[发明专利]一种基于三维扫描仪的钢包耐火层测厚方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炼钢自动化技术领域，具体地说，涉及的是一种基于三维扫描仪的钢包耐火层测厚方法。

背景技术

基于三维扫描仪的钢包耐材测厚技术的基本工作原理是通过三维扫描仪采集钢包工作层内表面，将采集到的内表面位置与永久层内表面(也就是工作层外表面)进行对比，即可得出工作层剩余的厚度。该技术难点在于如何获得永久层内表面位置并与采集到的工作层内表面将其置于同一坐标系内从而进行对比(这一过程我们称为钢包定位)。

现有技术主要通过第二台定位扫描仪或者进行单独的定位扫描实现钢包定位:

1、通过第二台定位扫描仪实现钢包定位：该技术需要使用两台三维扫描仪，一台(扫描仪A)用于扫描钢包内表面，另一台(扫描仪B)用于扫描钢包外部和扫描仪A从而确定扫描仪A与钢包外部特征的相对位置。由于工作层内表面与钢包外部特征的相对位置是固定的，通过上述方法可以获得工作层内表面在扫描仪A坐标系中的位置。

2、通过单独的定位扫描实现钢包定位：该技术需要移动三维扫描仪从多角度扫描钢包外部，然后通过定位算法将多角度扫描置于同一坐标系内。由于工作层内表面与钢包外部特征的相对位置是固定的，通过上述方法可以获得工作层内表面在扫描仪坐标系中的位置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种基于三维扫描仪的钢包耐火层测厚方法，是比背景技术更为便捷的钢包耐材层(又称工作层)测厚技术。

本发明的核心优势是可以直接对钢包进行扫描并得到耐材损耗程度，而不需要借助第二台三维扫描仪实现定位以及进行额外的定位扫描操作。本发明可以大大简化操作流程，更容易应用于复杂繁忙的钢厂环境中，并降低误操作的概率。

为实现上述的目的，本发明所述的一种基于三维扫描仪的钢包耐火层测厚方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、利用三维扫描仪扫描钢包，获得钢包三维扫描数据，包括三维扫描X,Y,Z通道和三维点云p；

第二步、将第一步得到的三维扫描X,Y,Z通道合并成表示与扫描仪距离的d通道，并在d通道中进行边缘检测和椭圆检测以检测钢包口外沿；

第三步、取出X,Y,Z三个通道中钢包外沿对应坐标的值，获得钢包口外沿在三维空间中的坐标，该坐标构成一个三维点云，并对所述三维点云进行平面拟合，所得平面即为钢包口所在平面；

第四步、对第三步中的钢包口外沿上的三维点云进行圆拟合，得到钢包口的中心；

第五步、结合第四步得到的钢包口的中心和第三步得到的钢包口所在平面，获得钢包中轴；

第六步、利用检测到的钢包中轴对扫描所得的三维点云p进行筛选，去除不相关的数据，得到三维点云q；

第七步、计算三维点云q中的点距离钢包口平面的距离，根据距离信息从三维点云q中寻找包底水口；

第八步、利用钢包口所在平面、钢包中轴和包底水口位置建立标准坐标系，并将三维点云q变换到标准坐标系中；

第九步、利用标准坐标系中的三维点云q计算钢包侧壁内表面距离钢包中轴的垂直距离；

第十步、按第一步至第九步的方法计算新、旧钢包侧壁内表面距离钢包中轴的距离，其差别即为耐火层损耗程度。

优选地，所述第一步中：通过三维扫描仪正对钢包进行扫描，获得X,Y,Z三个二维矩阵通道，分别表示扫描数据点在扫描仪坐标系里的x,y,z坐标；所有的扫描数据点组成一个三维点云p。

优选地，所述第二步中：

通过x,y,z三个通道计算出矩阵上每个点距离三维扫描仪的距离即d通道，计算公式为：

在d通道上使用边缘检测算法和霍夫变换椭圆检测算法找到钢包口外沿在二维矩阵中的坐标。

优选地，所述第五步中：穿过钢包口的中心与钢包口所在平面的垂直直线即为钢包中轴。

优选地，所述第六步中：对三维点云p进行筛选，只保留距离钢包中轴距离小于设定数值的点，构成三维点云q。

优选地，所述第七步中：在保留下的三维点云q中找到距离钢包口所在平面最远的点，即为包底水口。

优选地，所述第八步中：标准坐标系的三个坐标轴分别表示为e1，e2，e3，该标准坐标系中：

坐标原点位于钢包口中心；e1轴对应钢包中轴；e2轴对应钢包中轴到包底水口的方向；e3轴同时与e1轴、e2轴垂直；

对三维点云q进行坐标变换并将其置于e1，e2，e3构成的标准坐标系中，至此钢包定位完成。