CN111765847B - 一种混凝土布料机布料厚度检测装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混凝土布料机布料厚度检装置及其测量方法，所述厚度检测装置包括激光测距传感器、角度检测装置、处理器和固定安装于所述混凝土布料机上的机架，所述激光测距传感器通过步进电机转动连接于所述机架，所述激光测距传感器的旋转轴线与所述模具的长度方向同向，所述激光测距传感器的朝向与所述旋转轴线垂直，所述角度检测装置用于检测所述激光测距传感器的转动角度，所述激光测距传感器至少为两个，且分别位于所述混凝土布料机布料口的前后两端，分别用于获取布料前模具底板数据模型和布料后布料数据模型，从而对比后获得布料后混凝土厚度。本发明并提供了使用该装置的检测方法。

Description

一种混凝土布料机布料厚度检测装置及其测量方法
技术领域
本发明属于厚度测量技术领域，尤其是涉及一种装配式建筑混凝土构件生产中混凝土布料机布料厚度检测装置及其测量方法。
背景技术
21世纪以来，预制装配技术得到了飞速的发展。混凝土预制构件是装配式建筑的主要组成部分，其质量直接影响着装配式建筑的质量。
目前，混凝土预制构件的布料厚度测量普遍采用人工测量，单点激光测距等。人工测量效率过低，测量过程受人为因素影响较大。单点激光测距虽然具有精度高、非接触的特点，但是只能进行单点厚度测量，费时费力。
还有一种新型方法是通过视觉手段来测量，但该方法需要两个精度较高的相机，价格昂贵，且校正起来较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单可靠的混凝土布料机布料厚度检测装置及其测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种混凝土布料机布料厚度检测装置，使用于混凝土布料机，所述混凝土布料机行走在模具上进行布料作业，所述厚度检测装置包括激光测距传感器、角度检测装置、处理器和固定安装于所述混凝土布料机上的机架，所述激光测距传感器通过步进电机转动连接于所述机架，所述激光测距传感器的旋转轴线与所述模具的长度方向同向，所述激光测距传感器的朝向与所述旋转轴线垂直，所述角度检测装置用于检测所述激光测距传感器的转动角度，所述激光测距传感器分为激光测距传感器A和激光测距传感器B，所述激光测距传感器A和激光测距传感器B分别位于所述混凝土布料机布料口的前后两端、分别用于获取布料前模具底板数据模型和布料后布料数据模型，所述处理器分别与激光测距传感器A、激光测距传感器B和角度检测装置电连接。
进一步的：所述激光测距传感器A和激光测距传感器B分别由两个步进电机驱动，所述步进电机与所述机架固定连接，所述角度检测装置为编码器，两个所述步进电机的输出轴均连接有所述编码器，所述处理器分别与两个所述步进电机和两个所述编码器电连接。
进一步的：所述激光测距传感器A和激光测距传感器B同轴转动，从所述激光测距传感器A转动轴线方向观察、所述激光测距传感器A和激光测距传感器B在开始工作前具有相同的初始朝向。
进一步的：所述步进电机均通过齿轮副与所述编码器传动连接。
一种混凝土布料机布料厚度的检测方法，适用于前述的混凝土布料机布料厚度检测装置，其特征在于，包括：步骤S100：激光测距传感器A摆动扫描布料前的模具，得到待测截面的初始数据；步骤S101：由初始数据建立待测截面下的底板数据模型；步骤S102：激光测距传感器B行走至待测截面位置处；步骤S103：激光测距传感器B摆动扫描布料后的模具，得到待测截面的布料数据；步骤S104：由布料数据建立待测截面下的布料数据模型；步骤S105：根据待测截面下的底板数据模型和布料数据模型，计算出待测截面下的混凝土厚度数据。步骤S106：重复步骤S100至步骤S105，得出整个模具布料后的混凝土厚度数据。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本装置采用摆动的激光测距传感器对下方模具进行扫描，可实现大尺度、无盲点的厚度测量，且测量速度快、精度高。该装置的调试校准相对简单，且造价较为便宜。
附图说明
图1为本发明的结构示意立体图；
图2为本发明的电路连接图；
图3为本发明的测量方法原理图；
图4为本发明的测量方法流程图；
其中，1-激光测距传感器A、2-编码器B、3-齿轮副、5-转轴、6-激光测距传感器B、7-模具、8-布料口、9-步进电机A、10-步进电机B、11-编码器A。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的装置使用于混凝土布料机，所述混凝土布料机通过设置在模具7上方的桁架、在模具7上方行走进行布料作业，本装置包括激光测距传感器（型号SK-Z-20）、角度检测装置和机架（图中未示出）。所述机架固定安装于所述混凝土布料机上，随着混凝土布料机一起移动，并且如果条件可行，混凝土布料机本身便可相当于所述机架。所述激光测距传感器通过步进电机转动连接于所述机架，所述激光测距传感器的旋转轴线与所述模具7的长度方向同向（即与混凝土布料机的前进或后退方向同向），所述激光测距传感器的朝向与所述旋转轴线垂直，所述角度检测装置用于检测所述激光测距传感器的转动角度。所述激光测距传感器分为激光测距传感器A1和激光测距传感器B6，两个激光测距传感器分别设置在混凝土布料机布料口的前后两端，比如本实施例的激光测距传感器A1设置在混凝土布料机布料口的前端，激光测距传感器B6位于所述混凝土布料机布料口的后端。
所述激光测距传感器A1和激光测距传感器B6分别由两个步进电机（即步进电机A9和步进电机B10）驱动，具体来说就是步进电机输出轴通过转轴5与激光测距传感器固定连接。所述步进电机与所述机架固定连接。步进电机的型号为110HC3A137（为了驱动该步进电机，可采用型号为3HQ2280的步进电机驱动器）。通过步进电机调节激光测距传感器的激光发射角度，可实现大尺度、无盲点的厚度测量。
处理器需要得知前后两个激光测距传感器开始检测同一点的时间差（比如可通过两者距离以及布料机前进速度推知，或实测得知），才可将布料前后相应测试点的两个数据对齐认定为同一点的。对于本设备，可以在位于前方的激光测距传感器A1开始启动后，延迟上述的时间差后，再启动后方的激光测距传感器B6来检测同一点，使之后的扫描路径保持一致来对齐数据。
两个步进电机的输出轴均通过齿轮副3连接有编码器、即编码器A11和编码器B2，具体到本实施例采用的是型号E6B2-CWZ6C的编码器，该编码器为增量式旋转编码器，其通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向），从而具备角度检测功能，可将步进电机的输出轴转动角度编码为数字信号进行后期处理。
所述步进电机通过齿轮副3与编码器传动连接。因为齿轮传动具有传动比稳定的特性，因而便于通过编码器发出的电机转动角度信息、准确推算出转轴5的转动量。但是一般齿轮存在一定的背向间隙，在正反转转换时会产生一定空转，影响角度测量精度，故所述齿轮副3优选为消隙齿轮，以便消除正反转之间的空隙。
两个激光测距传感器和两个编码器分别将数据传输入处理器，本实施例即型号STM32F103RDT6的单片机（简称STM32单片机），进而形成相应的数据模型。但是为了简便计算、且有利于简单控制步进电机，本实施例的激光测距传感器A1和激光测距传感器B6同轴转动，从所述激光测距传感器A1转动轴线方向观察、所述激光测距传感器A1和激光测距传感器B6在开始工作前具有相同的初始朝向，以便位于前方的激光测距传感器A1对某一点位扫描后，其后的激光测距传感器B6在经过在点位时也会对其扫描。
这种方案适用于对现有混凝土布料机的改造，因为由两台步进电机驱动的激光测距传感器，可以较为方便的加装在现有混凝土布料机的前后两端。
上述检测装置的检测原理如图3所示：在调试设备时，将激光测距传感器垂直于模具7的位置，设成转角为0。并构建以激光测距传感器旋转轴心为圆点的图示XY轴坐标系。在布料之前，激光测距传感器A1扫描到图示C点时，其转角为α，激光测距得知a边的长度，并由α角得知a边的余弦b的长度、以及a边的正弦h的高度。在布料之后，激光测距传感器B6扫描到图示C1点时，其转角为β，激光测距得知a1边的长度，并由β角得知a1边的余弦b1的长度、以及a1边的正弦h1的高度。因b1=b，便可知C1是C点正上方的布料点，故C点的布料厚度为H=h-h1。
本实施例优选为采用处理器、即单片机去进行自动计算，以提高计算速度与准确度。
因而如图4所示，一种使用上述混凝土布料机布料厚度检测装置的混凝土布料机布料厚度的检测方法，包括如下：
步骤S100：激光测距传感器A摆动扫描布料前的模具，得到待测截面的初始数据；
步骤S101：由初始数据建立待测截面下的底板数据模型；
步骤S102：激光测距传感器B行走至待测截面位置处；
步骤S103：激光测距传感器B摆动扫描布料后的模具，得到待测截面的布料数据；
步骤S104：由布料数据建立待测截面下的布料数据模型；
步骤S105：根据待测截面下的底板数据模型和布料数据模型，计算出待测截面下的混凝土厚度数据；
步骤S106：重复步骤S100至步骤S105，得出整个模具布料后的混凝土厚度数据。
该方法得知的混凝土布料厚度数据，不仅可以算出布料后预制件整体的平均布料厚度，且还可以查知布料中具体位置的厚度值，比如可查找在哪个点上布料厚度最薄或最厚，从而方便对混凝土预制构件的质量检验，并可在布料未凝固时及时修补相应缺陷。
需要说明的是，上述方法适用于混凝土布料机的前进后退方向始终不变的情况，如果混凝土布料机可进行前后互换的布料作业，例如在S路线布料行进到转弯时回退行走，则上述方法就是计算单趟布料的厚度，测量相应折返趟的布料厚度时，可将上述方法中的激光测距传感器A与激光测距传感器B调换或对上述测量原理进行改进，对测量结果做取绝对值操作，即可获得数值为正的最终结果，其均属于惯用技术手段间的置换。另外在布料机换向时，可进行手动关闭装置，防止无用扫描，等到布料机正常行进时在开启。装置关闭后，自动调整至初始状态，即两个激光测距传感器具有相同的朝向。

Claims (2)

1.一种混凝土布料机布料厚度的测量方法，使用于混凝土布料机，所述混凝土布料机具有布料口(8)并行走在模具(7)上进行布料作业，其特征在于：所述混凝土布料机包括激光测距传感器、角度检测装置、处理器和固定安装于所述混凝土布料机上的机架，所述激光测距传感器转动连接于所述机架，所述激光测距传感器的旋转轴线与所述模具(7)的长度方向同向，所述激光测距传感器的朝向与所述旋转轴线垂直，所述角度检测装置用于检测所述激光测距传感器的转动角度，所述激光测距传感器分为激光测距传感器A(1)和激光测距传感器B(6)，所述激光测距传感器A(1)和激光测距传感器B(6)分别位于所述布料口(8)的前后两端，所述激光测距传感器A(1)和激光测距传感器B(6)同轴转动，所述处理器分别与激光测距传感器A(1)、激光测距传感器B(6)和角度检测装置电连接；
在布料之前，激光测距传感器A(1)扫描到C点时，其转角为α，激光测距可得知a边的长度，并由α角得知a边的余弦b的长度、以及a边的正弦h的高度；在布料之后，激光测距传感器B(6)扫描到C1点时，其转角为β，激光测距可得知a1边的长度，并由β角得知a1边的余弦b1的长度、以及a1边的正弦h1的高度；当b1＝b时，可知C1是C点正上方的布料点，故C点的布料厚度H＝h-h1。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土布料机布料厚度的测量方法，其特征在于，包括：步骤S100：激光测距传感器A摆动扫描布料前的模具，得到待测截面的初始数据；步骤S101：由初始数据建立待测截面下的底板数据模型；步骤S102：激光测距传感器B行走至待测截面位置处；步骤S103：激光测距传感器B摆动扫描布料后的模具，得到待测截面的布料数据；步骤S104：由布料数据建立待测截面下的布料数据模型；步骤S105：根据待测截面下的底板数据模型和布料数据模型，计算出待测截面下的混凝土厚度数据；步骤S106：重复步骤S100至步骤S105，得出整个模具布料后的混凝土厚度数据。
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