[发明专利]高炉料面雷达扫描3D成像装置、监控系统及其监控方法

摘要

本发明公开了一种高炉料面雷达扫描3D成像装置、监控系统及其监控方法，其中成像装置安装在高炉上方一侧炉壁上，通过最先进的雷达探测技术和360°全息扫描，在数秒内提供数千个点的高炉料面真实扫描信息，实时监控高炉料面真实状态并生成料面三维图像；采用该成像装置构成的监控系统及监控方法能够实时在线检测不对称布料状态和物料料面下降速度分布，大幅度提高布料信息反馈，使工艺分析达到了新的高度水平；综上，本发明具有实时在线、检测精度高和性能稳定的特点，解决了目前高炉料面高度和表面形状难以精准测量的技术难题，对高炉优化操作、合理布料。

主权项

1.一种高炉料面实时状态监控系统的实时监控方法，其使用的高炉料面实时状态监控系统包括高炉料面雷达扫描3D成像装置(1)、现场控制箱(2)、室内控制箱(3)、显示器(4)、工业计算机(5)、信号转换器(6)和报警装置(7)；其中，高炉料面雷达扫描3D成像装置(1)通过现场控制箱(2)与工业计算机(5)连接，工业计算机(5)与显示器(4)连接，将高炉料面雷达扫描3D成像装置(1)扫描收集的高炉料面数据通过现场控制箱(2)输出给工业计算机(5)，经数据处理后由显示器(4)显示出高炉内料面三维形状图形；室内控制箱(3)一端与现场控制箱(2)连接、另一端与工业计算机(5)连接，通过室内控制箱(3)实现对现场控制箱(2)的远程控制；报警装置(7)通过信号转换器(6)连接至工业计算机(5)；其特征在于，该实时监控方法包括下述具体步骤：S1、雷达探测器(101)在防护套的保护下通过旋转装置(108)带动雷达旋转对高炉料面表面进行360°全方位扫描，雷达探测器(101)每转动固定的角度，发出的信号扫描不同深度的物料，并根据发射出去信号和返回来信号的时间差来计算雷达探测器与高炉料面的距离，然后将雷达探测器采集得到的数据簇通过通讯协议发送至工业计算机上进行数据处理；S2、工业计算机对所接收到雷达探测器发送的数据簇依次进行：1)去除数据簇中扫描在炉壁上的无用点；2)采用NURBS曲面全局插值拟合法和最小二乘曲面拟合法相结合的方法对有效数据进行计算处理并得到用于绘制曲面的参数；3)基于OpenGL函数将所得参数绘制成3D视图模型，从而得到物料的实时状态，并通过显示器实时显示出来；其中，步骤S2中第2)步的具体方法为：1)设定NURBS曲面的次数k和l，并令其权值为1；2)计算节点矢量U和V；3)分别在U和V节点矢量上，采用NURBS曲线反算法，求出对应曲面的控制点；4)筛选的数据点；5)根据计算所得到的参数包括控制点P_i,j、权值w_i,j、节点矢量U和V以及曲面次数k和l绘制曲面；其中，NURBS曲面拟合算法以B样条法的基础引入权值因子得到；B样条曲面法的定义式为：式中，Pi,j为控制顶点，k和l为B样条曲线的次数，其中k和l取值通过多次数值带入进行选取，直至找到符合图像拟合要求的数值；Bi,k(u)和Bi,l(v)分别为u方向的k次和v方向的l次B样条基函数；k×l次NURBS曲面拟合算法的定义式为:式中，wi,j是与Pi,j为控制顶点相关联的权值因子，其余参数与B样条曲线定义一致，Bi,k(u)和Bi,l(v)由递推公式决定；B样条基函数的递推公式的定义式为：Nj,l(v)的递推公式与上式相对应；对于控制点Pi,j来说，规定行i变化的方向为u参数方向，列j变化的方向为v参数方向；u向参数值的数学公式为：式中ui,j是沿着u向第i行控制点Pi,j的规范化参数，可以得到v向参数值的规范化表达式；进而得到节点矢量U＝[u0,u1,···,um‑k+1]与V＝[v0,v1,···,vn‑l+1]。