高爐料面雷達(dá)掃描3d成像裝置及其監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置及其監(jiān)控系統(tǒng)，其中成像裝置安裝在高爐上方一側(cè)爐壁上，通過最先進(jìn)的雷達(dá)探測技術(shù)和360°全息掃描，在數(shù)秒內(nèi)提供數(shù)千個點的高爐料面真實掃描信息，實時監(jiān)控高爐料面真實狀態(tài)并生成料面三維圖像；采用該成像裝置構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線檢測不對稱布料狀態(tài)和物料料面下降速度分布，大幅度提高布料信息反饋，使工藝分析達(dá)到了新的高度水平；綜上，本實用新型具有實時在線、檢測精度高和性能穩(wěn)定的特點，解決了目前高爐料面高度和表面形狀難以精準(zhǔn)測量的技術(shù)難題，對高爐優(yōu)化操作、合理布料。
【專利說明】
高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置及其監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置及其 監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在冶金行業(yè)的高爐煉鐵生產(chǎn)過程中，高爐布料是高爐煉鐵系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之 一。準(zhǔn)確、有效的掌握高爐內(nèi)料面的分布情況是保證高爐正常生產(chǎn)運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的前提 條件。
[0003] 長期以來高爐料面測量一直是個難題。目前高爐料面測量方法大致有三種：
[0004] 方法一，傳統(tǒng)上對封閉高爐料面的監(jiān)視一般使用機(jī)械探尺采集數(shù)據(jù)，每個高爐有 兩個機(jī)械探尺，探測高爐這兩個點的準(zhǔn)確位置。機(jī)械探尺雖然準(zhǔn)確可靠，但采樣固定單一， 數(shù)量只有兩個，不能代表整個料面的形狀，只能測量單一固定位置的料高；
[0005] 方法二是在高爐爐體不同的位置上開孔，每個孔裝一個安裝測距雷達(dá)，一般最多 不會超過10個，因為過多的開孔會嚴(yán)重影響高爐爐體強(qiáng)度和壽命，這樣能大致想象出料面 的形狀。但是，由于上述兩種辦法監(jiān)控點偏少，不能遍布爐頂料面的每一點，造成分析和掌 握爐內(nèi)料面分布的難度很大，只能憑借操作人員的經(jīng)驗來猜測高爐的料面布料和氣流狀 態(tài)，給高爐操作帶來很大的隨意性，無法保證準(zhǔn)確性，更談不上布料操作優(yōu)化；
[0006] 方法三采用紅外成像技術(shù)，對料面表面的紅外圖像進(jìn)行分析，通過檢測高爐料面 的溫度分布來間接推算高爐料面的分布，此法雖然可以根據(jù)像素值和像素之間的關(guān)系構(gòu)成 三維圖像，全面反映爐頂料面形狀，但實際上存在溫度與料面高度并不對應(yīng)的問題，而且即 使對應(yīng)了溫度和高度的關(guān)系，也只能定性，無法量化。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是提供一種高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置、監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控 方法。
[0008] 為此，本實用新型技術(shù)方案如下：
[0009] -種高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置，包括雷達(dá)探測器、防護(hù)套、容置腔體、旋轉(zhuǎn)裝 置和后蓋;其中：
[0010] 防護(hù)套包括防護(hù)內(nèi)套和防護(hù)外套，防護(hù)外套以與防護(hù)內(nèi)套存在縫隙的形式設(shè)置在 防護(hù)內(nèi)套外側(cè)，在防護(hù)套前端端部設(shè)置有一與防護(hù)套端面密封連接的環(huán)形端蓋，在防護(hù)外 套后端端部設(shè)置并固定有一連接法蘭且連接法蘭的法蘭盤蓋裝在防護(hù)套后端端面上，使防 護(hù)套形成為一具有封閉環(huán)空結(jié)構(gòu)且中心形成有通孔的套體；
[0011]雷達(dá)探測器和旋轉(zhuǎn)裝置連接固定并設(shè)置在防護(hù)內(nèi)套的內(nèi)部，雷達(dá)探測器設(shè)置在防 護(hù)套前端端部;其中，雷達(dá)探測器優(yōu)選為微波雷達(dá)；
[0012]防護(hù)套后端與容置腔體、后蓋依次密封連接，使防護(hù)套后端封閉；容置腔體內(nèi)部與 防護(hù)套中心通孔連通，后蓋中心設(shè)有進(jìn)線口，進(jìn)線口用穿裝雷達(dá)探測器和旋轉(zhuǎn)裝置的電路 連接線路，使其與外接電源連接為雷達(dá)探測器和旋轉(zhuǎn)裝置供電；
[0013] 在防護(hù)外套后端外壁上設(shè)有外層進(jìn)氣口；在容置腔體外壁上設(shè)有內(nèi)層進(jìn)氣口；外 層進(jìn)氣口和內(nèi)層進(jìn)氣口均與冷氣氣源連接，向防護(hù)內(nèi)套內(nèi)和防護(hù)內(nèi)套與防護(hù)外套之間形成 的環(huán)空輸送冷氣，對高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置形成雙層冷氣保護(hù)；雷達(dá)探測器設(shè)置在 防護(hù)套前端，中心通孔前端形成雷達(dá)視窗，使進(jìn)入防護(hù)內(nèi)套的冷氣對雷達(dá)探測器和旋轉(zhuǎn)裝 置進(jìn)行冷卻后從雷達(dá)視窗吹出；在防護(hù)套的環(huán)形端蓋上沿圓周方向開設(shè)有多個與防護(hù)套封 閉環(huán)空連通的氣槽，使進(jìn)入防護(hù)外套中的冷氣從氣槽吹出進(jìn)入爐內(nèi)。
[0014] -種高爐料面形狀動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置、現(xiàn)場控制 箱、室內(nèi)控制箱、顯示器、工業(yè)計算機(jī)、信號轉(zhuǎn)換器和報警裝置；
[0015] 高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置通過現(xiàn)場控制箱與工業(yè)計算機(jī)連接，工業(yè)計算機(jī)與 顯示器連接，將掃描的高爐料面信號經(jīng)現(xiàn)場控制箱輸出給工業(yè)計算機(jī)并由顯示器顯示出高 爐內(nèi)料面三維形狀圖形;室內(nèi)控制箱一端與現(xiàn)場控制箱連接、另一端與工業(yè)計算機(jī)連接，通 過室內(nèi)控制箱實現(xiàn)對現(xiàn)場控制箱的遠(yuǎn)程控制；報警裝置通過信號轉(zhuǎn)換器連接至工業(yè)計算 機(jī)。
[0016] 其中，在防護(hù)套外壁上設(shè)有用于與高爐爐壁連接固定的安裝法蘭，成像裝置與高 爐爐壁所成安裝角度與高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，保證雷達(dá)探測器旋轉(zhuǎn)360°的掃描范圍覆蓋全 部高爐料面。
[0017] 本實用新型公開的爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置安裝在高爐上方一側(cè)爐壁上，通過 設(shè)置在一保護(hù)套內(nèi)的旋轉(zhuǎn)裝置帶動微波雷達(dá)對爐內(nèi)料面進(jìn)行360°全息掃描，在數(shù)秒內(nèi)提供 數(shù)千個點的高爐料面真實掃描信息，有效實時監(jiān)控高爐料面真實狀態(tài)并生成料面三維圖 像;采用該爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)實時在線檢測不對稱布料狀態(tài) 和物料料面下降速度分布，大幅度提高布料信息反饋，配合本申請公開的監(jiān)控方法中的具 體數(shù)據(jù)處理方法及監(jiān)控模式使工藝分析達(dá)到了新的高度水平；同時，與原有技術(shù)相比，通過 減少機(jī)械運(yùn)動部件的數(shù)量使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了最大的提升，同時，在探測狀態(tài)下，沒有任 何機(jī)械部件會在爐頂突出，不會影響擺動溜槽。
[0018] 綜上，本實用新型具有實時在線、檢測精度高和性能穩(wěn)定的特點，解決了目前高爐 料面高度和表面形狀難以精準(zhǔn)測量的技術(shù)難題，對高爐優(yōu)化操作、合理布料、確保生產(chǎn)安全 具有重要意義。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本實用新型的高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置在爐壁上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3為本實用新型的高爐料面形狀動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4為采用本實用新型的高爐料面形狀動態(tài)監(jiān)控方法進(jìn)行圖像擬合得到的高爐料 面狀態(tài)的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明，但下述實施例絕非對 本實用新型有任何限制。
[0024] 實施例1
[0025] 如圖1示，該高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置包括微波雷達(dá)探測器101、防護(hù)套、容置 腔體107、旋轉(zhuǎn)裝置108和后蓋110;其中，
[0026] 防護(hù)套包括防護(hù)內(nèi)套102和防護(hù)外套103,防護(hù)外套103以與防護(hù)內(nèi)套102存在縫隙 的形式設(shè)置在防護(hù)內(nèi)套102外側(cè)，在防護(hù)套前端端部設(shè)置有一與防護(hù)套端面密封連接的環(huán) 形端蓋，在防護(hù)外套103后端端部設(shè)置并固定有一連接法蘭111且連接法蘭111的法蘭盤蓋 裝在防護(hù)套后端端面上，使防護(hù)套形成為一具有封閉環(huán)空結(jié)構(gòu)且中心形成有通孔的套體； 微波雷達(dá)探測器101和旋轉(zhuǎn)裝置108連接固定并設(shè)置在防護(hù)內(nèi)套102的內(nèi)部，微波雷達(dá)探測 器101設(shè)置在防護(hù)套前端端部，防護(hù)套后端與容置腔體107、后蓋110依次密封連接，使防護(hù) 套后端封閉，具體地，在容置腔體107上固定有一與連接法蘭111相匹配的連接法蘭，使容置 腔體107和防護(hù)套通過兩個連接法蘭之間的連接形成密封連接;容置腔體107內(nèi)部與防護(hù)套 中心通孔連通，后蓋110中心設(shè)有進(jìn)線口 112;在防護(hù)外套103后端側(cè)壁上設(shè)有外層進(jìn)氣口 105;在容置腔體107側(cè)壁上設(shè)有內(nèi)層進(jìn)氣口 106;在防護(hù)套的環(huán)形端蓋上沿圓周方向開設(shè)有 多個與防護(hù)套封閉環(huán)空連通的氣槽，使進(jìn)入防護(hù)外套中的冷氣從氣槽吹出進(jìn)入爐內(nèi)；在防 護(hù)套外壁上設(shè)有用于與高爐爐壁8連接固定的安裝法蘭104。
[0027] 實施例2
[0028] 如圖3所示，一種高爐料面形狀動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括實施例1所述的高爐料面雷達(dá) 掃描3D成像裝置1、現(xiàn)場控制箱2、室內(nèi)控制箱3、顯示器4、工業(yè)計算機(jī)5、信號轉(zhuǎn)換器6和報警 裝置7;其中：
[0029] 高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置1安裝在高爐上方爐壁上，如圖2所示，該成像裝置1 與高爐爐壁所成安裝角度與高爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，保證微波雷達(dá)探測器旋轉(zhuǎn)360°的掃描范 圍覆蓋全部高爐料面;微波雷達(dá)探測器通過旋轉(zhuǎn)裝置帶動轉(zhuǎn)動，對爐內(nèi)全部高爐料面進(jìn)行 覆蓋式掃描；
[0030] 現(xiàn)場控制箱2鄰近高爐設(shè)置，高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置1通過現(xiàn)場控制箱2與 工業(yè)計算機(jī)5連接，通過通訊協(xié)議將微波雷達(dá)掃描收集到的數(shù)據(jù)信號傳送給工業(yè)計算機(jī)5; 工業(yè)計算機(jī)5與顯示器4連接，將掃描的高爐料面數(shù)據(jù)信號經(jīng)工業(yè)計算機(jī)5數(shù)據(jù)處理后由顯 示器4顯示出高爐內(nèi)實時料面三維形狀圖形；
[0031] 室內(nèi)控制箱3、工業(yè)計算機(jī)5和顯示器4設(shè)置在中央控制室內(nèi)，室內(nèi)控制箱3-端與 現(xiàn)場控制箱2連接另一端與工業(yè)計算機(jī)5連接，構(gòu)成現(xiàn)場控制箱2與工業(yè)計算機(jī)5連通的第二 條路徑，用于通過工業(yè)計算機(jī)5對室內(nèi)控制箱3的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對現(xiàn)場控制箱2的遠(yuǎn)程控制； [0032]報警裝置7通過信號轉(zhuǎn)換器6連接至工業(yè)計算機(jī)5;當(dāng)高爐內(nèi)實時料面三維形狀圖 形超出工藝設(shè)定的工藝圖形下線時或當(dāng)冷卻介質(zhì)的參數(shù)異常和爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝 置1超出溫度上線，通過信號轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換為報警信號，報警裝置7識別該信號，進(jìn)行報警，提 示操作人員及時處理。
[0033] 實施例3
[0034] -種使用實施例2所述的高爐料面形狀動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)對高爐料面實時狀態(tài)監(jiān)控系 統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控的方法，包括下述具體步驟：
[0035] 一、監(jiān)控工作準(zhǔn)備：
[0036]按照高爐料面實時狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置連接各裝置并將現(xiàn)場控制箱和室內(nèi)控 制箱調(diào)試到正常工作狀態(tài)，使電源、電氣控制、數(shù)據(jù)通訊正常工作，氮氣冷卻系統(tǒng)的壓力和 溫度調(diào)試正常供給狀態(tài)；
[0037]防護(hù)外套103后端側(cè)壁上設(shè)置的外層進(jìn)氣口 105和容置腔體107側(cè)壁上設(shè)置的內(nèi)層 進(jìn)氣口 106均與冷卻介質(zhì)連接;具體地，冷卻介質(zhì)采用輸送壓力為0.40~0.6MPa的有壓氮 氣，使高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置的工作溫度控制在入口溫度<35°C。通過氮氣不停的 吹掃，確保雷達(dá)探測器在高溫、高粉塵的高爐中能夠穩(wěn)定工作。
[0038]二、數(shù)據(jù)收集和圖像擬合：
[0039] S1、雷達(dá)探測器在防護(hù)套的保護(hù)下通過旋轉(zhuǎn)裝置帶動雷達(dá)旋轉(zhuǎn)對高爐料面表面進(jìn) 行360°全方位掃描，雷達(dá)探測器每轉(zhuǎn)動固定的角度，發(fā)出的信號掃描不同深度的物料，并根 據(jù)發(fā)射出去信號和返回來信號的時間差來計算雷達(dá)探測器與高爐料面的距離，然后將雷達(dá) 探測器采集得到的數(shù)據(jù)簇通過通訊協(xié)議發(fā)送至工業(yè)計算機(jī)上；
[0040] 具體地，雷達(dá)探測器360°全方位掃描過程中，掃描每經(jīng)過10°進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集， 數(shù)據(jù)采集時間間隔為〇.5s，即18s轉(zhuǎn)一周，完成一次完整的料面掃描并將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?工業(yè)計算機(jī)進(jìn)行3D料面擬合;每次掃描采集的數(shù)據(jù)量至少為2000簇；
[0041] 在數(shù)據(jù)傳輸方式上采用硬件和軟件相結(jié)合的設(shè)計思想。雷達(dá)探測器采集到的原始 數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的硬件設(shè)備，包括天線、混頻器、濾波放大電路、D/A模塊和A/D模塊一系列處 理，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)從硬件設(shè)備到軟件之間的通訊，為 后續(xù)對數(shù)據(jù)的分析處理做好準(zhǔn)備;具體地，數(shù)據(jù)傳輸方式上通過CAN接口中間經(jīng)過CAN網(wǎng)關(guān)， 用網(wǎng)線與電腦連接進(jìn)行通信。
[0042] S2、工業(yè)計算機(jī)對所接收到雷達(dá)探測器發(fā)送的數(shù)據(jù)簇依次進(jìn)行：
[0043] 1)去除數(shù)據(jù)簇中掃描在爐壁上的無用點：
[0044] 設(shè)空間中任意一點P，在雷達(dá)探測器為中心的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P(x，y，z)，經(jīng)過旋 轉(zhuǎn)和平移，變換到以Z軸垂直于水平面的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為？'（1'， 7'，2'），1?為旋轉(zhuǎn)平移矩 陣，表達(dá)式如下所示：
[0046]式中，Φ、θ、φ為沿著三個軸向的旋轉(zhuǎn)角度，Δχ、Ay、ΔΖ為沿著三個軸向的平移矩 陣；
[0047]雷達(dá)探測器每條掃描線上得到的數(shù)據(jù)點，進(jìn)行坐標(biāo)變換后得到新的坐標(biāo)值，處理 后的數(shù)據(jù)點的新坐標(biāo)數(shù)值存儲在緩沖區(qū)，再對下一條掃描線上的數(shù)據(jù)點進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，該 條掃描線上的數(shù)據(jù)坐標(biāo)點轉(zhuǎn)換完以后和先前保存在緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)點進(jìn)行對比，判斷是否是 新的掃描線的起始點；緩存區(qū)主要包括數(shù)據(jù)坐標(biāo)緩存區(qū)和數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換區(qū)組成;數(shù)據(jù)坐標(biāo) 緩存區(qū)主要用來存儲雷達(dá)探測器掃描線上的所有數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)坐標(biāo)逆變換區(qū)用 來存放經(jīng)旋轉(zhuǎn)平移矩陣轉(zhuǎn)換以后的數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)；
[0048]當(dāng)數(shù)據(jù)在預(yù)處理時，首先對存儲到緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)進(jìn)行壓縮，然后對于同一條 掃描線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行編號，確保每一條掃描線對應(yīng)唯一的一個編號;然后對編號以后的掃 描線建立空間索引表，索引表的關(guān)鍵字是掃描線的編號，而與關(guān)鍵字對應(yīng)的就是掃描線上 每一個數(shù)據(jù)點的地址;最后保存上述過程處理后的數(shù)據(jù)簇;通過以上方法逐個掃描計算，當(dāng) 轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值大于閾值，即高爐直徑轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)時，認(rèn)為此后的掃描點即為掃描在爐 壁上的點，對高爐料面的分析沒有作用，舍棄這些數(shù)據(jù)點；
[0049] 2)采用NURBS曲面全局插值擬合法和最小二乘曲面擬合法相結(jié)合的方法對有效數(shù) 據(jù)進(jìn)行計算處理并得到用于繪制曲面的參數(shù)；
[0050] 該曲面擬合的具體方法為：
[0051 ] 1)設(shè)定NURBS曲面的次數(shù)k和1，并令其權(quán)值為1;
[0052] 2)計算節(jié)點矢量U和V;
[0053 ] 3)分別在U和V節(jié)點矢量上，采用NURBS曲線反算法，求出對應(yīng)曲面的控制點；
[0054] 4)篩選Φ<= [0,90° ]的數(shù)據(jù)點；
[0055] 5)根據(jù)計算所得到的參數(shù)包括控制點Pi, j、權(quán)值wi, j、節(jié)點矢量U和V以及曲面次數(shù)k 和1繪制曲面；
[0056] 其中，NURBS曲面擬合算法以B樣條法的基礎(chǔ)引入權(quán)值因子得到；
[0057] B樣條曲面法的定義式為：
[0059] 式中，為控制頂點，k和1為B樣條曲線的次數(shù)，其中k和1取值通過多次數(shù)值帶入 進(jìn)行選取，直至找到符合圖像擬合要求的數(shù)值;B 1>k(u)和B1;1(v)分別為u方向的k次和v方向 的1次B樣條基函數(shù)；
[0060] kX 1次NURBS曲面擬合算法的定義式為：
[0062]式中，wu是與為控制頂點相關(guān)聯(lián)的權(quán)值因子，其余參數(shù)與B樣條曲線定義一 致。Bi,k(u)和Bi,i(v)由遞推公式?jīng)Q定；
[0063] B樣條基函數(shù)的遞推公式的定義式為：
[0065] %,i(v)的遞推公式與上式相對應(yīng)；
[0066]對于控制點Pi,j來說，規(guī)定行i變化的方向為u參數(shù)方向，列j變化的方向為v參數(shù)方 向；
[0067] u向參數(shù)值的數(shù)學(xué)公式為：
[0069]式中uu是沿著u向第i行控制點的規(guī)范化參數(shù)。同理，可以得到v向參數(shù)值的規(guī) 范化表達(dá)式；
[0070] 進(jìn)而得到節(jié)點矢量11=[11()，111，>"，11111-1<+1]與￥=[￥()，￥1， >"，￥11-1+1]。
[0071] 綜上所述，NURBS曲面擬合的過程為根據(jù)已知的呈拓?fù)渚匦侮嚵械目刂泣c陣列，即 通過微波雷達(dá)掃描得到的原始數(shù)據(jù)(存儲在上述數(shù)據(jù)坐標(biāo)緩存區(qū)的雷達(dá)探測器掃描線上的 所有數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)），形成一個控制網(wǎng)格，反求曲面控制點Pu和權(quán)值因子WU，
[0072] 雷達(dá)探測器掃描一周，處在同一高度的料面呈環(huán)狀曲面；為了彌補(bǔ)上文所述的 NURBS曲面擬合算法存在的缺陷，進(jìn)一步地，在上述步驟S1中建立新坐標(biāo)系（以Z軸垂直于水 平面的坐標(biāo)系）的基礎(chǔ)上，對原始數(shù)據(jù)點進(jìn)行篩選，把與Z軸夾角Φ的值在[0,90°]范圍內(nèi)的 數(shù)據(jù)點篩選出來，形成一個矩形區(qū)域，即把環(huán)形曲面擬合問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域曲面進(jìn) 行擬合；
[0073] S2、基于OpenGL函數(shù)將所得參數(shù)繪制成3D視圖模型，從而得到物料的實時狀態(tài)，并 通過顯示器實時顯示；
[0074]在實際操作中，軟件界面基于VS2008環(huán)境，采用C++高級語言和OpenGL語言編程實 現(xiàn);具體地，使用OpenGL的GLU實用程序庫中的求值器來對曲線和曲面進(jìn)行建模，并利用控 制點指定曲線或曲面上點按照任意的精確度繪制曲線和曲面;具體地，通過先設(shè)置在MFC中 的OpenGL運(yùn)行環(huán)境，構(gòu)造用于曲面構(gòu)造的基本圖形框架，并在此系統(tǒng)中調(diào)用GLDraw3DBMP以 及GLU庫提供的g 1 uNurbsSurf ace函數(shù)完成圖形繪制，還原3D視圖模型，從而得到物料的實 時狀態(tài)；
[0075]利用所得參數(shù)繪制3D視圖模型詳細(xì)步驟如下：
[0076] 1)采用g 1 Enab 1 e (GL. NORMAL)函數(shù)生成曲面法向量，即節(jié)點矢量U和V;
[0077] 2)調(diào)用8111此￥燦1^81^11(16161'〇函數(shù)創(chuàng)建冊1?133對象的指針，指向繪制一個NURBS 曲面所需要的所有狀態(tài)信息；
[0078] 3)輸入節(jié)點矢量序列，即步驟1)得到的節(jié)點矢量U和V;
[0079] 4)調(diào)用 gluNurbsProPertyO 函數(shù)設(shè)置 NURBS 對象屬性；
[0080] 5)調(diào)用gluNurbsSurface()和GLDraw3DBMP()等函數(shù)生成和繪制出如圖4所示的 NURBS曲線曲面；
[0081] 三、數(shù)據(jù)監(jiān)測、報警
[0082] 每次數(shù)據(jù)處理得到的高爐實際狀態(tài)圖形同時還與通過工藝參數(shù)制定的工藝圖形 對比，當(dāng)實際輸出圖形超出工藝設(shè)定的工藝圖形下線時，通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為報警信號， 由報警裝置發(fā)出報警提示。
[0083] 同時，報警裝置同時還長期穩(wěn)定的監(jiān)視著冷卻介質(zhì)的參數(shù)變化和爐料面雷達(dá)掃描 3D成像裝置的工作溫度，當(dāng)冷卻介質(zhì)的參數(shù)異常和爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置超出溫度上 線及時報警，提示操作人員及時處理。
【主權(quán)項】
1. 一種高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置，其特征在于，包括雷達(dá)探測器（101)、防護(hù)套、容 置腔體（107)、旋轉(zhuǎn)裝置（108)和后蓋（110);其中，防護(hù)套包括防護(hù)內(nèi)套（102)和防護(hù)外套 (103)，防護(hù)外套（103)以與防護(hù)內(nèi)套（102)存在縫隙的形式設(shè)置在防護(hù)內(nèi)套（102)外側(cè)，在 防護(hù)套前端端部設(shè)置有一與防護(hù)套端面密封連接的環(huán)形端蓋，在防護(hù)外套（103)后端端部 設(shè)置并固定有一連接法蘭（111)且連接法蘭（111)的法蘭盤蓋裝在防護(hù)套后端端面上，使防 護(hù)套形成為一具有封閉環(huán)空結(jié)構(gòu)且中心形成有通孔的套體;雷達(dá)探測器（101)和旋轉(zhuǎn)裝置 (108)連接固定并設(shè)置在防護(hù)內(nèi)套（102)的內(nèi)部，雷達(dá)探測器（101)設(shè)置在防護(hù)套前端端部， 防護(hù)套后端與容置腔體（107)、后蓋（110)依次密封連接，使防護(hù)套后端封閉；容置腔體 (107)內(nèi)部與防護(hù)套中心通孔連通，后蓋（110)中心設(shè)有進(jìn)線口（112);在防護(hù)外套（103)后 端側(cè)壁上設(shè)有外層進(jìn)氣口（ 105);在容置腔體（107)側(cè)壁上設(shè)有內(nèi)層進(jìn)氣口（ 106)，在防護(hù)套 的環(huán)形端蓋上沿圓周方向開設(shè)有多個與防護(hù)套封閉環(huán)空連通的氣槽。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置，其特征在于，在防護(hù)套外壁上設(shè)有 用于與高爐爐壁連接固定的安裝法蘭（104)，成像裝置與高爐爐壁所成安裝角度與高爐內(nèi) 部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，保證雷達(dá)探測器旋轉(zhuǎn)360°的掃描范圍覆蓋全部高爐料面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1的高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置，其特征在于，雷達(dá)探測器（101)采 用微波雷達(dá)。4. 一種高爐料面實時狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置 (1)、現(xiàn)場控制箱(2)、室內(nèi)控制箱(3)、顯示器(4)、工業(yè)計算機(jī)(5)、信號轉(zhuǎn)換器(6)和報警裝 置(7);其中， 高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置（1)通過現(xiàn)場控制箱（2)與工業(yè)計算機(jī)(5)連接，工業(yè)計 算機(jī)(5)與顯示器(4)連接，將高爐料面雷達(dá)掃描3D成像裝置（1)掃描收集的高爐料面數(shù)據(jù) 通過現(xiàn)場控制箱（2)輸出給工業(yè)計算機(jī)(5)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后由顯示器(4)顯示出高爐內(nèi)料面 三維形狀圖形； 室內(nèi)控制箱(3) -端與現(xiàn)場控制箱(2)連接、另一端與工業(yè)計算機(jī)(5)連接，通過室內(nèi)控 制箱(3)實現(xiàn)對現(xiàn)場控制箱(2)的遠(yuǎn)程控制； 報警裝置(7)通過信號轉(zhuǎn)換器(6)連接至工業(yè)計算機(jī)(5)。
【文檔編號】C21B7/24GK205603619SQ201620300737
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張海根
【申請人】天津市三特電子有限公司