料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，包括測(cè)量裝置和工控機(jī)，測(cè)量裝置包括測(cè)距儀和二維掃描機(jī)構(gòu)；二維掃描機(jī)構(gòu)的外部裝有雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路，雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路與測(cè)距儀連接；二維掃描機(jī)構(gòu)的頂部與外殼頂部固接，上固定塊與機(jī)構(gòu)支撐框頂部活動(dòng)連接；機(jī)構(gòu)支撐框底部與安裝架活動(dòng)連接；測(cè)距儀安裝在安裝架上，喇叭狀天線(xiàn)向料面方向；二維掃描機(jī)構(gòu)與工控機(jī)連接受控。本發(fā)明多點(diǎn)被測(cè)物表面垂直高度數(shù)據(jù)用一臺(tái)雷達(dá)測(cè)距儀進(jìn)行采集，解決測(cè)點(diǎn)數(shù)量受限制的問(wèn)題，提高被測(cè)物表面三維圖型的精度和真實(shí)性，測(cè)控軟件和其它外設(shè)實(shí)現(xiàn)被測(cè)物表面高度信息重組，生成被測(cè)物表面三維圖型，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物表面的變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種用于料倉(cāng)料面三維成像的測(cè)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前料倉(cāng)料面三維成像系統(tǒng)真正應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的還很少，隨著許多領(lǐng)域生產(chǎn)工藝過(guò)程不斷進(jìn)步，料倉(cāng)料面形狀直接影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量。例如高爐內(nèi)的料面形狀、各種原料倉(cāng)的料面形狀等，均對(duì)生產(chǎn)過(guò)程具有重要意義。過(guò)去，有人使用定點(diǎn)多傳感器的方式，進(jìn)行料倉(cāng)料面形狀的測(cè)量，因?yàn)椤皽y(cè)點(diǎn)”數(shù)量的限制，形成的料面三維圖像不能真正的反應(yīng)實(shí)際料面的形狀。為了達(dá)到測(cè)量效果，只有增加測(cè)點(diǎn)和傳感器的數(shù)量，但在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法做到使用很多的傳感器來(lái)增加測(cè)點(diǎn)，一是料倉(cāng)上無(wú)法安裝許多的傳感器，二是會(huì)有很大的費(fèi)用投入，不能滿(mǎn)足目前自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對(duì)【背景技術(shù)】中提及的料倉(cāng)料面形狀不能被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所造成的缺陷，提供了一種用單臺(tái)或多臺(tái)測(cè)距儀配合二維掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行被測(cè)物(料倉(cāng)料面)表面三維成像的測(cè)控系統(tǒng)。
[0004]實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:
一種料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，包括安裝在料倉(cāng)頂部的外殼內(nèi)的測(cè)量裝置和與該測(cè)量機(jī)構(gòu)連接的工控機(jī)，所述的測(cè)量裝置包括用于二維數(shù)據(jù)測(cè)量的測(cè)距儀和二維掃描機(jī)構(gòu)；所述二維掃描機(jī)構(gòu)的外部還安裝有雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路，該雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路與測(cè)距儀連接；
所述二維掃描機(jī)構(gòu)包括機(jī)構(gòu)支撐框和轉(zhuǎn)動(dòng)組件，二維掃描機(jī)構(gòu)的頂部通過(guò)上固定塊與外殼頂部固接，上固定塊通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)組件與機(jī)構(gòu)支撐框頂部活動(dòng)連接；機(jī)構(gòu)支撐框底部通過(guò)隨動(dòng)齒輪與安裝架活動(dòng)連接；
所述測(cè)距儀安裝在二維掃描機(jī)構(gòu)底部的安裝架上，其喇叭狀天線(xiàn)向料面方向；
所述二維掃描機(jī)構(gòu)通過(guò)控制電纜與設(shè)置在料倉(cāng)外部的工控機(jī)連接受控。
[0005]所述機(jī)構(gòu)支撐框外部設(shè)置有電路安裝板，所述雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路設(shè)置在該電路安裝板上。
[0006]所述二維掃描機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪，其中:
上固定塊上裝有底端帶旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪與設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接；
所述機(jī)構(gòu)支撐框外部裝有擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，該擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出端與設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪連接，所述擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪與安裝在安裝架上的隨動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)。
[0007]所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐框和設(shè)置在安裝架上的測(cè)距儀做360°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)設(shè)置在安裝架上的測(cè)距儀做相對(duì)料面具有一定角度的擺動(dòng)。
[0008]所述測(cè)距儀為雷達(dá)測(cè)距儀，該測(cè)距儀所測(cè)量的為被測(cè)物表面的垂直高度。
[0009]根據(jù)料倉(cāng)的大小，在料倉(cāng)內(nèi)設(shè)置多個(gè)測(cè)距儀和二位掃描機(jī)構(gòu)的組合，各組合均通過(guò)控制電纜與工控機(jī)連接。
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，多點(diǎn)被測(cè)物表面垂直高度數(shù)據(jù)只用一臺(tái)雷達(dá)測(cè)距儀進(jìn)行采集，解決了測(cè)點(diǎn)數(shù)量受限制的問(wèn)題，極大的提高被測(cè)物表面三維圖型的精度和真實(shí)性，測(cè)控軟件和其它外設(shè)實(shí)現(xiàn)被測(cè)物表面高度信息重組，生成被測(cè)物表面三維圖型，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的被測(cè)物表面數(shù)學(xué)模型指示出被測(cè)物表面上升、下降運(yùn)行圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物表面的變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高工作效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)安裝位置示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明中的二維掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為雷達(dá)波掃描示意圖。
[0015]圖5為雷達(dá)波掃描覆蓋被測(cè)面示意圖。
[0016]圖6為被測(cè)面三維圖形算法中測(cè)量點(diǎn)垂直距離和雷達(dá)波覆蓋面積圖。
[0017]圖7為各采樣點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)表。
[0018]圖8為工控機(jī)生成被測(cè)物表面三維圖。
[0019]圖中:控制電纜1，外殼2，雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路3，測(cè)距儀4，二維掃描機(jī)構(gòu)5，上固定塊5-1，軸承5-2，電路安裝板5-3，機(jī)構(gòu)支撐框5-4，隨動(dòng)齒輪5_5，旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪5-6，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)5-7，擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)5-8，擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪5-9，安裝架5_10，工控機(jī)6，料倉(cāng)7，料面8。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]見(jiàn)附圖1-2，本發(fā)明所公開(kāi)的這種料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，采用單臺(tái)或多臺(tái)測(cè)距儀4作為測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的傳感器，測(cè)距儀4的喇叭天線(xiàn)向下對(duì)準(zhǔn)料面8，本實(shí)施例使用的是雷達(dá)測(cè)距儀。雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路3對(duì)被測(cè)物表面高度進(jìn)行測(cè)量，工控機(jī)6通過(guò)控制電纜I進(jìn)行被測(cè)物表面高度數(shù)據(jù)采集，并對(duì)二維掃描機(jī)構(gòu)5進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)動(dòng)雷達(dá)測(cè)距儀喇叭天線(xiàn)對(duì)料面進(jìn)行多點(diǎn)掃描。雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路3、二維掃描機(jī)構(gòu)5固定于外殼2內(nèi)，外殼2與料倉(cāng)7頂部固定連接。
[0022]見(jiàn)附圖3，固定塊5-1與旋轉(zhuǎn)軸相連，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)5-7是二維掃描機(jī)構(gòu)360°旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸底端套裝有旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪5-6，與之配合的還有軸承5-2，旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪均設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框5-4的上方外部，旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪與安裝在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接傳動(dòng)。電路安裝板5-3用來(lái)安裝雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路3，機(jī)構(gòu)支撐框5-4外部還安裝有一個(gè)擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)5-8，該擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)與設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪5-9連接傳動(dòng)。機(jī)構(gòu)支撐框底部通過(guò)隨動(dòng)齒輪5-5活動(dòng)安裝有一個(gè)用于安裝測(cè)距儀的安裝架5-10，該安裝架上部?jī)蓚?cè)的隨動(dòng)齒輪與擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)，測(cè)距儀4隨安裝架5-10通過(guò)擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)5-8驅(qū)動(dòng)，做水平擺動(dòng)，可與料面形成一定夾角。
[0023]雷達(dá)測(cè)距儀4的喇叭天線(xiàn)固定在二維掃描機(jī)構(gòu)5的安裝架5-10上，喇叭天線(xiàn)隨二維掃描機(jī)構(gòu)5做二維轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)被測(cè)物表面進(jìn)行掃描采樣。一種轉(zhuǎn)動(dòng)是喇叭天線(xiàn)4相對(duì)被測(cè)量面做360°旋轉(zhuǎn)，另一種轉(zhuǎn)動(dòng)是喇叭天線(xiàn)4相對(duì)被測(cè)量面按一定夾角轉(zhuǎn)動(dòng)。雷達(dá)測(cè)距儀測(cè)量被測(cè)物表面的垂直高度。工控機(jī)6通過(guò)控制電纜I發(fā)給二維掃描機(jī)構(gòu)5動(dòng)作信息，被測(cè)量面的高度數(shù)據(jù)信息通過(guò)控制電纜采集到工控機(jī)6，通過(guò)工控機(jī)6內(nèi)編制的測(cè)控軟件運(yùn)算處理，形成被測(cè)物表面三維圖型。
[0024]根據(jù)圖4-5的掃描示意圖，獲得各采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，獲得的坐標(biāo)值數(shù)據(jù)見(jiàn)附圖7。
[0025]見(jiàn)圖6，被測(cè)料面的三維圖形算法是:
測(cè)量點(diǎn)的垂直距離H
設(shè)已知條件為:雷達(dá)波開(kāi)角為8度；料面半徑R為7米。
[0026]通過(guò)雷達(dá)測(cè)量，垂直高度H為10米。
[0027]計(jì)算雷達(dá)波覆蓋面積:S
雷達(dá)波覆蓋半徑:r=H*tan4° =0.699m ；
雷達(dá)波覆蓋面積:S= r2 =3.14*0.489=1.534m2。
[0028]通過(guò)控制電纜將測(cè)距儀和二維掃描機(jī)構(gòu)采集的二維數(shù)據(jù)傳輸給工控機(jī)，在利用工控機(jī)里的測(cè)控軟件生成被測(cè)物表面的三維圖形，如附圖8所示。
[0029]該三維圖形的形狀根據(jù)不斷傳輸?shù)亩S數(shù)據(jù)的的變化而變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)料面三維形狀的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【權(quán)利要求】
1.一種料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，包括安裝在料倉(cāng)頂部的外殼內(nèi)的測(cè)量裝置和與該測(cè)量機(jī)構(gòu)連接的工控機(jī)，其特征在于，所述的測(cè)量裝置包括用于二維數(shù)據(jù)測(cè)量的測(cè)距儀和二維掃描機(jī)構(gòu)；所述二維掃描機(jī)構(gòu)的外部還安裝有雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路，該雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路與測(cè)距儀連接； 所述二維掃描機(jī)構(gòu)包括機(jī)構(gòu)支撐框和轉(zhuǎn)動(dòng)組件，二維掃描機(jī)構(gòu)的頂部通過(guò)上固定塊與外殼頂部固接，上固定塊通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)組件與機(jī)構(gòu)支撐框頂部活動(dòng)連接；機(jī)構(gòu)支撐框底部通過(guò)隨動(dòng)齒輪與安裝架活動(dòng)連接； 所述測(cè)距儀安裝在二維掃描機(jī)構(gòu)底部的安裝架上，其喇叭狀天線(xiàn)向料面方向； 所述二維掃描機(jī)構(gòu)通過(guò)控制電纜與設(shè)置在料倉(cāng)外部的工控機(jī)連接受控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)支撐框外部設(shè)置有電路安裝板，所述雷達(dá)波發(fā)射接收及變送電路設(shè)置在該電路安裝板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，所述二維掃描機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪，其中: 上固定塊上裝有底端帶旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪與設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接； 所述機(jī)構(gòu)支撐框外部裝有擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，該擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的輸出端與設(shè)置在機(jī)構(gòu)支撐框內(nèi)部的擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪連接，所述擺動(dòng)傳動(dòng)齒輪與安裝在安裝架上的隨動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐框和設(shè)置在安裝架上的測(cè)距儀做360°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)設(shè)置在安裝架上的測(cè)距儀做相對(duì)料面具有一定角度的擺動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)距儀為雷達(dá)測(cè)距儀，該測(cè)距儀所測(cè)量的為被測(cè)物表面的垂直高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的料面三維成像測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)料倉(cāng)的大小，在料倉(cāng)內(nèi)設(shè)置多個(gè)測(cè)距儀和二位掃描機(jī)構(gòu)的組合，各組合均通過(guò)控制電纜與工控機(jī)連接。
【文檔編號(hào)】G01B21/20GK103471554SQ201310447804
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】李士開(kāi) 申請(qǐng)人:唐山市建華自動(dòng)控制設(shè)備廠