CN111337372A - 用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法 - Google Patents

用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法，所述试验平台包括旋转机构、连接于旋转机构的顶部的石盘、架设于石盘的上方的升降机构以及连接于升降机构的底部的刀具；所述激光扫描测量装置包括计算机、用以向石盘上发射沿石盘径向分布的第一线激光的第一激光传感器以及用以采集石盘的旋转角度的编码器；计算机与第一激光传感器及编码器控制连接。本发明配合刀具切削试验平台的特有结构，采用激光传感器对旋转的石盘进行激光扫描，可快速且准确的扫描出石盘的轮廓，方便观察和分析试验效果，以便调整并得出较佳的试验参数，测量装置结构简单、测量方法更方便快速、测量结果准确，节省了时间成本和人工成本。

Description

用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法
技术领域
本发明属于隧道检测技术领域，具体涉及一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法。
背景技术
传统的刀具切削试验平台通常参考实际施工方式而采用石盘固定、刀具转动的切削方式，刀具的切削轨迹是固定的，也就是说，一个刀具仅可用于对一个应用场合进行模拟切削试验，如若对更多应用场合进行模拟切削试验，那么就需要在石盘的一条半径上布置多个刀具才行，这无疑是增加了成本。
针对上述问题，市场上出现了一种采用石盘旋转、刀具固定的结构的新型刀具切削试验平台，可实现仅通过一个刀具完成不同位置的模拟切削试验，且避免了在对该新型刀具切削试验平台进行测量时，因多个刀具彼此干扰而导致测量不准确的问题。
由于刀具切削试验平台在每进行一次模拟切削试验后均需对已切削完毕的石块轮廓进行测量，以判断切削的试验参数是否能够达到预期的切削效果，若未达到，则根据测量结果对试验参数进行分析和调整，以便达到供实际施工使用的最佳试验参数；另外，在进行切削试验的过程中，还需对刀具的磨损情况进行测量，以便得到在不同切削状态下各刀具的使用寿命，便于在实际施工中及时对刀具进行更换。
传统对石块轮廓的测量方法通常是人工采用卡尺、卷尺等测量工具对崩掉的碎石或已切割完毕的石块的各位置进行宽度和深度测量，经大量的测量数据后得出石块轮廓的效果图，该方法在测量的过程中，通常需要移动石块，因此仅适用于对较小石块的测量；传统对刀具的测量方法通常是将刀具拆卸下来，人工采用卡尺测量刀具上不同切点处的直径，通过与标准直径比较来获得刀具的磨损情况，该方法需要先将刀具拆卸下来才能开始测量。
上述的两传统测方法均存在测量误差较大、耗时费力的缺点。
发明内容
为解决上述测量方法的问题，本发明提供了一种适用于上述新型刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法，通过对旋转的石盘进行激光扫描，可快速且准确的扫描出石盘的轮廓，通过对转动的刀具进行扫描，可快速且准确的测算出刀具的磨损情况，能够更好的调整、分析并得出较佳的试验参数，以供实际施工参考。
本发明通过下述技术方案来实现：一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，所述试验平台包括旋转机构、连接于所述旋转机构的顶部的石盘、架设于所述石盘的上方的升降机构以及可转动地连接于所述升降机构的底部的刀具；
所述激光扫描测量装置包括计算机、用以向所述石盘上发射沿石盘径向分布的第一线激光的第一激光传感器以及用以采集所述石盘的旋转角度的编码器；所述计算机与所述第一激光传感器及所述编码器控制连接。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置的进一步改进在于，所述第一线激光的长度不小于所述刀具的切割半径，且所述第一线激光的终点位于所述石盘的中心。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置的进一步改进在于，所述试验平台还包括用以装设所述旋转机构和所述升降机构的平台，所述平台上固定有用以将所述第一激光传感器支设于所述石盘上方指定高度位置的支架。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置的进一步改进在于，所述编码器为绝对型旋转光电编码器，所述编码器装设于所述旋转机构上。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置的进一步改进在于，所述激光扫描测量装置还包括用以向所述刀具的边缘发射第二线激光的第二激光传感器，所述第二激光传感器与所述计算机控制连接。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置的进一步改进在于，所述升降机构的底部固定有用以装设所述刀具的刀座，所述刀具为圆形盘刀，通过一转轴可转动地连接于所述刀座上，所述刀座上与所述刀具的边缘相对的位置处开设有一开口，所述第二激光传感器装设于所述刀座上，且与所述开口相对。
本发明还提供了一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，包括如下步骤：
S1、提供如权利要求1所述的试验平台和激光扫描测量装置；
S2、利用所述第一激光传感器向已切割完毕且以一定转速旋转的石盘发射第一线激光，利用所述编码器获取石盘旋转角度，同时计算机分别向所述第一激光传感器和所述编码器实时获取任意时刻的所述第一线激光的坐标数据和对应的石盘旋转角度；
S3、待所述石盘旋转完一圈，关闭所述第一激光传感器。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法的进一步改进在于，在步骤S2中，所述第一激光传感器以预先设定的一激光发射频率发射所述第一线激光，所述石盘以预先设定的一旋转速度旋转。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法的进一步改进在于：
所述激光扫描测量装置还包括用以向所述刀具的边缘发射第二线激光的第二激光传感器，所述第二激光传感器与所述计算机控制连接；
在步骤S1结束且步骤S2开始之前，还包括测量刀具磨损的步骤S12，所述步骤S12包括：
S12-1、利用所述旋转机构使所述石盘旋转，利用所述升降机构使所述刀具下降，直至所述刀具对旋转的所述石盘进行切削；
S12-2、待切削完成后，保持所述刀具的当前位置和所述石盘的旋转；
S12-3、利用所述第二激光传感器向所述刀具发射第二线激光，同时所述计算机向所述第二激光传感器实时获取所述第二线激光的坐标数据；
S12-4、当所述计算机获取到指定数量的所述坐标数据时，关闭所述第二激光传感器，所述计算机将所有所述坐标数据分别与预先设定的标准数据进行损耗率计算，取平均值，得到刀具磨损的损耗率。
本发明用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法的进一步改进在于，在步骤S12结束后且步骤S2开始前，升高所述升降机构以升高所述刀具，使所述刀具与所述石盘分离。
本发明的用于刀具切削试验平台的测量装置和测量方法包括但不限于以下有益效果：
1、通过采用石盘旋转、刀具固定的结构的刀具切削试验平台，可实现仅通过一个刀具完成不同位置的模拟切削试验，进而避免了在测量过程因多个刀具相互干扰而导致测量结果不准确的问题；
2、通过对旋转的石盘进行激光扫描，可快速且准确的扫描出石盘的轮廓，能够更好的调整、分析并得出较佳的试验参数；
3、通过对转动的刀具进行激光扫描，可快速且准确的测算出刀具的磨损情况，能够得到不同刀具在各切削场合下的使用寿命。
4、本发明的测量装置和测量方法配合刀具切削试验平台的特有结构，使得测量装置的结构更简单、测量方法更方便快速、测量结果更准确，节省了时间成本和人工成本。
附图说明
图1是本发明实施例中刀具切削试验平台和激光扫描测量装置的第一种安装状态示意图。
图2是本发明实施例中第一激光传感器和所发射的第一线激光与石盘的位置关系示意图。
图3是本发明实施例中刀具切削试验平台和激光扫描测量装置的第二种安装状态示意图。
图4是本发明实施例中第二激光传感器和所发射的第二线激光与刀具的位置关系示意图。
图5是本发明实施例中用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法流程图。
具体实施方式
由于刀具切削试验平台在每进行一次模拟切削试验后均需对已切削完毕的石块轮廓进行测量，以判断切削的试验参数是否能够达到预期的切削效果，若未达到，则根据测量结果对试验参数进行分析和调整，以便达到供实际施工使用的最佳试验参数；另外，在进行切削试验的过程中，还需对刀具的磨损情况进行测量，以便得到在不同切削状态下各刀具的使用寿命，便于在实际施工中及时对刀具进行更换。
而传统对石块轮廓的测量方法在测量过程中，通常需要移动石块，因此仅适用于对较小石块的测量；传统对刀具的测量方法需要先将刀具拆卸下来才能开始测量，测量过程较为麻烦。且上述两种传统测方法均存在测量误差较大、耗时费力的缺点。
本发明针对上述测量方法的缺点提供了一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法，且对刀具切削试验平台做了相应改进。
下面结合附图对本发明的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置和测量方法作进一步说明。
参阅图1和图2所示，一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，所述试验平台包括旋转机构20、连接于旋转机构20的顶部的石盘40、架设于石盘40的上方的升降机构30以及可转动地连接于升降机构30的底部的刀具50，石盘40随旋转机构20做旋转运动，刀具50随升降机构30做升降运动。
激光扫描测量装置包括计算机、用以向石盘40上发射沿石盘径向分布的第一线激光610的第一激光传感器61以及用以采集石盘40的旋转角度的编码器(图中未示出)；计算机与第一激光传感器61及编码器控制连接。
在本实施例中，试验平台还包括用以装设旋转机构20和升降机构30的平台10，平台10上固定有用以将第一激光传感器61支设于石盘40上方指定高度位置的支架11；第一激光传感器61可以采集第一线激光610上一定长度范围内任意一点的坐标数据，该坐标数据包括与石盘中心O的距离和与第一激光传感器61的距离；编码器为可以测量旋转角度任意类型编码器，本实施例采用的编码器为绝对型旋转光电编码器，其装设于旋转机构20上，随着旋转机构20的旋转，编码器可以将旋转机构20的旋转实时换算成旋转角度并发送给计算机。根据激光传感器的原理可知，安装位置越高，所发射的线激光越长，但能采集到的长度范围就越短，为了兼顾两者的平衡，同时又能扫描到所需范围的石盘轮廓，激光传感器的安装高度和位置需提前进行调试，待满足要求之后再固定支架11和第一激光传感器61，以保证后期测量的稳定性。
较佳地，参阅图2所示，为了使第一激光传感器61尽可能扫描较大范围的石盘轮廓，本实施例中第一激光传感器61的安装高度和位置仅需满足其所发射的第一线激光610的长度不小于刀具50的切割半径(即图2的虚线环的半径)，且第一线激光610的终点(或起点)位于石盘中心O处即可，无需覆盖整条切割直径(即图2的虚线环的直径)或整条石盘半径。通过上述改进，使该测量装置适用于对更大切割半径的石盘切削模拟试验进行测量。
较佳地，参阅图3和图4所示，激光扫描测量装置还包括用以向刀具50的边缘发射第二线激光620的第二激光传感器62，第二激光传感器62与计算机控制连接。
在本实施例中，升降机构30的底部固定有用以装设刀具50的刀座51，刀具50为圆形盘刀，通过一转轴可转动地连接于刀座51上，刀座51上与刀具50的边缘相对的位置处开设有一开口510，第二激光传感器62装设于刀座51上，且与开口510相对。第二激光传感器62发射的第二线激光620经过开口510并投射到刀具盘面的刀刃及两侧，且第二线激光620与刀具50的转轴在相同平面。通过上述结构，可以测量刀具50的边缘上正对第二激光传感器62位置与第二激光传感器62的距离，随着刀具50的转动，可测得若干距离并发送给计算机，以便对比、分析刀具50的磨损情况。
本发明还提供了一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，参阅图5所示，包括如下步骤：
S1、提供上述的试验平台和激光扫描测量装置；
S2、利用第一激光传感器向已切割完毕且以一定转速旋转的石盘发射第一线激光，利用编码器获取石盘旋转角度，同时计算机分别向第一激光传感器和编码器实时获取任意时刻的第一线激光的坐标数据和对应的石盘旋转角度。所述坐标数据包括第一线激光上任意一点分别与石盘中心O和第一激光传感器的距离；
S3、自发射第一条第一线激光起，石盘旋转完一圈时，关闭第一激光传感器。
较佳地，在步骤S2中，第一激光传感器以预先设定的一激光发射频率发射第一线激光，石盘以预先设定的一旋转速度旋转。
本实施例中的激光发射频率和旋转速度需满足：当石盘旋转完一圈时，激光发射器已发射多次第一线激光。例如，将第一激光传感器的采集频率设定为1秒1组数据，将石盘转速设定为5分钟旋转1圈，那么石盘旋转1圈后，计算机将获取到300组数据点(每组数据点包括第一线激光的坐标数据和对应的石盘旋转角度)，若石盘转速调慢至10分钟旋转1圈，那么石盘旋转1圈后，计算机将获取到600组数据点，计算机获取到的数据点就越多，后期模拟的石盘轮廓效果图的分辨率就越高。
较佳地，激光扫描测量装置还包括用以向刀具的边缘发射第二线激光的第二激光传感器，第二激光传感器与计算机控制连接；
在步骤S1结束且步骤S2开始之前，还包括测量刀具磨的步骤S12，步骤S12包括：
S12-1、利用旋转机构使石盘旋转，利用升降机构使刀具下降，直至刀具对旋转的石盘按照试验要求开始进行切削；
S12-2、待切削完成后，保持刀具的当前位置和石盘的旋转状态；此时刀具与石盘是刚刚接触的状态，由于石盘的旋转，使刀具与石盘之间存在接触摩擦力，该接触摩擦力较小，不会对石盘产生切削力，但仍能使刀具维持转动状态；
S12-3、利用第二激光传感器向维持转动状态的刀具发射第二线激光，同时计算机向第二激光传感器实时获取第二线激光的坐标数据，该坐标数据为第二线激光上对应于刀具的边缘位置与第二激光传感器的水平距离；
S12-4、当计算机获取到指定数量的坐标数据时，关闭第二激光传感器，计算机将所以坐标数据分别与预先设定的标准数据(即刀具未磨损时，第二激光传感器与正对的刀具边缘的距离)进行损耗率计算，取平均值，得到刀具磨损的损耗率。
指定数量越多，平均损耗率就越准确，进而对刀具的磨损情况的分析就越准确。
当然，也可以预先设定第二激光传感器发射第二线激光的频率，配合刀具的转动速度，使计算机获取到指定数量的坐标数据时，刀具刚好转动一圈，这样所有的第二线激光刚好均匀分布在刀具边缘，使最终计算出的平均损耗率更加准确。
较佳地，由于在对石盘切削效果进行测量时，无需使用刀具，所以本实施例选择在步骤S12结束后且步骤S2开始前，升高升降机构以升高刀具，使刀具与石盘完全分离，以防止因刀具与石盘接触摩擦产生的震动影响到第一激光传感器对石盘的测量。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于：
所述试验平台包括旋转机构、连接于所述旋转机构的顶部的石盘、架设于所述石盘的上方的升降机构以及可转动地连接于所述升降机构的底部的刀具；
所述激光扫描测量装置包括计算机、用以向所述石盘上发射沿石盘径向分布的第一线激光的第一激光传感器以及用以采集所述石盘的旋转角度的编码器；所述计算机与所述第一激光传感器及所述编码器控制连接。
2.如权利要求1所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于，所述第一线激光的长度不小于所述刀具的切割半径，且所述第一线激光的终点位于所述石盘的中心。
3.如权利要求1或2所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于，所述试验平台还包括用以装设所述旋转机构和所述升降机构的平台，所述平台上固定有用以将所述第一激光传感器支设于所述石盘上方指定高度位置的支架。
4.如权利要求1所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于，所述编码器为绝对型旋转光电编码器，所述编码器装设于所述旋转机构上。
5.如权利要求1所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于，所述激光扫描测量装置还包括用以向所述刀具的边缘发射第二线激光的第二激光传感器，所述第二激光传感器与所述计算机控制连接。
6.如权利要求1所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量装置，其特征在于，所述升降机构的底部固定有用以装设所述刀具的刀座，所述刀具为圆形盘刀，通过一转轴可转动地连接于所述刀座上，所述刀座上与所述刀具的边缘相对的位置处开设有一开口，所述第二激光传感器装设于所述刀座上，且与所述开口相对。
7.一种用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供如权利要求1所述的试验平台和激光扫描测量装置；
S2、利用所述第一激光传感器向已切割完毕且以一定转速旋转的石盘发射第一线激光，利用所述编码器获取石盘旋转角度，同时计算机分别向所述第一激光传感器和所述编码器实时获取任意时刻的所述第一线激光的坐标数据和对应的石盘旋转角度；
S3、待所述石盘旋转完一圈，关闭所述第一激光传感器。
8.如权利要求7所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一激光传感器以预先设定的一激光发射频率发射所述第一线激光，所述石盘以预先设定的一旋转速度旋转。
9.如权利要求7所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，其特征在于：
所述激光扫描测量装置还包括用以向所述刀具的边缘发射第二线激光的第二激光传感器，所述第二激光传感器与所述计算机控制连接；
在步骤S1结束且步骤S2开始之前，还包括测量刀具磨损的步骤S12，所述步骤S12包括：
S12-1、利用所述旋转机构使所述石盘旋转，利用所述升降机构使所述刀具下降，直至所述刀具对旋转的所述石盘进行切削；
S12-2、待切削完成后，保持所述刀具的当前位置和所述石盘的旋转；
S12-3、利用所述第二激光传感器向所述刀具发射第二线激光，同时所述计算机向所述第二激光传感器实时获取所述第二线激光的坐标数据；
S12-4、当所述计算机获取到指定数量的所述坐标数据时，关闭所述第二激光传感器，所述计算机将所有所述坐标数据分别与预先设定的标准数据进行损耗率计算，取平均值，得到刀具磨损的损耗率。
10.如权利要求9所述的用于刀具切削试验平台的激光扫描测量方法，其特征在于，在步骤S12结束后且步骤S2开始前，升高所述升降机构以升高所述刀具，使所述刀具与所述石盘分离。
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