CN110081818A - 堆场物料模型测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆场物料模型测量装置，属于堆料体积测量技术领域，包括测量设备、数据处理服务器和控制系统；测量设备进行堆场物料的扫描；数据处理服务器接收测量设备发送的数据并进行处理得到堆场物料模型；控制系统接收数据处理服务器的堆场物料模型，控制堆取料机的堆取料动作；控制系统通过数据处理服务器控制测量设备的运行。测量设备包括：激光扫描仪，用于进行堆场物料的扫描；扫描仪防护罩，容纳有激光扫描仪；角度调节支架，安装在扫描仪防护罩内，用于承载激光扫描仪，并调整激光扫描仪的扫描角度。本发明通过测量获得堆场物料模型消除堆取料机的空载运行和过载运行；提升了设备运行效率，提高了设备运行安全。
Description
技术领域
本发明属于堆料体积测量技术领域，具体涉及一种堆场物料模型测量装置。
背景技术
目前电厂、化工、水泥等行业的堆场物料模型基本采用无人机或者盘料仪设备进行定期定时的盘点，最后通过复杂的分析计算，形成物料模型。由于系统并非实时盘点，所有模型数据滞后，基本没有实际的应用意义。如电厂堆取煤完全靠堆取料机司机在现场司机室操纵着方向杆，凭着肉眼判断，来控制堆取料机定位物料模型的位置。长此以往系统经常出现空载、过载现象，降低了设备运行效率，严重威胁着各个设备的安全。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的一种堆场物料模型测量装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于电厂、化工、水泥等行业的堆场物料模型测量装置，以至少解决目前堆场模型滞后、堆取料机无法精准定位出现的空载和过载等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种堆场物料模型测量装置，所述堆场物料模型测量装置包括测量设备、数据处理服务器和控制系统；
所述测量设备设置在堆取料机悬臂的头部，进行堆场物料的扫描；
所述数据处理服务器连接所述测量设备，用于接收所述测量设备发送的数据并进行处理，得到堆场物料三维模型；
所述控制系统连接所述数据处理服务器，用于接收所述数据处理服务器的堆场物料模型，控制堆取料机的堆取料动作；所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述测量设备的运行；
所述测量设备包括：
激光扫描仪，用于进行堆场物料的扫描；
扫描仪防护罩，安装在所述堆取料机悬臂的头部，容纳有所述激光扫描仪；
角度调节支架，安装在所述扫描仪防护罩内，用于承载所述激光扫描仪，并调整所述激光扫描仪的扫描角度。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述角度调节支架包括固定支架和旋转支架，所述固定支架的一个长边与所述旋转支架的一个长边铰接，所述固定支架水平安装在所述扫描仪防护罩内，所述旋转支架位于所述固定支架的下方，所述激光扫描仪设置在所述旋转支架的下方，所述旋转支架带动所述激光扫描仪调节扫描角度。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述角度调节支架还包括角度调节丝杆、套轮和A电机；
所述角度调节丝杆的底端与所述旋转支架的另一个长边铰接，所述角度调节丝杆设置外螺纹；
所述套轮设置有套轮中心孔，所述套轮中心孔内设置有内螺纹，所述套轮中心孔尺寸与所述角度调节丝杆的螺纹尺寸相匹配；所述套轮的轴向和径向相对于所述固定支架的位置不变，且所述套轮可绕所述角度调节丝杠的中心轴旋转；
所述A电机固定在所述固定支架上，所述A电机的转动轴设置有A驱动轮，所述A驱动轮与所述套轮通过传动带连接，所述A驱动轮带动所述套轮旋转，所述A电机与所述数据处理服务器连接，所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述A电机的运行；
优选地，所述传动带为同步带。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述角度调节支架还包括调心轴承，所述调心轴承的外圈固定在所述固定支架上，所述调心轴承的内圈与所述套轮同轴连接，所述调心轴承的内圈的内径大于所述套轮的内径；
优选地，所述调心轴承为滚动调心轴承。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述扫描仪防护罩包括防护罩本体、防护门和安装脚；
所述防护罩本体侧壁设置有扫描窗口，所述扫描窗口内侧的防护罩本体设置有与所述防护门匹配的轨道，所述防护门安装在所述轨道内，所述防护门沿所述轨道移动，从而实现所述扫描窗口的开启和闭合；所述安装脚位于所述防护罩本体侧壁的上方，便于将所述扫描仪防护罩固定在所述悬臂下方；
优选地，所述防护门沿所述轨道上下移动。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述扫描仪防护罩还包括防护门升降机构，所述防护门升降机构包括：
升降丝杆，所述升降丝杆的底端连接所述防护门；所述升降丝杆设置有外螺纹；
升降轮，所述升降轮设置有升降轮中心孔，所述升降轮中心孔内设置有内螺纹，所述升降轮中心孔尺寸与所述升降丝杆尺寸相匹配；所述升降轮轴向和径向相对于所述固定支架的位置不变，且所述升降轮可绕中心轴旋转；
驱动机构，所述驱动机构与所述升降轮连接，所述驱动机构带动所述升降轮旋转，所述驱动机构与数据处理服务器连接，所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述驱动机构的运动。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述防护门升降机构还包括轴承，所述轴承的外圈固定在所述固定支架上，所述轴承的内圈与所述升降轮同轴连接，所述轴承的内径大于所述升降轮的内径；
优选地，所述轴承为滚动轴承。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述驱动机构包括B电机和连接在所述B电机输出轴上的B驱动轮，所述B驱动轮与所述升降轮连接，带动所述升降轮旋转。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述B驱动轮与所述升降轮之间通过传动带连接，所述传动带为多楔带或V型带。
如上所述的一种堆场物料模型测量装置，优选，所述防护罩本体的侧壁设置有数据接口，便于所述扫描仪防护罩内外的数据连接；
优选地，所述数据接口与所述防护罩本体之间为密封连接；
再优选地，所述数据接口的上方设置有防护檐板。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明提供的堆场物料模型测量装置，通过设置在堆取料机悬臂头部的两台测量设备进行堆料的扫描，测量设备选用激光扫描仪安装在角度调节支架上，使激光扫描角度调节方便准确；在激光扫描仪和角度调节支架外面设置封闭的不锈钢的扫描仪防护罩，可以使测量设备适应不同的工况，在扫描仪防护罩设置有防护门和扫描窗口，在激光扫描仪停止工作时及时关闭扫描窗口，避免扫描仪防护罩内积尘，对激光扫描仪的正常工作和寿命的延长有积极的作用。通过激光扫描仪实时测量数据并实时传递给数据处理服务器从而使数据处理服务器获取堆料模型数据；进而通过控制系统控制堆取料机的运行，为堆取料机提供实时的堆料模型当前起始边角位置、角度等；消除堆取料机的空载运行和过载运行；提升了设堆取料机的运行效率，提高了堆取料机的运行安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
其中：
图1为本发明实施例的堆场物料模型测量装置在堆取料机上的使用状态图；
图2为本发明实施例的角度调节支架示意图；
图3为本发明实施例的角度调节支架运行原理示意图；
图4为本发明实施例的防护门升降机构示意图；
图5为本发明实施例的扫描仪防护罩示意图；
图6为图5中扫描仪防护罩的另一角度视图。
图中:1、测量设备；11、防护罩本体；12、防护门；13、安装脚；14、扫描窗口；15、升降丝杆；16、升降轮；17、轴承；18、B电机；19、B驱动轮；2、激光扫描仪；3、角度调节支架；31、固定支架；32、旋转支架；33、角度调节丝杆；34、套轮；35、调心轴承；36、A电机；37、A驱动轮；4、数据接口；41、防护檐板；51、轨道左侧堆料；52、轨道右侧堆料；6、堆取料机悬臂；7、数据处理服务器；8、程控室；81、控制系统；9、电气室；10、轨道。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
根据本发明的具体实施例，如图1至图6所示，本发明提供一种堆场物料模型测量装置，该堆场物料模型测量装置包括测量设备1、数据处理服务器7和控制系统81；
测量设备1，测量设备1设置在堆取料机悬臂6的头部，进行堆场物料的扫描；在本发明的实施例中，测量设备1设置有两个，两个测量设备1分别设置在悬臂头部的左右两端，测量设备1设置在悬臂的下方。
数据处理服务器7连接测量设备1，用于接收测量设备1发送的数据并进行处理，得到堆场物料三维模型；
控制系统81连接数据处理服务器7，用于接收数据处理服务器7的堆场物料模型，控制堆取料机的堆取料动作；控制系统81还通过数据处理服务器7控制测量设备1的运行。在本发明的实施例中，数据处理服务器7安装在堆取料机的电气室9中。
在使用时，数据处理服务器7与测量设备1通过ModbusEthernet以太网连接，实时读取测量数据。数据处理服务器7采集到测量设备1的测量数据后，对数据的有效性进行筛选，滤除非正常的数据，对有效数据利用3D建模等技术的分析处理，构建堆料模型。得出每个堆料的起终位置、切入深度等信息，将信息以数据形式实时传送给控制系统81。控制系统81得到数据处理服务器7传送过来的数据后，通过控制堆取料机悬臂6回转角度、悬臂俯仰角度和大车前后运动来确定堆料位置，通过微调控制大车位置从而控制取料的切入深度。进而有效地控制取料流量的恒定，最大限度保证流量的同时，保护设备的安全，提高了设备使用寿命。
测量设备1包括：
激光扫描仪2，激光扫描仪2用于进行堆场物料的扫描；
扫描仪防护罩，安装在堆取料机悬臂6的头部，容纳有激光扫描仪2；在本发明的实施例中，扫描仪防护罩采用不锈钢材质，不锈钢材质满足强度要求，且不易受腐蚀产生损耗。
角度调节支架3，角度调节支架3安装在扫描仪防护罩内，用于承载激光扫描仪2，并调整激光扫描仪2的扫描角度。
在使用时，激光扫描仪2安装在角度调节支架3上，通过角度调节支架3带动激光扫描仪2转动，从而实现激光扫描仪2扫描角度的调整。为保证取得最优的堆料模型数据，堆取料机悬臂6处左、右场堆场角度时，左右的激光扫描仪2始终是正对堆料体，同时仪器激光发射角在180度以上覆盖，完全不存在盲区。两个激光扫描仪2分别对应轨道10左侧堆料51和轨道10右侧堆料52。
与此同时左右两个激光扫描仪2同时对同一堆料进行覆盖扫描，对数据进行校准整合，提高数据的精准度，大大提高堆料模型的质量。为全自动无人值守的堆取料机提供技术保障。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，角度调节支架3包括固定支架31和旋转支架32，固定支架31的一个长边与旋转支架32的一个长边铰接，固定支架31水平安装在扫描仪防护罩内，旋转支架32位于固定支架31的下方，激光扫描仪2设置在旋转支架32的下方，旋转支架32旋转从而带动激光扫描仪2调节扫描角度。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，角度调节支架3还包括角度调节丝杆33、套轮34和A电机36；
角度调节丝杆33的底端与旋转支架32的另一个长边铰接，角度调节丝杆33设置外螺纹；
套轮34设置有套轮34中心孔，套轮34中心孔内设置有内螺纹，套轮34中心孔尺寸与角度调节丝杆33的螺纹尺寸相匹配；套轮34的轴向和径向相对于固定支架31的位置不变，且套轮34可绕角度调节丝杠的中心轴旋转；
A电机36固定在固定支架31上，A电机36的转动轴设置有A驱动轮37，A驱动轮37与套轮34通过传动带连接，A驱动轮37带动套轮34旋转，A电机36与数据处理服务器7连接，控制系统81通过数据处理服务器7控制系统81控制系统81控制A电机36的运行；
优选地，传动带为同步带。
在使用时，通过A电机36带动A驱动轮37旋转，进而带动套轮34旋转，限制套轮34轴向的运动，与套轮34螺纹配合的角度调节丝杆33在螺旋作用下上下运动，从而带动安装在旋转支架32下方的激光扫描仪2绕旋转支架32铰接的长边旋转，进而实现激光扫描角度的调节。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，角度调节支架3还包括调心轴承35，调心轴承35的外圈固定在固定支架31上，调心轴承35的内圈与套轮34同轴连接，调心轴承35的内圈的内径大于套轮34的内径；优选地，调心轴承35为滚动调心轴承35。
在使用时，由于角度调节丝杆33在运动是与固定支架31之间有很小的角度变动，调心轴承35在使用时内圈轴线可以与外圈轴线有一定的夹角变化而不影响内圈正常的转动。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，扫描仪防护罩包括防护罩本体11、防护门12和安装脚13；
防护罩本体11侧壁设置有扫描窗口14，扫描窗口14内侧的防护罩本体11设置有与防护门12匹配的轨道10，防护门12安装在轨道10内，防护门12沿轨道10移动，从而实现扫描窗口14的开启和闭合；安装脚13位于防护罩本体11侧壁的上方，便于将扫描仪防护罩固定在悬臂下方；
优选地，防护门12沿轨道10上下移动。
在使用时，打开扫描窗口14，当设备不使用时，关闭扫描窗口14，可以避免灰尘等进入扫描仪防护罩内部，从而延长扫描仪的使用寿命。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，扫描仪防护罩还包括防护门12升降机构，防护门12升降机构包括：
升降丝杆15，升降丝杆15的底端连接防护门12；升降丝杆15设置有外螺纹；
升降轮16，升降轮16设置有升降轮16中心孔，升降轮16中心孔内设置有内螺纹，升降轮16中心孔尺寸与升降丝杆15尺寸相匹配；升降轮16轴向和径向相对于固定支架31的位置不变，且升降轮16可绕中心轴旋转；
驱动机构，驱动机构与升降轮16连接，驱动机构带动升降轮16旋转，驱动机构与数据处理服务器7连接，控制系统81通过数据处理服务器7控制驱动机构的运动。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，防护门12升降机构还包括轴承17，轴承17的外圈固定在固定支架31上，轴承17的内圈与升降轮16同轴连接，轴承17的内径大于升降轮16的内径；
优选地，轴承17为滚动轴承17。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，驱动机构包括B电机18和连接在B电机18输出轴上的B驱动轮19，B驱动轮19与升降轮16连接，带动升降轮16旋转。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，B驱动轮19与升降轮16之间通过传动带连接，传动带可以为多楔带或V型带。
在使用时，控制系统81通过数据处理服务器7控制系统81控制B电机18运行，B电机18通过同轴连接的B驱动轮19驱动带连接的升降轮16旋转，升降轮16带动轴承17的内圈旋转，因为轴承17的外圈被固定，轴承17内圈在轴线方向上的运动被限制，内圈的旋转带动与之配合的升降丝杆15上下运行，从而带动与之连接的防护门12沿着扫描仪窗口内部侧的轨道10上下运动实现扫描窗口14的开合。
在上述的堆场物料模型测量装置中，作为优选方案，防护罩本体11的侧壁设置有数据接口4，便于扫描仪防护罩内外的数据连接；
优选地，数据接口4与防护罩本体11之间为密封连接；
再优选地，数据接口4的上方设置有防护檐板41。
在使用时，通过数据接口4将扫描仪防护罩内部的接线整合在一个接头，不仅连接方便，密封的结构设计还使扫描仪防护罩的防尘防水效果大增。防护檐板41在防尘的同时可以防止接头处受到外力的影响而导致接头受损。
在具体实施本发明时，通过控制系统81打开扫描仪防护罩的扫描窗口14，打开激光扫描仪2，通过控制系统81调节激光扫描仪2的扫描角度，使其处于正常扫描状态，然后通过激光扫描仪2进行实时激光扫描，激光扫描仪2采用的是激光扫描成像技术，激光扫描仪2发射多个脉冲激光，到达堆场物料时，经过物料的反射，到达激光扫描仪2的接收探测器，接收探测器接收信号，并记录时间，将上述数据整理打包后通过自带的工业现场总线接口(ModbusTCP协议)输出给数据处理服务器7。数据处理服务器7采集到激光扫描仪2的测量数据后，对数据的有效性进行筛选，滤除非正常的数据，对有效数据利用3D建模等技术的分析处理，构建堆料模型，数据处理服务器7将对料模型与堆取料机的3D模型进行比对。得出每个堆料的起终位置、切入深度等信息，将信息以数据形式实时传送给控制系统81。控制系统81得到数据处理服务器7传送过来的数据后，通过控制堆取料机悬臂6回转角度、悬臂俯仰角度和大车前后运动来确定堆料位置，通过微调控制大车位置从而控制取料的切入深度。进而有效地控制取料流量的恒定，最大限度保证流量的同时，保护设备的安全，提高了设备使用寿命。
综上所述，本发明提供的堆场物料模型测量装置，通过设置在堆取料机悬臂头部的两台测量设备进行堆料的扫描，测量设备选用激光扫描仪安装在角度调节支架上，使激光扫描角度调节方便准确；在激光扫描仪和角度调节支架外面设置封闭的不锈钢的扫描仪防护罩，可以使测量设备适应不同的工况，在扫描仪防护罩设置有防护门和扫描窗口，在激光扫描仪停止工作时及时关闭扫描窗口，避免扫描仪防护罩内积尘，对激光扫描仪的正常工作和寿命的延长有积极的作用。通过激光扫描仪实时测量数据并实时传递给数据处理服务器从而使数据处理服务器获取堆料模型数据；进而通过控制系统控制堆取料机的运行，为堆取料机提供实时的堆料模型当前起始边角位置、角度等；消除堆取料机的空载运行和过载运行；提升了设备运行效率，提高了设备运行安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述堆场物料模型测量装置包括测量设备、数据处理服务器和控制系统；
所述测量设备设置在堆取料机悬臂的头部，进行堆场物料的扫描；
所述数据处理服务器连接所述测量设备，用于接收所述测量设备发送的数据并进行处理，得到堆场物料三维模型；
所述控制系统连接所述数据处理服务器，用于接收所述数据处理服务器的堆场物料模型，控制堆取料机的堆取料动作；所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述测量设备的运行；
所述测量设备包括：
激光扫描仪，用于进行堆场物料的扫描；
扫描仪防护罩，安装在所述堆取料机悬臂的头部，容纳有所述激光扫描仪；
角度调节支架，安装在所述扫描仪防护罩内，用于承载所述激光扫描仪，并调整所述激光扫描仪的扫描角度。
2.如权利要求1所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述角度调节支架包括固定支架和旋转支架，所述固定支架的一个长边与所述旋转支架的一个长边铰接，所述固定支架水平安装在所述扫描仪防护罩内，所述旋转支架位于所述固定支架的下方，所述激光扫描仪设置在所述旋转支架的下方，所述旋转支架带动所述激光扫描仪调节扫描角度。
3.如权利要求2所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述角度调节支架还包括角度调节丝杆、套轮和A电机；
所述角度调节丝杆的底端与所述旋转支架的另一个长边铰接，所述角度调节丝杆设置外螺纹；
所述套轮设置有套轮中心孔，所述套轮中心孔内设置有内螺纹，所述套轮中心孔尺寸与所述角度调节丝杆的螺纹尺寸相匹配；所述套轮的轴向和径向相对于所述固定支架的位置不变，且所述套轮可绕所述角度调节丝杠的中心轴旋转；
所述A电机固定在所述固定支架上，所述A电机的转动轴设置有A驱动轮，所述A驱动轮与所述套轮通过传动带连接，所述A驱动轮带动所述套轮旋转，所述A电机与所述数据处理服务器连接，所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述A电机的运行；
优选地，所述传动带为同步带。
4.如权利要求3所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述角度调节支架还包括调心轴承，所述调心轴承的外圈固定在所述固定支架上，所述调心轴承的内圈与所述套轮同轴连接，所述调心轴承的内圈的内径大于所述套轮的内径；
优选地，所述调心轴承为滚动调心轴承。
5.如权利要求1所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述扫描仪防护罩包括防护罩本体、防护门和安装脚；
所述防护罩本体侧壁设置有扫描窗口，所述扫描窗口内侧的防护罩本体设置有与所述防护门匹配的轨道，所述防护门安装在所述轨道内，所述防护门沿所述轨道移动，从而实现所述扫描窗口的开启和闭合；所述安装脚位于所述防护罩本体侧壁的上方，便于将所述扫描仪防护罩固定在所述悬臂下方；
优选地，所述防护门沿所述轨道上下移动。
6.如权利要求5所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述扫描仪防护罩还包括防护门升降机构，所述防护门升降机构包括：
升降丝杆，所述升降丝杆的底端连接所述防护门；所述升降丝杆设置有外螺纹；
升降轮，所述升降轮设置有升降轮中心孔，所述升降轮中心孔内设置有内螺纹，所述升降轮中心孔尺寸与所述升降丝杆尺寸相匹配；所述升降轮轴向和径向相对于所述固定支架的位置不变，且所述升降轮可绕中心轴旋转；
驱动机构，所述驱动机构与所述升降轮连接，所述驱动机构带动所述升降轮旋转，所述驱动机构与数据处理服务器连接，所述控制系统通过所述数据处理服务器控制所述驱动机构的运动。
7.如权利要求6所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述防护门升降机构还包括轴承，所述轴承的外圈固定在所述固定支架上，所述轴承的内圈与所述升降轮同轴连接，所述轴承的内径大于所述升降轮的内径；
优选地，所述轴承为滚动轴承。
8.如权利要求6所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述驱动机构包括B电机和连接在所述B电机输出轴上的B驱动轮，所述B驱动轮与所述升降轮连接，带动所述升降轮旋转。
9.如权利要求8所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述B驱动轮与所述升降轮之间通过传动带连接，所述传动带为多楔带或V型带。
10.如权利要求5所述的一种堆场物料模型测量装置，其特征在于，所述防护罩本体的侧壁设置有数据接口，便于所述扫描仪防护罩内外的数据连接；
优选地，所述数据接口与所述防护罩本体之间为密封连接；
再优选地，所述数据接口的上方设置有防护檐板。
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