УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВКАХ Российский патент 2022 года по МПК G01B11/24 

Область техники

Настоящее изобретение касается области металлургических промышленных установок.

Изобретение касается устройства и способа для идентификации оборудования, в частности металлургических емкостей, в металлургической промышленной установке.

Уровень техники

В металлургических промышленных установках применяется много оборудования, которое транспортируется в металлургической промышленной установке с одного места в другое место. Это оборудование представляет собой, например, металлургическую емкость для транспортировки расплавов чугуна, расплавов стали, жидких шлаков, скрапа и тому подобного. Чтобы оптимально с точки зрения логистики организовать процессы в металлургической промышленной установке, это оборудование должно как можно лучше отслеживаться. Отслеживание оборудования позволяет крановщику или оператору установки всегда доставлять в желаемое место правильное оборудование.

Для идентификации оборудования известна, например, WO2016119925A1, которая устанавливает на оборудовании транспондеры. Указанные транспондеры представляют собой SAW- или RFID-транспондеры. Недостатком этих транспондеров является, что они не предназначены для температур свыше 400°C, когда, например, осуществляется обработка более долгой продолжительности в вакуумной установке. В металлургической промышленной установке также действуют жесткие окружающие условия, такие как высокие колебания температуры, высокие пылевые нагрузки, высокое механическое воздействие от тепловых расширений и многие другие. В US2010/0103256 A1 описан способ распознавания признаков поверхности металлургических изделий. При этом способе применяются оптоэлектронные сенсоры, и для лучшей регистрации трехмерных топографий применяется стереотехнология, то есть две камеры.

Кратное содержание изобретения

Задача настоящего изобретения заключается, таким образом, в том, чтобы предоставить надежную идентификацию оборудования в металлургической промышленной установке, нечувствительную к жестким окружающим условиям.

Задача решается с помощью трехмерной идентификационной метки, в частности перфорированной пластины или пластины, снабженной трехмерным рисунком, и с помощью приемного устройства, которое предназначено для регистрации оборудования, имеющего трехмерную идентификационную метку.

Блок аналитической обработки служит для того, чтобы по зарегистрированному оборудованию, имеющему трехмерную идентификационную метку, однозначно идентифицировалось данное оборудование. Эта трехмерная идентификационная метка может быть бинарно кодированной, например, когда пластина разделена на несколько участков, и отдельные участки либо имеют определенный трехмерный рисунок, что всегда соответствует бинарной единице, либо данный участок не имеет рисунка, то есть является гладким, что представляет собой бинарный ноль. Конечно, возможно также, чтобы каждый участок мог иметь несколько различных рисунков. Трехмерная идентификационная метка может представлять собой трехмерную выпуклость или углубление, как, например, буквы, арабские или римские цифры или иные шрифтовые знаки, как, например, китайские, японские или корейские шрифтовые знаки. Трехмерная идентификационная метка в виде букв, цифр или печатных знаков имеет, прежде всего, то преимущество, что они могут быстро регистрироваться и опознаваться людьми, без этапа перерасчета, как это происходит в случае бинарного рисунка. Приемное устройство может регистрировать оборудование, имеющее трехмерную идентификационную метку, как так называемый объект. Последующий блок аналитической обработки может затем аналитически обрабатывать этот объект и распознавать трехмерную идентификационную метку, и по этой трехмерной идентификационной метке однозначно опознавать оборудование. Благодаря применению Time of Flight (англ. времяпролетная) (TOF)-камеры, имеющей Photonic Mixing Device (англ. фотонное смешивающее устройство) (PMD)-сенсор, в качестве приемного устройства, оборудование может также регистрироваться и тогда, когда оно подвержено или было подвержено действию высоких температур. Далее, регистрация возможна всегда, независимо от температуры оборудования, то есть при низких, а также при высоких температурах. То есть трехмерная идентификационная метка выполняется также так, что она очень устойчива к ударам и нечувствительна к пылевым отложениям. Инсталляция такого приемного устройства очень проста. Трехмерная идентификационная метка должна наноситься на оборудование в области, доступной для регистрации приемным устройством. Блок аналитической обработки выдает сообщение об ошибке, когда трехмерная идентификационная метка на оборудовании не распознается. Блок аналитической обработки может интегрироваться в вышестоящую систему автоматизации или, соответственно, управления.

Приемное устройство представляет собой Time of Flight (TOF)-камеру, имеющую Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор. PMD-сенсор способен точно регистрировать оборудование и трехмерную идентификационную метку в пространственных измерениях. TOF-камера, имеющая PMD-сенсор, очень устойчива, не подлежит износу и проста в техническом обслуживании. Особый принцип действия TOF-камеры, имеющей PMD-сенсор, обеспечивает надежную регистрацию трехмерной идентификационной метки даже в темноте или при попадании внешнего светового излучения, например, при попадании солнечного излучения. Применительно к этому изобретению под оборудованием следует понимать предпочтительно металлургическую емкость или транспортировочное средство в металлургических промышленных установках для транспортировки сырья, промежуточных продуктов или конечных продуктов металлургической промышленной установки.

Один из предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что приемное устройство размещено в защитном корпусе. В металлургических промышленных установках действуют очень жесткие условия с переменными температурами и высокой пылевой нагрузкой. Благодаря защитному корпусу для системы трехмерной камеры обеспечена уверенная и бесперебойная работа по идентификации оборудования.

Одним из предпочтительных вариантов осуществления является, что блок аналитической обработки предназначен для того, чтобы иметь возможность распознавать препятствия или опасности, в частности предметы, людей в опасной области или отсутствующие подключения питающих линий. Блок аналитической обработки должен быть выполнен так, чтобы можно было аналитически обрабатывать принятые приемным устройством снимки применительно к препятствиям или опасностям. Благодаря применению Time of Flight (TOF)-камеры, имеющей Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор, для каждого пикселя имеются данные расстояния. Это позволяет создать блок аналитической обработки таким образом, чтобы, например, распознавать людей, которые находятся в определенной опасной области, и подавать сигнал тревоги или иным образом информировать оператора установки. В случае, когда между приемным устройством и трехмерной идентификационной меткой пребывает человек или другой препятствие, это может тоже сообщаться оператору установки. В этом случае идентификация оборудования откладывается до тех пор, пока человек или препятствие не будет снова удалено или оператор установки не задаст другой образ действий.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что блок аналитической обработки предназначен для того, чтобы распознавать, в каком положении пребывает оборудование в металлургической промышленной установке. На сталеплавильном заводе оборудование, такое как, например, ковши, бадьи для шлака или желоба для скрапа, наполняются жидким или твердым материалом. Когда, например, жидкая сталь опрокидывается в ковши, очень важно, чтобы ковш находился в правильном месте, так иначе жидкая сталь опрокинется мимо. С помощью описанного устройства предпочтительным образом, наряду с идентификацией оборудования, может также одновременно распознаваться, пребывает ли оборудование в предопределенном положении, прежде чем запустится следующий рабочий этап. С помощью приемного устройства и блока аналитической обработки может распознаваться и регистрироваться точное положение установки, например, ковша. Это особенно необходимо при автоматических движениях крана, когда он полностью автоматизированным образом должен забирать ранее поставленный ковш крановым крюком. Благодаря знанию места установки приемного устройства в металлургических промышленных установках положение установки может передаваться вышестоящей системе автоматизации или, соответственно, управления и, например, осуществляться автоматическое управление краном. Тогда забор емкости краном, при помощи приемного устройства и блока аналитической обработки, может осуществляться автоматически.

Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что устройство аналитической обработки имеет триггерный вход, и этот триггерный вход соединен с триггерным блоком. Триггерный блок посылает сигнал на триггерный вход устройства аналитической обработки. С помощью этого сигнала запускается или останавливается процесс аналитической обработки или идентификации. Триггерный блок может представлять собой световой затвор, сенсор приближения или иной выключатель. Триггерный блок распознает, что приближается оборудование, и при этом запускает процесс аналитической обработки или идентификации. Это имеет то преимущество, что устройство не должно быть активно постоянно, благодаря чему могут снижаться энергия, вычислительная и запоминающая мощность. Кроме того, это триггерное устройство служит также для контроля достоверности и для минимизации ошибок, так как триггерное устройство уже производит предварительный отбор, может ли идти речь о подлежащем идентификации оборудовании.

Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что блок аналитической обработки предназначен для того, чтобы распознавать тип оборудования, при этом блок аналитической обработки соединен с памятью и может считывать данные об этом типе оборудования из памяти. Эти данные представляют собой, в частности, геометрические данные оборудования и/или трехмерной идентификационной метки, например:

- точное место, в котором - у этого определенного типа оборудования - нанесена трехмерная идентификационная метка;

- размеры и/или форма трехмерной идентификационной метки и/или оборудования;

- ориентация трехмерной идентификационной метки относительно системы отсчета оборудования и/или

- ориентация этой системы отсчета оборудования и/или трехмерной идентификационной метки относительно системы отсчета приемного устройства.

При аналитической обработке оказалось, что приобщение таких данных оборудования и/или трехмерной идентификационной метки способствуют лучшим результатам при идентификации трехмерной идентификационной метки. Приемное устройство снимает трехмерную информацию, которая обрабатывается в устройстве аналитической обработки. Когда, например, трехмерная идентификационная метка нанесена под определенным углом, эта информация может использоваться для того, чтобы вращать трехмерную идентификационную метку посредством матриц поворота для аналитической обработки. При этом может осуществляться улучшенная аналитическая обработка. Когда идентификационная метка нанесена на искривленном основании, эта информация используется для того, чтобы компенсировать эту кривизну, чтобы получить плоскую плоскость отсчета. Положение приемного устройства имеет также решающее значение, когда, например, приемное устройство смонтировано на определенной высоте, будучи наклонено вниз. Тогда эта информация тоже приобщается к аналитической обработке для получения плоских плоскостей отсчета.

Поставленная изобретением задача решается с помощью вышеназванного способа.

Оборудование, имеющее трехмерную идентификационную метку, в частности перфорированную пластину или пластину, снабженную трехмерными рисунками, регистрируется с помощью приемного устройства, которое представляет собой Time of Flight (TOF)-камеру, имеющую Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор. Опознание трехмерной идентификационной метки и оборудование сохранено в блоке аналитической обработки или может считываться блоком аналитической обработки из внешней памяти. С помощью блока аналитической обработки распознается трехмерная идентификационная метка. Блок аналитической обработки по трехмерной идентификационной метке определяет оборудование.

Этим способом можно распознавать оборудование в любое время, независимо от возможных температур. Трехмерная идентификационная метка очень устойчива к жестким условиям в металлургической промышленной установке. Эта трехмерная идентификационная метка нечувствительна к ударам, колебаниям температуры и пыли. Приемное устройство может инсталлироваться независимо от возможных трехмерных идентификационных меток. Например, возможно, чтобы идентификационные метки изменялись в течение времени. Тогда эти измененные трехмерные идентификационные метки должны только сохраняться в блоке аналитической обработки и соответственно присваиваться оборудованию. Комбинация трехмерной идентификационной метки, трехмерной системы камеры и блока аналитической обработки создает возможность надежной идентификации оборудования, независимо от условий света, температуры и возможного движения оборудования.

Нет необходимости также учитывать, чтобы трехмерные идентификационные метки наносились по возможности в местах с низким или высоким тепловым излучением.

Один из предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что приемное устройство регистрирует оборудование, и блок аналитической обработки непосредственно определяет тип оборудования. При этом под типом понимается, идет ли речь, например, о ковше, чаше для шлака, промковше или совке для скрапа. Это имеет то преимущество, что всегда можно проверить, совпадают ли оборудование, определенное по зарегистрированной трехмерной идентификационной метке, и распознанный тип. Если заложенный в блоке аналитической обработки тип, который получается при данной зарегистрированной трехмерной идентификационной метке, не совпадает с распознанным типом, подается сообщение об ошибке.

Один из особых вариантов осуществления изобретения предусматривает, что по этому типу из памяти считываются данные, в частности о точном положении трехмерной идентификационной метки, при этом блок аналитической обработки приобщает эти данные к идентификации трехмерной идентификационной метки. Этот вариант имеет такие же преимущества, которые уже пояснялись в связи с устройством, точно так же приобщаются предпочтительно данные, описанные в связи с устройством. Когда трехмерная идентификационная метка нанесена на искривленной поверхности, осуществляется компенсация, так что получается прямая плоскость отсчета. При наклонном расположении трехмерной идентификационной метки посредством матриц поворота осуществляется вращение в предпочтительную для идентификации плоскость отсчета. Опыты показали, что при создании плоской/прямой плоскости отсчета могут достигаться очень надежные результаты. Поэтому этот способ особенно устойчив к загрязнениям, и обеспечено надежное распознавание трехмерной идентификационной метки.

Особенно предпочтительным оказалось, когда с помощью блока аналитической обработки распознаются препятствия или опасности, в частности предметы, люди или отсутствующие подключения питающих линий, которые находятся в определенной опасной области. Этот вариант осуществления создает возможность подачи сигнала тревоги, когда распознается опасность. Кроме того, оператору установки может сообщаться, когда, например, между приемным устройством и оборудованием распознается препятствие.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что блок аналитической обработки распознает, в каком положении пребывает оборудование в металлургической промышленной установке. Это особенно предпочтительно тогда, когда, например, из конвертера в оборудование, например сталеразливочный ковш, заливается жидкая сталь. Для этого важно, чтобы оборудование было размещено в правильном положении, чтобы жидкая сталь лилась в сталеразливочный ковш, а не мимо. Тогда приемное устройство, наряду с идентификацией оборудования, применяется также для распознавания положения. Как уже пояснено в связи с устройством, этот вариант осуществления очень предпочтителен также для автоматизированного забора оборудования краном.

В другом целесообразном варианте осуществления устройство аналитической обработки имеет триггерный вход. Триггерный блок передает на этот триггерный вход сигнал, по которому запускается или заканчивается идентификация оборудования. Это имеет то преимущество, что устройство не должно быть активно постоянно, благодаря чему могут снижаться энергия, вычислительная и запоминающая мощность. Кроме того, это триггерное устройство служит также для контроля достоверности и для минимизации ошибок. Триггерный блок выполнен так, что распознается оборудование, которое приближается к приемному устройству.

Другой предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что с помощью соответственно размещенной трехмерной системы камеры и блока аналитической обработки непосредственно распознается состояние загрузки оборудования. Может, например, распознаваться, наполнено ли оборудование частично, является ли пустым или полным. Затем эта информация может сравниваться с информацией, заложенной в блоке аналитической обработки. Если сравнение зарегистрированного состояния загрузки и состояния загрузки, заложенного в блоке аналитической обработки, не совпадают, может тоже подаваться сообщение об ошибке. Этот вариант осуществления улучшает надежность идентификации оборудования по сравнению с другими известными методами.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и признаки настоящего изобретения вытекают из последующего описания не ограничивающих примеров осуществления, при этом делается ссылка на следующие фигуры, на которых показано следующее:

фиг.1: показано схематичное изображение предлагаемого изобретением устройства для идентификации оборудования;

фиг.2a-2f: показаны возможные варианты осуществления трехмерных идентификационных меток;

фиг.3: показано схематичное изображение предпочтительного предлагаемого изобретением устройства для идентификации оборудования.

Описание вариантов осуществления

На фиг.1 схематично изображены компоненты предлагаемого изобретением устройства для идентификации оборудования. Приемное устройство 1 регистрирует оборудование 13, которое имеет трехмерную идентификационную метку 10. Зарегистрированные приемным устройством 1 объекты передаются в блок аналитической обработки, который распознает трехмерную идентификационную метку на зарегистрированных объектах и после этого по трехмерной идентификационной метке может определять оборудование. Кроме того, блок аналитической обработки в одном из предпочтительных вариантов осуществления может также идентифицировать вид зарегистрированного оборудования. С помощью такого приемного устройства 1 может распознаваться, идет ли речь о ковше, бадье для шлака, желобе для скрапа или тому подобном. Можно также распознавать, загружено ли или не загружено данное оборудование 13. Затем вся информация, которая находится блоком 2 аналитической обработки, может передаваться вышестоящей системе 2 управления. Система 3 управления запоминает и/или передает данную информацию внутри и/или вне металлургической промышленной установки.

На фиг.2a-2f изображены самые разные формы трехмерных идентификационных меток 10. На фиг.2a трехмерная идентификационная метка 10 имеет сверления. Трехмерная идентификационная метка 10 разделена на шесть разных участков 11. Кодирование, как изображено на фиг.2a, может осуществляться бинарно, при этом сверление соответствует логической единице, а отсутствие сверления логическому нолю. На фиг.2a все шесть участков снабжены сверлениями, при этом при шести битах получается число 63. На фиг.2b в участке 11 нет сверления. Участок 11 представляет собой бит, имеющий наивысшее значение, поэтому при незаполнении этого имеющего наивысшее значение бита получается число 31. На фиг.2c и фиг.2d из пластины выступают цилиндрические элементы, что соответствует логической единице. Если цилиндрические элементы не выступают, отображается логический ноль. Кодирование может осуществляться аналогично тому, как описано на фиг.2a. На фиг.2e и фиг.2f трехмерная идентификационная метка выполняется таким образом, что используются знаки, в конкретном случае римские цифры. Но можно также использовать арабские цифры или просто другие трехмерные рисунки. Тогда эти цифры или рисунки соответственно опознаются в блоке аналитической обработки, чтобы можно было опознать оборудование. На фиг.3, наряду с компонентами с фиг.1, изображена также память 4. В этой памяти 4 заложены, в том числе, геометрические данные о положении трехмерной идентификационной метки 10. Эти данные создают возможность еще более надежной идентификации оборудования 2 блоком 2 аналитической обработки. Когда трехмерная идентификационная метка расположена на оборудовании на искривленной поверхности или под определенным углом, аналитическая обработка может осуществляться еще надежнее, когда создается прямая поверхность отсчета или искривленная поверхность компенсируется. Кроме того, блок 2 аналитической обработки имеет триггерный вход 6, который соединен с триггерным блоком 5. Триггерный блок 5 может представлять собой сенсор приближения, световой затвор, сенсор температуры или тому подобное. Триггерный блок 5 должен служить для того, чтобы он распознавал, приближается ли оборудование к приемному устройству 1. Подлежащее идентификации оборудование 13 может иметь различные свойства, такие как, например, большой размер желобов для скрапа или высокую температуру при транспортировке жидкого металла. В зависимости от того, какое оборудование должно идентифицироваться, может выбираться подходящий триггерный блок 5.

Хотя изобретение было подробнее проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительных примерах осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалистом могут выводиться из него другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Приемное устройство

2 Блок аналитической обработки

3 Система управления

4 Память

5 Триггерный блок

6 Триггерный вход

10 Трехмерная идентификационная метка

11 Участок

13 Оборудование

Изобретение относится к области металлургических промышленных установок. Оборудование имеет трехмерную идентификационную метку (10), в частности перфорированную пластину или пластину, снабженную трехмерными рисунками. Приемное устройство (1) представляет собой Time of Flight (TOF)-камеру, имеющую Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор, которая регистрирует оборудование (13), имеющее трехмерную идентификационную метку (10), и блок (2) аналитической обработки идентифицирует оборудование по зарегистрированной трехмерной идентификационной метке (10). Изобретение обеспечивает надежную идентификацию оборудования в металлургической промышленной установке, нечувствительную к жестким окружающим условиям. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для идентификации оборудования (13), в частности металлургических емкостей, в металлургической промышленной установке, включающее в себя нанесенную на оборудовании (13) идентификационную метку, приемное устройство и блок аналитической обработки, который по идентификационной метке распознает оборудование (13), идентификационная метка представляет собой трехмерную идентификационную метку (10), в частности перфорированную пластину или пластину, снабженную трехмерными рисунками, отличающееся тем, что

- приемное устройство (1) представляет собой Time of Flight (TOF)-камеру, имеющую Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор, которая регистрирует оборудование (13), имеющее трехмерную идентификационную метку (10);

- блок (2) аналитической обработки, который предназначен для того, чтобы по зарегистрированному оборудованию (13), имеющему трехмерную идентификационную метку (10), однозначно идентифицировать данное оборудование.

2. Устройство для идентификации оборудования по п. 1, отличающееся тем, что приемное устройство (1) размещено в защитном корпусе.

3. Устройство для идентификации оборудования по п. 1 или 2, отличающееся тем, что блок (2) аналитической обработки предназначен для того, чтобы можно было распознавать препятствия или опасности, в частности предметы, людей в определенной опасной области или отсутствующие подключения питающих линий.

4. Устройство для идентификации оборудования по пп. 1-3, отличающееся тем, что блок (2) аналитической обработки предназначен для того, чтобы определять положение оборудования в металлургической промышленной установке.

5. Устройство для идентификации оборудования по пп. 1-4, отличающееся тем, что устройство (2) аналитической обработки имеет внешний триггерный вход (6), и этот триггерный вход (6) соединен с триггерным блоком (5), который предназначен для того, чтобы распознавать оборудование.

6. Устройство для идентификации оборудования по пп. 1-5, отличающееся тем, что блок (2) аналитической обработки предназначен для того, чтобы распознавать тип оборудования (13), и блок аналитической обработки соединен с памятью (4), чтобы считывать из нее данные об этом типе.

7. Способ идентификации оборудования, в частности металлургических емкостей, в металлургической промышленной установке, оборудование (13) имеет трехмерную идентификационную метку (10), в частности перфорированную пластину или пластину, снабженную трехмерными рисунками, отличающийся тем, что

- оборудование (13), имеющее трехмерную идентификационную метку (10), регистрируется приемным устройством (1), которое представляет собой Time of Flight (TOF)-камеру, имеющую Photonic Mixing Device (PMD)-сенсор,

- присвоение трехмерной идентификационной метки (10) и оборудования сохранено (13) в блоке (2) аналитической обработки или памяти (4);

- с помощью блока (2) аналитической обработки распознается трехмерная идентификационная метка (10);

- блок (2) аналитической обработки по трехмерной идентификационной метке (10) идентифицирует оборудование (13).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что с помощью приемного устройства (1) регистрируется оборудование, и блок (2) аналитической обработки непосредственно определяет тип этого оборудования (13).

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что по этому типу из памяти (4) считываются данные, в частности, данные о точном положении трехмерной идентификационной метки (10), при этом блок (2) аналитической обработки приобщает эти данные к идентификации трехмерной идентификационной метки (10).

10. Способ по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что с помощью блока (2) аналитической обработки распознаются препятствия или опасности, в частности предметы, люди или отсутствующие подключения питающих линий, которые находятся в определенной опасной области.

11. Способ по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что блок (2) аналитической обработки распознает, в каком положении пребывает оборудование (13) в металлургической промышленной установке.

12. Способ по любому из пп. 7-11, отличающийся тем, что блоку аналитической обработки через внешний триггерный вход (6) передается сигнал от триггерного блока (5), и тем самым запускается или заканчивается идентификация оборудования.

13. Способ по любому из пп. 7-12, отличающийся тем, что приемным устройством (1) и блоком (2) аналитической обработки непосредственно регистрируется состояние загрузки оборудования (13).