CN103471554B - 料面三维成像测控系统 - Google Patents

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一种料面三维成像测控系统，包括测量装置和工控机，测量装置包括测距仪和二维扫描机构；二维扫描机构的外部装有雷达波发射接收及变送电路，雷达波发射接收及变送电路与测距仪连接；二维扫描机构的顶部与外壳顶部固接，上固定块与机构支撑框顶部活动连接；机构支撑框底部与安装架活动连接；测距仪安装在安装架上，喇叭状天线向料面方向；二维扫描机构与工控机连接受控。本发明多点被测物表面垂直高度数据用一台雷达测距仪进行采集，解决测点数量受限制的问题，提高被测物表面三维图型的精度和真实性，测控软件和其它外设实现被测物表面高度信息重组，生成被测物表面三维图型，实现对被测物表面的变化实时监测。

Description

料面三维成像测控系统
技术领域
本发明涉及电子测控技术领域，具体地说是一种用于料仓料面三维成像的测控系统。
背景技术
目前料仓料面三维成像系统真正应用于生产实践的还很少，随着许多领域生产工艺过程不断进步，料仓料面形状直接影响生产效率、产品质量。例如高炉内的料面形状、各种原料仓的料面形状等，均对生产过程具有重要意义。过去，有人使用定点多传感器的方式，进行料仓料面形状的测量，因为“测点”数量的限制，形成的料面三维图像不能真正的反应实际料面的形状。为了达到测量效果，只有增加测点和传感器的数量，但在实际应用中，现场无法做到使用很多的传感器来增加测点，一是料仓上无法安装许多的传感器，二是会有很大的费用投入，不能满足目前自动化生产的需要。
发明内容
本发明是针对背景技术中提及的料仓料面形状不能被实时监测所造成的缺陷，提供了一种用单台或多台测距仪配合二维扫描机构进行被测物（料仓料面）表面三维成像的测控系统。
实现上述发明目的采用的技术方案是：
一种料面三维成像测控系统，包括安装在料仓顶部的外壳内的测量装置和与该测量装置连接的工控机，所述的测量装置包括用于二维数据测量的测距仪和二维扫描机构；所述二维扫描机构的外部还安装有雷达波发射接收及变送电路，该雷达波发射接收及变送电路与测距仪连接；
所述二维扫描机构包括机构支撑框和转动组件，二维扫描机构的顶部通过上固定块与外壳顶部固接，上固定块通过转动组件与机构支撑框顶部活动连接；机构支撑框底部通过随动齿轮与安装架活动连接；
所述测距仪安装在二维扫描机构底部的安装架上，其喇叭状天线向料面方向；
所述二维扫描机构通过控制电缆与设置在料仓外部的工控机连接受控。
所述机构支撑框外部设置有电路安装板，所述雷达波发射接收及变送电路设置在该电路安装板上。
所述二维扫描机构中的转动组件包括步进电机和传动齿轮，其中：
上固定块上装有底端带旋转传动齿轮的旋转轴，该旋转传动齿轮与设置在机构支撑框内部的旋转步进电机的输出端连接；
所述机构支撑框外部装有摆动步进电机，该摆动步进电机的输出端与设置在机构支撑框内部的摆动传动齿轮连接，所述摆动传动齿轮与安装在安装架上的随动齿轮啮合传动。
所述旋转步进电机带动机构支撑框和设置在安装架上的测距仪做360°的旋转运动；
所述摆动步进电机带动设置在安装架上的测距仪做相对料面具有一定角度的摆动。
所述测距仪为雷达测距仪，该测距仪所测量的为被测物表面的垂直高度。
根据料仓的大小，在料仓内设置多个测距仪和二位扫描机构的组合，各组合均通过控制电缆与工控机连接。
本发明结构简单，可控性强，多点被测物表面垂直高度数据只用一台雷达测距仪进行采集，解决了测点数量受限制的问题，极大的提高被测物表面三维图型的精度和真实性，测控软件和其它外设实现被测物表面高度信息重组，生成被测物表面三维图型，同时结合相应的被测物表面数学模型指示出被测物表面上升、下降运行图像，实现对被测物表面的变化实时监测，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明整体结构安装位置示意图。
图2为本发明的整体结构示意图。
图3为本发明中的二维扫描机构结构示意图。
图4为雷达波扫描示意图。
图5为雷达波扫描覆盖被测面示意图。
图6为被测面三维图形算法中测量点垂直距离和雷达波覆盖面积图。
图7为各采样点坐标点数据表。
图8为工控机生成被测物表面三维图。
图中：控制电缆1，外壳2，雷达波发射接收及变送电路3，测距仪4，二维扫描机构5，上固定块5-1，轴承5-2，电路安装板5-3，机构支撑框5-4，随动齿轮5-5，旋转传动齿轮5-6，旋转步进电机5-7，摆动步进电机5-8，摆动传动齿轮5-9，安装架5-10，工控机6，料仓7，料面8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
见附图1-2，本发明所公开的这种料面三维成像测控系统，采用单台或多台测距仪4作为测控系统数据采集的传感器，测距仪4的喇叭天线向下对准料面8，本实施例使用的是雷达测距仪。雷达波发射接收及变送电路3对被测物表面高度进行测量，工控机6通过控制电缆1进行被测物表面高度数据采集，并对二维扫描机构5进行控制，转动雷达测距仪喇叭天线对料面进行多点扫描。雷达波发射接收及变送电路3、二维扫描机构5固定于外壳2内，外壳2与料仓7顶部固定连接。
见附图3，固定块5-1与旋转轴相连，旋转步进电机5-7是二维扫描机构360°旋转的驱动，旋转轴底端套装有旋转传动齿轮5-6，与之配合的还有轴承5-2，旋转轴、旋转传动齿轮均设置在机构支撑框5-4的上方外部，旋转传动齿轮与安装在机构支撑框内部的旋转步进电机的输出端连接传动。电路安装板5-3用来安装雷达波发射接收及变送电路3，机构支撑框5-4外部还安装有一个摆动步进电机5-8，该摆动步进电机与设置在机构支撑框内部的摆动传动齿轮5-9连接传动。机构支撑框底部通过随动齿轮5-5活动安装有一个用于安装测距仪的安装架5-10，该安装架上部两侧的随动齿轮与摆动传动齿轮啮合传动，测距仪4随安装架5-10通过摆动步进电机5-8驱动，做水平摆动，可与料面形成一定夹角。
雷达测距仪4的喇叭天线固定在二维扫描机构5的安装架5-10上，喇叭天线随二维扫描机构5做二维转动，对被测物表面进行扫描采样。一种转动是喇叭天线4相对被测量面做360°旋转，另一种转动是喇叭天线4相对被测量面按一定夹角转动。雷达测距仪测量被测物表面的垂直高度。工控机6通过控制电缆1发给二维扫描机构5动作信息，被测量面的高度数据信息通过控制电缆采集到工控机6，通过工控机6内编制的测控软件运算处理，形成被测物表面三维图型。
根据图4-5的扫描示意图，获得各采样点的坐标值，获得的坐标值数据见附图7。
见图6，被测料面的三维图形算法是：
测量点的垂直距离H
设已知条件为：雷达波开角为8度；料面半径R为7米。
通过雷达测量，垂直高度H为10米。
计算雷达波覆盖面积：S
雷达波覆盖半径：r=H*tan4°=0.699m；
雷达波覆盖面积：S=πr2=3.14*0.489=1.534m2。
通过控制电缆将测距仪和二维扫描机构采集的二维数据传输给工控机，在利用工控机里的测控软件生成被测物表面的三维图形，如附图8所示。
该三维图形的形状根据不断传输的二维数据的的变化而变化，实现对料面三维形状的实时监控。

Claims (6)

1.一种料面三维成像测控系统，包括安装在料仓顶部的外壳内的测量装置和与该测量装置连接的工控机，其特征在于，所述的测量装置包括用于二维数据测量的测距仪和二维扫描机构；所述二维扫描机构的外部还安装有雷达波发射接收及变送电路，该雷达波发射接收及变送电路与测距仪连接；
所述二维扫描机构包括机构支撑框和转动组件，二维扫描机构的顶部通过上固定块与外壳顶部固接，上固定块通过转动组件与机构支撑框顶部活动连接；机构支撑框底部通过随动齿轮与安装架活动连接；
所述测距仪安装在二维扫描机构底部的安装架上，其喇叭状天线向料面方向；
所述二维扫描机构通过控制电缆与设置在料仓外部的工控机连接受控。
2.根据权利要求1所述的料面三维成像测控系统，其特征在于，所述机构支撑框外部设置有电路安装板，所述雷达波发射接收及变送电路设置在该电路安装板上。
3.根据权利要求1所述的料面三维成像测控系统，其特征在于，所述二维扫描机构中的转动组件包括步进电机和传动齿轮，其中：
上固定块上装有底端带旋转传动齿轮的旋转轴，该旋转传动齿轮与设置在机构支撑框内部的旋转步进电机的输出端连接；
所述机构支撑框外部装有摆动步进电机，该摆动步进电机的输出端与设置在机构支撑框内部的摆动传动齿轮连接，所述摆动传动齿轮与安装在安装架上的随动齿轮啮合传动。
4.根据权利要求3所述的料面三维成像测控系统，其特征在于，
所述旋转步进电机带动机构支撑框和设置在安装架上的测距仪做360°的旋转运动；
所述摆动步进电机带动设置在安装架上的测距仪做相对料面具有一定角度的摆动。
5.根据权利要求1所述的料面三维成像测控系统，其特征在于，所述测距仪为雷达测距仪，该测距仪所测量的为被测物表面的垂直高度。
6.根据权利要求1所述的料面三维成像测控系统，其特征在于，根据料仓的大小，在料仓内设置多个测距仪和二位扫描机构的组合，各组合均通过控制电缆与工控机连接。
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