专利名称：散堆物料的测量系统、方法、装置和堆取料控制系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及自动控制技术，特别涉及一种圆形料场中的散堆物料测量技术和堆取料控制技术。
背景技术：
在港口、电厂、钢厂、矿山等行业，经常有一些大型物料堆如煤炭、矿石等的料堆，需要测量三维体积等参数，因此料堆体积测量是料场机械自动化作业、现代物流管理的重要工作。但是由于堆场体积大、形状不规则、物料有效反射率低等因素，传统的测量技术无法简单套用。大型料场的物料管理已成为生产经营和生产管理的一项重要工作，从现代化企业管理角度看，大型料场管理需要一种具有实时性、测量简便且不影响正常生产过程的较高精度体积测量技术，以提高工作效率并降低劳动强度。现有料场散堆物料的测量技术主要包括大型全站仪测量技术、CCD视觉测量技术、激光摄像测量系统、激光盘煤测量系统。如
图1所示，现有盘煤硬件数据采集方法是将激光测距仪和步进电机安装在煤场取煤的斗轮机的悬臂上，行程传感器触点安装在待测煤堆的纵向区域。在控制器的控制下，步进电机带动激光测距仪旋转固定角度，得到实时角度数据；激光测距仪对煤堆表面连续作定点扫描测量，得到高度数据；行程传感器触点安装在待测煤堆的纵向区域，随斗轮机沿煤场纵向移动，得到位置数据。激光测距仪的测得的距离信息，步进电机所获得的旋转角度信息和行程传感器所获得的位置信息形成所测煤堆三维坐标数据。控制器将采集的三维坐标数据传输到PC机进行数据处理及管理。该技术的缺陷在于斗轮机工作的时候不能进行测量，只能在停机的时候进行测量，影响整个煤场的作业效率；盘煤的时间与精度与斗轮机的行走速度和稳定性有关。该技术用于其他散堆物料的测量时也存在相应的问题。
发明内容
本发明针对圆形料场提供一种散堆物料测量技术和堆取料控制技术，以提高散堆物料的测量效率，并进一步根据测量结果实现物料的堆取控制。一种圆形料场中散堆物料的测量系统，包括:圆形轨道，所述圆形轨道架设于所述圆形料场上部空间；驱动装置，所述驱动装置与所述圆形轨道连接，沿所述圆形轨道运转；二维扫描仪，所述二维扫描仪吊装在所述驱动装置的下方；所述圆形轨道的半径、二维扫描仪中心点距料场地面的高度，满足:所述二维扫描仪随驱动装置运转一周，扫描圆形料场视场中所述散堆物料的上表面至少一次；数据处理器，与所述二维扫描仪无线连接，并:
接收所述二维扫描仪随驱动装置沿所述圆形轨道运转过程中扫描散堆物料表面后发送回的各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离信息；根据各个扫描点和所述二维扫描仪中心之间的距离，以及所述驱动装置在扫描对应点时在圆形料场坐标系中的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标，其中:所述圆形料场坐标系的Z轴穿过圆形轨道的圆心并垂直于X轴和Y轴所在的地平面；根据获得的三维坐标构建所述散堆物料的三维立体模型，确定所述散堆物料的边界信息、体积、和/或表面积；测量控制器，与所述驱动装置和二维扫描仪连接；所述测量控制器控制所述驱动装置按照设定速度沿所述圆形轨道运行，并启动所述二维扫描仪在驱动装置运行过程中按照设定频率线性扫描所述散堆物料表面，所述设定速度和所述设定频率根据预设的扫描精度确定；所述测量控制器与所述数据处理器连接，获得所述数据处理器构建的散堆物料的三维立体模型，确定所述散堆物料的边界信息、体积和/或表面积。进一步，所述的系统还包括角度编码器，所述角度编码器位于所述驱动装置上，并与所述数据处理器连接，所述角度编码器按照设定频率获得驱动装置在三维坐标中的方位角信息，并发送给所述数据处理器。进而所述的系统还包括:图像显示单元，所述图像显示单元与所述测量控制器连接，所述图像显示单元用于显示所述数据处理器确定的散堆物料边界信息、散堆物料的三维立体模型信息和/或确定的散堆物料体积信息。一种圆形料场中散堆物料的堆取料控制系统，包括:包含上述的测量系统，还进一步包括:中控室服务器，根据接收的开始作业命令启动堆取料机开始作业，以及根据接收的停止作业命令控制堆取料机停止作业，其中:每次堆取料作业的起始位置和结束位置根据上述的散堆物料的三维立体模型和边界信息确定。一种圆形料场中散堆物料的测量方法，包括:接收二维扫描仪随驱动装置以设定速度沿圆形料场中上空的圆形轨道运转的过程中，按照设定频率扫描圆形料场中散堆物料表面，获得并发送回的各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离信息，所述设定速度和设定频率根据预设的扫描精度确定；根据各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，以及驱动装置在扫描对应点时的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标；根据获得的散堆物料的三维立体模型、确定散堆物料的边界信息、体积信息和/或表面积信息；其中:所述圆形料场坐标系的Z轴穿过圆形轨道的圆心并垂直于X轴和Y轴所在的地平面。其中，所述根据各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，以及驱动装置在扫描对应点时的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标，包括:针对其中任何一个扫描点,扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标为:X= (R+LX cos a ) X cos Θy= (R+LX cos α ) X sin θz =H-LX sin α
其中:R为圆形轨道半径，H为二维扫描仪中心距离料场地面的高度，Θ为扫描该点时驱动装置在圆形轨道上的方位角，L为扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，α为该扫描点于扫描中心连线与水平方向的夹角。进而，所述根据获得的三维坐标构建散堆物料的三维立体模型，包括:将每一个扫描点投影到地平面上；基于四方边缘结构算法对各个扫描点在地平面上的投影点进行三角剖分，进一步获得散堆物料的平面三角形网格；分别以所述平面三角形网格中的每一个三角形面片为基元，插入该三角形面片对应的高程值，获得多个三棱主体构建散堆物料的三维立体模型。所述确定散堆物料表面积，具体包括:分别确定每一个三角形面片的面积S为:
权利要求
1.种圆形料场中散堆物料的测量系统，其特征在于，包括: 圆形轨道，所述圆形轨道架设于所述圆形料场上部空间； 驱动装置，所述驱动装置与所述圆形轨道连接，沿所述圆形轨道运转； 二维扫描仪，所述二维扫描仪吊装在所述驱动装置的下方； 所述圆形轨道的半径、二维扫描仪中心点距料场地面的高度，满足: 所述二维扫描仪随驱动装置运转一周，扫描圆形料场视场中所述散堆物料的上表面至少一次； 数据处理器，与所述二维扫描仪无线连接，并: 接收所述二维扫描仪随驱动装置沿所述圆形轨道运转过程中扫描散堆物料表面后发送回的各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离信息； 根据各个扫描点和所述二维扫描仪中心之间的距离，以及所述驱动装置在扫描对应点时在圆形料场坐标系中的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标，其中:所述圆形料场坐标系的Z轴穿过圆形轨道的圆心并垂直于X轴和Y轴所在的地平面； 根据获得的三维坐标构建所述散堆物料的三维立体模型，确定所述散堆物料的边界信息、体积、和/或表面积； 测量控制器，与所述驱动装置和二维扫描仪连接； 所述测量控制器控制所述驱动装置按照设定速度沿所述圆形轨道运行，并启动所述二维扫描仪在驱动装置运行 过程中按照设定频率线性扫描所述散堆物料表面，所述设定速度和所述设定频率根据预设的扫描精度确定； 所述测量控制器与所述数据处理器连接，获得所述数据处理器构建的散堆物料的三维立体模型，确定所述散堆物料的边界信息、体积和/或表面积。
2.权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括: 角度编码器，所述角度编码器位于所述驱动装置上，并与所述数据处理器连接，所述角度编码器按照设定频率获得驱动装置在三维坐标中的方位角信息，并发送给所述数据处理器。
3.权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，还包括: 图像显示单元，所述图像显示单元与所述测量控制器连接，所述图像显示单元用于显示所述数据处理器确定的散堆物料边界信息、散堆物料的三维立体模型信息和/或确定的散堆物料体积信息。
4.种圆形料场中散堆物料的堆取料控制系统，其特征在于，包含如权利要求Γ3任一所述的测量系统，还进一步包括:中控室服务器，根据接收的开始作业命令启动堆取料机开始作业，以及根据接收的停止作业命令控制堆取料机停止作业，其中:每次堆取料作业的起始位置和结束位置根据如权利要求广3任一所述的散堆物料的三维立体模型和边界信息确定。
5.权利要求4所述的堆取料控制系统，其特征在于，所述二维扫描仪为二维激光二维扫描仪。
6.种圆形料场中散堆物料的测量方法，其特征在于，包括: 接收二维扫描仪随驱动装置以设定速度沿圆形料场中上空的圆形轨道运转的过程中，按照设定频率扫描圆形料场中散堆物料表面，获得并发送回的各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离信息，所述设定速度和设定频率根据预设的扫描精度确定； 根据各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，以及驱动装置在扫描对应点时的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标； 根据获得的散堆物料的三维立体模型、确定散堆物料的边界信息、体积信息和/或表面积信息；其中:所述圆形料场坐标系的Z轴穿过圆形轨道的圆心并垂直于X轴和Y轴所在的地平面。
7.权利要求6所述的测量方法，其特征在于，包括: 所述驱动装置在扫描对应点时的方位角信息: 根据所述驱动装置的运行时间以及所述设定速度确定；或者 为位于驱动装置上的 角度编码器按照设定频率测量并返回的方位角信息。
8.权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于，所述根据各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，以及驱动装置在扫描对应点时的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标，包括: 针对其中任何一个扫描点，扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标为:X= (R+LX cos a ) X cos θy= (R+LX cos a ) X sin ΘZ=H-LX sin a 其中:R为圆形轨道半径，H为二维扫描仪中心距离料场地面的高度，Θ为扫描该点时驱动装置在圆形轨道上的方位角，L为扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，a为该扫描点于扫描中心连线与水平方向的夹角。
9.权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述根据获得的三维坐标构建散堆物料的三维立体模型，具体包括: 将每一个扫描点投影到地平面上； 基于四方边缘结构算法对各个扫描点在地平面上的投影点进行三角剖分，进一步获得散堆物料的平面三角形网格； 分别以所述平面三角形网格中的每一个三角形面片为基元，插入该三角形面片对应的高程值，获得多个三棱主体构建散堆物料的三维立体模型。
10.权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述确定散堆物料表面积，具体包括: 分别确定每一个三角形面片的面积S为: S = ^P(P-E1)(P-E2)(P-Ei) P = Uei+E2+E3) Ei = I Δ) 其中，Ei为三角形两顶点之间的平面投影距离，i=l，2，3 ;P为投影平面三角形周长的一半，ΛΧ、ΛΥ为两顶点之间X、Y方向的坐标差； 所述散堆物料表面积近似为获得的所有所述三角形面片的面积S之和。
11.权利要求10所述的测量方法，其特征在于，所述确定散堆物料体积，具体包括:分别确定所述三角网格中每一个三角形面片对应的三棱柱体积V为:
12.权利要求9、10或11所述的测量方法，其特征在于，所述确定散堆物料的边界信息，具体包括: 根据散堆物料的三维立体模型，确定散堆物料的在不同料层高度的分布梯度图； 分别确定每一个料层高度的分布梯度图投影到位于地平面上时的轮廓边界信息。
13.种圆形料场中散堆物料的测量装置，其特征在于，包括: 接收单元，用于接收二维扫描仪随驱动装置以设定速度沿圆形料场中上空的圆形轨道运转的过程中，按照设定频率线性扫描圆形料场中散堆物料表面，获得并发送回的各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离信息，所述设定速度和设定频率根据预设的扫描精度确定; 第一获得单元，用于根据各个扫描点和二维扫描仪中心之间的距离，以及驱动装置在扫描对应点时的方位角信息，分别获得各个扫描点在圆形料场坐标系中的三维坐标； 第二获得单元，用于根据获得的三维坐标构建散堆物料的三维立体模型、确定所述散堆物料的边界信息、体积信息和/或表面积信息；其中:所述圆形料场坐标系的Z轴穿过圆形轨道的圆心并垂直于X轴和Y轴所在的地平面。
全文摘要
本发明涉及自动控制技术，特别涉及一种圆形料场中的散堆物料测量技术和堆取料控制技术以提高散堆物料的测量效率，并进一步根据测量结果实现物料的堆取控制。圆形料场中散堆物料的测量系统包括沿架设于所述圆形料场上部空间的圆形轨道运转的驱动装置；吊装在所述驱动装置下方的二维扫描仪；和数据处理器，以及测量控制器。堆取料控制进一步包括中控室服务器等。本发明提供的圆形料场中散堆物料的测量技术以及物料堆取控制技术，可以实现全程自动化控制，利用圆形穹顶轨道车载的二维激光扫描仪进行圆形料场的扫描，并与堆取料机进行联动控制作业，避免了将测量装置安装在堆取料机上，需要堆取料机停止作业才能测量的缺点，提高了测量效率。
文档编号G01B11/00GK103090791SQ20131000633
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者李 昊, 任会礼, 付顺强, 姚孝国 申请人:中联重科股份有限公司