[发明专利]一种基于激光定标测距的连铸钢包壁厚测量方法

说明书

本发明涉及一种基于激光定标测距的连铸钢包壁厚测量方法，钢包口的一侧设有激光测距仪，钢包底部的一侧设有两个激光传感器，两个激光传感器分别为第一激光传感器和第二激光传感器，激光测距仪固定在三维旋转平台上。本专利针对钢铁冶金现场测量钢包壁厚难的问题，提出了一种激光定位测距的连铸钢包壁厚测量方法，采用三个激光传感器定标与测距的方式确保了测量精度；利用定位激光确定被测钢包所处的空间位置，再由执行机构带动的测量激光扫描钢包内壁面以获取钢包内壁各点的坐标；建立测量坐标系和钢包坐标系，再根据定位关系将测量坐标系数据映射至钢包坐标系，即钢包壁厚信息，实现钢包壁厚测量。

技术领域

本发明涉及连铸生产领域，尤其是一种基于激光定标测距的连铸钢包壁厚 测量方法。

背景技术

在连铸生产中，钢包是连接炼钢工序和浇注工序之间的中间容器，钢包内壁厚 度则是钢水温度控制与质量保证的关键因素。钢包最外层为钢壳，内部为耐火 材质构成的内衬，内衬分为保温层、永久层和工作层。在实际生产过程中，由 于钢包内衬的工作层直接与钢包内的高温钢水、炉渣接触，导致工作层不断受 到物理、机械和化学侵蚀，而造成耐火材料的损耗^[1～][2][3]。钢包内壁局部的损 耗过大将导致炼钢质量下降，甚至造成安全隐患，进而影响钢铁生产的正常作 业^[4,][5]。因此，掌握准确的钢包内壁厚度数据成为保证炼钢质量、安全生产以 及节约成本的重要先决条件。

曹英杰等人使用热电偶作为检测元件测量铜冷却壁渣皮和炉衬厚度。该方 法测试范围广，但精度和灵敏度低；刘泉等人^[7]将激光测距与自控测量相结合 测量转炉炉衬厚度，该方法具有较高的测量精度，但所测距离与侵蚀程度难以 准确对应；Que Y H等人^[8]利用超声波测量高炉厚度，该方法原理简单，但需 要将超声波传感器和分级机嵌入炉内，导致维护困难；Isei Y等人^[9]采用两个 激光传感器分别测量钢包内表面和钢壳外表面，该方法稳定性好，但测量精度 低。然而，因生产过程钢包内壁处于高温状态(超过800℃)，同时钢包在各工 位间被行车吊装放置，其绝对位置难以固定，导致其壁厚难以测量，目前现场对处于高温工作的流转过程的钢包壁厚仍采用人工估算方法，无法保证准确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种基于激光定标测 距的连铸钢包壁厚测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于激光定标测距的连铸钢包壁厚测量方法，钢包口的一侧设有激光 测距仪，钢包底部的一侧设有两个激光传感器，两个激光传感器分别为第一激 光传感器和第二激光传感器，激光测距仪固定在三维旋转平台上；

每次吊装放置的钢包，将产生前后偏移和水平偏转角，同时因吹扫工艺需 要，钢包底部高于钢包口，包口和包底轴向与水平面夹角为α(钢包放置支座 固定)。第一激光传感器和第二激光传感器分别获得钢包底部两个被测量点距 离分别为L₁和L₂。则认为钢包底部平面相对于参考平面偏移为L_d，同时亦可得 出钢包底部平面偏移角θ。

式中：d为第一激光传感器和第二激光传感器之间的垂直距离。

上述的一种基于激光定标测距的连铸钢包壁厚测量方法，建立2个坐标系， 分别为测量坐标系M和钢包坐标系S，M坐标系以激光测距仪初始位置(水平 放置)中心为测量坐标原点O'，平行于激光传感器平面的水平方向为X轴，激 光光线方向为Y轴，竖直方向为Z轴。S坐标系以钢包外壁底部圆心为坐标原 点O，垂直底部平面方向为Y轴，钢包底面竖直向方向为Z轴，钢包底面垂直Z 方向为X轴，M坐标系的X、Y、Z轴分别用X_M、Y_M、Z_M表示，坐标用(x_m,y_m,z_m) 表示；