Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу определения трехмерной (3D) информации о металлургическом сосуде и выявления его модификации. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу определения реконструкции поверхности металлургического сосуда, а также к выявлению его модификации, например, износа огнеупорного материала такого сосуда после определенного периода эксплуатации.
Уровень техники
Металлургический сосуд обычно содержит огнеупорную футеровку внутри стального кожуха. Огнеупорная футеровка выполняет функцию теплоизоляции, и она защищает стальной кожух, например, во время обработки и транспортировки горячего расплавленного металла внутри металлургического сосуда. На стадии обработки или транспортировки огнеупорная футеровка обычно изнашивается. Этот износ приводит к модификации поверхности огнеупорной футеровки во внутреннем пространстве (внутри) металлургического сосуда. Системы измерения износа огнеупорной футеровки раскрыты в документе EP 2558816 B1, где для получения контура футеровки используется лазерный сканер. Система измерений, использующая стерео-матричную камеру на манипуляторе, раскрыта в документе WO 03/081157 A1.
Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что получение 3D-информации, такой как реконструкция поверхности (в частности, внутренней) металлургического сосуда, представляется весьма желательным. В общем, такая 3D-информация о металлургическом сосуде может оказаться полезной во многих сферах применения, например, для выявления износа или при определении остаточной толщины стенок и т.д. Эти значения важны для обеспечения безопасности использования металлургического сосуда. Для достоверного выявления отклонений, например, по причинам безопасности, к примеру, с целью предотвращения разрывов на основании полученной 3D-информации эта 3D-информация должна характеризоваться высокой точностью и воспроизводимостью. Лазерные сканеры, соответственно, не могут обеспечить такую высокую точность за сопоставимое время, так как при использовании таких сканеров должны быть последовательно замерены все точки, что приводит к продлению времени измерения при увеличении количества точек замера. Настоящее изобретение обеспечивает воспроизводимое и быстрое выявление сверхбольшого количества точек замера. В частности, настоящее изобретение позволяет получать 3D-информацию о большой площади внутреннего пространства (или даже обо всем внутреннем пространстве) металлургического сосуда с высокой точностью и за короткий период времени.
Раскрытие изобретения
Следовательно, одна из целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему и способ определения 3D-информации о металлургическом сосуде или выявления его модификации, причем может быть обеспечена возможность многократного получения 3D-информации или данных о модификации в течение короткого периода времени, и при этом 3D-информация или данные о модификации обладают высокой точностью. В соответствии с одной из дополнительных целей 3D-информация или данные о модификации могут содержать большое количество точек измерения. Одна из дополнительных целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить систему и способ, обеспечивающие возможность определения признаков, влияющих на безопасность при использовании металлургического сосуда.
Указанная цель достигается с помощью способа определения 3D-информации о внутренней части металлургического сосуда по п. 1 формулы изобретения.
Указанная цель достигается с помощью способа определения модификации 3D-информации о внутренней части металлургического сосуда по п. 2 формулы изобретения.
Указанная цель достигается с помощью системы формирования изображений для выявления модификации 3D-информации о внутренней части металлургического сосуда по п. 9 формулы изобретения.
Указанная цель достигается с помощью устройства обработки данных для определения 3D-информации о внутренней части металлургического сосуда по п. 12 формулы изобретения.
Указанная цель достигается с помощью устройства обработки данных для выявления модификации внутренней части металлургического сосуда по п. 13 формулы изобретения.
Указанная цель достигается с помощью системы для выявления модификации внутренней части металлургического сосуда или определения 3D-информации о внутренней части металлургического сосуда по п. 14 формулы изобретения.
Основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить получение, по меньшей мере, двух оптических изображений металлургического сосуда с устройств формирования изображений, располагающихся в разных положениях за пределами металлургического сосуда, и рассчитать 3D-информацию или модификацию металлургического сосуда.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью способа определения 3D-информации, в частности, облака точек, или 3D-реконструкции поверхности, или 3D-объекта внутренней части металлургического сосуда, предусматривающего выполнение следующих стадий:
подготовку металлургического сосуда;
захват первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси с помощью первого устройства формирования изображений;
захват второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси с помощью второго устройства формирования изображений;
расчет 3D-информации, такой как облако точек, или 3D-реконструкция поверхности, или 3D-объект в отношении, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда, по меньшей мере, по первому оптическому изображению и второму оптическому изображению;
при этом первое оптическое изображение захватывается из неподвижного положения первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью, а второе оптическое изображение захватывается из неподвижного положения второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью; и
в необязательном варианте: сохранение 3D-информации, по меньшей мере, об одной внутренней части металлургического сосуда.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью способа выявления модификации внутренней части металлургического сосуда, предусматривающего выполнение следующих стадий:
подготовку металлургического сосуда;
захват первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси с помощью первого устройства формирования изображений;
захват второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси с помощью второго устройства формирования изображений;
расчет 3D-информации, такой как облако точек, или 3D-реконструкция поверхности, или 3D-объект в отношении, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда, по меньшей мере, по первому оптическому изображению и второму оптическому изображению;
выявление модификации, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда путем сравнения рассчитанной 3D-информации с ранее сохраненной 3D-информацией о металлургическом сосуде;
при этом первое оптическое изображение захватывается из неподвижного положения первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью, а второе оптическое изображение захватывается из неподвижного положения второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью; и
в необязательном варианте: генерирование выходных данных на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда.
В третьем варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью системы формирования изображений для выявления модификации или определения 3D-информации, в частности, облака точек, или 3D-реконструкции поверхности, или 3D-объекта внутренней части металлургического сосуда, содержащей:
первое устройство формирования изображений для захвата первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси;
второе устройство формирования изображений для захвата второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений по второй оптической оси; и
устройство обмена данными, соединенное с первым устройством формирования изображений и вторым устройством формирования изображений, причем устройство обмена данными запрограммировано на выполнение следующих действий:
приема первого оптического изображения с первого устройства формирования изображений;
приема второго оптического изображения со второго устройства формирования изображений;
передачи первого оптического изображения предпочтительно на устройство обработки данных согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;
передачи второго оптического изображения предпочтительно на устройство обработки данных согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения; и
в необязательном варианте: приема выходных данных на основании выявленной модификации или 3D-информации, предпочтительно полученной от устройства обработки данных;
при этом:
первое устройство формирования изображений для захвата первого оптического изображения установлено в неподвижном положении первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью; а
второе устройство формирования изображений для захвата второго оптического изображения установлено в неподвижном положении второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью.
В четвертом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью устройства обработки данных для определения 3D-информации, в частности, облака точек, или 3D-реконструкции поверхности, или 3D-объекта внутренней части металлургического сосуда (50), которое запрограммировано на выполнение следующих действий:
приема первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
приема второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
расчета 3D-информации, такой как облако точек, или 3D-реконструкция поверхности, или 3D-объект в отношении, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда, по меньшей мере, по полученному первому оптическому изображению и полученному второму оптическому изображению; и
в необязательном варианте: передачи 3D-информации, по меньшей мере, об одной внутренней части металлургического сосуда предпочтительно на устройство обмена данными системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, причем эта 3D-информация включает в себя облако точек, или 3D-реконструкцию поверхности, или 3D-объект.
В пятом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью устройства обработки данных для выявления модификации внутренней части металлургического сосуда, которое запрограммировано на выполнение следующих действий:
приема первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
приема второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
расчета 3D-информации, такой как облако точек, или 3D-реконструкция поверхности, или 3D-объект в отношении, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда, по меньшей мере, по полученному первому оптическому изображению и полученному второму оптическому изображению;
выявление модификации, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда путем сравнения рассчитанной 3D-информации с ранее сохраненной 3D-информацией о металлургическом сосуде; и
в необязательном варианте: передачи выходных данных на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда предпочтительно на устройство обмена данными системы формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
В шестом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью системы выявления модификации 3D-информации, в частности, облака точек, или 3D-реконструкции поверхности, или 3D-объекта внутренней части металлургического сосуда, содержащей:
систему формирования изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, соединенную с устройством обработки данных согласно четвертому или пятому варианту осуществления настоящего изобретения;
при этом устройство обмена данными системы формирования изображений запрограммировано на выполнение следующих действий:
передачи первого оптического изображения на устройство обработки данных;
передачи второго оптического изображения на устройство обработки данных; и
приема 3D-информации или выходных данных на основании выявленной модификации из устройства обработки данных;
при этом устройство обработки данных запрограммировано на выполнение следующих действий:
приема первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из устройства обмена данными системы формирования изображений;
приема второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из устройства обмена данными системы формирования изображений; и
передачи рассчитанной 3D-информации или выходных данных на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда на устройство обмена данными системы формирования изображений.
В альтернативном шестом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью системы определения 3D-информации, в частности, облака точек, или 3D-реконструкции поверхности, или 3D-объекта внутренней части металлургического сосуда, содержащей:
первое устройство формирования изображений для захвата первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси;
второе устройство формирования изображений для захвата второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси; и
устройство обработки данных согласно настоящему изобретению;
при этом:
прием первого оптического изображения осуществляется путем приема первого оптического изображения с первого устройства формирования изображений; а
прием второго оптического изображения осуществляется путем приема второго оптического изображения со второго устройства формирования изображений.
В альтернативном седьмом варианте осуществления настоящего изобретения указанная цель достигается с помощью системы выявления модификации внутренней части металлургического сосуда, содержащей:
первое устройство формирования изображений для захвата первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси;
второе устройство формирования изображений для захвата второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси; и
устройство обработки данных согласно настоящему изобретению;
при этом:
прием первого оптического изображения осуществляется путем приема первого оптического изображения с первого устройства формирования изображений; а
прием второго оптического изображения осуществляется путем приема второго оптического изображения со второго устройства формирования изображений.
В первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения на первой стадии осуществляется подготовка металлургического сосуда. Металлургический сосуд предпочтительно представляет собой одно из следующих устройств: сталеразливочный ковш, основную кислородную печь, дуговую сталеплавильную печь, аргоно-кислородный конвертер (с аргоно-кислородным обезуглероживанием). Последующие стадии предпочтительно представляют собой компьютеризированные стадии, вследствие чего эти стадии могут запускаться или выполняться с помощью программного кода, реализованного в компьютере.
Захват первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси осуществляется первым устройством формирования изображений, например, первой цифровой камерой. Захват второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси осуществляется вторым устройством формирования изображений, например, второй цифровой камерой.
Под захватом следует понимать инициирование построения оптического изображения устройством формирования изображений. Захват может осуществляться путем передачи сигнальной команды на устройство формирования изображений для инициации захвата оптического изображения с последующим приемом оптического изображения компьютером, например, приемом таких оптических изображений устройством обработки данных согласно третьему или четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Захват может также осуществляться путем выбора определенного оптического изображения из потока (например, постоянного) оптических изображений, генерируемого устройством формирования изображений, таким как видеокамера, и последующего приема оптического изображения компьютером, например, приема таких оптических изображений устройством обработки данных согласно третьему или четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Под устройством формирования изображений следует понимать электронное устройство для получения оптически различимых точек, обычно содержащее оптическую систему (такую как объектив), датчик (например, датчик на основе ПЗС (приборов с зарядовой связью) или датчик на структуре КМОП (комплементарном металл-оксидном полупроводнике)) и электронную цепь. В предпочтительном варианте устройства формирования изображений (такие как первое и второе устройства формирования изображений) представляют собой цифровые камеры.
В предпочтительном варианте устройства формирования изображений (такие как первое и второе устройства формирования изображений) располагаются за пределами металлургического сосуда. Авторы настоящего изобретения установили, что размещение устройств формирования изображений за пределами металлургического сосуда обеспечивает некоторые преимущества, например, увеличение угла обзора, что позволяет построить изображение большего участка поверхности, а также, соответственно, захватить большую площадь этой поверхности, где 3D-информация или модификация может определяться каждым используемым устройством формирования изображений. Кроме того, размещение устройств формирования изображений за пределами металлургического сосуда обеспечивает существенное продление срока службы устройства формирования изображений, так как агрессивная среда внутри металлургического сосуда часто требует замены объектива или электроники камеры вследствие повреждения этих элементов, даже в том случае, если устройство формирования изображений активно охлаждается.
Трехмерная информация может содержать облако точек, 3D-реконструкцию поверхности или 3D-объект.
В предпочтительном варианте 3D-информация содержит облако точек. Облако точек (или трехмерное (3D) облако точек) предпочтительно содержит набор 3D-координат точек, относящихся к соответствующей поверхности, т.е. точек Pi = Pi (xi, yi, zi), где i = 1…n. Такое облако точек может иметь форму таблицы (например, со значениями в колонках для каждого ряда точек: i, xi, yi, zi). В предпочтительном варианте 3D-информация содержит, по меньшей мере, набор из одного миллиона записей; а в более предпочтительном варианте – по меньшей мере, из пяти миллионов записей; как, например, облако точек, содержащее, по меньшей мере, один миллион 3D-координат точек соответствующей поверхности (n ≥ 1000000); а в более предпочтительном варианте - по меньшей мере, пять миллионов 3D-координат точек соответствующей поверхности (n ≥ 5000000).
В предпочтительном варианте 3D-информация содержит 3D-реконструкцию поверхности. Трехмерная реконструкция поверхности может содержать полигональную сетку, соединяющую набор 3D-координат точек соответствующей поверхности (т.е. точек в облаке точек).
В предпочтительном варианте 3D-информация содержит 3D-объект. Трехмерный объект может содержать 3D-реконструкцию замкнутой поверхности.
Расчет трехмерного облака точек, по меньшей мере, одной внутренней части металлургического сосуда, по меньшей мере, по первому оптическому изображению и второму оптическому изображению определяет набор 3D-координат точек поверхности внутренней части металлургического сосуда. Этот расчет может быть выполнен с использованием самых современных методов, например, таких как стерео сопоставление или использование многоракурсного стерео-алгоритма с многоракурсным сопоставлением. В общем, информация о глубине может быть рассчитана методом триангуляции между соответствующими точками изображения в разных изображениях. Расчет 3D-реконструкции поверхности или 3D-объекта может быть выполнен с использованием, например, координат точек в облаке точек и с наложением сетки на эти точки.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения 3D-информация, по меньшей мере, об одной внутренней части металлургического сосуда может быть предпочтительно сохранена на удаленном (сетевом) накопителе в виде структуры данных, такой как машиночитаемый файл на машиночитаемом носителе данных (в памяти, или на локальном или удаленном диске, или на ином устройстве подобного рода). Трехмерная информация может дополнительно содержать иные значения, например, величину интенсивности, цветовой код, включающий в себя цвет определенного пикселя, или код материала, включающий в себя информацию о материале (например, какой материал детектируется в определенной точке Pi с индексом i, например, металл или огнеупорный материал). Сохраненная 3D-информация может храниться для последующей оценки, например, для сравнения во втором варианте осуществления настоящего изобретения. Сохраненная 3D-информация может представлять собой облако точек, или 3D-реконструкцию поверхности, или 3D-объект с временным шагом t = t0. В случае облака точек она может отображаться в виде точек Pi (t) = Pi (xi, yi, zi) с временным шагом t = t0.
Во втором и пятом вариантах осуществления настоящего изобретении выявление модификации металлургического сосуда путем сравнения рассчитанной 3D-информации (например, фактически рассчитанная 3D-информация может содержать облако точек Pi (t1) = Pi (xi, yi, zi) с временным шагом t = t1) с ранее сохраненной 3D-информацией (например, Pi (t0) с временным шагом t = t0) о металлургическом сосуде может осуществляться путем генерирования карты смещения ранее сохраненной 3D-информации относительно фактически рассчитанной 3D-информации (например, Pi (t1) - Pi (t0)). В случае если 3D-облака точек с разным временным шагом (Pi (t1) и Pi (t0)) не содержат одни и те же значения xi, yi, zi, то при сравнении используется интерполяция или усредненные значения с учетом информации по ближайшим соседним точкам. Кроме того, сравнение может выполняться между 3D-информацией в виде 3D-реконструкции поверхности или 3D-объекта (с временным шагом t = t1) и ранее сохраненной 3D-информацией в виде 3D-реконструкции поверхности или 3D-объекта (с временным шагом t = t0). Выявленная разница (например, Pi (t1) - Pi (t0), или с учетом информации по ближайшим соседним точкам, или по 3D-реконструкции поверхности или 3D-объекту), может показывать величину износа между огнеупорной футеровкой, или же она может также показывать любое засорение, например, металлом, прилипшим к огнеупорной футеровке.
Генерирование выходных данных на основании выявленной модификации металлургического сосуда может быть инициировано определенным сигналом (например, предупредительным сигналом), сигнализирующим о модификации, или посредством любого другого сигнала, например, используемого для запуска конкретной операции. Выходные данные могут быть использованы, например, для инициирования ремонта футеровки в конкретной части сосуда. Кроме того, выходные данные могут быть использованы для инициирования действия кислородного копья, выжигающего налипший металл, и т.п. Выходной сигнал может быть также сохранен для документирования стабильности технологического процесса или даже уровней безопасности технологического процесса.
Металлургический сосуд предпочтительно представляет собой одно из следующих устройств: сталеразливочный ковш, основную кислородную печь, дуговую сталеплавильную печь, аргоно-кислородный конвертер (с аргоно-кислородным обезуглероживанием).
В предпочтительном варианте информация о местном материале может быть установлена по разнице в спектрах испускания, дающих разные цвета или величины интенсивности в захваченных изображениях. Информация о материале предпочтительно содержит данные о положении огнеупорного материала, металлического материала или иного материала подобного рода. Информация о материале предпочтительно накладывается на выходное изображение. В предпочтительном варианте 3D-информация дополнительно содержит информацию о материале.
В предпочтительном варианте сгенерированные выходные данные содержат информацию о материале вместе с рассчитанной 3D-информацией. Выходные данные предпочтительно используются для генерирования аварийного сигнала. Такой аварийный сигнал может быть выдан, например, в случае достижения заданного целевого показателя, например, в случае превышения заданного порогового значения износа. В предпочтительном варианте сгенерированные выходные данные содержат информацию об износе вместе с рассчитанной 3D-информацией, такой как, например, цветокодированнная 3D-информация, выделяющая цветом величину износа (например, красным цветом - области с высокой степенью износа, а синим цветом - области с низким износом).
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, одна первая внутренняя часть металлургического сосуда в первом оптическом изображении и, по меньшей мере, одна вторая внутренняя часть металлургического сосуда во втором оптическом изображении перекрываются, причем область перекрытия относительно общего содержимого первого оптического изображения и второго оптического изображения предпочтительно составляет, по меньшей мере, 50%, а в более предпочтительном варианте - по меньшей мере, 70%.
В предпочтительном варианте стадии захвата оптических изображений, например, захвата первого оптического изображения и второго оптического изображения выполняются в течение 1000 миллисекунд, предпочтительно - в течение 500 миллисекунд, а в более предпочтительном варианте - в течение 250 миллисекунд, первым и вторым устройствами формирования изображений, работа которых синхронизирована. Первоначальные эксперименты показали, что это способствует уменьшению размытости изображений движущегося объекта, а также любой иной размытости, обусловленной разными тепловыми процессами (например, при охлаждении металлургического сосуда). Было установлено, что предпочтительным является, в частности, захват всех изображений сверхгорячих поверхностей в течение 500 миллисекунд, поскольку в противном случае марево вызовет помехи.
В предпочтительном варианте первое оптическое изображение захватывается из положения первого фиксированного (неподвижного) устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью, а второе оптическое изображение захватывается из положения второго фиксированного (неподвижного) устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью. В предпочтительном варианте первое устройство формирования изображений для захвата первого оптического изображения устанавливается в неподвижном положении первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью, а второе устройство формирования изображений для захвата второго оптического изображения устанавливается в неподвижном положении второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью. Неподвижность устройства формирования изображений и неподвижность оптической оси может быть обеспечена за счет установки оптических устройств формирования изображений в фиксированном положении, например, на жесткой раме, соединенной с полом. Под неподвижным положением устройства формирования изображений понимается положение устройства формирования изображений без возможности его смещения. Под неподвижной оптической осью понимается неподвижное фиксированное положение формирования изображения. Таким образом, предпочтительно, чтобы ни одно из устройств формирования изображений и ни одна из оптических осей не могла смещаться, как это происходит, например, когда оптическое устройство формирования изображений соединено с (подвижным) манипулятором или рукой робота. Таким образом, предпочтительно, чтобы ни одно из устройств формирования изображений (таких как первое устройство формирования изображений и второе устройство формирования изображений) не устанавливалось на подвижном манипуляторе или на подвижной руке робота. Неподвижность устройства формирования изображений и оптической оси обеспечивает преимущество плавной и высококачественной калибровки камеры (в том смысле, что положение устройства формирования изображений очень хорошо определяется по координатам x, y, z, а также по его оптической оси). Авторы настоящего изобретения установили, что такая высококачественная калибровка камеры предпочтительна для обеспечения высококачественной 3D-реконструкции металлургического сосуда.
В предпочтительном варианте захват первого оптического изображения осуществляется откалиброванным первым устройством формирования изображений, а захват второго оптического изображения осуществляется откалиброванным вторым устройством формирования изображений. В предпочтительном варианте все устройства формирования изображений калибруются перед захватом оптического изображения. Калибровка устройства формирования изображений выполняется в ходе процесса, называемого калибровкой камеры (иногда также называемого геометрической калибровкой камеры), во время которой определяются некоторые параметры устройства формирования изображений, такие как собственные параметры или несобственные параметры. Эти параметры могут отображаться, например, в матрице (например, в матрице камеры 3 x 4). Собственные параметры могут включать в себя фокусное расстояние, масштабные коэффициенты, главную точку, формат изображения, параметры дисторсии объектива и пр. Несобственные параметры включают в себя параметры, относящиеся к преобразованию системы координат из 3D-параметров визуализируемого трехмерного пространства («мировых координат») в 3D-координаты устройства формирования изображений. Эти параметры задают положение устройства формирования изображений и оптической оси (и зависят от него). Проведение калибровки возможно в отношении нефиксированного устройства формирования изображений. Авторы настоящего изобретения установили, что в случае использования неподвижного устройства формирования изображений калибровка дает улучшенные результаты, особенно в течение более длительного периода времени.
В предпочтительном варианте первое оптическое устройство формирования изображений устанавливается в неподвижном положении, предпочтительно на раме, соединенной с полом. В предпочтительном варианте второе оптическое устройство формирования изображений также устанавливается в неподвижном положении, предпочтительно на раме, соединенной с полом. Все устройства формирования изображений предпочтительно устанавливаются в неподвижном положении, предпочтительно на раме, соединенной с полом. В предпочтительном варианте система формирования изображений содержит раму.
В предпочтительном варианте первая оптическая ось и вторая оптическая ось задают направления, при этом угол (α) между этими направлениями составляет менее 20°, а предпочтительно - менее 10°. Первая оптическая ось и вторая оптическая ось могут представлять собой параллельные линии (задающие нулевой угол (α = 0°) между своими направлениями). Кроме того, они могут представлять собой косые линии (непересекающиеся, непараллельные линии), или же они могут представлять собой пересекающиеся линии.
В предпочтительном варианте расстояние между первым устройством формирования изображений и вторым устройством формирования изображений лежит в пределах 0,5-4 метра, а в более предпочтительном варианте - в пределах 1-3 метра. Было доказано, что эти диапазоны обеспечивают высокоточный результат.
В предпочтительном варианте минимальное расстояние от металлургического сосуда до ближайшего устройства формирования изображений лежит в пределах 3-30 метров, а в более предпочтительном варианте - в пределах 5-20 метров. Было доказано, что эти диапазоны обеспечивают результат высокой точности, при этом камера располагается на достаточном удалении от горячего металлургического сосуда.
Авторы настоящего изобретения установили, что в предпочтительном варианте отношение расстояния между первым устройством формирования изображений и вторым устройством формирования изображений к расстоянию от металлургического сосуда до ближайшего устройства формирования изображений лежит в пределах 0,01-1,4, а в более предпочтительном варианте - в пределах 0,05-0,6. Было продемонстрировано, что эти отношения обеспечивают высококачественные изображения больших участков металлургического сосуда, особенно в областях, которые могут быть закрыты или иметь неровную поверхность, например, вследствие осаждения металла или шлака, с целью уменьшения областей, которые в противном случае будут плохо видны снаружи.
В предпочтительном варианте выявленная модификация содержит, по меньшей мере, один из следующих видов информации: величину износа футеровки, минимальную остаточную толщину стенок, изображение остаточной толщины стенок, изображение областей, где значения остаточной толщины стенок лежат в заданном диапазоне, и аварийный сигнал в случае, если значения остаточной толщины стенок лежат в заданном диапазоне.
В предпочтительном варианте первое и второе устройства формирования изображений, предназначенные для захвата оптических изобретений, представляют собой цифровые оптические камеры, выполненные с возможностью захвата оптических изображений, включающих в себя более 1,5 мегапикселей, а в более предпочтительном варианте - более 8 мегапикселей. Было продемонстрировало, что такое разрешение обеспечивает результат высокой точности. Такое разрешение может быть обеспечено камерами FullHD или 4K-камерами.
В общем, захват изображений осуществляется тогда, когда металлургический сосуд находится в горячем состоянии, например, при температуре свыше 700-800°C на поверхности огнеупорной футеровки. Следовательно, в предпочтительном варианте первое и второе устройства формирования изображений, предназначенные для захвата оптических изображений, пригодны для захвата изображений металлургического сосуда в горячем состоянии. В предпочтительном варианте устройства формирования изображений (такие как первое, второе и третье устройства формирования изображений) могут содержать теплозащитные экраны (например, металлический кожух). В предпочтительном варианте устройства формирования изображений (такие как первое, второе и третье устройства формирования изображений) могут включать в себя системы активного охлаждения, содержащие, например, жидкие (например, водные) или газообразные (например, воздушные или азотные) хладагенты.
В предпочтительном варианте захват первого и второго оптических изображений первой и второй внутренних частей металлургического сосуда осуществляется тогда, когда металлургический сосуд находится в месте хранения. Металлургический сосуд предпочтительно представляет собой ковш. Когда металлургический сосуд представляет собой ковш, захват первого и второго оптических изображений первой и второй внутренних частей металлургического сосуда предпочтительно осуществляется тогда, когда этот ковш находится в месте ремонта ковша.
В первом и втором вариантах осуществления настоящего изобретения предпочтительно выполняются дополнительные стадии захвата дополнительных оптических изображений, по меньшей мере, дополнительных внутренних частей металлургического сосуда из положения дополнительного устройства формирования изображений с дополнительной оптической осью с помощью дополнительного устройства формирования изображений. Первый и второй варианты осуществления настоящего изобретения предпочтительно предусматривают дополнительные стадии захвата третьего оптического изображения, по меньшей мере, одной третьей внутренней части металлургического сосуда из положения третьего устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по третьей оптической оси с помощью третьего устройства формирования изображений; а в более предпочтительном варианте они дополнительно предусматривают захват четвертого оптического изображения, по меньшей мере, одной четвертой внутренней части металлургического сосуда из положения четвертого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по четвертой оптической оси с помощью четвертого устройства формирования изображений. В третьем и альтернативном шестом и альтернативном седьмом вариантах осуществления настоящего изобретения предпочтительно предусмотрены дополнительные устройства формирования изображений для захвата дополнительных оптических изображений, по меньшей мере, дополнительных внутренних частей металлургического сосуда из положения дополнительных устройств формирования изображений за пределами металлургического сосуда по дополнительной оптической оси. В предпочтительном варианте третий и альтернативный шестой и альтернативный седьмой варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно содержат третье устройство формирования изображений для захвата третьего оптического изображения, по меньшей мере, одной третьей внутренней части металлургического сосуда из положения третьего устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по третьей оптической оси; а в более предпочтительном варианте они дополнительно содержат четвертое устройство формирования изображений для захвата четвертого оптического изображения, по меньшей мере, одной четвертой внутренней части металлургического сосуда из положения четвертого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда. Такие дополнительные устройства формирования изображений и дополнительные захваченные оптические изображения расширяют угол обзора/площадь, захватываемую устройствами формирования изображений; и, в общем и целом, способствуют 3D-реконструкции поверхности/сравнению внутренних частей большей площади. Таким образом, они расширяют область реконструкции внутри металлургического сосуда.
В предпочтительном варианте под устройством обработки данных понимается одно или несколько устройств, предназначенных для выполнения соответствующих стадий способа, описанных выше, и которые для этой цели или содержат дискретные электронные элементы для обработки сигналов, или которые полностью или частично реализованы в виде компьютерной программы, инсталлированной на компьютере.
В предпочтительном варианте под устройством обмена данными понимается одно или несколько устройств, предназначенных для выполнения соответствующих стадий способа, описанных в привязке к третьему варианту осуществления настоящего изобретения, и которые для этой цели или содержат дискретные электронные элементы для обработки сигналов, или которые полностью или частично реализованы в виде компьютерной программы, инсталлированной на компьютере. В предпочтительном варианте устройство обмена данными выполнено с возможностью активации первого оптического устройства формирования изображений и второго оптического устройства формирования изображений с целью захвата изображения. В предпочтительном варианте устройство обмена данными выполнено с возможностью приема первого оптического изображения из первого оптического устройства формирования изображений и приема второго оптического изображения из второго оптического устройства формирования изображений, например, напрямую по линии передачи данных или по сети. В предпочтительном варианте устройство обмена данными выполнено с возможностью передачи первого оптического изображения и второго оптического изображения в устройство обработки данных. В предпочтительном варианте устройство обмена данными и/или устройство обработки данных содержит устройство вывода данных, например, монитор. В предпочтительном варианте устройство обмена данными выполнено с возможностью приема выходных данных, таких как 3D-информация или модификация. В предпочтительном варианте устройство обмена данными выполнено с возможностью генерирования/отображения выходных данных на устройстве вывода данных. В предпочтительном варианте устройство вывода данных соединено с устройством обмена данными.
Устройство обработки данных и устройство обмена данными могут быть реализованы, например, как единая система, например, в виде соответствующих программных кодов в одном компьютере или в виде соответствующих электронных элементов, реализованных в одном и том же электронном устройстве. Устройством обработки данных может, например, служить удаленный компьютер (располагающийся на удалении), например, сервер с доступом через Интернет. В предпочтительном варианте устройство обработки данных принимает изображения из устройства обмена данными и рассчитывает 3D-информацию или модификацию. В предпочтительном варианте устройство обработки данных сохраняет рассчитанную 3D-информацию или модификацию, например, в памяти или на жестком диске. В предпочтительном варианте устройство обработки данных передает рассчитанную 3D-информацию или модификацию на устройство обмена данными или на любое иное устройство для отображения 3D-информации или модификации. В предпочтительном варианте устройство обработки данных может быть даже полностью или частично интегрировано в любое или во все устройства формирования изображений.
В восьмом варианте осуществления настоящего изобретения поставленная цель достигается с помощью компьютерной программы (программного продукта), содержащей команды для инициирования выполнения устройством обработки данных согласно четвертому и пятому вариантам осуществления настоящего изобретения стадий способа согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Примеры осуществления настоящего изобретения подробно описаны в привязке к фигурам, где:
На фиг. 1 приведен один из примеров блок-схемы первого варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 приведен один из примеров блок-схемы второго варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3a представлено схематическое изображение облака точек.
На фиг. 3b представлено схематическое изображение 3D-реконструкции поверхности.
На фиг. 4a и 4b воспроизведено рассчитанное 3D-облако точек.
На фиг. 5 схематически показана конфигурация системы согласно шестому и седьмому вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 схематически показана альтернативная конфигурация системы согласно шестому и седьмому вариантам осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления настоящего изобретения, относящийся к способу определения 3D-информации (90), в частности, облака (80) точек внутренней части (55) металлургического сосуда (50); причем в этом варианте осуществления настоящего изобретения металлургическим сосудом (50) служит неиспользованный ковш (50), т.е. ковш (50) с новой огнеупорной футеровкой (57) во внутреннем пространстве (внутри) ковша (50). Этот способ предусматривает стадию (100) подготовки ковша (50); стадию (110) захвата первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) ковша (50) из положения (22) первого неподвижного устройства (20) формирования изображений за пределами ковша (50) по первой неподвижной оптической оси (23) с помощью первого устройства (20) формирования изображений, которое представляет собой цифровую камеру FullHD с 1 555 200 пикселями; стадию (120) захвата второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) ковша (50) из положения (32) второго неподвижного устройства формирования изображений за пределами ковша (50) по второй неподвижной оптической оси (33) с помощью второго устройства (30) формирования изображений, которое представляет собой цифровую камеру FullHD с 1 555 200 пикселями; стадию захвата третьего оптического изображения (41), по меньшей мере, одной третьей внутренней части (53) ковша (50) из положения (42) третьего неподвижного устройства формирования изображений за пределами ковша (50) по третьей неподвижной оптической оси (43) с помощью третьего устройства (40) формирования изображений, которое представляет собой цифровую камеру FullHD с 1 555 200 пикселями, причем в этом примере перекрытие первого оптического изображения (21) и второго оптического изображения (31) составляет 70%, перекрытие второго оптического изображения (31) и третьего оптического изображения (41) составляет 70%, и перекрытие третьего оптического изображения (41) и первого оптического изображения (21) составляет 70%; последующую стадию (130) расчета 3D-облака (80) точек, содержащего 1 500 000 точек Pi (t0) = Pi (xi, yi, zi) с временным шагом t0, где i = 1…1 500000, по меньшей мере, одной внутренней части (55) ковша (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображению (21), второму оптическому изображению (31) и третьему оптическому изображению (41); и стадию (140) последующего сохранения 3D-информации (90), содержащей 3D-облако (80) точек, по меньшей мере, одной внутренней части (55) ковша (50), т.е. точек Pi (t0), и необязательно цветовой информации (например, Ci) по каждой точке Pi, где i = 1…1 000 000, в памяти компьютера и на удаленном (сетевом) носителе в виде структуры (91) данных, например, в виде машиночитаемого файла.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения, относящийся к способу выявления модификации внутренней части (55) металлургического сосуда (50), причем в этом примере металлургическим сосудом (50) служит использованный ковш (50), т.е. ковш (50) с изношенной огнеупорной футеровкой (57) во внутреннем пространстве (внутри) ковша (50). Этот способ предусматривает следующие стадии: подготовку (100) ковша (50); захват (110) первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) ковша (50) из положения (22) первого неподвижного устройства формирования изображений за пределами ковша (50) по первой неподвижной оптической оси (23) с помощью первого устройства (20) формирования изображений, которое представляет собой цифровую камеру FullHD с 1 555 200 пикселями; захват (120) второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго неподвижного устройства формирования изображений за пределами ковша (50) по второй неподвижной оптической оси (33) с помощью второго устройства (30) формирования изображений, которое представляет собой цифровую камеру FullHD с 1 555 200 пикселями, причем в этом примере перекрытие первого оптического изображения (21) и второго оптического изображения (31) составляет 70%; и последующий расчет (130) 3D-реконструкции (81) поверхности, содержащей сетку, которая соединяет между собой 1 000 000 точек Pi (t1) = Pi (xi, yi, zi) с временным шагом t1, где i = 1…1 000 000, меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображению (21) и второму оптическому изображению (31). Дополнительно этот способ предусматривает выявление (240) модификации, причем в этом примере модификация представляет собой величину износа футеровки по окончании предыдущей кампании ковша (50), по меньшей мере, одной внутренней части (55) ковша (50). Это выявление (240) основывается на сравнении рассчитанной 3D-реконструкции (81) поверхности (временной шаг t = t1) с ранее сохраненной 3D-реконструкцией (81) поверхности (временной шаг t = t0) ковша (50), причем ранее сохраненная 3D-реконструкция (81) поверхности загружается с удаленного (сетевого) носителя в виде структуры (91) данных, например, в виде машиночитаемого файла, содержащего 3D-реконструкцию (81) поверхности по этому же ковшу (50) перед предшествующей кампанией печи. Дополнительно этот способ предусматривает передачу (250) выходных данных на основании выявленной модификации ковша (50). В данном случае выходные данные содержат таблицу с абсолютными значениями (в мм) износа огнеупорной футеровки (57) в нескольких точках внутри ковша (50) (например, в шлаковой зоне или на днище ковша).
В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрены те же стадии, что описаны выше в привязке к фиг. 2, за исключением того, что стадия (240) выявления модификации в этом примере реализации изменена таким образом, что модификацией служит величина износа футеровки после первого использования ковша (50) и итоговая остаточная толщина стенок огнеупорной футеровки (57), по меньшей мере, одной внутренней части (55) ковша (50). Это выявление (240) основано на сравнении рассчитанной 3D-реконструкции (81) поверхности с ранее сохраненной 3D-реконструкцией (81) поверхности, которая загружается из удаленного (сетевого) накопителя в виде структуры (91) данных, такой как машиночитаемый файл, содержащий 3D-реконструкцию (81) поверхности такого же, но еще не использованного ковша (50), т.е. такого же ковша (50) с новой огнеупорной футеровкой (57) и с первоначальной толщиной стенок. В этом альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения предложенный способ предусматривает передачу (250) выходных данных, основанных на выявленной модификации ковша (50), в систему (5) формирования изображений. Система (5) формирования изображений программируется на прием 3D-информации из устройства (60) обработки данных. Система (5) формирования изображений может отображать полученную 3D-информацию на устройстве (70) вывода данных, таком как монитор, или дополнительно обрабатывать полученные данные. В данном случае эти выходные данные содержат машиночитаемую таблицу с абсолютными значениями (в мм) остаточной толщины стенок огнеупорной футеровки (57) в нескольких точках внутри ковша (50) (например, в шлаковой зоне или на днище ковша). В альтернативном варианте может быть предусмотрено такое выявление модификации, что на определенную модификацию будет указывать сигнал (65), например, предупредительный сигнал (65), когда остаточная толщина стенок огнеупорной футеровки (57) выходит за пределы определенного порогового значения.
На фиг. 3a схематически показано облако точек, содержащее 16 точек Pi (t) = Pi (xi, yi, zi), где i = 1…16, с определенным временным шагом t, и отображаемое в системе координат с осями x, y и z. Каждая из точек Pi отображается тремя переменными xi, yi, zi, которые обозначают координаты соответствующей точки. В этой связи точка P1 будет отображаться координатами x1, y1, z1. Точки Pi могут быть показаны графически в виде двухмерного (2D) отображения трехмерного (3D) тела, например, на экране компьютера. Трехмерное тело можно наблюдать с разных направлений путем применения к точкам Pi вращательного преобразования. Точки Pi могут быть сохранены в виде структуры (91) данных, например, в виде машиночитаемого файла в машиночитаемом формате, например, в виде списка, где каждая строка содержит координаты x, y и z соответствующей точки.
На фиг. 3b показана 3D-реконструкция (81) поверхности. Трехмерная реконструкция (81) поверхности содержит сетку, соединяющую 3D-облако (80) точек, при этом облако (80) точек с точками Pi (t) = Pi (xi, yi, zi) охватывает реконструированную поверхность (81).
На фиг. 4a и 4b показаны две разные части одной и той же рассчитанной 3D-информации (80) о внутренней части (55) ковша (50) (в данном случае показано 3D-облако (80) точек огнеупорной футеровки (57)), полученной согласно настоящему изобретению. Трехмерное облако (80) точек содержит всего 10 миллионов точек Pi (t) = Pi (xi, yi, zi), где i = 1…10 000 000. На фиг. 4a и 4b представлено 2D-отображение этого 3D-облака (80) точек. Путем применения нескольких матричных операций в отношении этого облака (80) точек, т.е. в отношении каждой точки Pi, можно наклонять 3D-облако (80) точек внутреннего пространства ковша (50) или увеличивать масштаб ковша (50) и рассматривать детали на поверхности огнеупорной футеровки (57). В данном случае на фиг. 4a представлен общий вид всего 3D-облака (80) точек, а на фиг. 4b показана часть (повернутая и увеличенная в масштабе) этого же 3D-облака (80) точек, где видны детали огнеупорной футеровки (57). Как указано выше в привязке ко второму варианту осуществления настоящего изобретения, модификацию ковша (50) можно также выявить на основании рассчитанного 3D-облака (80) точек, например, выявления износа во время определенной кампании печи. Трехмерное облако (80) точек, показанное на фиг. 4a и 4b, может быть сохранено, например, на удаленном (сетевом) носителе в виде структуры (91) данных, например, в виде машиночитаемого файла. Машиночитаемый файл содержит 3D-информацию (90), причем в данном примере 3D-информация (90) включает в себя 3D-облако (80) точек в виде списка, где каждая строка содержит координаты x, y и z соответствующей точки Pi и дополнительно информацию об интенсивности по каждой точке Pi.
На фиг. 5 схематически показана конфигурация системы (10) согласно настоящему изобретению. Здесь показана система (10) определения 3D-информации (90) о внутренней части (55) металлургического сосуда (50), причем эта система содержит систему (5) формирования изображений, соединенную с устройством (60) обработки данных. Система (5) формирования изображений содержит первое устройство (20) формирования изображений для захвата первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из неподвижного положения (22) первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью (23), которым служит цифровая 4K-камера с 8 294 400 пикселями; второе устройство (30) формирования изображений для захвата второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из неподвижного положения (32) второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью (33), которым служит цифровая 4K-камера с 8 294 400 пикселями; и третье устройство (40) формирования изображений для захвата третьего оптического изображения (41), по меньшей мере, одной третьей внутренней части (53) металлургического сосуда (50) из неподвижного положения (42) третьего устройства формирования изображений с третьей неподвижной оптической осью (43), которым служит цифровая 4K-камера с 8 294 400 пикселями. Система (5) формирования изображений дополнительно включает в себя устройство (61) обмена данными, выполненное с возможностью приема оптических изображений (21, 31, 41) с устройств (20, 30, 40) формирования изображений и передачи оптических изображений (21, 31, 41) в устройство (60) обработки данных. Первое устройство (20) формирования изображений, второе устройство (30) формирования изображений и третье устройство (40) формирования изображений установлены в неподвижном положении на раме (15), соединенной с полом таким образом, что устройства (20, 30, 40) формирования изображения обращены в сторону ковша (50), находящегося в нерабочем состоянии в месте ремонта ковша. Первая неподвижная оптическая ось (23), вторая неподвижная оптическая ось (33) и третья неподвижная оптическая ось (43) пересекаются в месте ремонта ковша, а соответствующий угол (α) между направлениями, заданными этими осями, составляет около 7°. Расстояние между каждым положением из числа неподвижного положения (22) первого устройства формирования изображений, неподвижного положения (32) второго устройства формирования изображений и неподвижного положения (42) третьего устройства формирования изображений составляет два метра, причем все три положения находятся по углам равностороннего треугольника с длиной стороны два метра. В качестве металлургического сосуда (50) используется ковш (50), причем ковш (50) располагается в месте ремонта ковша, и он находится в горячем состоянии с температурой поверхности огнеупорной футеровки около 800°C. Расстояние до первого устройства (20) формирования изображений, второго устройства (30) формирования изображений и третьего устройства (40) формирования изображений от ковша (50) (т.е. от ближайшей части ковша (50), которая представляет собой верхний пояс ковша (50)) составляет 10 метров для всех устройств (20, 30, 40) формирования изображений. Это дает отношение расстояния между положением (22) первого устройства формирования изображений и положением (32) второго устройства формирования изображений к расстоянию от металлургического сосуда (50) до положения (22, 32, 42) ближайшего устройства формирования изображений, равное 0,2. Устройства (20, 30, 40) формирования изображений защищены теплозащитными экранами (24, 34, 44), которыми в данном случае служит металлический кожух. Область перекрытия первого оптического изображения (21) и второго оптического изображения (31) относительно общего содержимого этих изображений составляет 75%; второго оптического изображения (31) и третьего оптического изображения (41) - также 75%; и третьего оптического изображения (41) и первого оптического изображения (21) - также 75%. Три устройства (20, 30, 40) формирования изображений синхронизированы, и захват первого оптического изображения (21), второго оптического изображения (31) и третьего оптического изображения (41) происходит в течение 150 миллисекунд. На фиг. 5 также показано устройство (60) обработки данных, которое может принимать первое оптическое изображение (21), второе оптическое изображение (31) и третье оптическое изображение (41) металлургического сосуда (50) из устройства (61) обмена данными (41) в составе устройства (20) формирования изображений по кабелям, соединяющим каждое из устройств (20, 30, 40) формирования изображений с устройством (61) обмена данными. В этом примере устройство (60) обработки данных и устройство (61) обмена данными реализованы в промышленном персональном компьютере и запрограммированы на выполнение стадии (130) расчета 3D-реконструкции (81) поверхности внутренней части (55) металлургического сосуда (50) по первому оптическому изображению (21), второму оптическому изображению (31) и третьему оптическому изображению (41); и дополнительно на сохранение (140) 3D-информации (90) о внутренней части (55) металлургического сосуда (50), причем 3D-информация (90) содержит 3D-облако (80) точек. В альтернативном варианте устройство (60) обработки данных программируется на расчет (230) 3D-реконструкции (81) поверхности, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображению (21) и второму оптическому изображению (31); дополнительно на выявление (240) модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50) на основании результата сравнения рассчитанной 3D-реконструкции (81) поверхности с ранее сохраненной 3D-реконструкцией (81) поверхности металлургического сосуда (50); и также на передачу (250) выходных данных в систему (5) формирования изображений на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), причем выходные данные могут, например, отображаться или подвергаться дополнительной обработке.
Устройство (60) обработки данных согласно примеру, приведенному на фиг. 5, представляет собой промышленный персональный компьютер (ПК), который соединен с устройствами (20, 30, 40) формирования изображений через устройство (61) обмена данными (представляющее собой часть устройства (60) обработки данных) для активации захвата оптических изображений (21, 31, 41) и для получения оптических изображений (21, 31, 41) и их загрузки непосредственно в память устройства (60) обработки данных. В данном случае устройство (61) обмена данными использует стандартные входы устройства (60) обработки данных (в данном случае: промышленного ПК) и реализовано в виде программного обеспечения в устройстве (60) обработки данных. Система (10) дополнительно содержит устройство (70) вывода данных, выполненное с возможностью выдачи данных о модификации металлургического сосуда, причем устройство (70) вывода данных в этом примере представляет собой монитор.
На фиг. 6 схематически показана альтернативная конфигурация системы, представленной на фиг. 5, с отличиями, описанными ниже. В данном случае устройство (60) обработки данных располагается в удаленном местоположении, т.е. в месте, отличном от местоположения устройства (61) обмена данными и устройств (20, 30, 40) формирования изображений. Устройство (60) обработки данных соединено с устройствами (20, 30, 40) формирования изображений через устройство (61) обмена данными (представляющее собой локальное автономное устройство). Устройство обмена данными запрограммировано на активацию захвата оптических изображений (21, 31, 41) и передачу оптических изображений (21, 31, 41) на устройство (60) обработки данных. В данном случае устройство (61) обмена данными и устройство (61) обработки данных представляют собой отдельные локальные, автономно работающие промышленные ПК. Соединение устройства (61) обмена данными с устройством (60) обработки данных осуществляется по сети. Устройство (60) обработки данных будет выполнять стадии расчета, описанные выше, и передавать выходные данные обратно в устройство (61) обмена данными. Система (10) дополнительно содержит устройство (70) вывода данных, выполненное с возможностью выдачи данных о модификации металлургического сосуда, причем устройство (70) вывода данных в этом примере представляет собой монитор, и устройство (70) вывода данных соединено с устройством (61) обмена данными.
Ссылочные позиции
5 Система формирования изображений для определения 3D-информации (90);
10 Система определения 3D-информации (90);
15 Рама;
20 Первое устройство формирования изображений;
21 Первое оптическое изображение;
22 Положение первого устройства формирования изображений;
23 Первая оптическая ось;
24 Первый теплозащитный экран;
30 Второе устройство формирования изображений;
31 Второе оптическое изображение;
32 Положение второго устройства формирования изображений;
33 Вторая оптическая ось;
34 Второй теплозащитный экран;
40 Третьей устройство формирования изображений;
41 Третье оптическое изображение;
42 Положение третьего устройства формирования изображений;
43 Третья оптическая ось;
44 Третий теплозащитный экран;
50 Металлургический сосуд;
51 Первая внутренняя часть металлургического сосуда (50);
52 Вторая внутренняя часть металлургического сосуда (50);
53 Третья внутренняя часть металлургического сосуда (50);
55 Внутренняя часть металлургического сосуда (50);
57 Огнеупорная футеровка металлургического сосуда (50);
60 Устройство обработки данных;
61 Устройство обмена данными;
65 Сигнал;
70 Устройство вывода данных;
80 3D-облако точек;
81 3D-реконструкция поверхности;
82 3D-объект;
90 3D-информация;
91 Структура данных;
100 Подготовка металлургического сосуда (50);
110 Захват первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из положения (22) первого устройства формирования изображений по первой оптической оси (23) первым устройством (20) формирования изображений;
120 Захват второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго устройства формирования изображений по второй оптической оси (33) вторым устройством (30) формирования изображений;
121 Захват дополнительных оптических изображений (41), по меньшей мере, дополнительных внутренних частей (53) металлургического сосуда (50) из положения дополнительного устройства (42) формирования изображений по дополнительной оптической оси (43) третьим устройством (40) формирования изображений;
130 Расчет (130) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображения (21) и второму оптическому изображению (31);
140 Сохранение (140) 3D-информации (90), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50);
200 Подготовка металлургического сосуда (50);
210 Захват первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из положения (22) первого устройства формирования изображений по первой оптической оси (23) первым устройством (20) формирования изображений;
220 Захват второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго устройства формирования изображений по второй оптической оси (33) вторым оптическим устройством (30) формирования изображений;
230 Расчет (230) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображения (21) и второму оптическому изображению (31);
240 Выявление (240) модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50) на основании результата сравнения рассчитанной 3D-информации (90) с ранее сохраненной 3D-информацией (90) о металлургическом сосуде (50);
250 Генерирование (250) выходных данных на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50);
a угол между направлениями, заданными любой парой, составленной из следующих осей: первой оптической оси (23), второй оптической оси (33) и третьей оптической оси (43).
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ | 2022 |
|
RU2795734C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ/РЕКОНСТРУКЦИИ 3D-ТОЧЕК | 2019 |
|
RU2803595C2 |
| НАВИГАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ОПТОВОЛОКОННОГО ДАТЧИКА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И МОНИТОРИНГА СОСУДОВ | 2013 |
|
RU2686954C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ/РЕКОНСТРУКЦИИ АТРИБУТОВ ТОЧЕК ОБЛАКА ТОЧЕК | 2019 |
|
RU2803766C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОЦИФРОВАННЫХ 3D ОБЪЕКТОВ | 2022 |
|
RU2806729C1 |
| ТРЕХМЕРНЫЙ СКАНЕР С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СБОРУ ДАННЫХ | 2019 |
|
RU2793584C2 |
| СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 3D ПОРТРЕТА ЧЕЛОВЕКА С ИЗМЕНЕННЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕГО | 2021 |
|
RU2757563C1 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС | 2018 |
|
RU2743020C2 |
| СПОСОБ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ/ДЕКОДИРОВАНИЯ ОБЛАКА ТОЧЕК, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕГО ТРЕХМЕРНЫЙ ОБЪЕКТ | 2019 |
|
RU2767771C1 |
| Способ и устройство для кодирования облака точек | 2020 |
|
RU2778377C1 |
Изобретение относится к средствам определения 3D-информации о металлургическом сосуде. Техническим результатом является обеспечение возможности получения 3D-информации о большой площади внутреннего пространства металлургического сосуда с высокой точностью и за короткий период времени. Способ для определения 3D-информации внутренней части металлургического сосуда предусматривает захват первого оптического изображения, по меньшей мере, одной первой внутренней части металлургического сосуда из положения первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по первой оптической оси; захват второго оптического изображения, по меньшей мере, одной второй внутренней части металлургического сосуда из положения второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда по второй оптической оси; расчет 3D-информации, по меньшей мере, об одной внутренней части металлургического сосуда; при этом первое оптическое изображение захватывается из неподвижного положения первого устройства формирования изображений по первой неподвижной оптической оси, а второе оптическое изображение захватывается из неподвижного положения второго устройства формирования изображений по второй неподвижной оптической оси. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ определения 3D-информации (90), в частности облака (80) точек, или 3D-реконструкции (81) поверхности, или 3D-объекта (82), внутренней части (55) металлургического сосуда (50), предусматривающий следующие стадии:
подготовка (100) металлургического сосуда (50);
захват (110) первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из положения (22) первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) по первой оптической оси (23) с помощью первого устройства (20) формирования изображений;
захват (120) второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) по второй оптической оси (33) с помощью второго устройства (30) формирования изображений; и
расчет (130) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображению (21) и второму оптическому изображению (31); и
отличающийся тем, что:
первое оптическое изображение (21) захватывается из неподвижного положения (22) первого устройства формирования изображений по первой неподвижной оптической оси (23), а второе оптическое изображение (31) захватывается из неподвижного положения (32) второго устройства формирования изображений по второй неподвижной оптической оси (33).
2. Способ выявления модификации внутренней части (55) металлургического сосуда (50), предусматривающий следующие стадии:
подготовка (200) металлургического сосуда (50);
захват (210) первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из положения (22) первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) по первой оптической оси (23) с помощью первого устройства (20) формирования изображений;
захват (220) второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) по второй оптической оси (33) с помощью второго устройства (30) формирования изображений;
расчет (230) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по первому оптическому изображению (21) и второму оптическому изображению (31); и
выявление (240) модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50) на основании результата сравнения рассчитанной 3D-информации (90) с ранее сохраненной 3D-информацией (90) о металлургическом сосуде (50); и
отличающийся тем, что:
первое оптическое изображение (21) захватывается из неподвижного положения (22) первого устройства формирования изображений по первой неподвижной оптической оси (23), а второе оптическое изображение (31) захватывается из неподвижного положения (32) второго устройства формирования изображений по второй неподвижной оптической оси (33).
3. Способ по п. 1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна первая внутренняя часть (51) металлургического сосуда (50) в первом оптическом изображении (21) и, по меньшей мере, одна вторая внутренняя часть (52) металлургического сосуда (50) во втором оптическом изображении (31) перекрываются, причем в предпочтительном варианте область перекрытия относительно общего содержимого любого из захваченных оптических изображений составляет, по меньшей мере, 50%.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором стадии захвата оптических изображений (21, 31), например захвата первого оптического изображения (21) и второго оптического изображения (31), выполняются синхронизированными устройствами формирования изображений в течение 1000 миллисекунд; в предпочтительном варианте - в течение 500 миллисекунд; а в более предпочтительном варианте - в течение 250 миллисекунд.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором ни одно из устройств формирования изображений, таких как первое устройство (20) формирования изображений и второе устройство (30) формирования изображений, не устанавливается на подвижном манипуляторе или подвижной руке робота.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором захват (210) первого оптического изображения (21) осуществляется откалиброванным первым устройством (20) формирования изображений, а захват (220) второго оптического изображения (31) осуществляется откалиброванным вторым устройством (30) формирования изображений.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором минимальное расстояние от металлургического сосуда (50) до ближайшего устройства (20, 30) формирования изображений лежит в диапазоне 3-30 метров.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором отношение расстояния между положением (22) первого устройства формирования изображений и положением (32) второго устройства формирования изображений к расстоянию от металлургического сосуда (50) до ближайшего устройства (20, 30) формирования изображений лежит в диапазоне 0,03-0,7; в предпочтительном варианте - в диапазоне 0,06-0,4; а в более предпочтительном варианте - в диапазоне 0,1-0,3.
9. Система (5) формирования изображения для выявления модификации или определения 3D-информации (90), в частности облака (80) точек, или 3D-реконструкции (81) поверхности, или 3D-объекта (82), внутренней части (55) металлургического сосуда (50), содержащая:
первое устройство (20) формирования изображений для захвата первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из положения (22) первого устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) с первой оптической осью (23);
второе устройство (30) формирования изображений для захвата второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из положения (32) второго устройства формирования изображений за пределами металлургического сосуда (50) со второй оптической осью (33); и
устройство (61) обмена данными, соединенное с первым устройством (20) формирования изображений и вторым устройством (30) формирования изображений, причем устройство (61) обмена данными запрограммировано на выполнение следующих операций:
прием первого оптического изображения (21) из первого устройства (20) формирования изображений;
прием второго оптического изображения (31) из второго устройства (30) формирования изображений;
передача первого оптического изображения (21) предпочтительно в устройство (60) обработки данных;
передача второго оптического изображения (31) предпочтительно в устройство (60) обработки данных; и
в необязательном варианте: прием выходных данных на основании выявленной модификации или определенной 3D-информации (90) предпочтительно из устройства (60) обработки данных; и
отличающаяся тем, что:
первое устройство (20) формирования изображений для захвата первого оптического изображения (21) устанавливается в неподвижном положении (22) первого устройства формирования изображений с первой неподвижной оптической осью (23); а
второе устройство (30) формирования изображений для захвата второго оптического изображения (31) устанавливается в неподвижном положении (32) второго устройства формирования изображений со второй неподвижной оптической осью (33).
10. Система (5) формирования изображения по п. 9, в которой:
первое устройство (20) формирования изображений для захвата первого оптического изображения (21) не устанавливается на подвижном манипуляторе или подвижной руке робота; и
второе устройство (30) формирования изображений для захвата второго оптического изображения (31) не устанавливается на подвижном манипуляторе или подвижной руке робота.
11. Система (5) формирования изображения по п. 9 или 10, в которой:
первое устройство (20) формирования изображений для захвата первого оптического изображения (21) представляет собой откалиброванное первое устройство (20) формирования изображений; а
второе устройство (30) формирования изображений для захвата второго оптического изображения (31) представляет собой откалиброванное второе устройство (30) формирования изображений.
12. Устройство (60) обработки данных для определения 3D-информации (90), в частности облака (80) точек, или 3D-реконструкции (81) поверхности, или 3D-объекта (82), внутренней части (55) металлургического сосуда (50), запрограммированное на выполнение следующих операций:
прием первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из системы (5) формирования изображений по любому из предшествующих пп. 9-11;
прием второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из системы (5) формирования изображений по любому из предшествующих пп. 9-11;
расчет (130) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по полученному первому оптическому изображению (21) и полученному второму оптическому изображению (31); и
в необязательном варианте: передача (140) 3D-информации (90), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50) предпочтительно в систему (5) формирования изображений.
13. Устройство (60) обработки данных для выявления модификации внутренней части (55) металлургического сосуда (50), запрограммированное на выполнение следующих операций:
прием первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из системы (5) формирования изображений по любому из предшествующих пп. 9-11;
прием второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из системы (5) формирования изображений по любому из предшествующих пп. 9-11;
расчет (230) 3D-информации (90), такой как облако (80) точек, или 3D-реконструкция (81) поверхности, или 3D-объект (82), по меньшей мере, об одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), по меньшей мере, по полученному первому оптическому изображению (21) и полученному второму оптическому изображению (31);
выявление (240) модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50) на основании результата сравнения рассчитанной 3D-информации (90) с ранее сохраненной 3D-информацией о металлургическом сосуде (50); и
в необязательном варианте: передача (250) выходных данных предпочтительно на устройство (60) обработки данных системы (5) формирования изображения на основании выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50).
14. Система (10) выявления модификации или определения 3D-информации (90), в частности облака (80) точек, или 3D-реконструкции (81) поверхности, или 3D-объекта (82), внутренней части (55) металлургического сосуда (50), содержащая:
систему (5) формирования изображений, по меньшей мере, по одному из предшествующих пп. 9-11, соединенную с устройством (60) обработки данных, по меньшей мере, по одному из предшествующих пп. 12 и 13;
при этом устройство (61) обмена данными системы (5) формирования изображения запрограммировано на выполнение следующих операций:
передача первого оптического изображения (21) в устройство (60) обработки данных;
передача второго оптического изображения (31) в устройство (60) обработки данных; и
прием 3D-информации (90) или выходных данных на основании выявленной модификации с устройства (60) обработки данных;
при этом устройство (60) обработки данных запрограммировано на выполнение следующих операций:
прием первого оптического изображения (21), по меньшей мере, одной первой внутренней части (51) металлургического сосуда (50) из устройства (61) обмена данными системы (5) формирования изображений;
прием второго оптического изображения (31), по меньшей мере, одной второй внутренней части (52) металлургического сосуда (50) из устройства (61) обмена данными системы (5) формирования изображений; и
передача (140) рассчитанной 3D-информации (90) или выходных данных, основанных на выявленной модификации, по меньшей мере, одной внутренней части (55) металлургического сосуда (50), в устройство (61) обмена данными системы (5) формирования изображений.
15. Система (10) по п. 14, отличающаяся тем, что эта система (10) выполнена с возможностью выполнения стадий способа по любому из пп. 1-8.
| Способ и приспособление для нагревания хлебопекарных камер | 1923 |
|
SU2003A1 |
| S | |||
| Chatterjee et al | |||
| "Efficient Determination of Misalignment of Ladle Shroud Using Machine Vision", AISTech2019 Proceedings of the Iron and Steel Technology Conference, 01.01.2019, стр | |||
| Приемное радиоустройство | 1924 |
|
SU1479A1 |
| Найдено в Интернет: | |||
