und Position des Scanners im Fahrzeugkoordinatensystem
6. Scannen der raumfesten Referenzpunkte und des auf der Trägerplatte fixierten Referenzpunktes mit einem auf der Trägerplatte montierten dreidimensionalen Scanner (strahlungsaussendendes und empfangendes Messgerät).
7. Messung der Neigung des Fahrzeugkoordinatensystems um die xF- bzw. yF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene mittels Neigungssensoren
8. Ermittlung der Scannerposition und Koordinaten des auf der Trägerplatte fixierten Referenzpunktes im Bezugssystem und daraus Ermittlung des Orientierungswinkels tF der Trägerplatte im Bezugssystem 9. Herstellung des Bezuges des Fahrzeugkoordinatensystems zum
Schmelzgefäß unter Berücksichtigung der gemessenen Neigungen laut Schritt 7. und des Kippwinkels des Schmelzgefäßes
Zusammengefasst werden folgende Ergebnisse erhalten bzw. gemessen:
1. Koordinaten des Ursprungs des Scannerlotsystems eines Scanners (auf der Messeinrichtung bzw. der Trägerplatte am Fahrzeug) in einem Bezugssystem
2. Neigung des Scannerkoordinatensystems in Bezug auf das Scannerlotsystem (Winkel AlphaX und PhiO)
3. Neigung des Fahrzeugkoordinatensystems um die xF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene (AlphaXF)
4. Neigung des Fahrzeugkoordinatensystems um die yF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene (PhiOF) 5. Orientierungswinkel tl_ bzw. tF
6. Kippwinkel des Schmelzgefäßes
7. Koordinaten des Ursprungs des Fahrzeugkoordinatensystems in einem Bezugssystem
Zusätzlich kann noch ein allfälliger Maßstabsfaktor des Entfernungsmessers des Scanners bestimmt werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines lotrechten, drei- dimensionalen Koordinatensystems beschränkt. Es kann in gleicher Weise ein Polarkoordinatensystem oder ein Zylinderkoordinatensystem verwendet werden.
Alle nachfolgend gegebenen Informationen sind dann in analoger Weise anwendbar.
Bei der Festlegung des Bezugssystems werden für dreidimensionale Vermessung von Referenzpunkten und weiteren Bezugspunkten bekannte geodätische Verfahren für die Lösung dieser Detailaufgaben genannt. Darunter wird der Einsatz einer Totalstation verstanden, mit der gleichzeitig Horizontalwinkel, Vertikalwinkel und Schrägstrecke vom Messinstrument zu Zielpunkten (räumliche Polarkoordinaten) gemessen werden können. Mit Hilfe dieser Polarkoordinaten zu koordinativ bekannten Punkten wird zunächst die Position des Messinstrumentes (Totalstation) und in weiterer Folge die Position unbekannter Zielpunkte berechnet. Bei überbestimmter Messung können unter Anwendung von Ausgleichsalgorithmen Plausibilität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit der berechneten Koordinaten ermittelt werden.
Unter dem Begriff einer „Totalstation" wird in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Theodolit mit einem zugeordneten Entfernungsmesser verstanden, aber auch andere berührungslos arbeitende Messgeräte, die zu demselben Ergebnis führen. Insbesondere fallen hierunter Lasermessgeräte und auch Ultraschallmessgeräte. Für die Referenzierung wird in der bevorzugten Ausführungsform in der Umgebung des metallurgischen Gefäßes ein euklidisches, lotrechtes, dreidimensionales Koordinatensystem (Bezugsystem) angelegt. Dies erfolgt dadurch, dass der Koordinatenursprung an einer beliebigen Stelle im Raum definiert wird und von diesem Punkt ausgehend eine ausgezeichnete horizontale Richtung festgelegt wird, welche die X-Achse des Bezugssystems repräsentiert. Die Y-Achse weist dann vom Koordinatenursprung mit 90° gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der X-Achse ebenfalls in horizontaler Richtung. Die Z-Achse verläuft vom Koordinatenursprung auf einer lotrechten Geraden nach oben.
Zur einfacheren Handhabung der Wiederherstellung dieses Koordinatensystems werden mindestens 2 Vermessungsfestpunkte festgelegt, signalisiert (gekennzeichnet), mit bekannten geodätischen Verfahren durch Einsatz einer Totalstation vermessen und ihre 3D-Koordinaten im Bezugssystem berechnet. Damit ist es in weiterer Folge möglich, für sämtliche erforderlichen Objekte zu jedem Zeitpunkt dreidimensionale Koordinaten im Bezugssystem zu vermessen und zu berechnen.
Die oben genannten Vermessungsfestpunkte sind ortsfeste Vernetzungspunkte im Raum, die mit einer Totalstation vermessen sind und jederzeit nutzbar sind.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Aus diesem Ausführungsbeispiel ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, die entweder in Alleinstellung oder in Kombination untereinander Schutz genießen sollen.
Es zeigen:
Figur 1 : Vermessungsfestpunkte, Referenzpunkte und Schmelzgefäß im
Bezugssystem mit den Achsen X, Y, Z
Figur 2: Schema eines Scanners auf einem Reparaturfahrzeug Figur 3: Achsen des Scannerkoordinatensystems und Scannerlotsystems Figur 4: Position und Orientierung des Scannerlotsystems im Bezugssystem Figur 5: Ausschnitt aus einer Abwicklung der Gefäßinnenseite mit Raster und
Einzelscanpunkten und zugehöriges Graustufenbild Figur 6: Verschleißbild eines metallurgischen Gefäßes Figur 7: Position und Orientierung des Fahrzeugkoordinatensystems im Bezugssystem
In Figur 1 ist in einer allgemeinen Form ein dreidimensionales Koordinatensystem dargestellt, in dem die beiden raumfesten und genau definierten Vermessungsfestpunkte eingezeichnet sind. Hierbei ist es völlig beliebig, wo das Gefäß 3 angeordnet ist. Es ist lediglich schematisch dargestellt und kann jegliche beliebige Formgebung aufweisen.
Die Koordinaten der ortsfesten und genau definierten Vermessungsfestpunkte 1 und 2 dienen der genauen Festlegung der Achsen und des Koordinatenursprunges des Bezugssystems und der Referenzpunkte 4 und 5. Die Referenzpunkte werden durch messtechnisch leichter zu erfassende Kugeln repräsentiert und auch so dargestellt. Der Referenzpunkt selbst ist der Mittelpunkt der jeweiligen Kugel.
Gleichzeitig werden auch die sogenannten Kippachspunkte 6 und 7 am Gefäß 3 festgelegt. Diese Kippachspunkte 6 und 7 und der Kippwinkel 9 bestimmen die Lage des metallurgischen Schmelzgefäßes im dreidimensionalen Bezugssystem. Die beiden Kippachspunkte 6 und 7 definieren die Kippachse 8.
Die Position und räumliche Lage des metallurgischen Gefäßes sowie allfällige Freiheitsgrade (Neigung, Verschiebung, Hebung) werden durch Anschluss an das Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden unter Einsatz einer Totalstation vermessen und berechnet. Dies ergibt sich aus Figur 1.
Der Kippwinkel 9 ist der Winkel, um den das Gefäß um seine Kippachse 8 herumgedreht wird. Dieser Kippwinkel (Neigungswinkel) des Schmelzgefäßes gegenüber einer ausgezeichneten Lage (vorzugsweise lotrechte Stellung des Gefäßes) wird mit einem am Gefäß installierten Neigungsmesser erfasst. In Figur 2 ist der erfindungsgemäße Einsatz eines Scanners 11 dargestellt. Der Scanner 11 ist auf einer Trägerplatte 14 befestigt, auf der ein weiterer Referenzpunkt 13 befestigt ist, der jedoch nur dann benötigt wird, wenn die gesamte Anordnung Teil einer Reparatureinrichtung für ein metallurgisches Gefäß ist. In diesem Fall muss die Ausrichtung der Trägerplatte bzw. der damit verbundenen Reparatureinrichtung zu dem zu reparierenden Gefäß 3 eindeutig erfasst werden. Die Trägerplatte 14 ist in diesem Fall auf dem Fahrgestell 12 eines Reparaturfahrzeuges befestigt.
Wird hingegen nur ein Messsystem verwirklicht, kann das Fahrgestell 12 entfallen und die Trägerplatte 14 ist auf einer anderen geeigneten Vorrichtung befestigt, die jeweils zur Durchführung der mittigen, links- und rechtsseitigen Messung vor dem Gefäß 3 z.B. in einer Achse parallel zur Kippachse 8 verschoben werden kann. Die Positionen, von denen aus die mittige, links- und rechtsseitige Messung erfolgen, müssen jedoch nicht notwendigerweise auf einer Geraden liegen, sondern sind beliebig innerhalb vordefinierter Bereiche wählbar.
Für die Referenzpunkte 4, 5, 10, 13 für den Scanner 11 werden Kugeln aus beliebigem Material verwendet. Die Größe der Kugeln richtet sich nach der
Auflösung des eingesetzten Scanners 11. Im Allgemeinen sollte sich der
Durchmesser der verwendeten Kugeln über mindestens 5 Scanpunkte erstrecken, um so eine Erkennung der Kugeln zu erleichtern. Bei einer
Scanauflösung von z.B. 0,25° x 0,25° deckt ein Scanpunkt einen Bereich von ungefähr 4 x 4 cm bei einer Entfernung vom Scanner von 10 m ab.
Demzufolge muss in diesem Fall eine Kugel als Referenzpunkt 4, 5, 10, 13 einen Durchmesser von mindestens 20 cm aufweisen. Die Referenzkugeln (4, 5, 10) sind ortsfest in der Umgebung des Gefäßes 3 so zu montieren, dass mindestens 2 Kugeln von jeder Messposition durch den Scanner erfasst werden können, d.h. sichtbar sein müssen und innerhalb der Entfernungsreichweite des Scanners 11 liegen müssen. Die Koordinaten des Mittelpunktes jeder Kugel, also die Koordinaten der Referenzpunkte werden durch Anschluss an das Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden unter Einsatz einer Totalstation vermessen und berechnet und können somit für die Erfassung mit dem Scanner als bekannt vorausgesetzt werden. Mindestens ein zusätzlicher Referenzpunkt muss sich bei Verwendung eines Reparaturfahrzeuges am Reparaturfahrzeug (Fahrgestell 12) bzw. auf der am Fahrgestell befestigten Trägerplatte 14 befinden, um den horizontalen Orientierungswinkel tF bestimmen zu können. Dieser Referenzpunkt 13 sollte in einem größtmöglichen Abstand vom Scanner angeordnet sein um die bestmögliche Genauigkeit für den Orientierungswinkel tF zu erzielen.
Wichtig bei dem Ausführungsbeispiel ist, dass der Scanner 11 nun einen Messstrahl 15 erzeugt, der bei Rotation des Scannerspiegels um die Scannerachse 21 um 360 ° jeweils eine Ebene im Raum bestreicht. Im nächsten Schritt wird die Scannerachse um einen vorbestimmten Winkel verändert und der Messstrahl 15 bestreicht die nächste Ebene. Die aufeinanderfolgenden Ebenen ergänzen sich und dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis der zu erfassende 3D-Raum abgedeckt ist.
Die in Figur 2 exemplarisch dargestellten Messstrahlen 15, 16, 17 sind lediglich schematisierte Schnittdarstellungen des oben beschriebenen Vorganges.
Wichtig ist, dass der Scanner nun diese Messstrahlen 15-17 nach allen Seiten hin aussendet, so dass es nicht darauf ankommt, dass sich die von den Messstrahlen 15-17 erfassten Referenzpunkte 4, 5, 10, 13 vor, neben oder über dem Gefäß 3 befinden oder vom Gefäß aus gesehen hinter dem Scanner befinden.
Sie können deshalb irgendwo und in beliebiger Weise im Raum verteilt angeordnet sein.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn die raumfesten Referenzpunkte 4, 5, 10 entfernt vom Gefäß 3 angeordnet sind, um diese Referenzpunkte außerhalb des Verschmutzungsbereiches des Gefäßes 3 zu bringen. Die Neigung aller aufeinanderfolgenden Ebenen der Messstrahlen 15, 16, 17 wird durch einen zugeordneten Winkelsensor im Scanner erfasst und mit in die Messung einbezogen.
Wichtig bei dem Messverfahren nach Figur 2 ist im Übrigen, dass mit der Erfassung der Referenzpunkte 4, 5 und 10 auch gleichzeitig das vollständige Gefäß 3 abgescannt wird, um so die vollständige Innenoberfläche des Gefäßes zu erfassen. Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Referenzpunkte in einem Raumbereich angeordnet sind, der sich, bezogen auf die Scannerposition, zentralsymmetrisch zum Bereich des zu messenden Gefäßes befindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht der Scannersensor aus einem Infrarotsender- und Empfänger, der gepulste Infrarotsignale aussendet und entsprechende Echosignale empfängt und diese erfasst.
Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es können sämtliche sendenden und empfangenden Messgeräte verwendet werden, insbesondere Laserpulsgeräte, oder auch Geräte, die in anderen Wellenbereichen arbeiten, insbesondere im UV-, IR- Bereich oder auch im sichtbaren Bereich.
In Figur 3 ist allgemein der Scanner mit seinem Scannerkoordinatensystem dargestellt. Der Scanner 11 ist um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen 21 , 22 verdrehbar. Mit der nahezu horizontalen Achse 22 wird der Neigungswinkel Phi festgelegt, während mit der in senkrecht hierzu befindlichen Achse 21 (Drehachse des Spiegels) der Scanwinkel Lambda festgelegt wird.
Nachdem sich der Spiegel oberhalb des Schnittpunkts 25 der beiden Achsen 21 , 22 befinden kann, wird die zugehörige Exzentrizität 19 mathematisch ausgeglichen.
In Figur 3 sind der Scanner und damit die Scannerachse 21 in Ausgangsstellung dargestellt. Es wird eine dritte Achse 20 definiert, die normal auf den Achsen 21 und 22 steht. Diese Achsen 20, 21 und 22 bilden das Scannerkoordinatensystem. Nachdem die Achse 21 in Ausgangsstellung des Scanners nicht notwendigerweise lotrecht ist, sich also nicht notwendigerweise auf einem Radialstrahl zum Erdmittelpunkt befindet, muss dieser Versatz ausgeglichen werden. Es ist also ein Bezug zu einem lotrechten euklidischen dreidimensionalen Koordinatensystem, dessen Ursprung mit dem Ursprung des Scannerkoordinatensystems zusammenfällt, herzustellen. Dies erfolgt durch Drehung der Achsen 22 und 20 in eine waagrechte Ebene. In Ausgangslage des Scanners definiert daher die Neigung der Achse 22 gegenüber einer waagrechten Ebene den Neigungswinkel AlphaX und die Neigung der Achse 20 gegenüber einer waagrechten Ebene den Neigungswinkel PhiO. Dieses lotrechte euklidische Koordinatensystem stellt das Scannerlotsystem dar.
Mit einem Scanner werden bezogen auf die Scannerposition und das Scannerkoordinatensystem im umliegenden 3D-Raum für jeden Messpunkt folgende Daten erfasst:
1. Scanentfernung s (Entfernung Scannerspiegel zu Reflexionsfläche)
2. Scanreflektivität (Echo) = Intensität
3. Neigungswinkel Phi um eine (nahezu) horizontale Achse 22 4. Scanwinkel Lambda um eine zu Achse 22 orthogonale Achse 21 5. Neigungswinkel AlphaX und PhiO des Scannerkoordinatensystems
Die Auflösung des Neigungswinkels Phi und des Scanwinkels Lambda bestimmen die Dichte der möglichen Datenerfassung.
Mit der Erfassung der Scanreflektivität (Intensität des Echosignals) können sogenannte Graustufenbilder hergestellt werden und entsprechend der Schwärzung des Graustufenbildes können somit sehr genau Konturbestimmungen von Gegenständen im Raum vorgenommen werden. Die Erfassung der Scanreflektivität ist also eine zusätzliche Information für die Auswertung des später erhaltenen Rasterbildes. Somit werden die als Kugeln ausgebildeten Referenzpunkte 4, 5, 10, 13 durch eine Mustererkennung in einem gerasterten Graustufenbild des Scanners erfasst. Die Graustufen in diesem Graustufenbild können die Scanreflektivität oder die Scanentfernung repräsentieren.
Mit Hilfe der Scan- (s, Phi, Lambda) und Neigungsdaten (PhiO, AlphaX) werden mittels Zusammenhängen der analytischen Geometrie die Koordinaten der den einzelnen Scanpunkten entsprechenden Reflexionsflächen im Scannerlotsystem berechnet. Es liegen somit auch für jeden Referenzpunkt die drei Koordinaten im Scannerlotsystem vor.
Für die Mustererkennung der als Kugeln ausgebildeten Referenzpunkte werden beispielsweise für alle Scanpunkte zuerst die Werte für die Koordinaten Phi, Lambda und s im Scannerkoordinatensystem in die entsprechenden Werte Phi', Lambda' und s' im Scannerlotsystem umgerechnet. Die s'-Werte werden anschließend als Grauwerte in einem regelmäßigen, den gesamten gescannten Raum repräsentierenden Phi' - Lambda' - Raster dargestellt. Über ein Kantenerkennungsprogramm werden in diesem Rasterbild alle Kanten ermittelt sowie die Normalen (mit vordefinierter Länge) auf die Mittelpunkte dieser Kanten berechnet. Für jene Ausschnitte aus dem Phi' - Lambda' - Rasterbild mit einer je Rasterelement hohen Anzahl an Schnittpunkten der berechneten Normalen wird je Rasterelement der Abstand zu den umgebenden Kantenmittelpunkten errechnet sowie eine Häufigkeitsverteilung dieser Abstände ermittelt. Die Rasterelemente mit der jeweils größten Akkumulierung eines Abstandes in dem für das Rasterelement sich ergebenden Wertebereich werden selektiert. Für diese selektierten Rasterelemente werden dann im Scannerlotsystem die dreidimensionalen Koordinaten der zugehörigen Scanobjekte ermittelt. Unter Berücksichtigung der bekannten Radien der Kugeln der Referenzpunkte entsprechen dann diese ermittelten Koordinaten den Koordinaten der erkannten Kreismittelpunkte im Scannerlotsystem. Erfolgt die Erfassung der Referenzpunkte von vordefinierten Positionen der Mess- oder Reparatureinrichtung aus, so braucht die Umrechnung der Scanpunkte aus dem Scannerkoordinatensystem in das Scannerlotsystem sowie die Anwendung des Kantenerkennungsprogramms nicht im gesamten gescannten Raum sondern nur in ausgewählten (vordefinierten) Bereichen davon erfolgen. In Figur 4 ist der Zusammenhang zwischen den horizontalen Achsen xL und yL des Scannerlotsystems mit den horizontalen Achsen X und Y des Bezugssystems dargestellt. Der Zusammenhang ist mathematisch gesehen eine zweidimensionale Koordinatentransformation. Diese kann beispielsweise durch Anwendung der Verschiebungen dx und dy sowie der Rotation tl_ um die Z-Achse auf die Koordinaten aller erkannten Referenzpunkte im Scannerlotsystem erfolgen, sodass diese optimal mit den Koordinaten derselben Referenzpunkte im Bezugskoordinatensystem zur Deckung gelangen. Sind mehr als 2 Referenzpunkte vorhanden, kann daraus die Genauigkeit der Zuordnung ermittelt werden. Diese Verschiebungen dx und dy stellen somit auch die X- und Y-Koordinaten der Scannerposition im Bezugssystem dar. Die Z-Koordinate der Scannerposition im Bezugssystem ist als Differenz zwischen den Z-Koordinaten eines Referenzpunktes im Bezugssystem und den z-Koordinaten (Achsenabschnitt auf der lotrechten Achse) des selben Referenzpunktes im Scannerlotsystem gegeben. Bei Verwendung von mehr als einem Referenzpunkt können die erhaltenen Differenzen gemittelt werden und es kann damit auch die Genauigkeit der Z- Koordinate der Scannerposition errechnet werden. Somit ist sowohl der Zusammenhang zwischen Scannerkoordinatensystem und Scannerlotsystem als auch der Zusammenhang zwischen Scannerlotsystem und Bezugssystem hergestellt.
Der Messvorgang für die Erfassung der Referenzpunkte und des Innenraums des Schmelzgefäßes geht beispielsweise nach dem folgenden Schema vor, wobei bezüglich der Identifizierung der Referenzpunkte zwei Methoden angewandt werden:
Bei vordefinierten Positionen für die Messeinrichtung (Methode 1 ) sind dies folgende Schritte:
1.) Positionierung des Messwagens mit dem Scanner vor dem Gefäß näherungsweise an einer vordefinierten Position (+/- 1 m) in einem Abstand von z. B. 2-10 m und in einer horizontalen Ausrichtung (+/- 5°), wobei die Daten der vordefinierten Positionen im System gespeichert sind.
2.) Auswahl dieser Näherungsposition am System und gleichzeitig Start des
Scanvorganges in voreingestelltem Scanbereich und Scanauflösung 3.) Speichern der Scandaten und der gemessenen Neigungswinkel AlphaX und
PhiO der Achsen 22 und 20 gegenüber einer waagrechten Ebene.
4.) Sequenzielle Berechnung von Neigungswinkel Phi, Scanwinkel Lambda und
Entfernung zu jedem Referenzpunkt 4, 5, 10 mit Hilfe der Näherungsposition, Näherungsorientierung und den bekannten Koordinaten des jeweiligen
Referenzpunktes.
5.) Detektion der Kugelmittelpunkte der Referenzpunkte 4, 5, 10 durch
Mustererkennung im digitalen Erfassungsbild.
6.) Berechnung der lokalen Koordinaten im Scannerlotsystem für jeden Referenz-punkt.
7.) Berechnung der Scannerposition im Bezugssystem mit Hilfe der Koordinaten der Referenzpunkte im Scannerlot- und Bezugssystem.
8.) Scannen des Innenraumes des metallurgischen Gefäßes mit dem selben
Scanner aus derselben Position des Scanners wie bei der Erfassung der Referenzpunkte
Es wird noch darauf hingewiesen, dass die Messung des Innenraums des metallurgischen Gefäßes 3 auch im gleichen Scanvorgang erfolgen kann wie die Messung der Lage der Referenzpunkte 4, 5, 10 im Raum. Gleichzeitig werden auch die Winkel PhiO und AlphaX sowie der Kippwinkel des Gefäßes erfasst. Damit ist es sehr einfach, auch eine von einer mittigen Messposition abweichende Messstellung vorzunehmen, indem beispielsweise der Scanner 11 auf dem Fahrgestell 12 in eine von der Mitte aus nach links oder rechts versetzte Messposition gebracht wird.
Auch bei einem solchen aus einer versetzten Position durchgeführten Messung werden gemäß Figur 2 in einem einzigen Messvorgang sowohl der Innenraum des Gefäßes 3 als auch die Lage aller Referenzpunkte 4, 5, 10 im Raum und die Neigungswinkel und der Kippwinkel erfasst.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt eine automatische Punktidentifizierung der Referenzpunkte 4, 5, 10 nach folgendem Schema (Methode 2): 1.) Beliebige Positionierung des Messwagens im Bereich in dem die
Referenzpunkte 4, 5, 10 und der Innenraum des Gefäßes erfasst werden können
2.) Start des Scanvorganges in voreingestelltem Scanbereich und Scanauflösung.
3.) Speichern von Scandaten und der gemessenen Neigungswinkel AlphaX und
PhiO der Achsen 22 und 20 gegenüber einer waagrechten Ebene.
4.) Suchen aller Kugeln im Scanbereich und Detektion der Kugelmittelpunkte.
5.) Berechnung der lokalen Koordinaten der Kugelmittelpunkte im Scannerlotsystem für jede detektierte Kugel.
6.) Identifizieren der Referenzpunkte 4, 5, 10 (z.B. über Analyse der inneren
Geometrie der Referenzpunkte)
7.) Berechnung der Scannerposition im Bezugssystem mit Hilfe der Koordinaten der identifizierten Referenzpunkte 4, 5, 10 im Scannerlot- und im Bezugssystem.
8.) Scannen des Innenraumes, wie in Methode 1 beschrieben.
Zur Identifizierung der Referenzpunkte über eine Analyse der inneren Geometrie ist es beispielsweise erforderlich, im Bezugssystem eine Liste A aller möglichen Dreiecke aus den bekannten Referenzpunkten zusammenzustellen. Diese Liste A enthält neben der Bezeichnung der jeweils drei Referenzpunkte die drei Horizontalstrecken, die Höhenunterschiede sowie einen über eine beliebige Funktion aus den Horizontalstrecken und Höhenunterschieden ermittelten Dreiecksfaktor. Ebenfalls ist eine Liste B aller möglichen Dreiecke aus den beim Scannen erkannten Scanobjekten im Scannerlotsystem zu erstellen. Diese Liste B enthält neben der Bezeichnung der jeweiligen Scanobjekte die zugehörigen Horizontalstrecken, die Höhenunterschiede und die Dreiecksfaktoren. Werden in Liste A und Liste B gleiche Dreiecksfaktoren gefunden und anhand der zugehörigen Horizontalstrecken und Höhenunterschiede verifiziert, so können zu den Referenzpunkten aus Liste A die entsprechenden Scanobjekte aus Liste B gefunden werden und so kann eine Zuweisung der Bezeichnung der Referenzpunkte zu den Scanobjekten erfolgen. Die über Kenntnis der Neigungswinkel AlphaX und PhiO und die Erkennung und Lokalisierung der Referenzpunkte geschaffene Verbindung zwischen dem Scannerkoordinatensystem und dem Bezugssystem (das ist der Raum, in dem das Gefäß aufgestellt und deren Kippachse vermessen ist) kann nun genutzt werden, um die an der Innenauskleidung gemessenen Scanpunkte in das Bezugssystem zu transformieren. Die Kenntnis der Koordinaten des Gefäßes sowie dessen Kippwinkel ermöglicht wiederum eine Transformation dieser an der Innenoberfläche des Gefäßes gemessenen Punkte in ein am Gefäß orientiertes Koordinatensystem. Um dabei auch die Vergleichbarkeit bzw. Ergänzung der Ergebnisse aus den verschiedenen Messungen des selben metallurgischen Gefäßes zu gewährleisten, werden die Ergebnisse, wie in Figur 5a gezeigt, in einem regelmäßigen Raster abgespeichert. Dieser Raster wird an einer Abwicklung der Innenfläche des Gefäßes auf einer virtuellen Ebene mit den Koordinaten m und n aufgebaut. Die einzelnen gescannten Punkte 26, welche in unregelmäßiger Form auf der Gefäßinnenfläche vorliegen sowie die für diese Punkte berechneten Abstände von der gewählten Bezugsfläche werden den zugehörigen Rasterelementen zugeordnet. Als Bezugsfläche kann beispielsweise die gemessene Innenseite des Stahlmantels oder auch die aus einer Zeichnung des Gefäßes übernommene Geometrie der Innenseite des Stahlmantels dienen. Je Rasterelement 27 werden die den jeweiligen Scanpunkten zugeordneten Abstände über Gewichtsalgorithmen gemittelt und diese Ergebnisse können dann in entsprechende Grau- bzw. Farbstufen umgesetzt werden (Figur 5b).
Je nach Wahl der Bezugsfläche und Betriebszustand des metallurgischen Gefäßes ergeben dann die je Rasterelement errechneten Abstände die Wandstärke der Auskleidung (Futterstärke, Reststärke) oder den Verschleiß der Auskleidung.
In Figur 6 ist beispielsweise ein Verschleißbild in Form eines Rasterbildes der Abwicklung der Innenmantelfläche eines metallurgischen Gefäßes dargestellt. In jedem einzelnen Rasterfeld können null, ein oder mehrere Scanpunkte enthalten sein. Der jedem Rasterfeld zugeordnete Wert der Reststärke der Verschleißschicht kann daher aus den Daten der dem Rasterfeld zugeordneten Scanpunkte ermittelt werden. Die Reststärke der Verschleißschicht wird in Form von Graustufen bzw. in einer farbcodierten Darstellung gezeigt. Hierbei wird von einer Messung einer nicht verschlissenen Innenauskleidung und bekannter Stärke der Auskleidung oder von einer Messung der Innenseite des Dauerfutters oder des Stahlmantels ausgegangen und die dabei ermittelten Werte werden mit den aktuellen Messergebnissen einer Verschleißschicht verglichen. Die sich hieraus pro Rasterfeld ergebenden Reststärken der Verschleißschicht werden in Graustufen oder in einem Farbcode wiedergegeben. Als Ausgangsbasis für die Bezugsfläche können aber auch die aus einer Zeichnung des Schmelzgefäßes entnommenen Daten herangezogen werden.
In einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, das darzustellen, was bereits durch Verschleiß abgetragen wurde.
Besonders abgetragene Bereiche werden dann beispielsweise mit einer Farbe Gelb oder Orange farblich dargestellt, um so einen schnellen Überblick über den Verschleiß der Innenauskleidung des metallurgischen Gefäßes zu erhalten.
Eine Anwendung der Erfindung für die Erkennung der Position und Orientierung einer Reparatureinrichtung oder ähnlichem ist schematisch in der Figur 7 dargestellt. In diesem Anwendungsfall ist, wie bereits früher erwähnt, ein weiterer fest mit der Reparatureinrichtung bzw. der zugehörigen Trägerplatte 14 verbundener Referenzpunkt 13 erforderlich. Damit kann die Richtung dieser Trägerplatte und des damit verbundenen Fahrgestells 12 bzw. der Reparatureinrichtung zum Gefäß 3 bestimmt werden. Dies ist Grundlage für den Einsatz einer automatisierten Reparatureinrichtung, deren Position und Orientierung im Bezug zum Gefäß eindeutig bekannt sein muss.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird bezogen auf die Trägerplatte 14 ein euklidisches Fahrzeugkoordinatensystem bzw. ein Koordinatensystem der Reparatureinrichtung mit den Achsen xF (Längsachse der Trägerplatte), yF (senkrecht zur Längsachse und in Ebene der Trägerplatte) und zF (Achse senkrecht zu xF und yF und beginnend in deren Schnittpunkt) definiert. Bezogen auf dieses Fahrzeugkoordinatensystem werden die Koordinaten des Scanners (Ursprung des Scannerkoordinatensystems) und die Koordinaten des Referenzpunktes 13 einmal vermessen und damit für die gewählte Anordnung als bekannt vorausgesetzt.
Die Neigungswinkel der Achsen xF und yF des Fahrzeugkoordinatensystems gegen eine waagrechte Ebene werden mittels Neigungssensoren erfasst (Neigungswinkel AlphaXF und PhiOF). Für den Sonderfall, dass die Achsen xF und yF des Fahrzeugkoordinatensystems jeweils parallel zu den entsprechenden Achsen x (20) und y (22) des Scannerkoordinatensystems liegen, gilt AlphaXF = AlphaX und PhiOF = PhiO.
Weiters wird in Figur 7 der Zusammenhang zwischen dem Fahrzeugkoordinatensystem und dem Bezugssystem dargestellt. Dabei ist zu bemerken, dass die Darstellung bereits den Zwischenschritt nach aufeinanderfolgender Drehung der Achsen xF und yF des
Fahrzeugkoordinatensystems um die Achsen yF bzw. xF in eine waagrechte Ebene zeigt. Diese Achsen nach Drehung werden mit xFL und yFL bezeichnet. Der Orientierungswinkel tF ist somit als horizontaler Winkel zwischen der in eine waagrechte Ebene gedrehten xF-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems (= Achse xFL) und der X-Achse des Bezugssystems definiert.
Die Ermittlung von tF erfolgt dabei durch Auflösung einer Transformation der Koordinaten der Scannerposition und des Referenzpunktes 13 vom Bezugssystem zum Fahrzeugkoordinatensystem unter Berücksichtigung von
- berechneten Koordinaten der Scannerposition und Position des Referenzpunktes 13 im Bezugssystem
- Kenntnis der Koordinaten der Scannerposition und Position des Referenzpunktes 13 im Fahrzeugkoordinatensystem - Messung der Neigungswinkel AlphaXF und PhiOF der Achsen xF und yF gegen eine waagrechte Ebene
Damit ist ein eindeutiger Bezug des Fahrzeugkoordinatensystems zum Bezugssystem und somit zum zu reparierenden Gefäß hergestellt. Für eine Reparatur der Innenauskleidung des Gefäßes 3 reicht es dann aus, auf dem mit der Trägerplatte fest verbundenen Fahrgestell 12 beispielsweise ein Roboter-Reparatursystem anzuordnen, bei dem mittels eines Vorschubsystems eine Lanze gesteuert in den Innenraum des Gefäßes vorgeschoben wird, um dort an den vom Messsystem festgestellten Stellen die entsprechende Verschleißreparatur durchzuführen.
Der Messablauf für Erkennung von Position und Orientierung einer Reparatureinrichtung ist bei Verwendung von vordefinierten Positionen wie folgt:
1.) Positionierung der Mess-/Reparatureinrichtung mit dem Scanner vor dem Gefäß näherungsweise an einer vordefinierten Position (+/- 1 m) und in einer horizontalen Ausrichtung (+/- 5°), wobei die Daten der vordefinierten Positionen im System gespeichert sind.
2.) Auswahl dieser Näherungsposition am System und gleichzeitig Start des Scanvorganges in voreingestelltem Scanbereich und Scanauflösung 3.) Speichern der Scandaten, der gemessenen Neigungswinkel AlphaX und PhiO der Achsen 22 und 20 gegenüber einer waagrechten Ebene und der gemessenen Neigungswinkel AlphaXF und PhiOF der Achsen xF und yF gegenüber einer waagrechten Ebene.
4.) Sequenzielle Berechnung von Neigungswinkel Phi, Scanwinkel Lambda und Entfernung zu jedem Referenzpunkt 4, 5, 10, 13 mit Hilfe der Näherungsposition, Näherungsorientierung und den bekannten Koordinaten der Referenzpunkte 4, 5, 10
5.) Detektion der Kugelmittelpunkte der Referenzpunkte 4, 5, 10,13 durch
Mustererkennung im digitalen Erfassungsbild.
6.) Berechnung der lokalen Koordinaten im Scannerlotsystem für jeden
Referenzpunkt. 7.) Berechnung der Scannerposition im Bezugssystem mit Hilfe der Koordinaten der Referenzpunkte im Scanner- und Bezugssystem.
8.) Berechnung des Orientierungswinkels tF der Reparatureinrichtung bzw. des Fahrzeugkoordinatensystems über die Scannerposition und die errechneten Koordinaten des Referenzpunktes 13 an der Reparatureinrichtung bzw. der Trägerplatte im Bezugssystem, die Scannerposition und Koordinaten des Referenzpunktes 13 im Fahrzeugkoordinatensystem, Alpha XF und PhiOF.
Alternativ kann auch hier statt der vordefinierten Positionen für die Mess- /Reparatureinrichtung eine beliebige Position gewählt werden und die automatische Identifizierung der Referenzpunkte 4, 5, 10 analog Methode 2 der Erfassung der Referenzpunkte und des Innenraums des Schmelzgefäßes angewandt werden.
Mit Kenntnis der Position und Orientierung des Reparaturfahrzeuges 12 und der damit verbundenen Trägerplatte 14 im Bezug zu dem Gefäß 3 kann eine vorschiebbare Lanze vom Reparaturfahrzeug aus gesteuert in den Innenraum des metallurgischen Gefäßes vorgeschoben werden und in vorprogrammierter Weise gedreht, geschwenkt oder auf andere Art positioniert werden. Diese Positionierungen werden über Sensoren, die den Bezug zum Fahrzeugkoordinatensystem herstellen, erfasst. Auf diese Weise ist eine automatische vollkommen autonom ablaufende Reparatur von Verschleißschichten im Innenraum des metallurgischen Gefäßes möglich.
Hierbei werden die Daten der gemessenen Verschleißbereiche an das Reparaturfahrzeug und dem darauf befestigten Reparaturroboter übergeben und mit diesen Daten und den Daten über die Position und Orientierung der Trägerplatte des Reparaturfahrzeuges wird der Reparaturroboter angesteuert.
Hierbei ist es nicht lösungsnotwendig, dass der Reparaturroboter auf einem selbstfahrenden Fahrzeug angeordnet ist. Es ist auch möglich, einen solchen Reparaturroboter ortsfest an einem Gestell im Zugriffsbereich des metallurgischen Gefäßes anzuordnen, um so durch gesteuerte Achsen- und Vorschubbewegungen eine automatische Reparatur im Innenraum des Gefäßes vorzunehmen.
Die Erfindung ist im Übrigen nicht auf die Anwendung eines einzigen Scanners beschränkt. Ein einziger Scanner ist nur dann erforderlich, wenn der Ist-Zustand eines metallurgischen Gefäßes erfasst werden soll und gegebenenfalls mit einem Soll-Zustand verglichen wird.
Wenn hingegen die Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes repariert werden soll, kann es vorgesehen sein, für die Messung des Ist-Zustandes einen ersten Scanner und für die Bestimmung der Position und Orientierung der Reparatureinrichtung bzw. der zugehörigen Trägerplatte 14 einen zweiten Scanner vorzusehen.
Es reicht auch aus, den Messvorgang und die Erfassung der Position und Orientierung der Reparatureinrichtung mit einem einzigen Scanner auszuführen. Die Messerfassung und die Reparatureinrichtung wären dann auf einem einzigen Fahrzeug.
Ebenso ist es möglich, statt eines Fahrzeuges eine gemeinsame ortsfeste Einrichtung zu verwenden.
Wird bei der Erfassung von Position und Orientierung der Reparatureinrichtung festgestellt, dass zur Erreichung einer optimalen Fahrweise des Reparaturroboters eine Korrektur der räumlichen Positionierung der Trägerplatte erforderlich ist, so wird diese Korrektur innerhalb konstruktiv vorgegebener Grenzen automatisch durchgeführt. Die optimale Fahrweise des Reparaturroboters ist gegeben, wenn dieser während des Reparaturvorganges nur möglichst einfache Bewegungsmuster ausführen muss, komplexe Bewegungsabläufe und Leerläufe vermieden werden und dadurch möglichst kurze Reparaturzeiten erreicht werden können. Liegt die erforderliche Korrektur außerhalb der vorgegebenen Grenzen, so ist die Reparatureinrichtung vom Bedienungsmann in eine für die Ausführung der Reparatur günstigere Position zu verfahren. Nach Durchführung dieser automatischen Korrektur der Position der Trägerplatte bzw. dieser manuellen Neupositionierung der Reparatureinrichtung erfolgt wiederum die Ermittlung von Position und Orientierung der Reparatureinrichtung und des Fahrzeugkoordinatensystems in Bezug auf das Bezugssystem wie vorhin beschrieben. Zeichnunqsleqende
1 Vermessungsfestpunkt
2 Vermessungsfestpunkt
3 Gefäß
4 Referenzpunkt
5 Referenzpunkt
6 Kippachspunkt
7 Kippachspunkt
8 Kippachse
9 Kippwinkel des Schmelzgefäßes
10 Referenzpunkt
11 Scanner
12 Fahrgestell
13 Referenzpunkt
14 Trägerplatte
15 Messstrahl
16 Messstrahl
17 Messstrahl
18
19 Exzentrizität
20 Achse (senkrecht zu 21 und 22)
21 Scannerachse
22 Neigungsachse des Scanners
23 Lotachse des Scannerlotsystems
24
25 Ursprung des Scannerkoordinatensystems und Scannerlotsystems
26 Einzelscanpunkt
27 Rasterelement

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke oder des Verschleißes der Auskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes mit einem Scannersystem zur berührungslosen Erfassung der Auskleidungsfläche mit Ermittlung der
Position und Orientierung des Scannersystems und Zuordnung zu der Position des Schmelzgefäßes durch die Erfassung von raumfesten Referenzpunkten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
1. Festlegen eines Raumkoordinatensystems als Bezugssystem mittels mindestens zweier Vermessungsfestpunkte
2. Definition von mindestens zwei raumfesten Referenzpunkten (4, 5, 10, ) im Bezugssystem und Vermessung dieser Referenzpunkte mit bekannten geodätischen Verfahren
3. Ausbildung der Referenzpunkte als Kugelflächen 4. Vermessung der Koordinaten von mindestens zwei Punkten der Kippoder Drehachse des betroffenen metallurgischen Gefäßes (3) im Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden 5. Definition eines Rastersystems auf der Abwicklung der theoretischen Innenfläche des Gefäßmantels 6. Scannen der raumfesten Referenzpunkte (4, 5, 10, ) mit einem dreidimensionalen Scanner (1 1 ) (strahlungsaussendendes und empfangendes Messgerät).
7. Ermittlung der Scanner-Position (25) im Bezugssystem
8. vorheriges, gleichzeitiges oder nachfolgendes Scannen der Innenwandung des metallurgischen Gefäßes mit dem selben Scanner in der gleichen Scannerposition wie beim Scannen der raumfesten Referenzpunkte
9. Erfassung des Kippwinkels des Schmelzgefäßes
10. Berechnen der Koordinaten jedes Scanpunktes der Innenfläche der Auskleidung im Bezugssystem und Zuweisung des Scanpunktes zu einem Rasterelement in dem in Schritt 5. definierten Rastersystem 1 1 . Je Rasterelement Ermittlung einer Wandstärke oder des Verschleißes der Auskleidung unter Verwendung der Koordinaten der zugeordneten Scanpunkte und Koordinaten von beliebig wählbaren Referenzdaten
12. Darstellung der ermittelten Wandstärke oder des Verschleißes im Rastersystem
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt die vorgenannte Messung von einer mittleren Position des Scanners (11 ) im Bezug zum Mundstück des metallurgischen Gefäßes (3) erfolgt und dass in einem weiteren Verfahrensschritt eine von der Mitte entweder nach links oder nach rechts versetzte Messposition eingenommen wird und hierbei wiederum das Messverfahren nach den oben genannten Messschritten durchgeführt wird.
3. Verfahren zum Betrieb einer Reparatureinrichtung für die Reparatur der Verschleißschicht metallurgischer Gefäße unter Verwendung eines Scannersystems, wobei die Ermittlung der Position und Orientierung der Reparatureinrichtung und Zuordnung zu der Position des metallurgischen Gefäßes durch die Erfassung von raumfesten Referenzpunkten erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
1. Festlegen eines Raumkoordinatensystems als Bezugssystem mittels mindestens zweier Vermessungsfestpunkte
2. Definition von mindestens zwei raumfesten Referenzpunkten im Bezugssystem und Vermessung dieser Referenzpunkte mit bekannten geodätischen Verfahren
3. Vermessung der Koordinaten von mindestens zwei Punkten der Kipp- oder Drehachse des betroffenen metallurgischen Gefäßes im
Bezugssystem mit bekannten geodätischen Methoden
4. Festlegen eines Koordinatensystems der Reparatureinrichtung als dreidimensionales euklidisches Koordinatensystem
5. Definition eines Referenzpunktes auf der Trägerplatte und Vermessung dieses Referenzpunktes und Position des Scanners im
Koordinatensystem der Reparatureinrichtung
6. Scannen der raumfesten Referenzpunkte und des auf der Trägerplatte fixierten Referenzpunktes mit einem auf der Trägerplatte montierten dreidimensionalen Scanner (strahlungsaussendendes und empfangendes Messgerät).
7. Messung der Neigung des Koordinatensystems der Reparatureinrichtung um die xF- bzw. yF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene mittels Neigungssensoren
8. Ermittlung der Scannerposition und Koordinaten des auf der Trägerplatte fixierten Referenzpunktes im Bezugssystem und daraus Ermittlung des Orientierungswinkels tF der Reparatureinrichtung im Bezugssystem 9. Herstellung des Bezuges des Koordinatensystems der
Reparatureinrichtung zum Schmelzgefäß unter Berücksichtigung der gemessenen Neigungen laut Schritt 7. und des Kippwinkels des Schmelzgefäßes
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten Referenzpunkte (4, 5, 10) entfernt vom Gefäß (3) außerhalb des Verschmutzungsbereiches angeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung auf mindestens zwei raumfeste Referenzpunkte dadurch möglich ist, dass ein lotrechtes Bezugssystem verwendet wird und die Neigungen von zwei Achsen des Scannerkoordinatensystems bezüglich einer waagrechten Ebene mittels Neigungssensoren gemessen werden
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei ortsfeste Referenzpunkte (4, 5, 10, ) im Messbereich des Scanners (11 ) befinden, und der Scanner als Rundum- Scanner mit einem Erfassungswinkel von mehr als 300 Grad arbeitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (X, Y, Z) des 3D-Scanners (11 ) in einem euklidischen, lotrechten, dreidimensionalen Koordinatensystem, sowie der horizontale Winkel zwischen xL-Achse des Scannerlotsystems und X-Achse des
Koordinatensystems (Orientierung tl_) gemessen bzw. berechnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Position des Scanners (11 ) und der Längs- und Querneigung des Scanners und einer Trägerplatte einer Reparatureinrichtung in Bezug auf die waagrechte Ebene eines euklidischen lotrechten dreidimensionalen Koordinatensystems (Bezugssystem) auch der horizontale Winkel zwischen der in die waagrechte Ebene gedrehten horizontalen Längsachse xF dieser Trägerplatte und der X- Achse des Bezugssystems (Orientierungswinkel tF) gemessen bzw. berechnet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Messergebnisse erfasst werden:
1. Koordinaten des Ursprungs des Scannerlotsystems eines Scanners (auf der Messeinrichtung bzw. auf der Trägerplatte einer Reparatureinrichtung) in einem Bezugssystem
2. Neigung des Scannerkoordinatensystems in Bezug auf das Scannerlotsystem (Winkel AlphaX und PhiO)
3. Neigung des Fahrzeugkoordinatensystems um die xF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene (AlphaXF) 4. Neigung des Fahrzeugkoordinatensystems um die yF-Achse bezüglich einer waagrechten Ebene (PhiOF)
5. Orientierungswinkel tL bzw. tF
6. Kippwinkel des Schmelzgefäßes
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messergebnisse wahlweise in einem der folgenden Koordinatensysteme erfasst werden:
1. ein lotrechtes, drei-dimensionalen Koordinatensystem oder 2. ein Polarkoordinatensystem oder
3. ein Zylinderkoordinatensystem.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Festlegung der ortsfesten und genau definierten Vermessungsfestpunkte (1 und 2) auch die Raumkoordinaten des Gefäßes (Kippachspunkte 6, 7) und der Referenzpunkte (4 und 5) erfasst werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die als Kugeln ausgebildeten Referenzpunkte (4, 5, 10, 13) durch eine Mustererkennung in einem gerasterten Graustufenbild des Scanners erfasst werden.
13. Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Mess-und/oder Reparatursystemen für die Auskleidung metallurgischer Gefäße mit einem Scannersystem zur berührungslosen Erfassung der Auskleidungsfläche, wobei die Ermittlung der Position und Orientierung des Meß- und/oder Reparatursystems und Zuordnung zu der Position des metallurgischen Gefäßes durch die Erfassung von raumfesten Referenzpunkten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mit einem 3D-Scanner (1 1 ) erfolgt und dass die raumfest bzw. auf der Trägerplatte angeordneten Referenzpunkte (4, 5, 10, 13) als Kugelflächen ausgebildet sind.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (11 ) und ein weiterer fahrzeug-seitiger Referenzpunkt (13) auf einer Trägerplatte (14) befestigt sind, die auf einem Fahrgestell (12) montiert ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfesten Referenzpunkte in einem Raumbereich angeordnet sind, der sich, bezogen auf die Scannerposition, zentralsymmetrisch zum Bereich des zu messenden oder reparierenden Gefäßes befindet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Fahrgestell (12) ein Roboter-Reparatursystem angeordnet ist, bei dem mittels eines Vorschubsystems eine Lanze gesteuert in den Innenraum des Gefäßes (3) vorgeschoben wird, um dort an den vom Messsystem festgestellten Stellen die Verschleißreparatur durchzuführen
17. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Scanner von der Scannerposition im umliegenden 3D-Raum folgende Daten erfasst werden:
1. Scanentfernung s (Entfernung Scannerspiegel zu Reflexionsfläche)
2. Scanreflektivität (Echo) = Intensität
3. Neigungswinkel Phi um eine (nahezu) horizontale Achse 22 4. Scanwinkel Lambda um eine zu Achse 22 orthogonale Achse 21
5. Neigungswinkel AlphaX und PhiO des Scannerkoordinatensystems
18. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kugeln ausgebildeten Referenzpunkte (4, 5, 10, 13) durch eine Mustererkennung in einem gerasterten Graustufenbild des Scanners erfasst werden.
EP07723074A 2006-03-22 2007-03-07 Verfahren zur ermittlung der position und orientierung einer mess- oder reparatureinrichtung und eine nach dem verfahren arbeitende vorrichtung Withdrawn EP1996885A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8345266B2 (en) * 2008-03-18 2013-01-01 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Method and system for measuring wear in the lining of a vessel
WO2012141810A1 (en) 2011-03-03 2012-10-18 Faro Technologies, Inc. Target apparatus and method
US9482755B2 (en) 2008-11-17 2016-11-01 Faro Technologies, Inc. Measurement system having air temperature compensation between a target and a laser tracker
US8619265B2 (en) 2011-03-14 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker
US9772394B2 (en) 2010-04-21 2017-09-26 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker
US9377885B2 (en) 2010-04-21 2016-06-28 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for locking onto a retroreflector with a laser tracker
US9400170B2 (en) 2010-04-21 2016-07-26 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data within an acceptance region by a laser tracker
US9686532B2 (en) 2011-04-15 2017-06-20 Faro Technologies, Inc. System and method of acquiring three-dimensional coordinates using multiple coordinate measurement devices
DE112012001708B4 (de) 2011-04-15 2018-05-09 Faro Technologies, Inc. Koordinatenmessgerät
US9482529B2 (en) 2011-04-15 2016-11-01 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional coordinate scanner and method of operation
US9164173B2 (en) 2011-04-15 2015-10-20 Faro Technologies, Inc. Laser tracker that uses a fiber-optic coupler and an achromatic launch to align and collimate two wavelengths of light
EP2600173A1 (de) * 2011-11-29 2013-06-05 Hexagon Technology Center GmbH Verfahren zum Betreiben eines Laserscanners
WO2013112455A1 (en) 2012-01-27 2013-08-01 Faro Technologies, Inc. Inspection method with barcode identification
DE102012217282B4 (de) * 2012-09-25 2023-03-02 Trimble Jena Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Zuordnung von Messpunkten zu einem Satz von Festpunkten
US9041914B2 (en) 2013-03-15 2015-05-26 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional coordinate scanner and method of operation
US10935320B2 (en) 2013-04-12 2021-03-02 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg Method for determining the state of a refractory lining of a metallurgical vessel for molten metal in particular
ES2716202T3 (es) 2013-04-12 2019-06-11 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co Kg Procedimiento para determinar el estado de un revestimiento refractario de un recipiente de fundido metalúrgico
US9747680B2 (en) 2013-11-27 2017-08-29 Industrial Technology Research Institute Inspection apparatus, method, and computer program product for machine vision inspection
CN103983224B (zh) * 2014-05-29 2016-12-07 上海飞机制造有限公司 一种大尺度部件实测位姿拟合方法
US9395174B2 (en) 2014-06-27 2016-07-19 Faro Technologies, Inc. Determining retroreflector orientation by optimizing spatial fit
CN104266598A (zh) * 2014-10-06 2015-01-07 上海工程技术大学 一种检测地铁站台屏蔽门与车体距离是否安全的方法
US10175040B2 (en) * 2015-03-20 2019-01-08 Process Metrix Characterization of refractory lining of metallurgical vessels using autonomous scanners
UA123471C2 (uk) 2016-12-12 2021-04-07 Арселорміттал Спосіб і пристрій для вимірювання зносу вогнетривкого футерування приймальної ємності, призначеної для вміщення розплавленого металу
DE202018101270U1 (de) * 2017-03-13 2018-03-15 Primetals Technologies Austria GmbH Sonde für eine Sublanze mit Entfernungsmesser
CN109855611B (zh) * 2019-03-27 2022-03-15 中南大学 一种基于全站仪的pc墙体快速测量校准方法
CN113008161B (zh) * 2021-02-23 2022-08-23 北京鹏龙星徽汽车销售服务有限公司工会 一种可视化故障处理控制***
CN113359701B (zh) * 2021-05-08 2023-03-28 西安交通大学 基于激光雷达数据的喷涂机器人沿墙导航运动方法及***
CN115164747B (zh) * 2022-09-05 2022-11-18 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 一种基于三维扫描的飞行器模型表面冰层厚度的测量方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0468677B1 (de) * 1990-07-18 1996-05-15 Spectra Precision, Inc. System und Verfahren zur dreidimensionalen Positionserfassung
US5212738A (en) * 1991-04-12 1993-05-18 Martin Marietta Magnesia Specialties Inc. Scanning laser measurement system
JPH05256584A (ja) * 1992-03-13 1993-10-05 Nisshin Steel Co Ltd 溶融炉炉壁の損傷部の補修方法及び装置
JP4794708B2 (ja) * 1999-02-04 2011-10-19 オリンパス株式会社 ３次元位置姿勢センシング装置
AU2003206868A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-08 Refractory Intellectual Property Gmbh And Co. Kg Method for measuring the residual thickness of the lining of a metallurgical vessel and for optionally repairing the areas of wear that have been identified and device for carrying out a method of this type
DE10216172A1 (de) * 2002-03-27 2003-10-23 Voest Alpine Mechatronics Gmbh Verfahren zum Messen der Reststärke der Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes und ggf. Sanieren der festgestellten Verschleißbereiche sowie Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens
DE10223284A1 (de) * 2002-05-24 2003-12-11 Specialty Minerals Michigan Verfahren zum Reparieren einer Schutzauskleidung eines Industriellen Reaktions- oder Transportgefäßes
US6922252B2 (en) * 2002-09-19 2005-07-26 Process Matrix, Llc Automated positioning method for contouring measurements using a mobile range measurement system
DE10257422A1 (de) * 2002-12-09 2004-07-08 Specialty Minerals Michigan Inc., Bingham Farms Verfahren zum Positionieren einer Messvorrichtung, die optische Strahlung emittiert und empfängt, zum Messen von Verschleiß der Auskleidung eines Behälters
WO2004054329A2 (en) * 2002-12-10 2004-06-24 Digitome Corporation Volumetric 3d x-ray imaging system for baggage inspection including the detection of explosives

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007107242A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114829065A (zh) * 2019-11-27 2022-07-29 3M创新有限公司 机器人修复控制***和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20100158361A1 (en) 2010-06-24
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