TWI739542B

TWI739542B - 出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法

Info

Publication number: TWI739542B
Application number: TW109126578A
Authority: TW
Inventors: 何書安; 吳翊安; 林鴻志; 戴字庭; 黃百鍊; 蔡育霖; 余赫之
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司; 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-09-11
Also published as: TW202207181A

Abstract

一種出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法。出鋼作業訓練系統包含：台座、操作機構、虛擬實境(virtual reality；VR)眼鏡、臂柱、定位器以及電腦系統。在出鋼作業訓練方法中，首先建立虛擬出鋼環境。接著，利用虛擬實境眼鏡來將虛擬出鋼環境呈現給使用者。然後，提供前述操作機構來供使用者進行出鋼作業，以獲得使用者操作資料。接著，根據使用者操作資料來控制虛擬出鋼環境。然後，根據虛擬實境眼鏡之位置或虛擬出鋼環境來判斷使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出一訓練結果。

Description

出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法

本發明是有關於一種出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法。特別是有關於轉爐之出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法。

在煉鋼產業中，轉爐出鋼是煉鋼製程中一種重要的控制技術。出鋼人員在操作室中將高溫的鋼液由轉爐傾倒至盛鋼桶中，以利用後續製程進行。在鋼液傾倒的過程中，需要隨時留意鋼液是否正常地倒入盛鋼桶中，避免鋼液溢出、鋼渣掉落等異常狀況。資深的出鋼人員通常可依靠純熟的經驗來完成出鋼作業，但新進的出鋼人員則可能因為經驗不夠，容易使得出鋼作業出現異常狀況。

本發明之實施例提出一出鋼作業訓練系統與出鋼作業訓練方法，其係利用虛擬實境(virtual reality；VR)技術來訓練新進的出鋼人員，以使其具備豐富的出鋼經驗。

根據本發明之一實施例，此出鋼作業訓練系統包含台座、操作機構、虛擬實境眼鏡、複數個臂柱、定位器以及電腦系統。操作機構係設置於台座上，以供使用者操作來進行出鋼作業，並輸出使用者操作資料。虛擬實境眼鏡用以供使用者配戴，並呈現虛擬出鋼環境給使用者。臂柱設置於台座上，而定位器設置於臂柱中之二者上，以取得虛擬實境眼鏡之位置。電腦系統係電性連接至虛擬實境眼鏡、定位器以及操作機構。電腦系統用以：建立前述之虛擬出鋼環境；根據前述之使用者操作資料來控制虛擬出鋼環境；以及根據前述之眼鏡位置或虛擬出鋼環境來判斷使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出訓練結果。

在一些實施例中，前述之虛擬出鋼環境包含轉爐與台車。轉爐內儲有鋼液，而台車具有盛鋼桶，用以儲存從轉爐所倒出之鋼液。

在一些實施例中，前述之虛擬出鋼環境更包含雷射光源，設置於轉爐頂部，用以發射雷射光束跨過轉爐頂部，以檢測是否有鋼液從轉爐頂部漏出。

在一些實施例中，前述之虛擬出鋼環境更包含複數個浮球，設置於盛鋼桶內，用以供電腦系統計算出盛鋼桶內之鋼液的液面高度。

在一些實施例中，前述之虛擬出鋼環境更包含擋板、漏液儲存桶以及複數個浮球。擋板設置於台車下方，用以蒐集未倒入台車之鋼液。漏液儲存桶設置於擋板下方，以接收擋板所蒐集之鋼液。浮球係設置於漏液儲存桶內，用以供電腦系統計算出漏液儲存桶內之鋼液的液面高度。

根據本發明之一實施例，前述之出鋼作業訓練方法包含建立虛擬出鋼環境；利用一虛擬實境眼鏡來將該虛擬出鋼環境呈現給一使用者；提供一操作機構來供一使用者進行出鋼作業，以獲得一使用者操作資料；根據使用者操作資料來控制虛擬出鋼環境；以及根據虛擬實境眼鏡之位置或虛擬出鋼環境來判斷該使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出訓練結果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1、圖2和圖3，圖1係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統100的功能方塊示意圖，圖2係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統100的承載平台200的上視結構示意圖，圖3係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統100的承載平台200的側視結構示意圖。出鋼作業訓練系統100包含操作機構110、虛擬實境(virtual reality；VR)眼鏡120、定位器130、電腦系統140以及承載平台200(如圖2和圖3所示)。

如圖1所示。操作機構110係用以供使用者操作來進行出鋼作業，並將使用者操作資料傳送給電腦系統140。虛擬實境眼鏡120係用以供使用者配戴，並呈現虛擬出鋼環境給使用者。定位器130係用以取得虛擬實境眼鏡120之位置，並將其送給電腦系統140。電腦系統140係用以建立前述之虛擬出鋼環境，並接收操作機構110之使用者操作資料，以相應地控制虛擬出鋼環境。另外，電腦系統140可根據前述之眼鏡位置或虛擬出鋼環境來判斷使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出訓練結果給使用者。

如圖2和圖3所示，承載平台200包含臂柱211~214以及台座250。臂柱211~214係設置於台座250上，且臂柱211~214分別具有彎曲部211a~214a。前述之定位器130係設置於臂柱211和213的彎曲部211a和213a上，並定義出預設作業區域DA。在本實施例中，可設置椅子220於預設作業區域DA中，以方便使用者坐在椅子220上來進行出鋼作業。椅子220具有輪子222，以方便使用者微調其位置。前述之操作機構110包含台車操作機構230和轉爐操作機構240。台車操作機構230和轉爐操作機構240係設置於台座250上，並鄰近於預設作業區域DA，以方便使用者對台車操作機構230和轉爐操作機構240進行操作。例如，台車操作機構230具有台車搖桿232，以方便使用者拉動台車搖桿232來控制台車速度。又例如，轉爐操作機構240具有轉爐搖桿242，以方便使用者拉動轉爐搖桿242來控制轉爐的傾轉速度。

在一實施例中，可利用數位資料擷取卡來獲取/轉換台車操作機構230和轉爐操作機構240的輸出資料。例如，根據台車搖桿232的位置，將其分為三段速(10米/分、20米/分以及30米/分)。又例如，根據轉爐搖桿242的位置，透過預設的演算法來獲得轉爐的轉速(rpm)。如此，操作機構110提供給電腦系統140的使用者操作資料包含有台車的速度以及轉爐的轉速。

請回到圖3，電腦系統140可設置於台座250內，並透過有線/無限的方式來與操作機構110、虛擬實境眼鏡120、定位器130等裝置電性連接。在本實施例中，可設置電腦螢幕260於臂柱211~214之一者上，以供資深人員控制電腦系統140來對使用者進行訓練。另外，本實施例之台座250可設置有輪子270，以方便移動承載平台200。

請參照圖4和圖5，其係繪示根據本發明實施例之虛擬實境眼鏡120所顯示的虛擬出鋼環境。如圖4所示，虛擬出鋼環境包含轉爐310、雷射光源320、台車330、盛鋼桶340、擋板350以及漏液儲存桶360。轉爐310內儲有鋼液ST。當使用者控制轉爐310傾轉時，鋼液ST可透過轉爐310之開口312倒出至台車330上的盛鋼桶340中。如圖5所示，當轉爐310傾轉角度θ時，鋼液ST由開口312流出。若台車330此時已到達預設的位置，則鋼液ST可正常地流入盛鋼桶340中。盛鋼桶340中設置有複數個浮球342。當鋼液ST流入盛鋼桶340時，可透過浮球342的高度來得到鋼液ST的液面高度。在本實施例中，採用浮球342高度的中位數來作為盛鋼桶340中鋼液ST的液面高度，但本發明之實施例並不受限於此。

考慮出鋼作業中的異常狀況。首先，考慮鋼液ST從轉爐310溢出的異常狀況。倘若使用者控制轉爐310的傾倒過快，可能會使得鋼液ST從轉爐310爐頂溢出。因此，設置雷射光源320於轉爐頂部，以以發射雷射光束跨過轉爐頂部。如此，當鋼液ST從轉爐310爐頂溢出時，電腦系統140可得知雷射光束被遮斷，並判斷使用者的出鋼作業有異常。

其次，考慮鋼液ST未正確倒入盛鋼桶340的異常狀況。倘若使用者控制轉爐310傾倒來倒出鋼液ST，但台車330卻未到達預設位置或已離開預設位置時，鋼液ST會無法正確地倒入盛鋼桶340，而流到盛鋼桶340外。為了偵測此異常狀況，本實施例設置擋板350和及漏液儲存桶360。擋板350會蒐集未正確地倒入盛鋼桶340的鋼液ST，使其沿著擋板350緩緩流入至漏液儲存桶360。至漏液儲存桶360中亦設置有複數個浮球362。當鋼液ST流入漏液儲存桶360時，可透過浮球362的高度來得到鋼液ST的液面高度。在本實施例中，採用浮球362高度的中位數來作為漏液儲存桶360中鋼液ST的液面高度，但本發明之實施例並不受限於此。當漏液儲存桶360中鋼液ST的液面高度大於一預設閥值時，電腦系統140便判斷使用者的出鋼作業有異常。

接著，考慮盛鋼桶340有破孔的異常。倘若盛鋼桶340有破孔，流入盛鋼桶340的鋼液ST會再透過破孔流出至盛鋼桶340外，例如流到台車330上。在本實施例中，可設定台車330的屬性為可穿透物件，如此當鋼液ST透過破孔流出至盛鋼桶340外時，便會往下落至擋板350，再流到漏液儲存桶360中。若使用者仍持續傾倒轉爐310來倒出鋼液ST，液儲存桶360中鋼液ST的液面高度會開始上升。當液ST的液面高度大於一預設閥值時，電腦系統140便判斷使用者的出鋼作業有異常。

再者，本實施例之虛擬出鋼環境可包含指示燈與按鈕。當指示燈亮起時，電腦系統140可根據定位器130所回傳的虛擬實境眼鏡120的位置來判斷使用者是否有望向指示燈的方向。若使用者並未望向指示燈的方向，電腦系統140便判斷使用者的出鋼作業有異常。另外，虛擬實境眼鏡120也擷取使用者的眼球位置來輔助判斷。又，電腦系統140可利用手指姿態辨識器來辨識使用者是否有根據指示來按下正確的按鈕。若使用者未按下正確的按鈕，電腦系統140便判斷使用者的出鋼作業有異常。

值得一提的是，本實施例之擋板350、漏液儲存桶360、浮球342以及浮球360可設定為透明物件。換句話說，使用者不會在虛擬出鋼環境中看到這些物件。又，考慮到實際上使用者的視角是受限的(受限於觀景窗大小)，虛擬實境眼鏡120可根據實際觀景窗大小來顯示虛擬出鋼環境中的相應部分，以使出鋼作業更為擬真。

請參照圖6，其係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練方法600的流程示意圖。在出鋼作業訓練方法600中，首先進行步驟610，以利用電腦系統140來建立虛擬出鋼環境。例如，資深人員可設定一般的出鋼環境來訓練使用者的出鋼作業。又例如，資深人員可設定特定異常狀況(例如，盛鋼桶340有破孔)的情況來訓練使用者的出鋼作業。接著，進行步驟620，以將建立虛擬出鋼環境傳送至虛擬實境眼鏡120，並利用虛擬實境眼鏡120來將虛擬出鋼環境呈現給使用者。然後，進行步驟630，以提供前述之操作機構110來供使用者操作來獲得使用者操作資料，例如台車的速度以及轉爐的轉速。接著，進行步驟640，以根據使用者操作資料來控制虛擬出鋼環境。例如，控制轉爐310的傾倒/台車330的移動。然後，進行步驟650，以根據虛擬實境眼鏡120之位置或虛擬出鋼環境來判斷使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出訓練結果。在一實施例中，電腦系統140可利用手指姿態辨識器來判斷使用者的出鋼作業是否正常，進而輸出訓練結果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:出鋼作業訓練系統

110:操作機構

120:VR眼鏡

130:定位器

140:電腦系統

200:承載平台

211~214:臂柱

211a~214a:彎曲部

220:椅子

222:輪子

230:台車操作機構

232:台車搖桿

240:轉爐操作機構

242:轉爐搖桿

250:台座

270:輪子

310:轉爐

312:開口

320:雷射光源

330:台車

340:盛鋼桶

342:浮球

350:擋板

360:漏液儲存桶

362:浮球

600:出鋼作業訓練方法

610~650:步驟

DA:預設作業區域

ST:鋼液

θ:傾轉角度

圖1係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統的功能方塊示意圖。圖2係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統的承載平台的上視結構示意圖。圖3係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練系統的承載平台的側視結構示意圖。圖4和圖5係繪示根據本發明實施例之虛擬實境眼鏡所顯示的虛擬出鋼環境。圖6係繪示根據本發明實施例之出鋼作業訓練方法的流程示意圖。

無

600:出鋼作業訓練方法

610~650:步驟

Claims

一種出鋼作業訓練系統，包含：一台座：一操作機構，設置於該台座上，用以供一使用者操作來進行出鋼作業，並輸出一使用者操作資料；一虛擬實境(virtual reality；VR)眼鏡，用以供該使用者配戴，並呈現一虛擬出鋼環境給該使用者；複數個臂柱，設置於該台座上：複數個定位器，設置於該些臂柱中之二者上，以取得該虛擬實境眼鏡之一眼鏡位置；以及一電腦系統，電性連接至該虛擬實境眼鏡、該些定位器以及該操作機構，其中該電腦系統用以：建立該虛擬出鋼環境；根據該使用者操作資料來控制該虛擬出鋼環境；以及根據該眼鏡位置或該虛擬出鋼環境來判斷該使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出一訓練結果；其中該虛擬出鋼環境包含：一轉爐，內儲有鋼液；以及一台車，具有一盛鋼桶，用以儲存從該轉爐所倒出之鋼液。
如請求項1所述之出鋼作業訓練系統，其中該虛擬出鋼環境更包含：一雷射光源，設置於該轉爐頂部，用以發射一雷射光束跨過該轉爐頂部，以檢測是否有鋼液從該轉爐頂部漏出。
如請求項1所述之出鋼作業訓練系統，其中該虛擬出鋼環境更包含：複數個浮球，設置於該盛鋼桶內，用以供該電腦系統計算出該盛鋼桶內之鋼液的液面高度。
如請求項1所述之出鋼作業訓練系統，其中該虛擬出鋼環境更包含：一擋板，設置於該台車下方，用以蒐集未倒入該台車之鋼液；一漏液儲存桶，設置於該擋板下方，以接收該擋板所蒐集之鋼液；以及複數個浮球，設置於該漏液儲存桶內，用以供該電腦系統計算出該漏液儲存桶內之鋼液的液面高度。
一種出鋼作業訓練方法，包含：建立一虛擬出鋼環境；利用一虛擬實境眼鏡來將該虛擬出鋼環境呈現給一使用者；提供一操作機構來供一使用者進行出鋼作業，以獲得一使用者操作資料；根據該使用者操作資料來控制該虛擬出鋼環境；以及根據該虛擬實境眼鏡之位置或該虛擬出鋼環境來判斷該使用者所進行之出鋼作業是否正常，進而輸出一訓練結果；其中該虛擬出鋼環境包含：一轉爐，內儲有鋼液；以及一台車，具有一盛鋼桶，用以儲存從該轉爐所倒出之鋼液。
如請求項5所述之出鋼作業訓練方法，其中該虛擬出鋼環境更包含：一雷射光源，設置於該轉爐頂部，用以發射一雷射光束穿過該轉爐頂部，以檢測是否有鋼液從該轉爐頂部漏出。
如請求項5所述之出鋼作業訓練方法，其中該虛擬出鋼環境更包含：複數個浮球，設置於該盛鋼桶內，用以供該電腦系統計算出該盛鋼桶內之鋼液的液面高度。
如請求項5所述之出鋼作業訓練方法，其中該虛擬出鋼環境更包含：一擋板，設置於該台車下方，用以蒐集未倒入該台車之鋼液；一漏液儲存桶，設置於該擋板下方，以接收該擋板所蒐集之鋼液；以及複數個浮球，設置於該漏液儲存桶內，用以供該電腦系統計算出該漏液儲存桶內之鋼液的液面高度。