基于点云处理技术的转炉炉衬测厚方法研究
发布时间：2020-12-27 08:30
随着三维激光扫描技术的发展,三维空间中点云的相关处理技术也逐渐成熟。转炉炉衬的厚度对钢铁炼钢生产中的安全性和转炉寿命的确认都具有十分重要的影响,因此,本文将扫描得到的转炉的不同角度的三维激光点云数据进行点云数据配准拼接和曲面重建,随后与转炉炉内钢壳轮廓进行比对从而完成对转炉炉衬厚度的检测,为转炉炼钢的安全生产提供保证。本文的主要内容包括以下五点:(1)分析综述了转炉炉衬测厚技术的现状,分析了三维激光扫描技术应用于炉衬测厚的可行性。(2)详细阐述了三维激光扫描技术的基本原理以及扫描所得的点云数据的分类,并对点云数据的大致处理流程进行了介绍,尤其是对点云数据的预处理进行了详细描述。(3)分析了三维扫描点云数据的粗配准和精配准方法,研究比较了粗配准使用的描述子和改进的ICP算法及其它几种点云配准的算法,获得了本论文所用的改进的ICP算法,该算法通过计算MLS特征并运用了邻近点通信和强度投票进行配准,结合采集的样本数据,验证了该算法在点云配准上的有效性。(4)通过坐标变换将以扫描仪为坐标原点的点云数据转换到以转炉旋转中心为坐标原点的极坐标系中,并与转炉炉内钢壳轮廓数据或炉衬初始数据进行对比,从...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１转炉模型示意图??
??超声波测厚法是利用超声在固体介质中传播的特点进行测厚的，在一定温度??下超声波进入炉内入射到炉衬上，通过超声波在炉衬内入射和反射的传播时间求??出炉衬的残存厚度。因为实际的转炉炉衬材料性质变化很大，转炉结构复杂，所??以这一方法目前只在实验室研究阶段。??目前基于激光距离检测的方法逐渐应用于转炉炉衬厚度测量中，尤其是快速??三维扫描仪的出现，使激光检测法更能快速有效的测量出炉衬厚度。??１．１．２基于激光测距的炉衬测厚方法及现状??激光测距的原理如图１．２所示，通过微处理器计算激光发射脉冲与接收脉冲??的时间差来测量发射头与目标间的距离，当激光发射头以一定的角度向转炉内部??炉衬表面发射测量脉冲后，计算机自动记录此角度和距离，通过一定的变换关系??就能获得转炉炉内炉衬的轮廓信息，再和转炉内部钢壳轮廓或者炉衬侵蚀前的原??始形状进行比对从而得到转炉炉衬厚度。??
Ａ??图１．３炉衬激光测厚原理??图１．３中虚线表示转炉炉衬被侵蚀前的形状，实线表示炉衬现有的形状，ＯＡ??代表转炉的中心轴线，１表示炉衬原来的内半径，ｒ表示测量点到转炉中心轴线??的距离，ｄ是测量点到扫描仪中心的距离，《是激光发射方向与中心轴线的夹角，??（１和》都可以由激光距离与角度测量系统测量得到。??根据三角函数关系有：ｒ?＝?ｄ＊ｓｉｎａ，由于转炉新砌砖时ｒ。己知，所以可以得??到转炉炉衬在使用过程中被侵蚀掉的厚度：??Ａｒ?＝?ｒ?－?ｒ〇?－?ｄ＊?ｓｉｎａ－?ｒ〇?（１．１）??目前激光测厚法大都采用离散的点测方法，利用全站仪一点一点测量转炉内??部感兴趣的部位，这种方法速度慢且测量数据有哏。随着激光快速三维扫描仪的??出现，人们可以快速获得炉衬内部轮廓。激光快速扫描仪以伺服电机为动力的测??头可以自动扫描炉衬的整个内表面，并以毎秒几万点的速度将测头所处的位置和??所测出的距离存于计算机中
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进正态分布变换算法的点云配准[J]. 张晓,张爱武,王致华. 激光与光电子学进展. 2014(04)
[2]基于Sierra Lite抖动算法的散焦投影光栅测量[J]. 吕江昭,达飞鹏,郑东亮. 光学学报. 2014(03)
[3]基于激光测距的炉衬测厚系统[J]. 李培玉,董月,张志欣. 钢铁研究学报. 2013(10)
[4]基于整体最小二乘的稳健点云数据平面拟合[J]. 官云兰,刘绍堂,周世健,张立亭,鲁铁定. 大地测量与地球动力学. 2011(05)
[5]ICP算法在3D点云配准中的应用研究[J]. 杨现辉,王惠南. 计算机仿真. 2010(08)
[6]总体最小二乘方法在三维坐标转换中的应用[J]. 陆珏,陈义,郑波. 大地测量与地球动力学. 2008(05)
[7]基于ICP算法的距离图像配准研究[J]. 赵成安,周春来. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2008(01)
[8]从激光扫描数据中进行建筑物特征提取研究[J]. 李必军,方志祥,任娟. 武汉大学学报(信息科学版). 2003(01)
[9]激光扫描测量系统的应用研究[J]. 陈静,李清泉,李必军. 测绘工程. 2001(01)
博士论文
[1]基于地面激光扫描点云数据的三维重建方法研究[D]. 赵煦.武汉大学 2010
[2]基于散乱点云数据的曲面重建关键技术研究[D]. 贺美芳.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于FPH特征提取框架的鲁棒人脸识别[D]. 齐盼盼.浙江工业大学 2017
[2]基于总体最小二乘的点云三维配准及改进的ICP算法研究[D]. 刘亚彬.中国矿业大学 2016
[3]三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用研究[D]. 刘锦程.长安大学 2012
[4]地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究[D]. 李宝瑞.长安大学 2012
[5]移动最小二乘散点曲线曲面拟合与插值的研究[D]. 刘俊.浙江大学 2011
[6]地面三维激光扫描数据处理及建模研究[D]. 高志国.长安大学 2010
[7]虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究[D]. 郭云仲.武汉理工大学 2008
[8]基于激光扫描数据的三维场景重建技术的研究[D]. 李寒.大连理工大学 2006
[9]基于编码结构光的三维扫描仪原型系统研发[D]. 刘洋.浙江大学 2005
本文编号：2941419
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１转炉模型示意图??
??超声波测厚法是利用超声在固体介质中传播的特点进行测厚的，在一定温度??下超声波进入炉内入射到炉衬上，通过超声波在炉衬内入射和反射的传播时间求??出炉衬的残存厚度。因为实际的转炉炉衬材料性质变化很大，转炉结构复杂，所??以这一方法目前只在实验室研究阶段。??目前基于激光距离检测的方法逐渐应用于转炉炉衬厚度测量中，尤其是快速??三维扫描仪的出现，使激光检测法更能快速有效的测量出炉衬厚度。??１．１．２基于激光测距的炉衬测厚方法及现状??激光测距的原理如图１．２所示，通过微处理器计算激光发射脉冲与接收脉冲??的时间差来测量发射头与目标间的距离，当激光发射头以一定的角度向转炉内部??炉衬表面发射测量脉冲后，计算机自动记录此角度和距离，通过一定的变换关系??就能获得转炉炉内炉衬的轮廓信息，再和转炉内部钢壳轮廓或者炉衬侵蚀前的原??始形状进行比对从而得到转炉炉衬厚度。??
Ａ??图１．３炉衬激光测厚原理??图１．３中虚线表示转炉炉衬被侵蚀前的形状，实线表示炉衬现有的形状，ＯＡ??代表转炉的中心轴线，１表示炉衬原来的内半径，ｒ表示测量点到转炉中心轴线??的距离，ｄ是测量点到扫描仪中心的距离，《是激光发射方向与中心轴线的夹角，??（１和》都可以由激光距离与角度测量系统测量得到。??根据三角函数关系有：ｒ?＝?ｄ＊ｓｉｎａ，由于转炉新砌砖时ｒ。己知，所以可以得??到转炉炉衬在使用过程中被侵蚀掉的厚度：??Ａｒ?＝?ｒ?－?ｒ〇?－?ｄ＊?ｓｉｎａ－?ｒ〇?（１．１）??目前激光测厚法大都采用离散的点测方法，利用全站仪一点一点测量转炉内??部感兴趣的部位，这种方法速度慢且测量数据有哏。随着激光快速三维扫描仪的??出现，人们可以快速获得炉衬内部轮廓。激光快速扫描仪以伺服电机为动力的测??头可以自动扫描炉衬的整个内表面，并以毎秒几万点的速度将测头所处的位置和??所测出的距离存于计算机中
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进正态分布变换算法的点云配准[J]. 张晓,张爱武,王致华. 激光与光电子学进展. 2014(04)
[2]基于Sierra Lite抖动算法的散焦投影光栅测量[J]. 吕江昭,达飞鹏,郑东亮. 光学学报. 2014(03)
[3]基于激光测距的炉衬测厚系统[J]. 李培玉,董月,张志欣. 钢铁研究学报. 2013(10)
[4]基于整体最小二乘的稳健点云数据平面拟合[J]. 官云兰,刘绍堂,周世健,张立亭,鲁铁定. 大地测量与地球动力学. 2011(05)
[5]ICP算法在3D点云配准中的应用研究[J]. 杨现辉,王惠南. 计算机仿真. 2010(08)
[6]总体最小二乘方法在三维坐标转换中的应用[J]. 陆珏,陈义,郑波. 大地测量与地球动力学. 2008(05)
[7]基于ICP算法的距离图像配准研究[J]. 赵成安,周春来. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2008(01)
[8]从激光扫描数据中进行建筑物特征提取研究[J]. 李必军,方志祥,任娟. 武汉大学学报(信息科学版). 2003(01)
[9]激光扫描测量系统的应用研究[J]. 陈静,李清泉,李必军. 测绘工程. 2001(01)
博士论文
[1]基于地面激光扫描点云数据的三维重建方法研究[D]. 赵煦.武汉大学 2010
[2]基于散乱点云数据的曲面重建关键技术研究[D]. 贺美芳.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于FPH特征提取框架的鲁棒人脸识别[D]. 齐盼盼.浙江工业大学 2017
[2]基于总体最小二乘的点云三维配准及改进的ICP算法研究[D]. 刘亚彬.中国矿业大学 2016
[3]三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用研究[D]. 刘锦程.长安大学 2012
[4]地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究[D]. 李宝瑞.长安大学 2012
[5]移动最小二乘散点曲线曲面拟合与插值的研究[D]. 刘俊.浙江大学 2011
[6]地面三维激光扫描数据处理及建模研究[D]. 高志国.长安大学 2010
[7]虚拟现实技术在古建筑复原中的应用研究[D]. 郭云仲.武汉理工大学 2008
[8]基于激光扫描数据的三维场景重建技术的研究[D]. 李寒.大连理工大学 2006
[9]基于编码结构光的三维扫描仪原型系统研发[D]. 刘洋.浙江大学 2005
本文编号：2941419
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