CN114310062A - 一种刮板输送机链轮组损伤修复装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种刮板输送机链轮组损伤修复装置及方法，包括模型建立；通过三维扫描装置对刮板输送机链轮组进行重构，得到其实际结构的三维重构模型；损伤定位；建立相应的刮板输送机链轮组无损伤结构的三维理想模型，进行对比，得到损伤数据；定量检测；根据损伤数据计算出损伤量，进而实现损伤定量分析，并建立堆焊修复模型；损伤修复；将堆焊修复模型转化成通过检测修复装置可识别数据并对刮板输送机链轮组进行堆焊修复。本发明实现了刮板输送机链轮组损伤位置的自动化、智能化修复。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿机械检测技术领域，特别是涉及一种刮板输送机链轮组损伤修复装置及方法。
背景技术
采煤工作面作为煤炭的第一生产现场，作业空间小、机械设备多、视觉环境差，刮板输送机作为三机配套设备中最主要的物料运输设备，复杂的自身结构和恶劣的工作环境决定了其显著的动力学特性，链轮组在采煤工作中长期承受冲击和循环载荷的交替作用，极易造成链轮组的严重损伤；链轮组的破坏将造成整个链传动系统的载荷突变，易导致卡链、脱链故障发生，使整个链传动运行系统短时间将承受巨大的冲击载荷，严重时会造成链条断裂和电机烧毁，直接影响了整个综采工作面的生产效率和人员设备安全。
现阶段对刮板输送机链轮损伤的检测主要是人工视觉分辨来完成的，损伤位置的修复处理也是人工操作。这种由人工视觉分辨去检测试件的缺陷的方法，受到人工的限制和外界环境的影响，不仅检测产品的速度慢、效率低下，而且在检测的过程中容易出错，更不能实现损伤的量化分析；此外，传统的人工修复方法以人的主观观察为依据，存在过多的不确定性，且人工修复的好坏受个人的操作熟练程度、对损伤的判定的影响严重，不易实现精准修复，无法保证修复后链轮组的可靠性和稳定性。因此，如何实现刮板输送机链轮的智能化损伤检测、并得到链轮组的损伤位置空间坐标、缺损量等信息，并依据这些信息实现链轮损伤位置的自动化、智能化修复是现阶段亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种刮板输送机链轮组损伤修复装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现刮板输送机链轮组损伤位置的自动化、智能化修复。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，包括：
模型建立；通过三维扫描装置对刮板输送机链轮组进行重构，得到其实际结构的三维重构模型；
损伤定位；建立相应的刮板输送机链轮组无损伤结构的三维理想模型，进行对比，得到损伤数据；
定量检测；根据损伤数据计算出损伤量，进而实现损伤定量分析，并建立堆焊修复模型；
损伤修复；将堆焊修复模型转化成通过检测修复装置可识别数据并对刮板输送机链轮组进行堆焊修复。
所述模型建立中通过三维扫描装置对所述刮板输送机链轮组做全方位扫描，得到所述刮板输送机链轮组的点云数据，将所述点云数据进行图像拼接最终得到所述三维重构模型。
所述图像拼接是通过三维扫描装置得到的所述点云数据进行旋转平移，通过迭代算法寻找处两片点云的初始位置；记录旋转平移的角度和距离；之后对所述刮板输送机链轮进行扫描之后，加入算法，引入旋转平移的角度和距离，完成图像拼接。
所述损伤量是将各个损伤处三重积分的方法计算出体积变化量。
所述损伤定量分析将各个所述损伤处的的空间坐标用参数化建模的方法生成损伤实体模型，使用cad软件进行切片操作，用以构建内外轮廓环边界，并分析计算出截面的面积。
在所述立堆焊修复模型上建立检测修复坐标系和修复件坐标系，计算所述检测修复装置与所述刮板输送机链轮组修复件之间的关系矩阵。
一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，包括三维扫描装置和检测修复装置，所述检测修复装置包括支撑框体；所述支撑框体底部安装有行走机构；所述支撑框体顶面中部固定安装有旋转电机；所述旋转电机的输出轴竖直贯穿所述支撑框体顶面，且所述输出轴转动安装于所述支撑框体底部；所述输出轴上安装有刮板输送机链轮；所述支撑框体内侧壁还设置有机械臂组件；所述机械臂组件与所述刮板输送机链轮位置对应；
所述三维扫描装置正对所述刮板输送机链轮设置；
所述三维扫描装置包括旋转云台，云台驱动电机，上位机，三维扫描仪和导轨组件；所述上位机一侧设置有所述导轨组件；所述导轨组件上滑动安装有所述旋转云台；所述旋转云台一侧传动连接有所述云台驱动电机；所述旋转云台上还安装有所述三维扫描仪；所述三维扫描仪正对所述刮板输送机链轮设置，用于对所述刮板输送机链轮做全方位扫描；所述三维扫描仪与所述上位机电性连接，用于将扫描所述刮板输送机链轮得到的点云数据、上传到上位机进行滤波、降噪、拼接处理，最终得到刮板输送机链轮的三维重构模型。
所述导轨组件包括直线导轨；所述直线导轨竖直安装于所述上位机的一侧，所述直线导轨顶部固定安装有步进电机；所述步进电机与设置在所述直线导轨上的滑块传动连接；所述滑块上固定安装有所述旋转云台。
所述机械臂组件对应设置有至少两组；所述机械臂组件对应设置于所述刮板输送机链轮上方和下方；
所述机械臂组件包括基座，第一机械臂，第二机械臂和焊头；所述基座固定安装于所述支撑框体侧壁；所述第一机械臂与所述基座固定连接；所述第一机械臂活动端和第二机械臂末端通过万向节活动连接；所述焊头安装于所述第二机械臂前端；所述焊头朝向所述刮板输送机链轮设置。
本发明公开了以下技术效果：本发明利用三维重构方法重构实际刮板输送机链轮组三维模型与理论无损伤三维模型，将实际三维模型与理论三维模型进行比对，获取损伤数据，在确定各个损伤处的空间坐标位置后，将各个损伤处用三重积分的方法计算出体积变化量，以此作为损伤量，实现链轮组损伤的定量化分析；
其次将各个损伤处的空间坐标位置用参数化建模的方法生成损伤实体模型，将其实缺损实体模型导入CAD软件进行切片操作，用以构建内外轮廓环边界，并利用CAD软件的分析功能计算出截面的面积，据此实现机械手堆焊路径规划，路径规划完成后,将生成的路径曲线串转换成机械臂组件可识别的机器代码；之后实现链轮组损伤位置的定位操作；最后控制器驱动检测修复装置实现堆焊任务，最终实现刮板输送机链轮组损伤位置的自动化、智能化修复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的目标检测与修复流程图；
图3为本发明的装置的轴测图；
图4为本发明装置的侧视图；
其中，1、旋转电机；2、输出轴；3、刮板输送机链轮；4、旋转云台；5、云台驱动电机；6、上位机；7、机械臂基座；8、第一机械臂；9、万向节；10、第二机械臂；11、焊头；12、行走机构；13、步进电机；14、直线导轨；15、滑块；16、三维扫描仪；17、红外测距传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，包括：
模型建立；通过三维扫描装置对刮板输送机链轮组进行重构，得到其实际结构的三维重构模型；
损伤定位；建立相应的刮板输送机链轮组无损伤结构的三维理想模型，进行对比，得到损伤数据；
定量检测；根据损伤数据计算出损伤量，进而实现损伤定量分析，并建立堆焊修复模型；
损伤修复；将堆焊修复模型转化成通过检测修复装置可识别数据并对刮板输送机链轮组进行堆焊修复。
模型建立中通过三维扫描装置对刮板输送机链轮组做全方位扫描，得到刮板输送机链轮组的点云数据，将点云数据进行图像拼接最终得到三维重构模型。
图像拼接是通过三维扫描装置得到的点云数据进行旋转平移，通过迭代算法寻找处两片点云的初始位置；记录旋转平移的角度和距离；之后对刮板输送机链轮进行扫描之后，加入算法，引入旋转平移的角度和距离，完成图像拼接。
损伤量是将各个损伤处三重积分的方法计算出体积变化量。
损伤定量分析将各个损伤处的的空间坐标用参数化建模的方法生成损伤实体模型，使用cad软件进行切片操作，用以构建内外轮廓环边界，并分析计算出截面的面积。
在立堆焊修复模型上建立检测修复坐标系和修复件坐标系，计算检测修复装置与刮板输送机链轮组修复件之间的关系矩阵；
预设检测修复装置末端与基座之间的变换矩阵为X，预设检测修复装置末端与修复件坐标系之间的位姿矩阵为Y,修复件的待加工点的位姿为Z，则可计算出检测修复装置的加工状态下末端装置位姿矩阵为:Q＝X·Y·Z；通过三维软件将轮廓环曲线离散，把这些离散点的三维坐标值保存，通过机械臂路径规划算法求解运算求得检测修复装置每个关节的绝对转角,实现检测修复装置的控制修复。
一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，包括三维扫描装置和检测修复装置，检测修复装置包括支撑框体；支撑框体底部安装有行走机构；支撑框体顶面中部固定安装有旋转电机1；旋转电机1的输出轴2竖直贯穿支撑框体顶面，且输出轴2转动安装于支撑框体底部；输出轴2上安装有刮板输送机链轮3；支撑框体内侧壁还设置有机械臂组件；机械臂组件与刮板输送机链轮3位置对应；
三维扫描装置正对刮板输送机链轮3设置；
三维扫描装置包括旋转云台4，云台驱动电机5，上位机6，三维扫描仪16和导轨组件；上位机6一侧设置有导轨组件；导轨组件上滑动安装有旋转云台4；旋转云台4一侧传动连接有云台驱动电机5；旋转云台4上还安装有三维扫描仪16；三维扫描仪16正对刮板输送机链轮3设置，用于对刮板输送机链轮3做全方位扫描；三维扫描仪16与上位机6电性连接，用于将扫描刮板输送机链轮3得到的点云数据、上传到上位机进行滤波、降噪、拼接处理，最终得到刮板输送机链轮3的三维重构模型。
导轨组件包括直线导轨14；直线导轨14竖直安装于上位机6的一侧，直线导轨14顶部固定安装有步进电机13；步进电机13与设置在直线导轨14上的滑块15传动连接；滑块15上固定安装有旋转云台4。
机械臂组件对应设置有至少两组；机械臂组件对应设置于刮板输送机链轮3上方和下方；
机械臂组件包括基座7，第一机械臂8，第二机械臂10和焊头11；基座7固定安装于支撑框体侧壁；第一机械臂8与基座固定连接；第一机械臂8活动端和第二机械臂10末端通过万向节9活动连接；焊头11安装于第二机械臂10前端；焊头11朝向刮板输送机链轮3设置。
在本发明的一个实施例中，如图3，机械臂组件设置有4组，上下各两组。
在本发明的一个实施例中，行走机构采用四个麦克纳姆轮搭建底盘，因麦克纳姆轮的底盘能够进行四向移动，更易于在自主移动时控制支撑框体与三维扫描装置中心线偏差量的修正。
进一步的，还设置有对中检测组件，为高精度红外测距传感器17，其设置于支撑框体底面，且于支撑框体底面两侧各设置有两个，在更换试件过程中实时校准检支撑框体两侧与三维扫描装置间的距离，通过控制行走机构的移动使两边距离一致，即可保证支撑框体处于三维扫描装置中心线上，实现对中检测功能。
在本发明的一个实施例中，所述刮板输送机链轮组三维重构模型与理论三维模型进行比对，得到损伤数据；进行对比的过程如下:首先，对两个三维模型进行特征提取得到特征点；此处定义链轮组的轮齿边线上的点作为特征点，然后通过进行相似性度量找到匹配的特征点对；通过匹配的特征点对得到三维模型的空间坐标变换参数；最后由坐标变换参数进行配准。
在本发明的一个实施例中，损伤实体模型包含了模型的全部几何信息、记录了全部点、线、面、体的信息，导入三维软件后进行切片操作：首先得到损伤CAD实体模型与切平面的每条交线,将相连交线构成轮廓环,然后根据切平面轮廓环的存在规则,判断出内外轮廓环,最后构建内外轮廓环边界，并利用软件的分析功能计算出截面的面积。
在本发明的一个实施例中，机械臂组件的坐标变换过程如下坐标转换首先要建立基座坐标系和试件坐标系,计算检测试件与基座7之间的关系矩阵。设焊头11与基座之间的变换矩阵为X，若焊头11与工件坐标系之间的位姿矩阵为Y,待加工点的位姿为Z，则可计算出机械臂组件的加工状态下焊头11位姿矩阵为:Q＝X·Y·Z；然后通过三维软件将轮廓环曲线离散，把这些离散点的三维坐标值保存，通过机械臂路径规划算法求解运算求得万向节9的绝对转角,实现机械臂组件的控制。
进一步的，其余机械臂组件做相同修复操作。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于，包括：
模型建立；通过三维扫描装置对刮板输送机链轮组进行重构，得到其实际结构的三维重构模型；
损伤定位；建立相应的刮板输送机链轮组无损伤结构的三维理想模型，进行对比，得到损伤数据；
定量检测；根据损伤数据计算出损伤量，进而实现损伤定量分析，并建立堆焊修复模型；
损伤修复；将堆焊修复模型转化成通过检测修复装置可识别数据并对刮板输送机链轮组进行堆焊修复。
2.根据权利要求1所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于：所述模型建立中通过三维扫描装置对所述刮板输送机链轮组做全方位扫描，得到所述刮板输送机链轮组的点云数据，将所述点云数据进行图像拼接最终得到所述三维重构模型。
3.根据权利要求2所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于：所述图像拼接是通过三维扫描装置得到的所述点云数据进行旋转平移，通过迭代算法寻找处两片点云的初始位置；记录旋转平移的角度和距离；之后对所述刮板输送机链轮进行扫描之后，加入算法，引入旋转平移的角度和距离，完成图像拼接。
4.根据权利要求1所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于：所述损伤量是将各个损伤处三重积分的方法计算出体积变化量。
5.根据权利要求4所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于：所述损伤定量分析将各个所述损伤处的的空间坐标用参数化建模的方法生成损伤实体模型，使用cad软件进行切片操作，用以构建内外轮廓环边界，并分析计算出截面的面积。
6.根据权利要求5所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复方法，其特征在于：在所述立堆焊修复模型上建立检测修复坐标系和修复件坐标系，计算所述检测修复装置与所述刮板输送机链轮组修复件之间的关系矩阵。
7.一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，包括上述权利要求1一种刮板输送机链轮组损伤修复方法中的三维扫描装置和检测修复装置，其特征在于，所述检测修复装置包括支撑框体；所述支撑框体底部安装有行走机构(12)；所述支撑框体顶面中部固定安装有旋转电机(1)；所述旋转电机(1)的输出轴(2)竖直贯穿所述支撑框体顶面，且所述输出轴(2)转动安装于所述支撑框体底部；所述输出轴(2)上安装有刮板输送机链轮(3)；所述支撑框体内侧壁还设置有机械臂组件；所述机械臂组件与所述刮板输送机链轮(3)位置对应；
所述三维扫描装置正对所述刮板输送机链轮(3)设置。
8.根据权利要求7所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，其特征在于：所述三维扫描装置包括旋转云台(4)，云台驱动电机(5)，上位机(6)，三维扫描仪(16)和导轨组件；所述上位机(6)一侧设置有所述导轨组件；所述导轨组件上滑动安装有所述旋转云台(4)；所述旋转云台(4)一侧传动连接有所述云台驱动电机(5)；所述旋转云台(4)上还安装有所述三维扫描仪(16)；所述三维扫描仪(16)正对所述刮板输送机链轮(3)设置，用于对所述刮板输送机链轮(3)做全方位扫描；所述三维扫描仪(16)与所述上位机(6)电性连接，用于将扫描所述刮板输送机链轮(3)得到的点云数据、上传到上位机进行滤波、降噪、拼接处理，最终得到刮板输送机链轮(3)的三维重构模型。
9.根据权利要求8所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，其特征在于：所述导轨组件包括直线导轨(14)；所述直线导轨(14)竖直安装于所述上位机(6)的一侧，所述直线导轨(14)顶部固定安装有步进电机(13)；所述步进电机(13)与设置在所述直线导轨(14)上的滑块(15)传动连接；所述滑块(15)上固定安装有所述旋转云台(4)。
10.根据权利要求7所述的一种刮板输送机链轮组损伤修复装置，其特征在于：所述机械臂组件对应设置有至少两组；所述机械臂组件对应设置于所述刮板输送机链轮(3)上方和下方；
所述机械臂组件包括基座(7)，第一机械臂(8)，第二机械臂(10)和焊头(11)；所述基座(7)固定安装于所述支撑框体侧壁；所述第一机械臂(8)与所述基座固定连接；所述第一机械臂(8)活动端和第二机械臂(10)末端通过万向节(9)活动连接；所述焊头(11)安装于所述第二机械臂(10)前端；所述焊头(11)朝向所述刮板输送机链轮(3)设置。
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