CN109291231A - 一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，涉及建筑工业化中预制构件混凝土布料机自动控制领域。包括：安装激光测距传感器，同时确定X轴和Y轴；测量激光测距传感器与底模托盘及磁性边模的距离，并设置允许误差范围；控制布料机到达布料区域外的初始位置，利用控制器记录布料机激光测距传感器的预标定点；控制器计算布料机预标定点；计算布料机相对位置，并通过控制器控制布料机行走到预标定点，准备进行布料生产。本方法对现有设备及检测系统改动小、改造成本低，与现有布料系统兼容性好，易于实现，同时可以自动完成布料机预标定，提高混凝土布料机确定预标定点的准确性及预标定效率。

Description

一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法
技术领域
本发明涉及建筑工业化中预制构件混凝土布料机自动控制技术领域，具体涉及一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法。
背景技术
混凝土布料机是混凝土预制构件工厂化生产的关键设备，其自动化水平越高，布料生产时间越短，越有助于提高预制构件生产效率以及降低并节省人力资源投入。而混凝土布料机的预标定技术主要采用自动方式，通过找底模托盘上磁性边模的位置来确定布料机开始布料的起始点，进而使布料机控制系统能够依据预制混凝土构件尺寸参数，控制布料机在布料区域内开展自动布料实现预制构件的生产。因此，混凝土布料机预标定技术是实现自动化布料的前提和基础，布料过程如图1所示，其中布料小车能够带着布料机沿布料方向前后移动，布料大车能够带着布料机左右移动。
因当前业内混凝土布料机缺少预标定这一关键技术，所以布料机控制系统至今无法自动确定布料机相对磁性边模的位置，进而也影响后续自动布料控制功能的开发和实施，导致当前的混凝土布料机只能在人工操作模式下进行布料生产，同时还需配置多名生产辅助人员，用铁锹辅助完成均匀布料，不仅造成生产效率低、产品质量不稳定等问题，还存在安全隐患。
随着我国经济和技术的发展，特别是“中国智造2025”的提出，显著加快了我国工业化进程的步伐，而在关乎国计民生的建筑工业化领域，采用混凝土预制构件的工厂化生产方式代替现场浇筑生产方式更是大势所趋。混凝土布料作为混凝土预制构件工厂化生产的重要环节，其布料操作主要由混凝土布料机来完成，所以混凝土布料机的自动化水平直接影响整条预制构件生产线的自动化水平，也影响最终的产品质量。综上，为了通过自动化方式提高混凝土布料机的布料效率和质量，首先要突破的技术就是混凝土布料机的自动预标定技术。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，通过在混凝土布料机其中一侧边缘布料口下方增设的一个激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离，结合原有布料机控制系统中布料大车横梁上控制柜中的控制器、布料机布料大车和小车驱动电机上的两个编码器，实现磁性边模位置的检测，进而通过原有布料系统的控制器确定混凝土布料机的预标定点，明显提高了混凝土布料机确定预标定点的准确性及效率，进而缩减定位时间并提高生产效率。
为了实现上述目的，一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，包括以下步骤：
步骤1：在布料机其中一侧边缘布料口下方增设一个激光测距传感器，同时，规定与布料机布料小车行走路线平行的方向为X轴，与X轴垂直的方向为Y轴，其中，布料小车沿X轴往返行走，布料大车沿Y轴往返行走；
步骤2：测量激光测距传感器与底模托盘的距离h及激光测距传感器与磁性边模的距离H，并设置磁性边模检测允许的误差范围△；
步骤3：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达布料区域外的初始位置，然后向布料区域内行走，通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离确定磁性边模位置，利用控制器记录布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，具体步骤如下：
步骤3.1：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达初始位置，然后控制器控制布料小车带动布料机沿X轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离；
步骤3.2：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-△，h-H+△]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到与X轴垂直的靠近初始位置一侧的磁性边模的外沿，记为AA边模的外沿，控制器控制布料小车停车并记录此时布料机在X轴方向位置坐标XJ0，继续步骤3.3，若否，则控制器控制布料小车带动布料机继续沿X轴向布料区域内行走，直到激光测距传感器检测到磁性边模；
步骤3.3：控制器控制布料小车带动布料机沿原路返回到初始位置，然后控制布料大车和小车带动布料机移动至与X轴平行的靠近预标定点一侧的磁性边模外侧且距离AA边模距离大于磁性边模固定宽度W的一点P(Xp,Yp)，记为BB磁性边模外侧一点P(Xp,Yp)；
步骤3.4：控制器控制布料大车带动布料机沿Y轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离；
步骤3.5：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-△，h-H+△]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到BB边模的外沿，控制器控制布料大车停车并记录布料机在Y轴方向位置坐标YJ0，继续步骤4，若否，则控制器控制布料大车带动布料机继续沿Y轴向布料区域内行走，并通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离，直到检测到磁性边模；
步骤4：控制器根据激光测距传感器的安装位置与布料口外沿端点的距离(XJ，YJ)以及磁性边模的固定宽度W，结合布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，计算布料机布料口外沿端点在托盘上对应的布料机预标定点(X0，Y0)，其中，X0＝XJ0-XJ+W，Y0＝YJ0-YJ-W；
步骤5：根据布料机预标定点(X0，Y0)以及布料机当前所在的位置(Xcrt,Ycrt)，确定布料机与预标定点M(X0，Y0)的相对位置(Xrel,Yrel)，并通过控制器控制布料机行走到预标定点M(X0，Y0)，准备进行布料生产。
本发明的有益效果：
本发明提出一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，只需在现有混凝土布料机布料口的下方增设一个激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离，即可实现磁性边模的位置检测，对现有设备及检测系统改动小、改造成本低，与现有布料系统兼容性好，易于实现，同时可以自动完成布料机预标定，提高混凝土布料机确定预标定点的准确性及预标定效率，通过改变激光测距传感器与磁性边模的距离H，能够适应不同规格型号预制混凝土构件生产前的布料机预标定，因此具有较强的系统适应性；另外，本发明充分考虑到预标定过程中磁性边模内部钢筋和其他外部因素对预标定结果的干扰，标定时，均是从非布料区域侧向布料区域侧行走进行坐标标定，且在检测距离上，通过设定误差允许值△对磁性边模高度误差进行容错，提高了混凝土布料机预标定技术的实用性。
附图说明
图1为本发明背景技术中混凝土布料机布料过程示意图；
图2为本发明实施例中基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法流程图；
图3为本发明实施例中基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法原理图；
图4为本发明实施例中激光测距传感器安装位置与1号布料口外沿端点A的位置示意图。
图中，1、布料小车；2、混凝土布料机；3、螺旋铰刀；4、布料机的1号布料口；5、布料大车；6、底模托盘；7、磁性边模；8、导轨；9、激光测距传感器；10、控制柜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，流程如图2所示，原理如图3所示，图3中的箭头示意为控制器带动布料机的运动路线，具体方法如下所述：
步骤1：在布料机1号布料口下方增设一个激光测距传感器，同时，规定与布料机布料小车行走路线平行的方向为X轴，与X轴垂直的方向为Y轴，其中，布料小车沿X轴往返行走，布料大车沿Y轴往返行走。
步骤2：测量激光测距传感器与底模托盘的距离h及激光测距传感器与磁性边模的距离H，并设置磁性边模检测允许的误差范围△；
步骤3：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达布料区域外的初始位置，然后向布料区域内行走，通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离确定磁性边模位置，利用控制器记录布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，具体步骤如下：
步骤3.1：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达初始位置，然后控制器控制布料小车带动布料机沿X轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离；
步骤3.2：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-△，h-H+△]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到与X轴垂直的靠近初始位置一侧的磁性边模的外沿，记为AA边模的外沿，控制器控制布料小车停车并记录此时布料机在X轴方向位置坐标XJ0，继续步骤3.3，若否，则控制器控制布料小车带动布料机继续沿X轴向布料区域内行走，直到激光测距传感器检测到磁性边模；
步骤3.3：控制器控制布料小车带动布料机沿原路返回到初始位置，然后控制布料大车和小车带动布料机移动至与X轴平行的靠近预标定点一侧的磁性边模外侧且距离AA边模距离大于磁性边模固定宽度W的一点P(Xp,Yp)，记为BB磁性边模外侧一点P(Xp,Yp)；
本实施例中，点P需要满足在布料区域外，且在布料大车带动布料机沿Y轴行走时，激光测距传感器不会检测到AA边模的条件。
步骤3.4：控制器控制布料大车带动布料机沿Y轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离变化；
步骤3.5：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-△，h-H+△]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到BB边模的外沿，控制器控制布料大车停车并记录布料机在Y轴方向位置坐标YJ0，继续步骤4，若否，则控制器控制布料大车带动布料机继续沿Y轴向布料区域内行走，并通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离，直到检测到磁性边模；
步骤4：控制器根据激光测距传感器的安装位置与布料口外沿端点A的距离(XJ，YJ)以及磁性边模的固定宽度W，如图4所示，结合布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，计算布料机布料口外沿端点A在托盘上对应的布料机预标定点(X0，Y0)，其中，X0＝XJ0-XJ+W，Y0＝YJ0-YJ-W。
步骤5：根据布料机预标定点(X0，Y0)以及 布料机当前所在的位置(Xcrt,Ycrt)，确定布料机与预标定点M(X0，Y0)的相对位置(Xrel,Yrel)，并通过控制器控制布料机行走到预标定点M(X0，Y0)，准备进行布料生产。
所述布料机通过控制器控制布料机行走到BB边模外一点P(Xp，Yp)和预标定点M(X0，Y0)的控制公式如下：
Xrel＝Xcrt-Xaim；
Yrel＝Ycrt-Yaim；
Xcrt(t)＝Xcrt(t-1)±Vxtsc；
Ycrt(t)＝Ycrt(t-1)±VDtsc；
其中，Xaim和Yaim分别为布料机所要到达的目标点在坐标系X轴和Y轴的位置，Xcrt(t)和Ycrt(t)分别为布料机在第t个周期时在坐标系X轴和Y轴的位置，Vx为布料小车驱动电机上的编码器检测的布料小车的行走速度，VD为布料大车驱动电机上的编码器检测的布料大车的行走速度，当布料小车或大车向X轴或Y轴数值增大方向行走时，公式中速度前面的符号取“+”号，反之取“-”号，tsc为固定周期，根据不同控制器取不同的值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；因而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于激光测距的混凝土布料机自动预标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在布料机其中一侧边缘布料口下方增设一个激光测距传感器，同时，规定与布料机布料小车行走路线平行的方向为X轴，与X轴垂直的方向为Y轴，其中，布料小车沿X轴往返行走，布料大车沿Y轴往返行走；
步骤2：测量激光测距传感器与底模托盘的距离h及激光测距传感器与磁性边模的距离H，并设置磁性边模检测允许的误差范围Δ；
步骤3：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达布料区域外的初始位置，然后向布料区域内行走，通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离确定磁性边模位置，利用控制器记录布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，具体步骤如下：
步骤3.1：控制器控制布料大车和小车带动布料机到达初始位置，然后控制器控制布料小车带动布料机沿X轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离；
步骤3.2：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-Δ，h-H+Δ]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到与X轴垂直的靠近初始位置一侧的磁性边模的外沿，记为AA边模的外沿，控制器控制布料小车停车并记录此时布料机在X轴方向位置坐标XJ0，继续步骤3.3，若否，则控制器控制布料小车带动布料机继续沿X轴向布料区域内行走，直到激光测距传感器检测到磁性边模；
步骤3.3：控制器控制布料小车带动布料机沿原路返回到初始位置，然后控制布料大车和小车带动布料机移动至与X轴平行的靠近预标定点一侧的磁性边模外侧且距离AA边模距离大于磁性边模固定宽度W的一点P(Xp，Yp)，记为BB磁性边模外侧一点P(Xp，Yp)；
步骤3.4：控制器控制布料大车带动布料机沿Y轴由布料区域外向布料区域内行走，并通过布料口下方的激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离变化；
步骤3.5：控制器判断激光测距传感器测量的距离是否在[h-H-Δ，h-H+Δ]范围内，若是，则认为激光测距传感器检测到BB边模的外沿，控制器控制布料大车停车并记录布料机在Y轴方向位置坐标YJ0，继续步骤4，若否，则控制器控制布料大车带动布料机继续沿Y轴向布料区域内行走，并通过激光测距传感器测量布料机相对于底模托盘的距离，直到检测到磁性边模；
步骤4：控制器根据激光测距传感器的安装位置与布料口外沿端点的距离(XJ，YJ)以及磁性边模的固定宽度W，结合布料机激光测距传感器的预标定点(XJ0，YJ0)，计算布料机布料口外沿端点在托盘上对应的布料机预标定点(X0，Y0)，其中，X0＝XJ0-XJ+W，Y0＝YJ0-YJ-W；
步骤5：根据布料机预标定点(X0，Y0)以及布料机当前所在的位置(Xcrt，Ycrt)，确定布料机与预标定点M(X0，Y0)的相对位置(Xrel，Yrel)，并通过控制器控制布料机行走到预标定点M(X0，Y0)，准备进行布料生产。
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