料面三維成像測控系統的製作方法

2023-12-09 20:09:31

料面三維成像測控系統的製作方法
【專利摘要】一種料面三維成像測控系統，包括測量裝置和工控機，測量裝置包括測距儀和二維掃描機構；二維掃描機構的外部裝有雷達波發射接收及變送電路，雷達波發射接收及變送電路與測距儀連接；二維掃描機構的頂部與外殼頂部固接，上固定塊與機構支撐框頂部活動連接；機構支撐框底部與安裝架活動連接；測距儀安裝在安裝架上，喇叭狀天線向料面方向；二維掃描機構與工控機連接受控。本發明多點被測物表面垂直高度數據用一臺雷達測距儀進行採集，解決測點數量受限制的問題，提高被測物表面三維圖型的精度和真實性，測控軟體和其它外設實現被測物表面高度信息重組，生成被測物表面三維圖型，實現對被測物表面的變化實時監測。
【專利說明】料面三維成像測控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子測控【技術領域】，具體地說是一種用於料倉料面三維成像的測控系統。
【背景技術】
[0002]目前料倉料面三維成像系統真正應用於生產實踐的還很少，隨著許多領域生產工藝過程不斷進步，料倉料面形狀直接影響生產效率、產品質量。例如高爐內的料面形狀、各種原料倉的料面形狀等，均對生產過程具有重要意義。過去，有人使用定點多傳感器的方式，進行料倉料面形狀的測量，因為「測點」數量的限制，形成的料面三維圖像不能真正的反應實際料面的形狀。為了達到測量效果，只有增加測點和傳感器的數量，但在實際應用中，現場無法做到使用很多的傳感器來增加測點，一是料倉上無法安裝許多的傳感器，二是會有很大的費用投入，不能滿足目前自動化生產的需要。

【發明內容】

[0003]本發明是針對【背景技術】中提及的料倉料面形狀不能被實時監測所造成的缺陷，提供了一種用單臺或多臺測距儀配合二維掃描機構進行被測物(料倉料面)表面三維成像的測控系統。
[0004]實現上述發明目的採用的技術方案是:
一種料面三維成像測控系統，包括安裝在料倉頂部的外殼內的測量裝置和與該測量機構連接的工控機，所述的測量裝置包括用於二維數據測量的測距儀和二維掃描機構；所述二維掃描機構的外部還安裝有雷達波發射接收及變送電路，該雷達波發射接收及變送電路與測距儀連接；
所述二維掃描機構包括機構支撐框和轉動組件，二維掃描機構的頂部通過上固定塊與外殼頂部固接，上固定塊通過轉動組件與機構支撐框頂部活動連接；機構支撐框底部通過隨動齒輪與安裝架活動連接；
所述測距儀安裝在二維掃描機構底部的安裝架上，其喇叭狀天線向料面方向；
所述二維掃描機構通過控制電纜與設置在料倉外部的工控機連接受控。
[0005]所述機構支撐框外部設置有電路安裝板，所述雷達波發射接收及變送電路設置在該電路安裝板上。
[0006]所述二維掃描機構中的轉動組件包括步進電機和傳動齒輪，其中:
上固定塊上裝有底端帶旋轉傳動齒輪的旋轉軸，該旋轉傳動齒輪與設置在機構支撐框內部的旋轉步進電機的輸出端連接；
所述機構支撐框外部裝有擺動步進電機，該擺動步進電機的輸出端與設置在機構支撐框內部的擺動傳動齒輪連接，所述擺動傳動齒輪與安裝在安裝架上的隨動齒輪嚙合傳動。
[0007]所述旋轉步進電機帶動機構支撐框和設置在安裝架上的測距儀做360°的旋轉運動；所述擺動步進電機帶動設置在安裝架上的測距儀做相對料面具有一定角度的擺動。
[0008]所述測距儀為雷達測距儀，該測距儀所測量的為被測物表面的垂直高度。
[0009]根據料倉的大小，在料倉內設置多個測距儀和二位掃描機構的組合，各組合均通過控制電纜與工控機連接。
[0010]本發明結構簡單，可控性強，多點被測物表面垂直高度數據只用一臺雷達測距儀進行採集，解決了測點數量受限制的問題，極大的提高被測物表面三維圖型的精度和真實性，測控軟體和其它外設實現被測物表面高度信息重組，生成被測物表面三維圖型，同時結合相應的被測物表面數學模型指示出被測物表面上升、下降運行圖像，實現對被測物表面的變化實時監測，提高工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明整體結構安裝位置示意圖。
[0012]圖2為本發明的整體結構示意圖。
[0013]圖3為本發明中的二維掃描機構結構示意圖。
[0014]圖4為雷達波掃描示意圖。
[0015]圖5為雷達波掃描覆蓋被測面示意圖。
[0016]圖6為被測面三維圖形算法中測量點垂直距離和雷達波覆蓋面積圖。
[0017]圖7為各採樣點坐標點數據表。
[0018]圖8為工控機生成被測物表面三維圖。
[0019]圖中:控制電纜1，外殼2，雷達波發射接收及變送電路3，測距儀4，二維掃描機構5，上固定塊5-1，軸承5-2，電路安裝板5-3，機構支撐框5-4，隨動齒輪5_5，旋轉傳動齒輪5-6，旋轉步進電機5-7，擺動步進電機5-8，擺動傳動齒輪5-9，安裝架5_10，工控機6，料倉7，料面8。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0021]見附圖1-2，本發明所公開的這種料面三維成像測控系統，採用單臺或多臺測距儀4作為測控系統數據採集的傳感器，測距儀4的喇叭天線向下對準料面8，本實施例使用的是雷達測距儀。雷達波發射接收及變送電路3對被測物表面高度進行測量，工控機6通過控制電纜I進行被測物表面高度數據採集，並對二維掃描機構5進行控制，轉動雷達測距儀喇叭天線對料面進行多點掃描。雷達波發射接收及變送電路3、二維掃描機構5固定於外殼2內，外殼2與料倉7頂部固定連接。
[0022]見附圖3，固定塊5-1與旋轉軸相連，旋轉步進電機5-7是二維掃描機構360°旋轉的驅動，旋轉軸底端套裝有旋轉傳動齒輪5-6，與之配合的還有軸承5-2，旋轉軸、旋轉傳動齒輪均設置在機構支撐框5-4的上方外部，旋轉傳動齒輪與安裝在機構支撐框內部的旋轉步進電機的輸出端連接傳動。電路安裝板5-3用來安裝雷達波發射接收及變送電路3，機構支撐框5-4外部還安裝有一個擺動步進電機5-8，該擺動步進電機與設置在機構支撐框內部的擺動傳動齒輪5-9連接傳動。機構支撐框底部通過隨動齒輪5-5活動安裝有一個用於安裝測距儀的安裝架5-10，該安裝架上部兩側的隨動齒輪與擺動傳動齒輪嚙合傳動，測距儀4隨安裝架5-10通過擺動步進電機5-8驅動，做水平擺動，可與料面形成一定夾角。
[0023]雷達測距儀4的喇叭天線固定在二維掃描機構5的安裝架5-10上，喇叭天線隨二維掃描機構5做二維轉動，對被測物表面進行掃描採樣。一種轉動是喇叭天線4相對被測量面做360°旋轉，另一種轉動是喇叭天線4相對被測量面按一定夾角轉動。雷達測距儀測量被測物表面的垂直高度。工控機6通過控制電纜I發給二維掃描機構5動作信息，被測量面的高度數據信息通過控制電纜採集到工控機6，通過工控機6內編制的測控軟體運算處理，形成被測物表面三維圖型。
[0024]根據圖4-5的掃描示意圖，獲得各採樣點的坐標值，獲得的坐標值數據見附圖7。
[0025]見圖6，被測料面的三維圖形算法是:
測量點的垂直距離H
設已知條件為:雷達波開角為8度；料面半徑R為7米。
[0026]通過雷達測量，垂直高度H為10米。
[0027]計算雷達波覆蓋面積:S
雷達波覆蓋半徑:r=H*tan4° =0.699m ；
雷達波覆蓋面積:S= r2 =3.14*0.489=1.534m2。
[0028]通過控制電纜將測距儀和二維掃描機構採集的二維數據傳輸給工控機，在利用工控機裡的測控軟體生成被測物表面的三維圖形，如附圖8所示。
[0029]該三維圖形的形狀根據不斷傳輸的二維數據的的變化而變化，實現對料面三維形狀的實時監控。
【權利要求】
1.一種料面三維成像測控系統，包括安裝在料倉頂部的外殼內的測量裝置和與該測量機構連接的工控機，其特徵在於，所述的測量裝置包括用於二維數據測量的測距儀和二維掃描機構；所述二維掃描機構的外部還安裝有雷達波發射接收及變送電路，該雷達波發射接收及變送電路與測距儀連接； 所述二維掃描機構包括機構支撐框和轉動組件，二維掃描機構的頂部通過上固定塊與外殼頂部固接，上固定塊通過轉動組件與機構支撐框頂部活動連接；機構支撐框底部通過隨動齒輪與安裝架活動連接； 所述測距儀安裝在二維掃描機構底部的安裝架上，其喇叭狀天線向料面方向； 所述二維掃描機構通過控制電纜與設置在料倉外部的工控機連接受控。
2.根據權利要求1所述的料面三維成像測控系統，其特徵在於，所述機構支撐框外部設置有電路安裝板，所述雷達波發射接收及變送電路設置在該電路安裝板上。
3.根據權利要求1所述的料面三維成像測控系統，其特徵在於，所述二維掃描機構中的轉動組件包括步進電機和傳動齒輪，其中: 上固定塊上裝有底端帶旋轉傳動齒輪的旋轉軸，該旋轉傳動齒輪與設置在機構支撐框內部的旋轉步進電機的輸出端連接； 所述機構支撐框外部裝有擺動步進電機，該擺動步進電機的輸出端與設置在機構支撐框內部的擺動傳動齒輪連接，所述擺動傳動齒輪與安裝在安裝架上的隨動齒輪嚙合傳動。
4.根據權利要求3所述的料面三維成像測控系統，其特徵在於， 所述旋轉步進電機帶動機構支撐框和設置在安裝架上的測距儀做360°的旋轉運動； 所述擺動步進電機帶動設置在安裝架上的測距儀做相對料面具有一定角度的擺動。
5.根據權利要求1所述的料面三維成像測控系統，其特徵在於，所述測距儀為雷達測距儀，該測距儀所測量的為被測物表面的垂直高度。
6.根據權利要求1所述的料面三維成像測控系統，其特徵在於，根據料倉的大小，在料倉內設置多個測距儀和二位掃描機構的組合，各組合均通過控制電纜與工控機連接。
【文檔編號】G01B21/20GK103471554SQ201310447804
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】李士開 申請人:唐山市建華自動控制設備廠