(57)【要約】本発明は、容器のライニングの摩耗を測定するために、光学的放射を射出及び受入する測定装置を位置決めする方法に関するものであって、当該方法が、測定装置及び容器に対する座標系を組み合わせることにより座標系を固定化し、かつ、測定装置の座標系内で複数の特定の固定化マークの位置を個々に決定することを含み、それら固定化マークはそれぞれ実質的に形状が規則的であり、固定化マークの位置は、（ａ）光学的放射ビームを、第一固定化マークを横切って第一及び第二の交差方向に偏向し、かつ、そのマークの中心の位置及び少なくとも２つの線形縁部を決定し、その中心の位置及び少なくとも２つの縁部の方向に基づいて第一の仮の座標系を作り、（ｂ）第一の仮の座標系に基づいて、少なくとも２つの別の固定化マークを捜索し、かつ、それらの中心の位置を決定し、（ｃ）これら固定化マークの中心位置に基づいて、前記容器の座標系を定める、ことにより決定される方法。
2006509206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（１０）のライニングの摩耗を測定するために、光学的放射を射出及び受入する測定装置（２０）を位置決めする方法であって、当該方法が、前記測定装置（２０）及び前記容器（１０）に対する座標系（２６，３６）を組み合わせることにより前記座標系（２６、３６）を固定化し、前記測定装置（２０）の座標系（２６）内で複数の特定の固定化マーク（４１、４３、４５）の位置を個々に決定することを含み、それら前記固定化マーク（４１、４３、４５）はそれぞれ実質的に形状が規則的であり、前記固定化マーク（４１、４３、４５）の位置を、
（ａ）光学的放射ビームを第一固定化マーク（４１）を横切って第一及び第二の交差方向に偏向し、かつ、そのマークの中心の位置及び少なくとも２つの線形縁部を決定し、前記中心の位置及び前記少なくとも２つの縁部の方向に基づいて第一の仮の座標系（４７）を作り、
（ｂ）前記第一の仮の座標系（４７）に基づいて、少なくとも２つの別の固定化マーク（４３、４５）を捜索し、それらの中心の位置を決定し、
（ｃ）前記固定化マーク（４１、４３、４５）の中心位置に基づいて、前記容器（１０）の座標系（３６）を定める、ことにより決定する方法。
【請求項２】
前記第一の固定化マーク（４１）が実質的に長方形である、請求項１による方法。
【請求項３】
前記第一の固定化マーク（４１）が、前記少なくとも２つの他の固定化マーク（４３、４５）より寸法が大きい、請求項１又は２による方法。
【請求項４】
前記固定化マーク（４１、４３、４５）の中心がその交差から計算される、請求項１乃至３のいずれかによる方法。
【請求項５】
前記交差が、距離測定或いは反射強度測定の一方によって検出される、請求項４による方法。
【請求項６】
前記固定化マーク（４１、４３、４５）が逆反射面を有する請求項５による方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器のライニングの摩耗を測定するための光学的放射を射出及び受入する測定装置を位置決めする方法であって、その方法は測定装置と容器に設定された座標系を固定化することを含み、その固定化は、測定装置の座標系内の特定の固定化点の位置を測定することによって測定装置の座標系と容器の座標系とを数学的に組み合わせることを含む方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼に使用する転炉又はレイドルのライニングの摩耗を測定することは極めて重要である。それは、容器の耐用年数を最適にし、かつ、ライニングの過度の摩耗による製造又は産業安全に関わるリスクが生じるのを防ぐことを可能にする。転炉の摩耗したライニングは比較的頻繁に換えなければならないが、それは、転炉で何を溶融するか、ライニングをどの材料で作るか、そして、勿論、転炉を用いる溶融の回数によるが、寿命は１又は２週間から通常数ヶ月以内に亙るからである。一般的に云うと、転炉は約１００乃至５０００回の溶融を行うことができる。
【０００３】
ライニングの摩耗は、レーザービームの伝搬時間又は位相差の測定に基づく方法によって測定される。レーザービームは転炉の内面上のライニングに当てられ、そこから反射して測定装置に戻る。伝搬時間を測定することによる方法では、測定装置と、測定装置の座標系内で測定されるライニング上の各測定点との間の距離が、レーザービームの射出時間と帰還時間との時間差に基づいて計算できる。これら測定点はライニングの摩耗輪郭を画定し、それは、例えば、ディスプレイ端末に出力することができ、それにより、使用中の転炉から測定した摩耗輪郭を、容器を実際に使用する前、即ち、最初の溶融前のモデル化段階期間に測定した同じ容器の内面の輪郭と図形的かつ数式的に比較することができる。
【０００４】
製鋼業で使用される転炉、レイドル及び他の容器のような３次元物体のライニングの摩耗を、レーザー測定のような非接触法によって測定するために、測定装置と測定される物体を同じ座標系で表わすことが必要である。測定装置と、測定される物体の座標系とを組み合わせることを固定化と云う。換言すると、測定装置は物体に対して位置決めされる。固定化に対して、少なくとも３個の固定化点を使用する必要があり、それらの固定化点のそれぞれに測定装置のレーザービームを順に当て、それから、測定装置の座標系内の各固定化点の座標が測定される。たとえ測定装置が容器の近くに固定位置又は半固定位置を有していても、いずれにしろ、ライニングの各測定に対して、別々に固定化をする必要があり、この様にして、周囲条件の変化、又は、他の要因により誤差を生じないことを確かにする。固定化が成功したかどうかを推定するために、毎回、固定化を初めからやり直す必要もある。
【０００５】
位置決め、又は、固定化、に通常使用する、いわゆる直接的手順では、容器のような測定される物体上に、具体的には、容器の開口の近傍に、静止固定化マークが取り付けられる。固定化マークによって物体及び測定装置の座標系を数学的に結合することができる。直接的手順では、固定化マークと実際に測定される点とを同時に測定することによって、測定される物体と測定装置を同じ座標系に含めることができる。
【０００６】
測定される物体が枢軸に支持される特別な場合は、間接的な角度測定固定化を使用することができ、その場合に、固定化マークは容器の外部に配置される。角度測定装置は、いわゆる、傾斜計を用いる場合は、例えば、容器の枢軸上に、或いは、容器内のほかの箇所に装着される。測定される物体に、明瞭に見え、そして、別な方法でもその位置が検出できる必要な固定化マークを設けることができないならば、現在、使用される間接的方法が角度測定による固定化である。角度測定固定化は、測定される物体の外部の構造にある固定化マークと角度測定装置から得られる角度を使用して行われ、これは測定される座標系の数学的な結合を可能にする。固定化マークは、転炉の近傍の、例えば、工場の壁の構造体に取り付けられる。角度測定法が既知の方法で使用されると、角度測定装置は物体、又は、容器の既知の環境に対する位置を測定装置に通知する。
【特許文献１】米国特許第５５７０１８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
直接的及び間接的な角度測定の固定化において、共に、固定化マークは、例えば、小さな板金であり、それに、測定装置で射出されるレーザービームを、例えば、双眼鏡か他の道具で、手作業により差し向ける。これらの既知の方法で、レーザービームを手作業で固定化マークの中心に当てる目的は、固定化が成功するように固定化点を得ることである。測定装置の操作員は、従って、すべての固定化点が測定される前に幾つかの操作をすることが要求される。これら既知の方法の欠点は、固定化操作を自動化するのが難しいことで、それに加えて、固定化が人によって行われると、固定化マークの中心の推定及び実際の指向操作において誤りのリスクがあることである。
【０００８】
米国特許第５５７０１８５号によれば、座標系を固定するための固定化又は較正マークを使用することが知られていて、これらのマークは実質的に規則的な形状、好ましくは、環状、であり、測定装置の座標系での各固定化マークの位置は固定化マークを横切って交差する２つの方向に光学的放射を偏向し、固定化マークから反射された光学的放射を測定し、測定装置へ反射された光学的放射に基づいて、固定化マークと両偏向方向に射出された光学的放射との少なくと２つの交点を決定し、少なくとも４つのこれら交点を基にして、測定装置の座標系内の固定化マークの座標を決定するために、測定装置によって射出される光学的放射が当てられる基準点を計算する、ことによって測定される。
【０００９】
この方法は、従来の固定化マークを規則的形状の固定化マークに置き換える技術思想に基づいていて、異なる偏向方向を有するレーザービームの２つの偏向と所要の計算によってその固定化マークの中心が決定され、レーザービームはその中心に当てられ、これにより、測定装置の座標系での固定化マークの正確な座標が自動的に測定される。
【００１０】
しかし、その既存の方法を改良して、更に迅速化するため、かつ、さらに信頼性のあるものとする要請が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
それは、容器のライニングの摩耗を測定するために、光学的放射を射出し、かつ、受入する測定装置を位置決めする本方法によって達成され、この方法では、測定装置及び容器に対する座標系を結合することにより座標系の固定化をし、測定装置の座標系内で複数の特定の固定化マークの位置を個々に決定することを含み、それら固定化マークはそれぞれ実質的に形状が規則的であり、それら固定化マークの位置は、
（ａ）光学的放射ビームを、第一固定化マークを横切って第一及び第二の交差方向に偏向し、かつ、そのマークの中心の位置及び少なくとも２つの線形縁部を決定し、その中心の位置及び少なくとも２つの縁部の方向に基づいて第一の仮の座標系を作り、
（ｂ）第一の仮の座標系に基づいて、少なくとも２つの別の固定化マークを捜索し、それらの中心の位置を確定し、
（ｃ）それらの固定化マークの中心位置に基づいて、容器の座標系を定める、ことにより決定される。
以下、添付の図面に関連して、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図1は、直接的に手作業で位置決め及び測定するために装置を準備する第一準備段階を図示したものである。図１は、測定される物体、即ち、外面１１と内面１２を含む容器１０を示し、内面１２は摩耗が測定されるライニング（図示せず）を有している。転炉のような容器１０が、軸支持体１４に支持される枢軸１３に掛けられる。実際の測定装置２０はレーザー送受信機２２とその支持体２１を有する。
【００１３】
図１は、また、測定装置の、ｘ−、ｙ−、ｚ−軸を有する座標系２６を示す。測定される物体、即ち、容器１０の座標系３６も同様にｘ−、ｙ−、ｚ−軸を有する。数学的に、測定される物体、即ち、転炉のような容器１０の座標系３６は、容器開口の中心にあり、座標系３６のｚ−軸は容器１０の長手方向軸に沿って延在している。座標系３６内で、ｘ−軸は水平で、ｙ−軸は垂直である。
【００１４】
好ましくは、集成体は容器の傾きを測定する角度測定装置（図示せず）も含み、容器１０の枢軸１３上に配置するのが最も好ましい。角度測定データを測定装置へケーブル又は無線伝送路を介して伝達することができる。角度測定装置は、容器１０が固定化測定とライニング測定との間で回転した際に必要であり、それは、固定化マーク（図２、図３で、４１，４３，４５）を容器の外部に配置、即ち、間接的固定化測定の際にも必要とされる。
【００１５】
測定装置２０及び容器１０の座標系２６、３６は、測定装置２０の座標系２６内での固定化マーク３１乃至３４の特定点の位置を測定することによって、普通に数学的に結合される。固定化マーク３１乃至３４は好ましくは規則的形状である。固定化マーク３１乃至３４の中心は、実際、固定化点であり、その座標が測定される。その測定についての詳細は、米国特許第５５７０１８５号に記載されているので、その記載を参照してここに全部引用する。
【００１６】
測定した後、装置は直接的手作業位置決め及び測定をする状態になっている。本発明の実施にあたり、この固定化測定は、装置の準備で１回だけ行わなければならない。装置の固定化に使用される更に他のすべての測定が、外部固定化マーク（図２、図３で、４１，４３，４５）に関して行われる。
【００１７】
次に、図２及び図３に見ると、更に、３個の外部固定化マーク４１、４３、４５が固定化マーク支持体４２、４４、４６に、好ましくは、容器の外部の安定な環境に取り付けられる。固定化マーク４１、４３、４５は、例えば、工場の壁、又は、容器１０の近傍の何処かに取り付けられる。第一の固定化マーク４１は、好ましくは、長方形で、もっと好ましいことは、少なくとも他の２つの固定化マーク４３、４５より寸法が大きいことである。その少なくとも他の２つの固定化マーク４３、４５は、楕円形にしても、目標表面上にいずれにしろ配置されるマークとすることができる。しかし、それらも長方形とするのが好ましい。
【００１８】
本発明の実施に当たり、光学的放射を第一の固定化マーク４１を横切って、第一及び第二の交差方向に偏向することによって、第一の固定化マーク４１の中心点、並びに、面及び縁部の方向を測定する。その情報に基づいて、第一の仮の座標系４７（図３）が作成される。
【００１９】
第一の仮の座標系に基づいて、少なくとも他の固定化マーク４３、４５が捜索され、好ましくは、その交差位置から固定化マーク４３、４５の中心を計算することによって、もっと好ましくは、距離測定及び反射密度測定のいずれかにより、その固定化マークの位置が決定される。測定を容易にするために、固定化マーク４１、４３、４５は好ましくは逆反射面を有する。
【００２０】
最後に、固定化マーク４１、４３、４５の中心位置及び角度測定から得られる角度値に基づいて、容器１０の座標系３６が決定される。これらのデータは座標系２６及び３６を結合することを可能にする。
【００２１】
一般に、この方法は、測定される物体と測定装置の座標系を組み合わせるために用いることができる。測定される物体は、従って、容器以外のものであってよい。この方法は、ライニング又は他の被覆の摩耗を測定するのに特に有用であるが、その測定に用いなければならないことではない。この方法は、測定される物体と測定装置の座標系を結合する必要がある他の測定に応用することもできる。
【００２２】
本発明を添付の図面により実施例に関して上述したが、本発明がそれに限定されず、添付の特許請求の範囲に記載の発明の技術思想の範囲でいろいろと変更することができることは明らかである。例えば、本発明による方法は、容器の座標系３６の間接的な測定に限定されるものではない。固定化マークが容器に直接取り付けられている場合は、直接的測定に用いることもできる。この場合、固定化マークの光反射率は好ましくは容器の固定化マークを取り囲む領域の光反射率とはかなり異なることが好ましい。しかし、目標マークは別個の金属片で作る必要はない。また、固定化マークは普通の形状か、目標面上のマークとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】直接的に手作業で位置決め及び測定するために装置を準備する第一準備段階を示す。
【図２】間接的に手作業で位置決め及び測定するために装置を準備する第二準備段階を示す。
【図３】自動的に位置決め及び測定するために装置を準備する第三準備段階を示す。
【図１】
2006509206.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2006509206.tif 000006
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