CN105444697A

CN105444697A - 阳极炭块外形测量系统

Info

Publication number: CN105444697A
Application number: CN201511027112.7A
Authority: CN
Inventors: 王德全; 牛广元; 王金洲; 王炜峰; 张广
Original assignee: HENAN KDNEU INTERNATIONAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: HENAN KDNEU INTERNATIONAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本申请所提供的阳极炭块外形测量系统，包括流水线，还包括设置于流水线上方的测量平台，测量平台上设置有至少三组激光器及采集装置，激光器及采集装置均与控制单元连接，控制单元与控制中心连接；测量平台用于安装激光器及采集装置，至少三组激光器及采集装置分布在流水线上，且位于被测量物料的周向，确保能够测量到所有需要被测量的面，测量后将数据传输给控制单元，控制单元用于将其转换为坐标数据并生成被测量物料三维模型，然后与其内的标准三维模型数据比对，进而判断该被测量物料是否合格，并将该判断信息传输给控制中心，采用这种设计，实现了提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置。

Description

阳极炭块外形测量系统

技术领域

本申请涉及阳极炭块外形检测技术领域，更具体地说，涉及一种阳极炭块外形测量系统。

背景技术

阳极炭块是电解生产的主要消耗材料，电解生产中的阳极炭块需要不断组装生产，而生产的炭块由于焙烧工艺过程特点，导致炭块的质量、密度、尺寸、外形不可能完全一致，更可能有适当的变形、扭曲、裂纹等，而生产中使用质量的好坏对电解生产有很大的影响，所以生产中必须检测阳极炭块质量，当前生产中大多的外形检测靠人工观察判断合格性，不仅工人劳动强度大，而且存在着判断不一致、准确率差等缺点。

因此，如何提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种阳极炭块外形测量系统，以实现提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种阳极炭块外形测量系统，包括流水线，还包括设置于流水线上方的测量平台，测量平台上设置有至少三组激光器及采集装置，各组激光器及采集装置相对静止，且所有激光器采集装置能够采集流水线上的被测量物料的全部需要测量的面，激光器及采集装置均与控制单元连接，控制单元通过通讯接口与控制中心连接；控制单元用于将激光器及采集装置采集的数据换算为坐标数据并合成为被测量物料三维模型，控制单元内还存储有标准物料的标准三维模型数据，控制单元用被测量物料三维模型与标准三维模型数据比对，若误差大于预定值，则控制单元向控制中心发送不合格信息。

可选的，被测量物料为立方体的阳极炭块，三组激光器及采集装置能够测量阳极炭块的除底面外的五个面。

可选的，三组激光器及采集装置包括三组线激光器和与其分别对应的三组线阵相机。

可选的，激光器及采集装置包括三组面激光器和与其分别对应的三组面阵相机。

可选的，控制单元为可编程逻辑控制器。

可选的，可编程逻辑控制器内设置有将激光器及采集装置采集的数据换算为坐标数据的数据处理模块和用于将坐标数据合成为被测量物料三维模型的图像合成模块。

可选的，还包括触摸屏，触摸屏与可编程逻辑控制器连接，用于输出可编程逻辑控制器生成的被测量物料三维模型。

可选的，还包括平台驱动装置，平台驱动装置包括用于驱动测量平台在流水线上移动的步进电机和用于控制步进电机的控制器，控制器还与流水线的流水线驱动装置连接，用于协调测量平台与流水线的相对移动。

可选的，控制单元上还设置有用于输入标准三维模型数据的输入接口。

可选的，控制单元上还设置有用于与其他系统联动的外接接口。

本申请所提供的阳极炭块外形测量系统，包括流水线，还包括设置于流水线上方的测量平台，测量平台上设置有至少三组激光器及采集装置，各组激光器及采集装置相对静止，且所有激光器采集装置能够采集流水线上的被测量物料的全部需要测量的面，激光器及采集装置均与控制单元连接，控制单元通过通讯接口与控制中心连接；控制单元用于将激光器及采集装置采集的数据换算为坐标数据并合成为被测量物料三维模型，控制单元内还存储有标准物料的标准三维模型数据，控制单元用被测量物料三维模型与标准三维模型数据比对，若误差大于预定值，则控制单元向控制中心发送不合格信息。测量平台用于安装激光器及采集装置，至少三组激光器及采集装置分布在流水线上，且位于被测量物料的周向，确保能够测量到所有需要被测量的面，测量后将数据传输给控制单元，控制单元用于将其转换为坐标数据并生成被测量物料三维模型，然后与其内的标准三维模型数据比对，进而判断该被测量物料是否合格，如果不合格，将该判断信息通过通讯接口传输给控制中心，控制中心进行处理，采用这种设计，实现了提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的阳极炭块外形测量系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的阳极炭块外形测量系统的装置连接图；

上图中：1为激光器及采集装置、2为被测量物料、3为流水线、4为控制单元、5为控制中心、6为触摸屏。

具体实施方式

本申请提供了一种阳极炭块外形测量系统，实现了提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请所提供的阳极炭块外形测量系统的结构示意图；图2为本申请所提供的阳极炭块外形测量系统的装置连接图。

本申请提供的阳极炭块外形测量系统，包括流水线3，还包括设置于流水线3上方的测量平台，测量平台上设置有至少三组激光器及采集装置1，各组激光器及采集装置1相对静止，且所有激光器采集装置能够采集流水线3上的被测量物料2的全部需要测量的面，如果激光器及采集装置1比三组少，很难对被测量物料2完整的扫描，当然，如果扫描面要求不高，更少的激光器及采集装置1也是可行的，激光器及采集装置1均与控制单元4连接，控制单元4通过通讯接口与控制中心5连接；控制单元4用于将激光器及采集装置1采集的数据换算为坐标数据并合成为被测量物料三维模型，控制单元4内还存储有标准物料的标准三维模型数据，控制单元4用被测量物料三维模型与标准三维模型数据比对，若误差大于预定值，则控制单元4向控制中心5发送不合格信息。

综上所述，测量平台用于安装激光器及采集装置1，至少三组激光器及采集装置1分布在流水线3上，且位于被测量物料2的周向，确保能够测量到所有需要被测量的面，测量后将数据传输给控制单元4，控制单元4用于将其转换为坐标数据并生成被测量物料三维模型，然后与其内的标准三维模型数据比对，进而判断该被测量物料2是否合格，并将该判断信息通过通讯接口传输给控制中心5，采用这种设计，实现了提供一种自动化检测阳极炭块质量的装置。

进一步的，被测量物料2为立方体的阳极炭块，三组激光器及采集装置1能够测量阳极炭块的除底面外的五个面。本申请提供的技术方案尤其适用于阳极炭块的测量以及鉴别是否合格，阳极炭块为立方体，其底面在流水线3上，无法测量，但此面的精度要求不高，可以人工检测，其他五个面由三组激光器及采集装置1测量。

更进一步的，三组激光器及采集装置1包括三组线激光器和与其分别对应的三组线阵相机。线激光器和线阵相机相配合，线激光器成本较低，测量效果也很好，性价比高，线阵相机用于接收反馈信号。还可以为，激光器及采集装置1包括三组面激光器和与其分别对应的三组面阵相机。面激光器测量速度更快，适合流水线3高速移动下对被测量物料2进行测量。

具体的，控制单元4为可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器内设置有将激光器及采集装置1采集的数据换算为坐标数据的数据处理模块和用于将坐标数据合成为被测量物料三维模型的图像合成模块。当然，用于比对被测量物料三维模型与标准三维模型的模块也可以设置为一个单独的模块，即判断模块，总之，要实现上述的功能。

更具体的，还包括触摸屏6，触摸屏6与可编程逻辑控制器连接，用于输出可编程逻辑控制器生成的被测量物料三维模型。触摸屏6不只是能够输出图像，还能够便于技术让人员操作三维模型，多角度调整观看。

另外，还可以包括平台驱动装置，平台驱动装置包括用于驱动测量平台在流水线3上移动的步进电机和用于控制步进电机的控制器，控制器还与流水线3的流水线驱动装置连接，用于协调测量平台与流水线3的相对移动。有部分流水线3为间歇前进的流水线3，其前进速度快，激光器及采集装置1难以在其移动时采集数据，这就要求测量平台也能够跟随流水线3运动，依靠步进电机驱动，依靠控制器控制协调，在流水线3停止时，移动到被测量物料2上方对被测量物料2测量。

更进一步的，控制单元4上还设置有用于输入标准三维模型数据的输入接口。控制单元4上还设置有用于与其他系统联动的外接接口。外接接口可以使本申请提供的阳极炭块外形测量系统与其他系统联网、连锁使用。

三组激光器及采集装置1由还可以三个及以上的线激光器和多个线激光器或面激光器组成，每一个激光器测得的多个点汇总为一个空间表面，多个空间表面合成为一个物体的外表面，外表面的状况可实际反应物体外表面凹坑缺陷，实现对物体裸露表面的测量，测量结果的空间数据坐标组成被测物料三维模型，形成直观的物体三维立体外表面测量系统。阳极炭块外形测量系统可测出物体表面裂纹、边角的变形和扭曲、以及表面凹坑等缺陷。

如被测量物料2的外表面是较为复杂的空间曲面，则少量激光器及采集装置1的直线无法到达测量表面，需增加激光器及采集装置1的数量以完成的其它激光器及采集装置1所不能到达的表面测量，激光器及采集装置1的数量由要求的测量精度决定。不管激光器及采集装置1放置于物体外的何处，对于物体外表面相互阻挡测量光线到达的区域不能测量。点阵间的距离大小有测量相机的精度决定，或按要求的测量精度配置相应的激光器及采集装置1。

测量时，物体与激光器及采集装置1作相对匀速运动，表面相对规则物体，利用三台激光器及采集装置1在不同方位对物体逐行连续扫描，激光器及采集装置1组成对物体表面的全测量，激光器及采集装置1的线阵相机在每个方位拍摄多帧图像，对其物体图象一行一行进行处理，连续测得物体外表面数据转化为物体的空间相对坐标，将外表面的相对坐标合成物体外表轮廓的面阵图象，实现对物体的表面尺寸、曲线、裂纹、扭曲等状态的测量。

空间平面：激光器发出的一个平面，我们在标定过程中，计算出这个平面在激光器及采集装置1坐标系下的方程式a*X+b*Y+c*Z+d＝0。

空间直线：激光器及采集装置1拍摄图像后，像平面上的一个像点与镜头中心可以确定一条直线，像点与镜头中心这两点的坐标也都在激光器及采集装置1坐标系下，这两点组成的空间直线方程为：

x = f * \frac{a_{1} (X - X_{s}) + b_{1} (Y - Y_{s}) + c_{1} (Z - Z_{s})}{a_{3} (X - X_{s}) + b_{3} (Y - Y_{s}) + c_{3} (Z - Z_{s})}

y = f * \frac{a_{2} (X - X_{s}) + b_{2} (Y - Y_{s}) + c_{2} (Z - Z_{s})}{a_{3} (X - X_{s}) + b_{3} (Y - Y_{s}) + c_{3} (Z - Z_{s})}

其中，X,Y,Z为目标点的三维坐标，是未知数；x,y,f为像点坐标，是已知量(通过分析图像得到)；Xs,Ys,Zs是镜头中心坐标，为已知量(在相机标定过程得到)；a,b,c,d为方程式的系数，为已知量(在相机标定过程得到)；将这三个方程式联立，解方程组，即可算出三个未知数。

测量精度由两个因数决定，一个是激光器及采集装置1的单点测量精度和测量速度，一个物体与激光器及采集装置1的相对运动速度。激光器及采集装置1的单点测量精度，是图像上激光光斑提取精度w(光斑提取精度是根据激光成像时，在宽度方向上的像素数量，提取精度就是像素数量的倒数)。当激光相机的线测量速度大于物体与激光器的相对运动速度时，测量精度等于激光相机的测量精度；测量时，要求激光相机的线测量速度大于等于物体与激光器的相对运动速度。

系统设备包括以下：可编程逻辑控制器1台、线激光器3台、线阵相机3台、触摸屏1台。其中可编程逻辑控制器用于系统的控制采集、数据分析处理、图像合成，触摸屏6用于系统的人机交互，3台线阵激光器和线阵相机分别用于阳极炭块多个面的光学测量。线阵相机为1500万像素工业相机，在合适的光照环境中，线阵相机对炭块进行多角度拍摄，将炭块棱角边界清晰成像，用于检测阳极炭块外形尺寸、炭碗尺寸和炭碗中心距等。

以一号线阵相机位置为原点，将3个线阵相机测得的炭块距离，转换为炭块外表区域XYZ坐标，将采集的数据图像数据化处理后，通过软件算法分析处理，生成阳极炭块XYZ立面影像，组成三维图形。测得的阳极炭块数据与阳极炭块的基准尺寸数据相比对，从而判断该炭块是否合格。判断的内容有：阳极炭块外形尺寸、炭碗尺寸和炭碗中心距，表面凹坑、缺角程度等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种阳极炭块外形测量系统，包括流水线(3)，其特征在于，还包括设置于所述流水线(3)上方的测量平台，所述测量平台上设置有至少三组激光器及采集装置(1)，各组所述激光器及采集装置(1)相对静止，且所有所述激光器采集装置能够采集所述流水线(3)上的被测量物料(2)的全部需要测量的面，所述激光器及采集装置(1)均与控制单元(4)连接，所述控制单元(4)通过通讯接口与控制中心(5)连接；

所述控制单元(4)用于将所述激光器及采集装置(1)采集的数据换算为坐标数据并合成为被测量物料三维模型，所述控制单元(4)内还存储有标准物料的标准三维模型数据，所述控制单元(4)用所述被测量物料三维模型与所述标准三维模型数据比对，若误差大于预定值，则所述控制单元(4)向所述控制中心(5)发送不合格信息。

2.如权利要求1所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述被测量物料(2)为立方体的阳极炭块，三组所述激光器及采集装置(1)能够测量所述阳极炭块的除底面外的五个面。

3.如权利要求2所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，三组所述激光器及采集装置(1)包括三组线激光器和与其分别对应的三组线阵相机。

4.如权利要求2所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述激光器及采集装置(1)包括三组面激光器和与其分别对应的三组面阵相机。

5.如权利要求1所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述控制单元(4)为可编程逻辑控制器。

6.如权利要求5所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器内设置有将所述激光器及采集装置(1)采集的数据换算为坐标数据的数据处理模块和用于将所述坐标数据合成为被测量物料三维模型的图像合成模块。

7.如权利要求6所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，还包括触摸屏(6)，所述触摸屏(6)与所述可编程逻辑控制器连接，用于输出所述可编程逻辑控制器生成的所述被测量物料三维模型。

8.如权利要求1所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，还包括平台驱动装置，所述平台驱动装置包括用于驱动所述测量平台在所述流水线(3)上移动的步进电机和用于控制所述步进电机的控制器，所述控制器还与所述流水线(3)的流水线驱动装置连接，用于协调所述测量平台与所述流水线(3)的相对移动。

9.如权利要求1所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述控制单元(4)上还设置有用于输入所述标准三维模型数据的输入接口。

10.如权利要求9所述的阳极炭块外形测量系统，其特征在于，所述控制单元(4)上还设置有用于与其他系统联动的外接接口。