CN109765033A - 一种光测测量设备镜头智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光测测量设备镜头智能监控系统及方法。本发明的系统包括分析处理系统，分析处理系统连接有至少一个数据采集与控制单元，数据采集与控制单元连接有电机参数采集单元、光学结构位置参数采集单元、限位状态和压力反馈单元中的至少一个；分析处理系统包括：数据存储单元、历史数据存储单元、镜头健康状况分析单元。本发明的方法，包括如下步骤：获取镜头的工作参数；根据当前的所述工作参数与设置的阈值比较，确定镜头的健康状况。本发明提供了一种采集镜头当前工作状态以判断镜头健康状态的光测测量设备镜头智能监控系统及方法。

Description

一种光测测量设备镜头智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及光测设备技术领域，尤其涉及一种光测测量设备镜头智能监控系统及方法。

背景技术

大型光测设备是一种目标航迹与目标姿态测量的精密光学设备，镜头内有调焦、变焦距、调光等多个光学机构。内部光学结构较复杂，如长时间连续使用，因其内部密封不可见，镜头状态未知。一旦镜头内部机构发生故障不能及时预知预判，长时间使用会导致镜头二次损伤，严重时会损坏镜头，损坏后需要专业人员进行维护与更换，且人工检修与排查过程繁琐复杂耗时费力。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种采集镜头当前工作状态以判断镜头健康状态的光测测量设备镜头智能监控系统及方法，解决了工作人员无法监测镜头内部机构健康状况的情况。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种光测测量设备镜头智能监控系统，包括分析处理系统，所述分析处理系统连接有至少一个数据采集与控制单元，所述数据采集与控制单元连接有电机参数采集单元、光学结构位置参数采集单元、限位状态和压力反馈单元中的至少一个；分析处理系统包括：

数据存储单元：用于接收数据采集与控制单元的数据信息；

历史数据存储单元：用于存储镜头的历史数据信息；

镜头健康状况分析单元：通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对，得出镜头健康状况；通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况。

作为本发明的优选方案，所述分析处理系统还包括断电保护单元：通过镜头健康状况分析单元的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。

作为本发明的优选方案，所述电机参数采集单元包括温度传感器、震动传感器、速度传感器、电流传感器中的至少一个，温度传感器、震动传感器、速度传感器、电流传感器均与镜头内的电机连接。

作为本发明的优选方案，所述光学结构位置参数采集单元与镜头内光栅尺连接。

作为本发明的优选方案，所述限位状态与压力反馈单元包括限位状态反馈单元和压力传感器，所述限位状态反馈单元与各镜头内电机行程两端的限位开关连接，所述压力传感器设置于镜头内电机的行程两端。

作为本发明的优选方案，所述分析处理系统还包括异常标记和警告单元：用于标记异常信息，并在发生多次异常时发出警告；所述异常信息包括通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对超过阈值的实时信息，或者通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对后不符合规律的实时信息。

作为本发明的优选方案，所述分析处理系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元显示数据存储单元传输的实时数据信息、显示镜头健康状况分析单元传输的健康状况分析信息、显示工作人员根据镜头健康状况分析结果作出的镜头维护保养记录信息。

一种光测测量设备镜头智能监控方法，包括如下步骤：获取镜头的工作参数，所述工作参数包括电机工作参数、光学结构位置参数、限位状态和压力反馈参数中的至少一种；根据当前的所述工作参数与设置的阈值比较，确定镜头的健康状况。

作为本发明的优选方案，通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析，并将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况；

作为本发明的优选方案，根据对镜头健康状况的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。

作为本发明的优选方案，所述电机工作参数包括温度、震动、速度、电流中的至少一种。

作为本发明的优选方案，在获取光学结构位置参数时，采集光栅尺系统零点，再拟合数据曲线、根据曲线诊断光栅尺和电位计反馈是否工作正常；如存在故障现象，提示检修光栅尺和电位计。

作为本发明的优选方案，在确定镜头的健康状况或预知镜头健康状况后，标记异常信息，并在发生多次异常时发出警告；所述异常信息包括通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对超过阈值的实时信息，或者通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对后不符合规律的实时信息。

作为本发明的优选方案，本方法还包括通过显示装置显示数据存储单元传输的实时数据信息、镜头健康状况分析单元传输的健康状况分析信息、工作人员根据镜头健康状况分析结果作出的镜头维护保养记录信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

数据采集与控制单元实时采集每个镜头内部工作状态，将各个镜头内的工作状态反馈给分析处理系统。从而分析处理系统能及时接收电机工作参数信息、光学结构位置参数、限位状态和压力反馈参数中的至少一种。分析处理系统显示镜头内部工作状态参数，将各项参数与设定的阈值进行对比，得出镜头的状况。本发明解决了镜头内部机构发生故障不能及时预知预判、长时间使用会导致镜头二次损伤的情况。通过自动监测镜头工作状态信息并判定镜头健康状况，避免了人工检修与排查过程繁琐复杂耗时费力的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中光测测量设备镜头智能监控系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中数据处理及控制单元的结构示意图；

图3是本发明一实施例中镜头参数曲线拟合示意图；

图4是本发明一实施例中光测测量设备镜头智能监控系统的人机交互界面示意图。

图中，1-分析处理系统，2-数据采集与控制单元，3-电机参数采集单元，4-光学结构位置参数采集单元，5-限位状态和压力反馈单元，11-数据存储单元，12-历史数据存储单元，13-镜头健康状况分析单元，14-断电保护单元，15-异常标记和警告单元，16-人机交互单元，31-温度传感器，32-震动传感器，33-速度传感器，34-电流传感器，51-限位状态反馈单元，52-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。

实施例一

一种光测测量设备镜头智能监控系统，包括分析处理系统1，所述分析处理系统1连接有至少一个数据采集与控制单元2，

数据采集与控制单元2连接有电机参数采集单元3、光学结构位置参数采集单元4、限位状态和压力反馈单元5中的至少一个。所述电机参数采集单元3包括温度传感器31、震动传感器32、速度传感器33、电流传感器34中的至少一个，温度传感器31、震动传感器32、速度传感器33、电流传感器34均与镜头内的电机连接。所述光学结构位置参数采集单元4与镜头内光栅尺连接。所述限位状态与压力反馈单元包括限位状态反馈单元51和压力传感器52，所述限位状态反馈单元51与各镜头内电机行程两端的限位开关连接，所述压力传感器52设置于镜头内电机的行程两端。

镜头内数据采集与控制单元2采集镜头内的执行电机的参数、光学结构压力参数、位置反馈及限位状态等。采集电机参数包括工作温度、电流电压、电机震动与转速。在镜头内执行电机安装温度传感器31，用来实时采集电机工作温度。在电机驱动芯片端安装电流传感器34，实时采集电机工作电流。电机机构安装震动传感器32，采集电机工作中的震动频率。另外在电机端加装霍尔元件，采集电机工作转速。采集光学结构压力参数需要在光学镜头内的运动结构与固定结构之间安装压力传感器52。光学机构位置反馈采用光栅尺或电位计，通过采集电路获取光学结构实时调整位置。机构限位状态采用按触式限位开关。

1)电机参数

电机作为结构运动的动力源，在镜头中非常关键且不可缺少，如电机长时间运转，没有对镜头机构有计划有针对性的维护保养，不可避免会出现故障，因此需要对电机的状态进行健康状态监控。电机的状态监测参数主要包括电机工作温度、震动频率，电机速度及电流等。如电机长时间或者超负载运行时电机温度会持续上升，过高的电机温度会损耗甚至损坏电机，因此在电机侧面加装温度传感器31，实时采集电机工作温度，分析处理系统1对每个镜头内电机温度数据进行处理，显示当前温度与时间的关系曲线图，同时保存所有电机的温度数据，当温度超过阈值，分析处理系统1会告警，如长时间超过阈值，系统将通过控制电路将镜头断电实施保护。

如电机运转时光学结构过紧或者卡死，电机则处于超负载工作，此时电机震动频率和正常工作存在较大区别，且声音频谱不同，在电机侧面加装震动传感器32，分析处理系统1实时采集各镜头内电机的震动频率并拟合频率与时间的曲线图并实时显示，同时保存所有电机的震动数据。

同时实时采集电机速度，电机速度与震动频率相互结合可作为电机是否工作异常的判断依据，例如正常电机停止时速度为0，震动频率同样也为0，如电机速度为0时震动频率不为0，说明执行机构存在卡滞，则电机处于超负载工作。

电机超负载工作时会导致电机电流持续增加，因此系统在电机驱动芯片端加装电流传感器34，实时采集电压电流并进行数据记录，分析处理系统1拟合电流和时间关系图线，并实时显示，当电流超过阈值进行断电保护。

分析处理系统1结合电机温度、震动频率和电机的电压与电流关系进行智能综合分析，通过历史数据整合进行数据分析挖掘，专家诊断电机健康状态，诊断是否实施有计划有针对性的对镜头机构进行维护保养，判断镜头内各电机、各机构是否存在异常现象，并指导对电机进行维护，如存在故障及异常现象则需要进行强制断电保护。

2)光学结构位置反馈

大型光测设备镜头中执行机构采用的位置反馈元件为光栅尺和电位计，可以精准精确的反馈光学结构的实时位置，光栅尺和电位计如出现问题，会影响到系统的测量精度，因此要对光栅尺和电位计的状态进行健康监测。系统实时采集光栅尺和电位计的数据，采集光栅尺系统零点，拟合数据曲线，根据曲线诊断光栅尺和电位计反馈是否工作正常，如存在故障现象，提示检修光栅尺和电位计。

3)限位状态和压力反馈

镜头内电机在行程两端需要进行限位安全保护，防止结构到两端损坏电机或者结构。目前采用的方法为位置反馈值限制保护与行程两端加限位开关的双重保护。分析处理系统1实时采集各镜头内电机行程两端的限位开关状态，判断开关状态是否工作正常。

另外在光学结构两端加上压力传感器52，电机在行程两端会接触到压力传感器52，越靠近行程两端压力值会持续增加，因此压力传感器52实时状态与限位开关状态进行结合能更好的判断电机在行程两端的工作状态。如果压力传感器52超过阈值而对应限位状态无效时，进行断电保护。

分析处理系统1包括：

数据存储单元11：用于接收数据采集与控制单元2的数据信息；历史数据存储单元12：用于存储镜头的历史数据信息；镜头健康状况分析单元13：通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对，得出镜头健康状况；通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况。所述分析处理系统1还包括断电保护单元14：通过镜头健康状况分析单元13的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。

数据采集与控制单元2实时采集每个镜头内部工作状态，通过CAN总线将各个镜头内的工作状态反馈给分析处理系统1。分析处理系统1显示镜头内部工作状态参数且根据各项参数对目前镜头内部的状态进行分析整合，实时记录镜头当前工作状态，并且与历史工作状态数据库进行专家系统比对，得出镜头健康状态。分析处理系统1对不稳定或者故障的状态发出警告并提示排查故障。当镜头有损坏性故障时，分析处理系统1会通过控制电路对整个镜头进行断电保护，避免镜头内部损坏。综上，本发明能对镜头的各参数进行监控，并实时反应其健康状况，对需要检修的情况进行提示，在紧急情况下直接对镜头进行断电，实现了镜头的实时自动监控。

此分析处理系统1与各个镜头内的数据采集与控制单元2通讯采用现场总线CAN总线进行通讯，CAN总线通讯用通讯数据块编码，可实现多主工作方式，数据收发方式灵活，可实现点对点、一点对多点及全局广播等多种传输方式，具有抗干扰性强、可靠性高、实时性好等优点，在不关闭总线即可任意挂接或拆除节点，增强了系统的灵活性和可扩展性，CAN总线通讯应用于光测设备分析处理系统1中，及时反馈镜头各个参数的数据，另外更重要的是可扩展性较好，能够应用于镜头数量不同的光测设备中。

如图3中曲线图，是分析处理系统1根据各个反馈数据处理后的实时显示，根据曲线中的数据和对数据深度交叉分析的结果判断镜头健康状态。分析处理系统1根据数据判断状态时对每一个参数设置一个阈值，超过这个阈值时表明可能会有危险，此时系统会裁定某一部分有问题，例如温度超过阈值，说明电机在长时间运转或者超负载运转，阈值是通过实验测试各个参数极限值来确定。不同的参数所反映的问题不同，系统也会根据有问题的参数进行不同的裁定。除了通过参数阈值来判定镜头状态外，还会通过参数间的联系还有历史数据进行交叉深度分析确定镜头健康状态，预知镜头健康状况，

实施例二

在实施例一的基础上，所述分析处理系统1还包括异常标记和警告单元15：用于标记异常信息，并在发生多次异常时发出警告；所述异常信息包括通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对超过阈值的实时信息，或者通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对后不符合规律的实时信息。

如果异常参数在短时间内发生未及时发现，这种异常会和历史数据一起保存并标记，并告知系统发生过故障，发生多次时就会发出警告。分析处理系统1对镜头的健康参数实时显示并根据历史数据预知隐藏故障。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，所述分析处理系统1还包括人机交互单元16，所述人机交互单元16显示数据存储单元11传输的实时数据信息、显示镜头健康状况分析单元13传输的健康状况分析信息、显示工作人员根据镜头健康状况分析结果作出的镜头维护保养记录信息。

分析处理系统1的人机交互界面如图4所示，第一个是实时数据显示交互界面,显示各镜头的数据的曲线图，详细的显示各参数的状态。第二个是健康状态分析交互界面，分析处理系统1根据数据分析目前镜头的健康情况，以百分比的方式详细的列出各结构的目前状态。最后一个是镜头维护保养交互界面，系统会根据分析结果，列出有需要维护和保养的结构。

实施例四

一种光测测量设备镜头智能监控方法，包括如下步骤：获取镜头的工作参数，所述工作参数包括电机工作参数、光学结构位置参数、限位状态和压力反馈参数中的至少一种；根据当前的所述工作参数与设置的阈值比较，确定镜头的健康状况。通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析，并将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况；根据对镜头健康状况的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。所述电机工作参数包括温度、震动、速度、电流中的至少一种。在获取光学结构位置参数时，采集光栅尺系统零点，再拟合数据曲线、根据曲线诊断光栅尺和电位计反馈是否工作正常；如存在故障现象，提示检修光栅尺和电位计。

在确定镜头的健康状况或预知镜头健康状况后，标记异常信息，并在发生多次异常时发出警告；所述异常信息包括通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对超过阈值的实时信息，或者通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对后不符合规律的实时信息。

本方法还包括通过显示装置显示数据存储单元11传输的实时数据信息、镜头健康状况分析单元13传输的健康状况分析信息、工作人员根据镜头健康状况分析结果作出的镜头维护保养记录信息。

数据采集与控制单元2实时采集每个镜头内部工作状态，通过CAN总线将各个镜头内的工作状态反馈给分析处理系统1。分析处理系统1显示镜头内部工作状态参数且根据各项参数对目前镜头内部的状态进行分析整合，实时记录镜头当前工作状态，并且与历史工作状态数据库进行专家系统比对，得出镜头健康状态。分析处理系统1对不稳定或者故障的状态发出警告并提示排查故障。当镜头有损坏性故障时，分析处理系统1会通过控制电路对整个镜头进行断电保护，避免镜头内部损坏。

综上，本发明能对镜头的各参数进行监控，并实时反应其健康状况，对需要检修的情况进行提示，在紧急情况下直接对镜头进行断电，实现了镜头的实时自动监控。

Claims (11)

1.一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，包括分析处理系统(1)，所述分析处理系统(1)连接有至少一个数据采集与控制单元(2)，所述数据采集与控制单元(2)连接有电机参数采集单元(3)、光学结构位置参数采集单元(4)、限位状态和压力反馈单元(5)中的至少一个；所述分析处理系统(1)包括：

数据存储单元(11)：用于接收所述数据采集与控制单元的数据信息；

历史数据存储单元(12)：用于存储镜头的历史数据信息；

镜头健康状况分析单元(13)：通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对，得出镜头健康状况；通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况。

2.根据权利要求1所述的一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，所述分析处理系统(1)还包括断电保护单元(14)：通过镜头健康状况分析单元的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。

3.根据权利要求1所述的一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，所述电机参数采集单元(3)包括温度传感器(31)、震动传感器(32)、速度传感器(33)、电流传感器(34)中的至少一个，所述温度传感器(31)、震动传感器(32)、速度传感器(33)、电流传感器(34)均与镜头内的电机连接。

4.根据权利要求1所述的一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，所述光学结构位置参数采集单元(4)与镜头内光栅尺连接。

5.根据权利要求1所述的一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，所述限位状态与压力反馈单元(5)包括限位状态反馈单元(51)和压力传感器(52)，所述限位状态反馈单元(51)与各镜头内电机行程两端的限位开关连接，所述压力传感器(52)设置于镜头内电机的行程两端。

6.根据权利要求1所述的一种光测测量设备镜头智能监控系统，其特征在于，所述分析处理系统(1)还包括异常标记和警告单元(15)：用于标记异常信息，并在发生多次异常时发出警告；所述异常信息包括通过将实时采集的镜头数据与各参数的阈值进行比对超过阈值的实时信息，或者通过将实时采集的镜头数据之间的联系进行分析、将实时采集的镜头数据与历史数据进行比对后不符合规律的实时信息。

7.一种光测测量设备镜头智能监控方法，其特征在于，包括如下步骤：获取镜头的工作参数，所述工作参数包括电机工作参数、光学结构位置参数、限位状态和压力反馈参数中的至少一种；

根据当前的所述工作参数与设置的阈值比较，确定镜头的健康状况。

8.根据权利要求7所述的光测测量设备镜头智能监控方法，其特征在于，还包括：

将所述实时采集的镜头数据之间的联系进行分析，并将所述实时采集的镜头数据与历史数据进行比对，确定镜头健康状态，预知镜头健康状况。

9.根据权利要求7或8所述的光测测量设备镜头智能监控方法，其特征在于，根据对镜头健康状况的分析结果，在紧急情况下对镜头进行断电保护。

10.根据权利要求7所述的光测测量设备镜头智能监控方法，其特征在于，所述电机工作参数包括温度、震动、速度、电流中的至少一种。

11.根据权利要求7所述的光测测量设备镜头智能监控方法，其特征在于，获取光学结构位置参数时，采集光栅尺系统零点，再拟合数据曲线、根据曲线诊断光栅尺和电位计反馈是否工作正常；如存在故障现象，提示检修光栅尺和电位计。