相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2014年7月18日提交的標(biāo)題為“冶金容器中的裂縫檢測(cè)和測(cè)量(crackdetectionandmeasurementinmetallurgicalvessels)”、序列號(hào)為62/026,052的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

背景技術(shù)：

本文所公開(kāi)的主題的實(shí)施例總體上涉及用于檢測(cè)并測(cè)量冶金容器中的裂縫的設(shè)備、方法和系統(tǒng)，更具體而言涉及用于檢測(cè)并測(cè)量冶金容器中的裂縫的裝置、過(guò)程、機(jī)制和技術(shù)。

相關(guān)領(lǐng)域

設(shè)計(jì)成保持熔融金屬的各種尺寸和形狀的冶金容器或冶金器皿廣泛用于許多工業(yè)應(yīng)用中。這些應(yīng)用的實(shí)例包括(但不限于)：化工與動(dòng)力生產(chǎn)中的氣化過(guò)程，以及鋼鐵制造中的電弧爐(eaf)、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐(bof)、鋼包(含鐵包)、高爐、真空脫氣爐、氬氧脫碳(aod)爐。如本領(lǐng)域中已知的，這些容器通常內(nèi)襯有耐火材料，耐火材料以磚塊形式安裝或者澆鑄成整體塊，以便保護(hù)容器的金屬部分免于受到置于其中的高溫內(nèi)容物的損壞；然而，由于通過(guò)氧化、腐蝕和機(jī)械侵蝕的聯(lián)合作用導(dǎo)致的耐火材料的正常侵蝕和破裂，與熔融金屬接觸的耐火表面的某些部分在工藝中損耗，從而要求頻繁檢查以通過(guò)進(jìn)行早期局部修復(fù)確保延續(xù)使用，以便避免可能的災(zāi)難性故障以及對(duì)整個(gè)容器的耐火內(nèi)襯不必要的或過(guò)早的翻新。

圖1示出了包括殼體4、耐火材料的內(nèi)襯6和開(kāi)口8的常規(guī)冶金容器2。圖1中的虛線7示出了容器投入使用前初始的耐火材料層。線7和線6之間的區(qū)別在于配置哪種現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)以便操作員決定何時(shí)將容器停止運(yùn)行進(jìn)行修復(fù)。產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)的具體侵蝕模型是耐火材料6中的裂縫。裂縫使得熔融金屬能夠流動(dòng)至更靠近容器的外部鋼質(zhì)殼體4，從而增加熔化殼體4的可能性。熔化殼體4通常被稱(chēng)作“漏鋼(breakout)”，并且被有些人認(rèn)為是能夠引起重大損害和/或傷害的災(zāi)難性故障模式。

最初對(duì)冶金容器中耐火厚度的特性描述由有經(jīng)驗(yàn)的操作員通過(guò)視覺(jué)完成。鑒于不利的環(huán)境和所需的較長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)，那種方法很快被放棄。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，已知傳統(tǒng)的自動(dòng)化過(guò)程用于測(cè)量局部厚度，即，耐火材料的內(nèi)層6和容器殼體4之間的局部距離。廣泛使用的測(cè)量冶金容器的所剩內(nèi)襯厚度的常規(guī)方法是激光掃描。

圖2示出了常規(guī)的激光掃描耐火內(nèi)襯厚度測(cè)量系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括移動(dòng)推車(chē)12、安裝在其上的激光掃描系統(tǒng)16，以及位于移動(dòng)推車(chē)12中的相關(guān)聯(lián)的硬件和軟件。當(dāng)用于冶金容器中時(shí)激光掃描系統(tǒng)10的目標(biāo)之一在于精確測(cè)量?jī)?nèi)襯厚度以允許容器保持盡可能長(zhǎng)時(shí)間的使用，并且指示需要維修的區(qū)域。典型的激光掃描系統(tǒng)14包括激光器、掃描器、光學(xué)器件、光電探測(cè)器和接收器電子器件(未示出)。

這種激光器配置成在目標(biāo)表面上發(fā)射快速的激光脈沖，一些高達(dá)500,000脈沖/秒。儀器上的傳感器通過(guò)圖2中給定的視野16測(cè)量每個(gè)脈沖從目標(biāo)表面反彈回到掃描器所花費(fèi)的時(shí)間。光以恒定的已知速度移動(dòng)，使得激光掃描系統(tǒng)14能夠以高精度計(jì)算其自身和目標(biāo)之間的距離。通過(guò)快速連續(xù)的重復(fù)此過(guò)程，儀器建立其正在測(cè)量的表面的復(fù)雜“地圖”。通過(guò)計(jì)算和/或比較耐火材料6內(nèi)表面的所測(cè)量范圍地圖之間的變化和相同表面的參考測(cè)量值，可導(dǎo)致殼體4故障的可能變化檢測(cè)和評(píng)估變化。單次測(cè)量可以在20至30秒內(nèi)進(jìn)行。能夠在短時(shí)間(例如，小于10分鐘)內(nèi)完成由例如4到6次測(cè)量和大于2,000,000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的容器內(nèi)部的整個(gè)地圖。激光掃描產(chǎn)生一個(gè)大的數(shù)據(jù)點(diǎn)集合，有時(shí)稱(chēng)作數(shù)據(jù)點(diǎn)云。

然而，盡管具有上面總結(jié)的對(duì)冶金容器2的耐火材料6的侵蝕進(jìn)行特性描述的進(jìn)步，但是迄今為止，不存在能夠檢測(cè)和測(cè)量耐火表面6中的裂縫的裝置、過(guò)程和/或方法。因此，至少基于用常規(guī)激光掃描裝置來(lái)描繪容器整體的特性并測(cè)量其表面輪廓所面臨的上述挑戰(zhàn)，具有能夠檢測(cè)、測(cè)量耐火材料6中的裂縫和/或描述其特性的裝置、方法和系統(tǒng)將是有利的。這種特性描述將包括量化最大裂縫深度、位置、取向、長(zhǎng)度、平均寬度和最大寬度的能力。隨后可將該信息呈現(xiàn)給有知識(shí)的用戶(hù)，該用戶(hù)能夠確定裂縫的嚴(yán)重程度，甚至在耐火材料侵蝕的耐火掃描結(jié)果低于最低安全水平之前評(píng)估冶金容器是否需要維修或大修(re-lining)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通過(guò)檢測(cè)和測(cè)量容器內(nèi)襯中的裂縫的設(shè)備、方法和過(guò)程來(lái)解決以上總結(jié)的需求或本領(lǐng)域中已知的其他需求中的一個(gè)或多個(gè)。這種設(shè)備包括掃描裝置和連接至掃描裝置的控制器，所述掃描裝置通過(guò)測(cè)量從掃描裝置到容器內(nèi)襯材料表面上的多個(gè)點(diǎn)的距離來(lái)生成數(shù)據(jù)點(diǎn)云，所述控制器配置成通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云擬合多邊形網(wǎng)格以及通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云擬合最小表面，通過(guò)包含有延伸越過(guò)最小表面超過(guò)閾值距離的一組多邊形的多邊形網(wǎng)格的一部分來(lái)檢測(cè)裂縫，并通過(guò)計(jì)算該組多邊形的多個(gè)維度(dimension)來(lái)測(cè)量裂縫。

用于檢測(cè)和測(cè)量容器內(nèi)襯中的裂縫的方法也在所公開(kāi)的主題的范圍內(nèi)。這種方法包括以下步驟：使用控制器通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云來(lái)擬合多邊形網(wǎng)格，多邊形網(wǎng)格具有用戶(hù)指定的分辨率，數(shù)據(jù)點(diǎn)云由連接至控制器的掃描裝置通過(guò)測(cè)量從掃描裝置到容器的內(nèi)襯材料表面上的多個(gè)點(diǎn)的距離來(lái)收集；使用控制器通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云來(lái)擬合最小表面，其中通過(guò)包含有延伸越過(guò)最小表面超過(guò)閾值距離的一組多邊形的多邊形網(wǎng)格的一部分來(lái)檢測(cè)裂縫，并且通過(guò)計(jì)算該組多邊形的多個(gè)維度來(lái)測(cè)量裂縫。

附圖說(shuō)明

并入說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖(未按比例繪制)示出了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并且和描述說(shuō)明一起解釋這些實(shí)施例。在附圖中：

圖1示出了具有耐火材料保護(hù)層的常規(guī)冶金容器；

圖2示出了常規(guī)激光掃描系統(tǒng)以對(duì)圖1的容器內(nèi)部的耐火材料進(jìn)行特性描述；

圖3示出了根據(jù)所公開(kāi)的主題的一個(gè)方面的激光掃描系統(tǒng)的示例性實(shí)施例；

圖4示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的圖1的容器的網(wǎng)格表示，該網(wǎng)格表示由圖3的系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)云覆蓋；

圖5示出了圖4的一部分的特寫(xiě)；

圖6示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的擬合到圖4的數(shù)據(jù)點(diǎn)的網(wǎng)格表示的二維截面圖，該網(wǎng)格表示與擬合到數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小表面疊加；

圖7示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的由圖6的一組候選的面標(biāo)識(shí)的一個(gè)可能裂縫；

圖8示出了由圖6的一組候選的面標(biāo)識(shí)的另一個(gè)可能裂縫；

圖9示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的檢測(cè)的裂縫的三維表示；

圖10示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的實(shí)施例的示出了圖4中標(biāo)識(shí)的裂縫的各種參數(shù)和尺寸的表格；

圖11示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖；以及

圖12示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置成對(duì)圖1的容器中的裂縫進(jìn)行標(biāo)識(shí)和特性描述。

具體實(shí)施方式

對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述參考附圖。不同附圖中相同的參考標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同或相似的元件。以下的詳細(xì)說(shuō)明并不限制本發(fā)明。而，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)限定。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，針對(duì)用于檢測(cè)和測(cè)量耐火內(nèi)襯中的裂縫的設(shè)備、系統(tǒng)或方法的術(shù)語(yǔ)和結(jié)構(gòu)討論以下實(shí)施例，所述耐火內(nèi)襯用來(lái)保護(hù)冶金工業(yè)中所使用的容器或器皿。然而，接下來(lái)將要討論的實(shí)施例并不限于這些示例性設(shè)置，而且可以應(yīng)用于其他設(shè)備、系統(tǒng)或方法，包括但不限于對(duì)其他容器的內(nèi)襯上的裂縫進(jìn)行特性描述、檢測(cè)、性能分析和/或測(cè)量，所述其他容器配置成保持或運(yùn)輸溫度高于制成所述容器的材料的熔點(diǎn)的物質(zhì)。

貫穿說(shuō)明書(shū)對(duì)“一個(gè)實(shí)施例(oneembodiment或anembodiment)”的參考是指結(jié)合一個(gè)實(shí)施例所描述的特有的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在所公開(kāi)的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在貫穿說(shuō)明書(shū)的各個(gè)位置處出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”不一定指的是相同的實(shí)施例。而且，特有的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。

本公開(kāi)描述了對(duì)通過(guò)掃描冶金容器的耐火內(nèi)襯而獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行分析以識(shí)別其中的裂縫的裝置、系統(tǒng)和過(guò)程。隨后，所使用的算法根據(jù)最大裂縫深度、位置、取向、長(zhǎng)度、平均寬度和最大寬度來(lái)識(shí)別和量化每個(gè)裂縫。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠使用該信息來(lái)確定裂縫的嚴(yán)重程度并且評(píng)估冶金容器是否需要維護(hù)或大修(re-lining)。

圖3示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)方面能夠生成數(shù)據(jù)點(diǎn)云的激光掃描系統(tǒng)20的示例性實(shí)施例。一般來(lái)說(shuō)，該激光掃描系統(tǒng)20包括兩個(gè)主要部件：掃描器22和通用控制器24。激光掃描系統(tǒng)20和通用控制器24可以一起布置在相同的裝置中或彼此分開(kāi)布置。例如，移動(dòng)推車(chē)實(shí)施例可以將二者包括在相同單元中。在另一個(gè)實(shí)施例中，激光掃描系統(tǒng)20可以是一個(gè)單元，其自身配置成位于待描述特性的容器的前方，通用控制器24位于另一個(gè)位置(例如，在工廠的操作控制室中)。如這里所使用的，通用控制器24還可以指數(shù)據(jù)縮減裝置24和/或計(jì)算或計(jì)算機(jī)裝置24。

在操作中，掃描器22通過(guò)視野16掃描容器2中的耐火材料6，生成待傳輸至通用控制器24的數(shù)據(jù)點(diǎn)云。根據(jù)實(shí)施例，如現(xiàn)在所討論的那樣處理來(lái)自?huà)呙柘到y(tǒng)20的掃描數(shù)據(jù)。注意，在對(duì)冶金容器侵蝕進(jìn)行特征描述的領(lǐng)域中，存在用于采用掃描的數(shù)據(jù)并應(yīng)用各種已知的處理步驟來(lái)生成內(nèi)襯表面的圖像從而標(biāo)識(shí)需要修理的區(qū)域的過(guò)程?；谀軌蛞源蛴　⒃谄聊簧匣蛞员砀裥问降缺硎镜脑搱D像，冶金容器專(zhuān)家確定是否需要修理容器的內(nèi)襯，并且據(jù)此通知冶金公司。接下來(lái)討論的實(shí)施例通過(guò)(例如)對(duì)內(nèi)襯材料中的裂縫進(jìn)行檢測(cè)和特性描述改進(jìn)了確定冶金容器的價(jià)值的技術(shù)過(guò)程，從而提高安全性并延長(zhǎng)容器壽命。

在常規(guī)系統(tǒng)中，該數(shù)據(jù)點(diǎn)云在這里用于對(duì)耐火材料6中的侵蝕進(jìn)行特性描述。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，除了那些在本文自始至終要注意和標(biāo)識(shí)的特征之外，激光掃描系統(tǒng)20和通用控制器24的特征均不是對(duì)所公開(kāi)的主題的限制。在一個(gè)實(shí)施例中，激光掃描系統(tǒng)20包括激光器、掃描器、光學(xué)器件、光電探測(cè)器和接收器電子器件。存在許多不同類(lèi)型的激光器、掃描器、光學(xué)器件、光電探測(cè)器和接收器電子器件，其能夠收集對(duì)耐火材料6的表面進(jìn)行特性描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)云。在一個(gè)實(shí)施例中，激光掃描系統(tǒng)20是更一般類(lèi)別的被稱(chēng)作lidar(光探測(cè)和測(cè)距或激光成像，探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng))的測(cè)量系統(tǒng)的具體實(shí)施方式。在這種實(shí)施例中，如果裝置的精度是待檢測(cè)的特征尺寸的至少一半時(shí)，任何類(lèi)型的lidar系統(tǒng)能夠產(chǎn)生適合裂縫檢測(cè)分析的數(shù)據(jù)點(diǎn)云。數(shù)據(jù)點(diǎn)云一旦被獲得就被傳輸至通用控制器24用于進(jìn)一步分析，如將在下面進(jìn)一步說(shuō)明的。在一個(gè)實(shí)施例中，激光掃描系統(tǒng)20包括anteris激光掃描器，其具有小(約4mm)光束直徑、高精度(±3mm范圍誤差)掃描、高掃描速率(高達(dá)500,000hz)、適合于工廠環(huán)境和在掃描高溫表面期間施加的熱負(fù)載的穩(wěn)健設(shè)計(jì)，人眼安全激光波長(zhǎng)(其消除和/或顯著降低工作場(chǎng)所安全性問(wèn)題)、±40°垂直掃描角和0-360°水平掃描角。這種激光掃描器允許在約6至10秒內(nèi)對(duì)容器內(nèi)部進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分辨率掃描，導(dǎo)致更少的容器停止時(shí)間和更高的生產(chǎn)可用性。在高分辨率模式下，anteris掃描器能夠提供可以用于檢測(cè)裂縫的容器的細(xì)節(jié)圖像，限定出料口周?chē)膮^(qū)域，或透氣塞的狀況。

掃描器激光系統(tǒng)20的期望的特性包括時(shí)間精度(以便提供期望水平的范圍精度)、角度測(cè)量精度和光束尺寸，其將提供如上所指出的期望的整體精度。最小可檢測(cè)特征尺寸取決于掃描器在空間上分辨單個(gè)掃描點(diǎn)的能力。掃描器不確定度可以被認(rèn)為是點(diǎn)周?chē)陌霃綖棣襰canner的球體。使用σscanner作為測(cè)量不確定度的第一標(biāo)準(zhǔn)偏差意味著測(cè)量的點(diǎn)位于不確定度球體內(nèi)的可能性為86％。采用該度量和啟發(fā)式數(shù)據(jù)，可得到的最小特征尺寸，即能夠被看見(jiàn)的最小特征尺寸，是掃描不確定度的兩倍。該主張受制于小于或等于掃描器不確定度的測(cè)量分辨率。測(cè)量分辨率是被測(cè)量表面上的點(diǎn)的空間分離。測(cè)量或掃描器不確定度由至少三項(xiàng)支配，即，范圍不確定度(σr)，角度測(cè)量不確定度(σangle)和光束直徑不確定度(σb)。假定這些是隨機(jī)變量，能夠估計(jì)掃描器不確定度為范圍不確定度和角度不確定度的平方的和。范圍不確定度取決于掃描器測(cè)量范圍的能力，因此產(chǎn)生計(jì)時(shí)不確定度(或σi)。每個(gè)點(diǎn)的角度不確定度取決于目標(biāo)距離(r)，如：

然后通過(guò)下式計(jì)算掃描器不確定度：σscanner

其中，光束不確定度σb等于光束直徑的一半。通過(guò)上述的數(shù)量，最小可檢測(cè)裂縫尺寸(或ξcrack,min)等于掃描器不確定度的兩倍。在使用激光器的實(shí)用系統(tǒng)中，掃描器不確定度經(jīng)常由光束尺寸限定。

一般而言，一旦生成數(shù)據(jù)點(diǎn)云，通過(guò)最初擬合具有高分辨率多邊形網(wǎng)格表面shr的云來(lái)檢測(cè)和測(cè)量裂縫，其中所述表面在一些實(shí)施例中具有用戶(hù)定義或選擇的分辨率。如本文自始至終使用的，表達(dá)高分辨率是指在所討論的表面上的平均測(cè)量點(diǎn)間距小于或等于約5mm，導(dǎo)致約10mm的最小可檢測(cè)特征尺寸。

接下來(lái)，為數(shù)據(jù)點(diǎn)云計(jì)算最小表面smin。shr和smin的對(duì)比將允許標(biāo)識(shí)位于距離smin大于指定距離的距離處的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而標(biāo)識(shí)shr的可能屬于裂縫的所有點(diǎn)。如下面將進(jìn)一步說(shuō)明的，在一個(gè)實(shí)施例中，shr和smin的這種對(duì)比是通過(guò)標(biāo)識(shí)具有位于smin外部的頂點(diǎn)的shr的全部面(facet)(即距離shr大于可編程距離的面)來(lái)完成的，從而生成一組潛在的屬于耐火材料6中的裂縫的面。最后，通過(guò)進(jìn)一步處理位于shr外部的頂點(diǎn)，將連接的面分組成單個(gè)裂縫，并根據(jù)裂縫取向、裂縫長(zhǎng)度、最大裂縫深度位置、平均裂縫寬度和最大裂縫寬度進(jìn)行裂縫的特性描述?，F(xiàn)在將考慮各種實(shí)施例更詳細(xì)地討論所公開(kāi)的主題的這些部分中的每一個(gè)部分。

圖4和圖5示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例的冶金容器的高分辨率網(wǎng)格表示，該網(wǎng)格表示由使用圖3的掃描系統(tǒng)從容器獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)云生成并由數(shù)據(jù)點(diǎn)云覆蓋。圖4是整個(gè)容器的圖解，圖5示出了圖4的特寫(xiě)部分。在圖4和圖5給出的實(shí)例中，使用三角形網(wǎng)格。盡管這樣，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解可以使用其他幾何形狀生成這種網(wǎng)格。另外，如已經(jīng)指出的，這種網(wǎng)格的分辨率將由用戶(hù)定義或選擇；理解的是，相比于較粗糙的網(wǎng)格，較精細(xì)的網(wǎng)格將會(huì)花費(fèi)更多計(jì)算時(shí)間來(lái)創(chuàng)建和分析。而且，可以根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)云的分辨率來(lái)選擇分辨率，-更高的數(shù)據(jù)點(diǎn)密度將導(dǎo)致選擇更高網(wǎng)格分辨率的能力。因此，網(wǎng)格尺寸應(yīng)視為任意變量，而非限制本文所公開(kāi)的主題的變量。

另外，在一些實(shí)施例中，首先獲得高分辨率掃描，隨后執(zhí)行本文所述的裂縫檢測(cè)和特性描述過(guò)程。在其他實(shí)施例中，首先使用低分辨率掃描來(lái)標(biāo)識(shí)可能有裂縫位于其中的區(qū)域。隨后，僅對(duì)可能有裂縫位于其中的區(qū)域進(jìn)行高分辨率掃描。

一般而言，網(wǎng)格尺寸大于用于掃描容器的光源的精度。例如，對(duì)于精度為±5mm的激光器而言，待使用的分辨率網(wǎng)格尺寸可以選擇為25mm。如所指出的，較精細(xì)的網(wǎng)格可能延遲數(shù)據(jù)縮減過(guò)程。例如，圖4中收集的數(shù)據(jù)具有每次測(cè)量約1m+個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，在本實(shí)例中使用三角形網(wǎng)格，必須創(chuàng)建所有面(即，通過(guò)擬合數(shù)據(jù)生成的每個(gè)小三角形)。因此，處理速度隨著使用較少的三角形而增加。例如，在具有1m個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的三角形網(wǎng)格中，對(duì)于任何類(lèi)型的數(shù)學(xué)運(yùn)算(例如，創(chuàng)建網(wǎng)格的橫截面，計(jì)算不同的期望體積，或測(cè)量到各個(gè)點(diǎn)的不同的期望距離)而言，計(jì)算的時(shí)間尺度隨著結(jié)構(gòu)尺寸按幾何級(jí)數(shù)地增加。這樣，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的，網(wǎng)格尺寸是被考慮的重要的計(jì)算約束。用戶(hù)希望接近實(shí)時(shí)結(jié)果，以便能夠操作和觀察計(jì)算的數(shù)據(jù)，因此在網(wǎng)格尺寸和計(jì)算時(shí)間之間的平衡總是存在。

生成網(wǎng)格時(shí)的另一個(gè)考慮是噪聲。由掃描系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)點(diǎn)云實(shí)際上是嘈雜的，并且還可以包括作為統(tǒng)計(jì)異常值的獲得的數(shù)據(jù)，從而因?yàn)槠洳粚儆谝幻枋鎏匦缘谋砻娑枰灰瞥?。能夠使用不同的處理?lái)降低被掃描數(shù)據(jù)中的噪聲。例如，可以使用最小二乘擬合來(lái)降低或過(guò)濾掉噪聲。另外，裂縫檢測(cè)和測(cè)量對(duì)用戶(hù)選擇的分辨率敏感。例如，能夠使用精度為±5mm的激光器可靠地檢測(cè)約25mm的裂縫。如果所選擇的柵格尺寸等于希望測(cè)量的裂縫尺寸，應(yīng)該預(yù)期這種裂縫可以被檢測(cè)但是未被量化。

圖4中所示的灰度表面是使用最小二乘擬合由所有數(shù)據(jù)的最佳擬合產(chǎn)生的表面，即shr，從而本質(zhì)上導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)點(diǎn)云的最小二乘近似。受到用于收集原始數(shù)據(jù)點(diǎn)云的分辨率的限制，為了更好或更準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)擬合到待標(biāo)識(shí)并描述特性的裂縫特征，將擬合的網(wǎng)格細(xì)化成更小的多邊形元素(例如，三角形元素)。圖5中示出的黑點(diǎn)是疊加在所示擬合表面上的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)。因此，在一些實(shí)施例中，所生成的表面是整體的相對(duì)較小的子部分。貫穿整個(gè)本公開(kāi)，圖4和圖5示出的表面將被稱(chēng)作高分辨率表面或shr。

一旦使用用戶(hù)定義的分辨率來(lái)生成高分辨率網(wǎng)格表面shr，則針對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)云計(jì)算最小表面smin。然后，shr和smin的系統(tǒng)的對(duì)比將允許標(biāo)識(shí)位于距離最小表面比指定距離更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而標(biāo)識(shí)可能與裂縫相關(guān)聯(lián)的shr的所有點(diǎn)。圖6至圖8示出了圖4的數(shù)據(jù)的幾個(gè)完整或部分二維截面，示出了數(shù)據(jù)點(diǎn)以及高分辨率表面和最小表面。

圖6中總體示出的信息如下。在30處示出了包圍容器的鋼質(zhì)殼體。永久內(nèi)襯32緊鄰殼體30布置，向其提供永久保護(hù)。緊鄰永久內(nèi)襯32的是耐火材料層6，有時(shí)稱(chēng)作工作內(nèi)襯34。工作內(nèi)襯34中的裂縫是人們通常關(guān)心的缺陷。孔36是用于從容器傾倒材料的出料口和/或在材料處理期間用于攪拌或使容器透氣的其他孔。在一些掃描方法中，這些特征可以用作在測(cè)量工作內(nèi)襯34之前精確定位容器的參考。

在一個(gè)實(shí)施例中，shr是最小二乘最佳擬合，smin是shr的第一負(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差μ，這樣的表面在下文被稱(chēng)作sμ,min。在38處示出了緊鄰工作內(nèi)襯34外表面的高分辨率表面(shr)、最小表面(smin)和數(shù)據(jù)點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，smin是從shr減去shr的局部負(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差構(gòu)建的最小表面。最小二乘最佳擬合表面shr可以被認(rèn)為是通過(guò)將鼓氣球放置在容器內(nèi)部而創(chuàng)建的表面，但是不會(huì)過(guò)于緊密以便擬合待定位和待測(cè)量的所有裂縫。在圖7和圖8所示的放大視圖中，在40處，shr、sμ,min和實(shí)際數(shù)據(jù)偏離，最佳擬合示出了位于其頂部的最小表面的凹陷(depression)，從而標(biāo)識(shí)可能的裂縫位點(diǎn)。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，可通過(guò)不同的方式從獲得的數(shù)據(jù)中移除噪聲和/或統(tǒng)計(jì)異常值并生成shr。例如，能夠通過(guò)諸如移動(dòng)立方體算法、crust和/或poisson(僅舉幾例)的技術(shù)來(lái)完成這種高分辨率網(wǎng)格表面shr。如已經(jīng)指出的，能夠?qū)崿F(xiàn)可行裂縫檢測(cè)的這種算法的期望特征是擬合算法不受噪聲的影響?？乖肼暩蓴_性是期望的特征，因?yàn)檩斎朦c(diǎn)云由于幾個(gè)理由通常是嘈雜的，這些理由包括但不限于：掃描器不確定度，和/或從煙、塵和/或碎片虛假獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這也是統(tǒng)計(jì)異常值數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)例。有利的擬合技術(shù)將采用取決于數(shù)據(jù)點(diǎn)云的細(xì)節(jié)水平的可變網(wǎng)格尺寸。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，這種擬合技術(shù)的分辨率將影響有待檢測(cè)和測(cè)量的裂縫的最小尺寸。例如，25mm分辨率將導(dǎo)致裂縫計(jì)算算法的精度被限制在該值的大約一半，即，12mm。另外，shr表面的生成還可以通過(guò)將獲得的數(shù)據(jù)處理成更小的集合來(lái)完成，從而在保持可接受的數(shù)據(jù)集合大小的同時(shí)提高速度。

在使用sμ,min的實(shí)施例中，可以計(jì)算擬合表面的這種統(tǒng)計(jì)表達(dá)，從而對(duì)于擬合表面shr中的每個(gè)面fi以及對(duì)于輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)pj而言，首先計(jì)算從pj到fi的法向距離dj，隨后確定所有計(jì)算的法向距離的平均法向距離di,avg和標(biāo)準(zhǔn)偏差σi。接下來(lái)，對(duì)于在擬合表面shr中的每個(gè)面fi以及對(duì)于輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)pj，sμ,min可以按如下方式計(jì)算：

如果(dj-di,avg<0)，將dj加到dmtotal并且增加計(jì)數(shù)器nm；(3)

以及(4)

pml＝<nfi,dmavg>(5)

其中<>是所示變量之間的內(nèi)積，其中nfi是垂直于面fi的單位向量?；诘仁?3)至(5)，然后根據(jù)點(diǎn)pmi構(gòu)建sμ,min。

一旦指定操作員選擇的裂縫尺寸，可以通過(guò)比較shr和sμ,min來(lái)標(biāo)識(shí)和測(cè)量裂縫。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，需要可編程距離以便控制將符合設(shè)計(jì)成找到裂縫的條件的面的量，以便對(duì)其進(jìn)行特性描述。裂縫僅在其具有特定的尺寸時(shí)變得有意義。滿(mǎn)足操作員選定的裂縫尺寸的所有面被標(biāo)識(shí)為可能屬于裂縫。所有這種面被預(yù)留下，稍后確定它們是否屬于相同的組，即相同的裂縫。

最初通過(guò)從高分辨率網(wǎng)格shr中提取具有任意頂點(diǎn)位于sμ,min外部比可編程距離ωm更大距離處的所有面fi來(lái)過(guò)濾裂縫。這些面全部合并到裂縫候選的表面，或scc。對(duì)于scc中的所有面為了標(biāo)識(shí)屬于單個(gè)裂縫的所有面，具有共同頂點(diǎn)的那些面連接成裂縫的表面sc，從而產(chǎn)生i子表面的組src,i(src,i是sc的子表面，sc是scc的子表面)。

在數(shù)學(xué)中，sc包含來(lái)自shr的作為裂縫表面的連接的面的組，這樣，對(duì)于擬合的表面shr中的每個(gè)面fi中的每個(gè)頂點(diǎn)而言，首先計(jì)算從vj到sμ,min的帶符號(hào)歐幾里得距離dmj。接下來(lái)，如果dmj>ωm，則將r加到候選裂縫的表面scc，其中ωm是用戶(hù)選擇的可編程參數(shù)。然后，可以將scc中的面和具有任何共同頂點(diǎn)的那些面遞歸地分組，從而將這些組形成為原始裂縫表面src,j。如果滿(mǎn)足表面drc和另一個(gè)可編程參數(shù)ωc之間的最小距離，src,i中的組通過(guò)組合src,j中的表面而被遞歸分組形成sc，可以認(rèn)為ωc是物理距離，使得如果有“靠近”(在ωc范圍內(nèi))并且指向相同方向的兩個(gè)裂縫，則可以認(rèn)為這兩個(gè)裂縫是相同的裂縫，從而創(chuàng)建裂縫表面集合sc。

然后利用sc中的信息計(jì)算每個(gè)裂縫的統(tǒng)計(jì)值。即，在一個(gè)實(shí)施例中，sc中的每個(gè)頂點(diǎn)到sμ,min的歐幾里得距離可以確定平均裂縫深度dcavg。在另一個(gè)實(shí)施例中可以通過(guò)sc中的每個(gè)頂點(diǎn)到sμ,min的最大歐幾里得距離來(lái)確定最大裂縫深度dcmax和裂縫位置。最后，擬合穿過(guò)一個(gè)裂縫中的所有頂點(diǎn)的最小二乘最佳擬合直線可以用于確定裂縫取向，其應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)于最佳擬合直線的方向。

量化被檢測(cè)和測(cè)量的裂縫的另一種方式是確定其取向。取向是期望的特性，由于該方式，構(gòu)建了某些容器。根據(jù)給定容器的結(jié)構(gòu)特性，裂縫最有可能沿著磚線出現(xiàn)。已知(例如耐火材料可能布置的)主要取向，就可以根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)與該主要取向基本上對(duì)準(zhǔn)的裂縫進(jìn)行搜索和特性描述。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解所公開(kāi)的設(shè)備、系統(tǒng)、方法和過(guò)程是通用的。由此，我們能夠搜索某個(gè)方向或者沿著此類(lèi)方向分組在一起的面。另外，有經(jīng)驗(yàn)的人在工作中通過(guò)某些類(lèi)型的容器及其耐火材料獲益，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用類(lèi)型、磚塊如何放置、根據(jù)磚塊類(lèi)型選擇的取向和/或給定應(yīng)用中希望的磚塊類(lèi)型(僅舉幾個(gè)實(shí)例)來(lái)確定最佳可編程取向。

例如，如果在給定應(yīng)用中在某種程度上垂直裂縫是普遍的，則可以在縮減的數(shù)據(jù)中搜索例如在垂直軸(例如，z軸)±30°范圍內(nèi)的裂縫，該垂直軸的長(zhǎng)度-平均寬度比(或rl/w)大于最小可編程閾值或rl/w,min。類(lèi)似的，如果在另一個(gè)應(yīng)用中在某種程度上水平裂縫是普遍的，則可以在縮減的數(shù)據(jù)中標(biāo)識(shí)例如在水平平面(例如，xy平面)±30°范圍內(nèi)的裂縫，該水平平面的長(zhǎng)度-平均寬度比(或rl/w)大于最小可編程閾值或rl/w,min。

對(duì)于src中的每個(gè)src,i，通過(guò)首先連接至其他src,i子表面來(lái)產(chǎn)生新的合并子表面集合sc,i來(lái)確定長(zhǎng)度、取向、最大深度、平均深度、最大寬度和位置。src,i應(yīng)該具有和src,j相同的取向。src,i應(yīng)該離src,j在最大距離ωc范圍內(nèi)。并且，最后，src,ij應(yīng)該比src,i和src,j具有更大的長(zhǎng)度-平均寬度比，即rl/w,j>rl/w，i。對(duì)于sc中的每個(gè)面，計(jì)算裂縫深度。裂縫深度定義為sc,i中每個(gè)頂點(diǎn)和sμ,min之間的最大歐幾里得距離。為了提高深度的計(jì)算精度，所公開(kāi)的主題范圍內(nèi)的算法能夠僅在sc,i限定的范圍內(nèi)可選擇地重新擬合shr，從而創(chuàng)建分辨率高于所采用的第一個(gè)分辨率的擬合表面。

普通技術(shù)人員將理解src,i是滿(mǎn)足給定過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)的子組，但是可以不被直接連接至其他子組-它們實(shí)際上彼此接觸。因此，可以檢測(cè)裂縫或檢測(cè)可能在其小部分內(nèi)具有填充裂縫的一塊處理材料。因此，剛剛描述的最后處理步驟是對(duì)設(shè)置為將子組分組成超級(jí)子組的近似標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)。如果它們足夠接近并且大致遵循相同的取向，則它們是相同的裂縫。這樣，ωc允許填充材料，并且在第一次分組后，所提出的過(guò)程將基于已經(jīng)滿(mǎn)足所有條件的所有裂縫再次進(jìn)行檢查。在給定說(shuō)明中，i是用于所有滿(mǎn)足給定條件的組，j是用于所有組。普通技術(shù)人員將理解i不能等于j，因?yàn)槿绻@樣，給定的條件每次將會(huì)滿(mǎn)足-明顯不期望的結(jié)果。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，長(zhǎng)度-平均寬度比是所需考慮的合期望的變量，該長(zhǎng)度-平均寬度比根據(jù)所檢查的應(yīng)用的類(lèi)型以及所查找的類(lèi)型的裂縫的特性來(lái)選擇。一旦指定該變量的值并且數(shù)據(jù)被過(guò)濾，則將采用符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的所有可能的候選，并且用戶(hù)可以例如通過(guò)所有這些面擬合最佳擬合直線-有效地將邊界框放置在所選擇的面周?chē)?duì)于這個(gè)集合而言，如果一組面具有例如大約為1的長(zhǎng)度-寬度比，則該組是個(gè)坑(crater)，而不是裂縫。裂縫通常將通過(guò)相對(duì)于橫向尺寸的長(zhǎng)的縱向尺寸來(lái)進(jìn)行特性描述。這樣，通過(guò)能夠指定長(zhǎng)度-平均寬度比，所公開(kāi)的產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)將具有內(nèi)置的靈活性。通常，可以指定約為4的比例，但是該比例將取決于應(yīng)用的類(lèi)型和普通技術(shù)人員已知的其他變量。例如，鋼水包中的裂縫可以具有可能大于4的長(zhǎng)度-平均寬度比。在其它應(yīng)用中，用戶(hù)可能想尋找非常大的裂縫，有時(shí)甚至是坑，像磚塊掉落的位置-大的孔。因此，所公開(kāi)的產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的有利特征之一是將長(zhǎng)度-平均寬度比設(shè)置為正在尋求的內(nèi)容或正在進(jìn)行的應(yīng)用的函數(shù)的靈活性。

圖9中50標(biāo)識(shí)的較暗區(qū)域示出了圖4的容器中的裂縫。由于對(duì)相同附圖中示出的數(shù)據(jù)點(diǎn)云執(zhí)行的上述程序和/或計(jì)算，對(duì)這些裂縫進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行特性描述。圖10中的表格示出了每個(gè)被檢測(cè)的裂縫的裂縫取向、最大深度、圓柱坐標(biāo)的位置(半徑(r)，角度(θ)和縱向距離(z))、裂縫長(zhǎng)度、平均寬度和最大寬度的值。

配置成對(duì)容器或容器的內(nèi)襯中的裂縫進(jìn)行檢測(cè)/標(biāo)識(shí)、測(cè)量和特性描述的方法和過(guò)程也落入所公開(kāi)的主題的范圍內(nèi)。圖11示出了根據(jù)所公開(kāi)主題的方法或過(guò)程100的示例性實(shí)施例的流程圖。如所示的，在110處，這種方法包括通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云擬合多邊形網(wǎng)格，該多邊形網(wǎng)格具有用戶(hù)指定的分辨率，該數(shù)據(jù)點(diǎn)云由掃描裝置通過(guò)測(cè)量從掃描裝置到容器內(nèi)襯材料表面上的多個(gè)點(diǎn)的距離來(lái)收集。在120處，使用控制器通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)云擬合最小表面。以及在130處，通過(guò)包含延伸越過(guò)最小表面超過(guò)用戶(hù)選擇的閾值距離的一組多邊形的多邊形網(wǎng)格的一部分標(biāo)識(shí)/檢測(cè)裂縫，并測(cè)量該組多邊形的多個(gè)維度。

包括所公開(kāi)主題的方法的一個(gè)或多個(gè)步驟可以在計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)施，該計(jì)算系統(tǒng)具體配置成對(duì)如上所述的冶金容器或器皿的耐火內(nèi)襯中的裂縫進(jìn)行檢測(cè)/標(biāo)識(shí)、測(cè)量和特性描述。圖12中示出了能夠執(zhí)行根據(jù)示例性實(shí)施例的操作的代表計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)例?？梢允褂糜布?、固件、軟件或其組合來(lái)執(zhí)行本文所述的各種步驟和操作。

適合執(zhí)行示例性實(shí)施例中所述的行為的示例性計(jì)算系統(tǒng)900可以包括服務(wù)器901。這種服務(wù)器901可以包括中央處理器(cpu)902，所述中央處理器902耦合至隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)904和只讀存儲(chǔ)器(rom)906。rom906還可以是存儲(chǔ)程序的其他類(lèi)型的存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如可編程rom(prom)、可擦除prom(eprom)等。處理器902可以通過(guò)輸入/輸出(i/o)電路908和高壓線與母線間的連接910而與其他內(nèi)部和外部組件通信，以提供控制信號(hào)等。cpu902執(zhí)行本領(lǐng)域中已知的各種功能，如軟件和/或硬件指令指示的。

服務(wù)器901還可以包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，包括磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器912，cd-rom驅(qū)動(dòng)器914以及能夠讀取和/或存儲(chǔ)信息的其他硬件(諸如dvd)，等等。在一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行上面討論的步驟的軟件可以存儲(chǔ)和分布在cd-rom916、可移除存儲(chǔ)器裝置918或其他形式的能夠可攜帶地存儲(chǔ)信息的介質(zhì)上。存儲(chǔ)介質(zhì)可以插入諸如cd-rom驅(qū)動(dòng)器914、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器912等裝置中并由其讀取。服務(wù)器901可以耦合至顯示器920，顯示器920可以是任何類(lèi)型的已知顯示器或展示屏，諸如lcd顯示器、led顯示器、等離子顯示器、陰極射線管(crt)等。提供了用戶(hù)輸入接口922，包括一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)接口機(jī)構(gòu)，諸如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、麥克風(fēng)、觸摸板、觸摸屏、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)等。

服務(wù)器901可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)耦合至其他計(jì)算裝置，諸如陸地線終端和/或無(wú)線終端。服務(wù)器可以是全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(gan)諸如互聯(lián)網(wǎng)928中的較大型網(wǎng)絡(luò)配置的一部分，其允許最終連接至各種陸地線裝置和/或移動(dòng)客戶(hù)端裝置。

所公開(kāi)的示例性實(shí)施例提供了用于對(duì)冶金容器或器皿內(nèi)襯中的裂縫進(jìn)行檢測(cè)/標(biāo)識(shí)、測(cè)量和特性描述的設(shè)備、方法和系統(tǒng)，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在考慮所公開(kāi)的主題后在上文總結(jié)和理解的其他用途。應(yīng)該理解，該描述并不旨在限制本發(fā)明。相反，示例性實(shí)施例旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代、修改或等同物。而且，在示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，陳述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)所要求保護(hù)的發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以在沒(méi)有這種具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐各種實(shí)施例。

雖然在實(shí)施例中以特定組合描述了本示例性實(shí)施例的特征和元素，但是每個(gè)特征或元素可以在沒(méi)有實(shí)施例的其他特征和元素的情況下單獨(dú)使用或者在有或沒(méi)有本文所公開(kāi)的其他特征和元素的情況下以各種組合使用。

本書(shū)面描述使用所公開(kāi)的主題的實(shí)例，以使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┻@些實(shí)例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所包含的方法。本主題的可授予專(zhuān)利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)例。這種其他實(shí)例旨在落入權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。

雖然已經(jīng)在附圖中示出本文描述的主題所公開(kāi)的實(shí)施例并在以上結(jié)合幾個(gè)示例性實(shí)施例通過(guò)特殊性和細(xì)節(jié)對(duì)其進(jìn)行了完整描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在實(shí)質(zhì)上不脫離本文闡述的新穎教導(dǎo)、原則和概念以及所附權(quán)利要求書(shū)中敘述的主題的優(yōu)點(diǎn)的情況下，許多修改、變化和省略都是可能的。因此，所公開(kāi)的創(chuàng)新的合適范圍應(yīng)該僅由對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)最寬的解釋來(lái)確定，以便涵蓋所有這些修改、變化和省略。另外，根據(jù)替代實(shí)施例可以改變或重排任何過(guò)程或方法步驟的順序或次序。最后，在權(quán)利要求中，任何裝置加功能條款旨在涵蓋本文中描述的執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)，不僅包括結(jié)構(gòu)的等同物，而且包括等同的結(jié)構(gòu)。