CN113776478A - 一种空间平面自动调节系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种空间平面自动调节系统及方法。该空间平面自动调节系统包括：距离检测模块、控制模块以及调节执行模块，所述距离检测模块与所述调节执行模块均与所述控制模块连接，距离检测模块用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块用于根据距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并根据空间夹角，控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节。本发明实施例的技术方案，实现了空间平面调节的自动化，降低了设备部件维修时的装配难度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及设备控制技术领域，尤其涉及一种空间平面自动调节系统及方法。
背景技术
在工程机械行业，当设备出现故障需要进行拆卸维修时，往往遇到部件拆卸空间受限的情况，再加上设备维修场地条件一般较为恶劣，更难以操作，且容易零部件拆装引起的损坏，并且当轴类、花键类零部件拆卸维修或更换后，需要对其进行恢复。
目前，在对出现故障的设备进行拆卸维修时，如果维修环境为车间，进行维修作业时条件较好，恢复难度不大，但如果在施工现场进行恢复，特别是在设备集体内部操作时，空间狭小，视线不清，装配难度较大，很多零部件在装配过程中损坏，导致设备部件装配难度较大，在工地现场不能及时维修。
发明内容
本发明实施例提供了一种空间平面自动调节系统及方法，以实现空间平面调节的自动化，降低设备部件维修时的装配难度。
第一方面，本发明实施例提供了一种空间平面自动调节系统，包括：距离检测模块、控制模块以及调节执行模块，所述距离检测模块与所述调节执行模块均与所述控制模块连接；
所述距离检测模块用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据；
所述控制模块用于根据所述距离数据计算所述待调整平面与所述参考平面的空间夹角，并根据所述空间夹角，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
可选地，所述控制模块还用于计算所述待调整平面与所述参考平面的所述空间夹角以及目标夹角的差值，在所述差值处于预设误差范围之外时，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
可选地，所述控制模块还用于在控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节过程中，实时检测所述差值直至落入所述预设误差范围后，控制所述调节执行模块停止调节。
可选地，所述控制模块在控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节过程中，按照预设时间周期实时检测所述差值。
可选地，还包括终端设备，所述终端设备与所述控制模块连接，用于获取所述目标夹角。
可选地，所述终端设备还用于将所述待调整平面与所述参考平面进行三维模型显示。
可选地，所述调节执行模块包括伺服电机和丝杠。
可选地，所述距离检测模块为非接触式距离检测模块。
第二方面，本发明实施例还提供了一种空间平面自动调节方法，该方法包括如下步骤：
获取距离检测模块实时检测并采集的待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据；
根据所述距离数据计算所述待调整平面与所述参考平面的空间夹角；
根据所述空间夹角，控制调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
可选地，该方法还包括：计算所述待调整平面与所述参考平面的所述空间夹角以及目标夹角的差值，在所述差值处于预设误差范围之外时，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统，包括：距离检测模块、控制模块以及调节执行模块，所述距离检测模块与所述调节执行模块均与所述控制模块连接，距离检测模块用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块用于根据距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并根据空间夹角，控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节。本发明通过控制模块向距离检测模块发送距离数据的采样命令，由距离检测模块实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块基于该距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并判断该空间夹角与目标夹角的差值是否在预设误差范围内，由此控制调节执行模块进行调节以改变空间夹角，直至待调整平面与参考平面达到平行状态或特定角度的调节状态，以此实现了空间平面调节的自动化，降低了设备部件维修时的装配难度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的整体控制逻辑示意图；
图3为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的控制过程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。
图1为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的结构示意图。如图1所示，该调节系统包括距离检测模块110、控制模块120以及调节执行模块130，距离检测模块110与调节执行模块130均与控制模块120连接，距离检测模块110用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块120用于根据距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并根据空间夹角，控制调节执行模块130对待调整平面的角度进行调节。
其中，在工程机械行业，当一些设备出现故障需要维修时，例如，一些精密轴套类或花键类部件在维修或替换后，需要将轴和轴套端面调整成平行状态，使恢复成原来的套装样机。本实施例中关于待调整平面与参考平面的调节也可以应用于这两个平面特定角度的调整。
在本实施例中，距离检测模块110可以设置于待调整平面上，也可以安装于参考平面上，目的在于采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，示例性的，距离检测模块110可以是激光距离检测模块。
需要说明的是，为了达到调节的效果，在待调整平面上选取的至少三个点不共直线。
另外，调节执行模块130类似一个马达驱动装置，在控制模块120计算得到空间夹角后，由控制模块120向调节执行模块130发出调平执行指令，并控制该调节执行模块130开始调平驱动以改变空间角度，在调节执行模块130执行调平指令的过程中，距离检测模块110进行实时角度校验，并将校验结果作为负反馈传输至控制模块120，由控制模块120参与控制指令程序。
可选地，控制模块120还用于计算待调整平面与参考平面的所述空间夹角以及目标夹角的差值，在差值处于预设误差范围之外时，控制调节执行模块130对待调整平面的角度进行调节。
其中，目标夹角为外部操作人员输入的一个角度值，待调整平面与参考平面的夹角本应与目标夹角相同，因为设备部件出现故障、维修拆装等原因导致两个平面的夹角发生变化，因此，需要进一步维修调节，通过比较该目标夹角与控制模块计算得到的空间夹角的差值，判断目标夹角与空间夹角的差值是否在预设误差范围内，预设误差范围通过参数在控制模块120中可以编辑数值，进一步控制调节执行模块130进行调节。预设误差范围是允许的误差范围，调节执行模块130在调节时由于精度问题不能完全达到目标夹角，存在一定的夹角误差，此预设误差范围的设置，能够保证最终调节获得的空间夹角在允许的误差范围内。
需要说明的是，在本实施例中，差值的预设误差范围根据不同的设备部件而设定，其具体的设定值依据调整工况设定，此处不做限定。
特别说明的是，若需要将待调整平面与参考平面调节至平行状态，此时，需要调节的空间夹角的目标为0°，但因为调节过程中存在一定误差，导致实际调节后的空间夹角仅仅为接近0°，若需要将待调整平面与参考平面调节至特定角度的状态，可将目标角度设定为一个特定的角度值，此时，需要调节的空间夹角的目标为设定的特定的角度值，以此实现调节后待调整平面与参考平面达到特定角度的状态。
图2为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的整体控制逻辑示意图。如图2所示，控制模块120控制距离检测模块(距离检测模块位于待调整平面，图2中未示出)的工作状态，距离检测模块在接收距离检测命令后，将当前检测并采集待调整平面11上的三个不共线的点相对参考平面12的距离数据L1、L2以及L3发送至控制模块120，基于L1、L2以及L3的数值，计算待调整平面11和参考平面12的空间夹角，由该空间夹角与目标夹角的差值计算出调节执行模块130需要执行的调节执行指令，由调节执行模块130接收该调节执行指令并驱动调节待调整平面。
另外需要说明的是，控制模块120相当于一个微控制单元，其具备数据输入、输出、计算及存储等功能，在本实施例中，在控制模块120内部，根据距离检测模块输入的距离数据计算待调整平面11与参考平面12的空间夹角，计算空间夹角与目标夹角的差值，判断该差值是否在设定的预设误差范围内，以及判断若该差值超出预设误差范围时以及计算传输至调节执行模块的调平执行指令等计算过程都在该控制模块120内部完成，其具体的工作原理为本领域技术人员熟知的微控制单元的数据处理原理，此处不做赘述。
本实施例提供的空间平面自动调节系统，包括：距离检测模块、控制模块以及调节执行模块，所述距离检测模块与所述调节执行模块均与所述控制模块连接，距离检测模块用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块用于根据距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并根据空间夹角，控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节。通过控制模块向距离检测模块发送距离数据的采样命令，由距离检测模块实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据，控制模块基于该距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角，并判断该空间夹角与目标夹角的差值是否在预设误差范围内，由此控制调节执行模块进行调节以改变空间夹角，直至待调整平面与参考平面达到平行状态或特定角度的调节状态，以此实现了空间平面调节的自动化，降低了设备部件维修时的装配难度。
图3为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节系统的控制过程示意图。如图3所示，控制模块120还用于在控制调节执行模块130对待调整平面的角度进行调节过程中，实时检测差值直至落入预设误差范围后，控制所述调节执行模块130停止调节。
在上述实施例的基础上，由控制模块120计算空间夹角与目标夹角的差值，并且判断出该差值处于预设误差范围之外，在控制模块120内部计算出调节执行模块130需要执行的调节执行指令，由调节执行模块130接收调节执行指令并驱动调节待调整平面。
参照图3，在控制模块120控制调节执行模块130对待调整平面的角度进行调节后，由控制模块120实时检测执行调节指令后的空间夹角与目标夹角的角度差值，并实时判断该差值是否超出预设误差范围，若判断得到该差值在预设误差范围内，则说明发出的调节执行指令满足当前调节精度需求，此时当前调节工作完成，若判断得到该差值在预设误差范围之外，则重复上述实施例中控制模块120计算出调节执行模块130需要执行的调节指令，由调节执行模块130接收调节执行指令并驱动调节待调整平面，直至空间夹角与目标夹角的角度差值在预设误差范围之内，则停止调节工作。
可选地，控制模块在控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节过程中，按照预设时间周期实时检测差值。
其中，预设时间周期是依据调节当前设备部件的待调整平面时，调节执行模块执行控制模块发出的调节执行指令进行调节所需的一轮时间，在本实施例中，该预设周期为50ms。
在调节过程中，控制模块以50ms一次的周期向距离检测模块发送一次采样命令，距离检测模块接收到采样命令后，将当前检测并采集到的待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据L1、L2以及L3发送至控制模块中，由控制模块依据上述距离数值计算空间夹角与目标夹角的角度的差值，并将结算结果以调节执行模块可读的指令形式发送给调节执行模块，以驱动该调节执行模块进行调节，此为一个完整的控制周期，在下一个50ms开始时，控制模块重新向距离检测模块发送距离采样命令，距离检测模块执行检测并发送新的距离数据至控制模块，直至待调整平面与参考平面达到平行状态或特定角度状态后，控制模块停止发送。
可选地，参照图1，该调节系统包括终端设备140，终端设备140与控制模块120连接，用于获取目标夹角。
如上所述，目标夹角为外部操作人员设定的一个角度值，用于判断待调整平面与参考平面的空间夹角，而外部操作人员进行设定时，需要通过类似一个PC端或PAD端的终端设备输入该目标夹角，控制模块计算得到待调整平面与参考平面的空间夹角，在由外部操作人员依据设备部件维修工况在该终端设备上直接输入目标夹角后，控制模块接收目标夹角信息以判断空间夹角与目标夹角的角度差值，控制模块分析该差值是否在预设误差范围内，以此驱动调节执行模块进行调节。
在本实施例中，终端设备不限于PC端或PAD端，只要其具备数据输入、读取、反馈等功能的设备即可，此处不做限定。
可选地，终端设备还用于将待调整平面与参考平面进行三维模型显示。
在上述实施例的基础上，以PC端与PAD端为例的终端设备都包含有显示功能，外部操作人员通过该终端设备输入目标角度，由控制模块接收并计算，控制模块计算得到的差值作为负反馈传输至该终端设备，由终端设备上的显示装置进行显示。
并且在一个完整的控制周期内，控制模块向距离检测模块发送一次采样命令，距离检测模块接收到采样命令后，将当前检测并采集到的待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据L1、L2以及L3发送至控制模块中，由控制模块依据上述距离数值计算空间夹角与目标夹角的角度的差值，并将结算结果以调节执行模块可读的指令形式发送给调节执行模块，以驱动该调节执行模块进行调节，在该过程中，控制模块发出的调平执行指令、调节执行模块调节后的结果都可以在终端设备的显示装置上显示，以便外部操作人员计时获取调节过程中的信息，在调节完成后，待调整平面与参考平面的调节状态通过显示装置进行三维模型展示，便于外部操作人员直观地看到两个平面是否达到平行状态或特定角度的调节。
可选地，调节执行模块包括伺服电机和丝杠。
其中，伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助辅助马达间接变速装置，其具备可控的控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，伺服电机与单机异步电动机相比，有起动转矩大、运行范围较广、无自转现象等三个显著特点，在本实施例中，以伺服电机的调节执行模块，接收到控制模块发送的调平执行指令时，可以很精确地调节待调整平面与参考平面的空间夹角。
另外，在工程机械行业，丝杠主要是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性、高效率、定位准确的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器，在本实施例中，丝杠配合控制模块中的逻辑处理电路，以实现高速高精度的运动控制。
可选地，距离检测模块为非接触式距离检测模块。
在上述实施例中，以激光距离检测模块为例进行了说明。由于距离检测模块用于采集待调整平面上的至少三点与参考平面之间的距离数据，因此，在设备部件维修时，该距离检测模块必定为非接触式距离检测模块。
在其他一些实施例中，该类非接触式距离检测模块还可以是光学距离检测模块、超声波距离检测模块、电磁感应距离检测模块、视觉成像距离检测模块等，具体可依据不同的设备部件以及维修工况选定，此处不做限定。
图4为本发明实施例提供的一种空间平面自动调节方法的流程示意图。该方法适用于空间中设备部件的平面调节的情况，如图4所示，该方法具体包括如下步骤：
S410、获取距离检测模块实时检测并采集的待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据。
S420、根据距离数据计算待调整平面与参考平面的空间夹角。
S430、根据空间夹角，控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节。
可选地，该方法还包括：计算待调整平面与参考平面的空间夹角以及目标夹角的差值，在差值处于预设误差范围之外时，控制调节执行模块对待调整平面的角度进行调节。
本实施例提供的调节方法的具体工作原理已在上述对应调节系统的实施例中详细说明，其具备调节系统工作时的相同或相应的有益效果，此处不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种空间平面自动调节系统，其特征在于，包括：距离检测模块、控制模块以及调节执行模块，所述距离检测模块与所述调节执行模块均与所述控制模块连接；
所述距离检测模块用于实时检测并采集待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据；
所述控制模块用于根据所述距离数据计算所述待调整平面与所述参考平面的空间夹角，并根据所述空间夹角，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
2.根据权利要求1所述的调节系统，其特征在于，所述控制模块还用于计算所述待调整平面与所述参考平面的所述空间夹角以及目标夹角的差值，在所述差值处于预设误差范围之外时，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
3.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，所述控制模块还用于在控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节过程中，实时检测所述差值直至落入所述预设误差范围后，控制所述调节执行模块停止调节。
4.根据权利要求3所述的调节系统，其特征在于，所述控制模块在控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节过程中，按照预设时间周期实时检测所述差值。
5.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，还包括终端设备，所述终端设备与所述控制模块连接，用于获取所述目标夹角。
6.根据权利要求5所述的调节系统，其特征在于，所述终端设备还用于将所述待调整平面与所述参考平面进行三维模型显示。
7.根据权利要求1所述的调节系统，其特征在于，所述调节执行模块包括伺服电机和丝杠。
8.根据权利要求1所述的调节系统，其特征在于，所述距离检测模块为非接触式距离检测模块。
9.一种空间平面自动调节方法，其特征在于，包括：
获取距离检测模块实时检测并采集的待调整平面上至少三个不共线的点相对参考平面的距离数据；
根据所述距离数据计算所述待调整平面与所述参考平面的空间夹角；
根据所述空间夹角，控制调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
10.根据权利要求9所述的调节方法，其特征在于，还包括：计算所述待调整平面与所述参考平面的所述空间夹角以及目标夹角的差值，在所述差值处于预设误差范围之外时，控制所述调节执行模块对所述待调整平面的角度进行调节。
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