CN115371597B

CN115371597B - 一种工作面液压支架底座位置精度校核方法

Info

Publication number: CN115371597B
Application number: CN202211107579.2A
Authority: CN
Inventors: 孟昭胜; 曾庆良; 万丽荣; 高魁东; 张鑫; 李青海; 黄万朋; 江东海; 赵金海
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2042-09-13
Also published as: JP7454153B1; JP2024043568A; CN115371597A

Abstract

本发明涉及液压支架位姿检测领域，尤其是一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其包括以下步骤：S1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1(δ1＝r1+r3)，L2水平阈值δ2(δ2＝r1+r4)，L3水平阈值δ3(δ3＝r2+r4)；S2.对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类：(1)连续多台目标支架间Δ≤δ1，认定检测结果为L1水平；(2)目标支架δ1<Δ≤δ2，认定检测结果为L2水平；(3)目标支架δ2<Δ≤δ3，认定检测结果为L3水平；(4)目标支架Δ>δ3，认定检测结果为L4水平。本发明对工作面液压支架群的直线度进行相邻支架的位置精度校核及间隔支架的累积误差校验，提高对液压支架位置描述的准确性，保证工作面液压支架群位置的直线度。

Description

一种工作面液压支架底座位置精度校核方法

技术领域

本发明涉及液压支架位姿检测领域，尤其是一种工作面液压支架底座位置精度校核方法。

背景技术

目前对于液压支架顶、底板的姿态检测已经有了大量的监测方法，多采用倾角传感器，捷联惯导等方式。但是都存在一定的问题，如采用倾角传感器检测顶、底板液压支架姿态角度检测其倾角误差会累积增大，且倾角传感器进行液压支架姿态检测对于角度的突变会失真，且精度普遍不高。现有的液压支架进行位姿调整后，缺少对其位姿进行确认的精度校核方法，影响其工作可靠性。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其采用的技术方案如下：

一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；底座上设置激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器，所述激光发射器圆心位置设置中心强光源，中心强光源外侧沿周向均布环形弱光源，所述中心强光源的半径为r1，环形弱光源外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器，所述第一激光接收器圆心位置设置中心接收区，第一激光接收器其余区域由激光接收模块填充，所述中心接收区的半径为r3，第一激光接收器半径为r4；接收中心强光源的激光时，被照射的中心接收区和/或激光接收模块发出高水平电平信号，接收环形弱光源的激光时，被照射的中心接收区和/或激光接收模块发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区和激光接收模块无电平信号。

在上述方案的基础上，一种工作面液压支架底座位置精度校核方法包括以下步骤：

S1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1，δ1=r1+r3，L2水平阈值δ2，δ2=r1+r4，L3水平阈值δ3，δ3=r2+r4；

S2.对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类：

（1）连续多台目标支架间Δ≤δ1，认定检测结果为L1水平；

（2）目标支架δ1<Δ≤δ2，认定检测结果为L2水平；

（3）目标支架δ2<Δ≤δ3，认定检测结果为L3水平；

（4）目标支架Δ>δ3，认定检测结果为L4水平。

在上述方案的基础上，所述激光发射装置还包括支撑座、第一电机、支撑台、激光发射器及第二电机，所述支撑座固定连接在底座上，第一电机沿竖直方向设置在支撑座上，支撑台连接在第一电机上方，且能够在第一电机的驱动下在水平方向内转动，激光发射器可转动地设置在支撑台上，第二电机沿水平方向安装在支撑台上，且第二电机驱动激光发射器转动；底座上还设置累积误差校验装置，其包括第二激光接收器，所述第二激光接收器与第一激光接收器结构相同。

在上述方案的基础上，所述累积误差校验装置还包括第三电机及伸出轴，所述第三电机沿水平方向设置在底座上并驱动伸出轴转动，第二激光接收器固定连接在伸出轴上。

优选地，对误差水平分类后，进行累积误差校验，其步骤为：

S3.定义第二激光接收器中心坐标为D _1j(D _1jx,D _1jy,D _1jz)，则

（1）

式（1）解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座的坐标，即得到第二激光接收器中心坐标为D _1j(D _1jx,D _1jy,D _1jz)；定义激光发射器在基准支架坐标系中的坐标D _0c(D _0cx , D _0cy , D _0cz)，中心强光源对准第二激光接收器的中心接收区时需要第一电机和第二电机旋转的角度分别为A ₁和A ₂，则

（2）。

在上述方案的基础上，定义最大允许误差Δ1，Δ1值预先设定，

（1）针对L1水平误差结果，认定检测结果足够精确，无需进行误差校验；

（2）针对L2水平误差结果，认定检测结果相对精确，每间隔X1台液压支架进行累计误差校验和人为调直，X1= [Δ1/δ2]；

（3）针对L3水平误差结果，认定检测结果比较粗糙，每间隔X2台液压支架进行累计误差校验和人为调直，X2=[Δ1/δ3]；

（4）针对L4水平误差结果，认定检测故障，处理器发出故障信号引导操作人员人工修复。

在上述方案的基础上，针对L2水平误差结果，若对后序液压支架的校核结果中不存在L3及L4水平结果，则将后序结果统一按照L2水平处理。

优选地，针对L3水平误差结果，若前序支架中已经存在L2水平结果，则前序L2水平结果统一划归至L3水平进行处理。

本发明的有益效果为：对工作面液压支架群的直线度进行相邻支架的位置精度校核及间隔支架的累积误差校验，提高对液压支架位置描述的准确性，保证工作面液压支架群位置的直线度。

附图说明

图1：本发明涉及的液压支架底座俯视图；

图2：本发明激光发射装置结构示意图；

图3：本发明激光发射器光源分布示意图；

图4：本发明激光接收装置结构示意图；

图5：本发明激光接收装置不同安装状态图；

图6：本发明第一激光接收器结构示意图；

图7：本发明激光发射装置电机旋转角度示意图；

图8：本发明激光校核阈值δ1结果示意图；

图9：本发明激光校核阈值δ2结果示意图；

图10：本发明激光校核阈值δ3结果示意图；

图11：本发明状态描述流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图4所示，一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；底座11上设置激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器34，所述激光发射器34圆心位置设置中心强光源341，中心强光源341外侧沿周向均布环形弱光源342，所述中心强光源341的半径为r1，环形弱光源342外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器51，所述第一激光接收器51圆心位置设置中心接收区511，第一激光接收器51其余区域由激光接收模块512填充，所述中心接收区511的半径为r3，第一激光接收器51半径为r4，激光接收模块512面积越小、分布越密集，检测结果越精确。接收中心强光源341的激光时，被照射的中心接收区511和/或激光接收模块512发出高水平电平信号，接收环形弱光源342的激光时，被照射的中心接收区511和/或激光接收模块512发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区511和激光接收模块512无电平信号。具体地，所述激光发射装置还包括支撑座31、第一电机32、支撑台33、激光发射器34及第二电机35，所述支撑座31固定连接在底座11上，第一电机32沿竖直方向设置在支撑座31上，支撑台33连接在第一电机32上方，且能够在第一电机32的驱动下在水平方向内转动，激光发射器34可转动地设置在支撑台33上，第二电机35沿水平方向安装在支撑台33上，且第二电机35驱动激光发射器34转动。

如图11所示，一种工作面液压支架底座位置精度校核方法包括以下步骤：

S1.定义对目标支架的位置检测误差Δ，L1水平阈值δ1（δ1=r1+r3），如图6所示，L2水平阈值δ2（δ2=r1+r4），如图7所示，L3水平阈值δ3（δ3=r2+r4），如图8所示；

S2.对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类：

（1）连续多台目标支架间Δ≤δ1，此时激光接收装置中心接收区511接收到激光发射装置中心强光源341发出的激光，并向处理器发出高水平电信号，认定检测结果为L1水平；

（2）目标支架δ1<Δ≤δ2，此时激光接收装置非中心接收区511的环形接收模块512接收到中心强光源341发出的激光，并向处理器发出高水平电信号，认定检测结果为L2水平；若后续结果中不存在下述L3及L4水平结果，则将后续结果统一按照L2水平处理；

（3）目标支架δ2<Δ≤δ3，此时激光接收装置的环形接收模块512接收到环形弱光源342发出的激光，并向处理器发出低水平电信号，认定检测结果为L3水平；

（4）目标支架Δ>δ3，此时第一激光接收器51没有接收到来自激光发射器34的激光信号，认定检测结果为L4水平。

由于上述校核针对相邻的液压支架进行，为保证整体工作面液压支架的直线度，对误差水平分类后，进一步进行累积误差校验。如图9所示，底座11上设置累积误差校验装置，其包括第三电机41、伸出轴42及第二激光接收器43，所述第三电机41沿水平方向设置在底座11上并驱动伸出轴42转动，第二激光接收器43固定连接在伸出轴42上，所述第二激光接收器43与第一激光接收器51结构相同。如图10所示，为防止第二激光接收器43产生干涉，默认状态下伸出轴位于水平状态，进行累积误差校验时，第三电机41驱动伸出轴42转动至竖直（或类竖直）状态，便于激光发射器34与第二激光接收器43配合使用。

累积误差校验步骤为：

S7.定义第一激光接收器51中心坐标为D _1j(D _1jx,D _1jy,D _1jz)，则

（1）

式（1）解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座11的坐标，即得到第二激光接收器43中心坐标为D _1j(D _1jx,D _1jy,D _1jz)；定义激光发射器34在基准支架坐标系中的坐标D _0c(D _0cx , D _0cy , D _0cz)，中心强光源341对准第二激光接收器43的中心接收区时需要第一电机32和第二电机35旋转的角度分别为A ₁和A ₂，如图5所示，则

（2）

定义最大允许误差Δ1，Δ1值预先设定，

（2）针对L2水平误差结果，认定检测结果相对精确，每间隔X1台液压支架进行累计误差校验，若校验结果达到累计误差阈值，表明直线度不合格，需通过人为调直以进行误差清零，X1= [Δ1/δ2]，若对后序液压支架的校核结果中不存在L3及L4水平结果，则将后序结果统一按照L2水平处理；

（3）针对L3水平误差结果，认定检测结果比较粗糙，每间隔X2台液压支架进行累计误差校验，若校验结果达到累计误差阈值，表明直线度不合格，需通过人为调直以进行误差清零，X2=[Δ1/δ3]；若前序支架中已经存在L2水平结果，则前序L2水平结果统一划归至L3水平进行处理；

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其特征在于，以端部液压支架为总基准，后序液压支架相对前序相邻液压支架作为目标支架，前序液压支架相对后序相邻液压支架作为基准支架；底座（11）上设置激光发射装置及激光接收装置，所述激光发射装置包括朝向目标支架设置的激光发射器（34），所述激光发射器（34）圆心位置设置中心强光源（341），中心强光源（341）外侧沿周向均布环形弱光源（342），所述中心强光源（341）的半径为r1，环形弱光源（342）外缘包络线的包络半径为r2；激光接收装置包括朝向基准支架设置的第一激光接收器（51），所述第一激光接收器（51）圆心位置设置中心接收区（511），第一激光接收器（51）其余区域由激光接收模块（512）填充，所述中心接收区（511）的半径为r3，第一激光接收器（51）半径为r4；接收中心强光源（341）的激光时，被照射的中心接收区（511）和/或激光接收模块（512）发出高水平电平信号，接收环形弱光源（342）的激光时，被照射的中心接收区（511）和/或激光接收模块（512）发出低水平电平信号，无激光照射时，中心接收区（511）和激光接收模块（512）无电平信号；

所述激光发射装置还包括支撑座（31）、第一电机（32）、支撑台（33）、激光发射器（34）及第二电机（35），所述支撑座（31）固定连接在底座（11）上，第一电机（32）沿竖直方向设置在支撑座（31）上，支撑台（33）连接在第一电机（32）上方，且能够在第一电机（32）的驱动下在水平方向内转动，激光发射器（34）可转动地设置在支撑台（33）上，第二电机（35）沿水平方向安装在支撑台（33）上，且第二电机（35）驱动激光发射器（34）转动；底座（11）上还设置累积误差校验装置，其包括第二激光接收器（43），所述第二激光接收器（43）与第一激光接收器（51）结构相同；

包括以下步骤：

S2.对目标支架姿态检测精度进行误差水平分类：

（1）连续多台目标支架间Δ≤δ1，认定检测结果为L1水平；

（2）目标支架δ1<Δ≤δ2，认定检测结果为L2水平；

（3）目标支架δ2<Δ≤δ3，认定检测结果为L3水平；

（4）目标支架Δ>δ3，认定检测结果为L4水平；

对误差水平分类后，进行累积误差校验，其步骤为：

S3.定义第二激光接收器（43）中心坐标为D _1j(D _1jx, D _1jy, D _1jz)，则

（1）

式（1）解得的2个结果中，排除一个明显脱离目标支架底座（11）的坐标，即得到第二激光接收器（43）中心坐标为D _1j(D _1jx, D _1jy, D _1jz)；定义激光发射器（34）在基准支架坐标系中的坐标D _0c(D _0cx , D _0cy , D _0cz)，中心强光源（341）对准第二激光接收器（43）的中心接收区时需要第一电机（32）和第二电机（35）旋转的角度分别为A ₁和A ₂，则

（2）。

2.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其特征在于，所述累积误差校验装置还包括第三电机（41）及伸出轴（42），所述第三电机（41）沿水平方向设置在底座（11）上并驱动伸出轴（42）转动，第二激光接收器（43）固定连接在伸出轴（42）上。

3.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其特征在于，定义最大允许误差Δ1，Δ1值预先设定，

4.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其特征在于，针对L2水平误差结果，若对后序液压支架的校核结果中不存在L3及L4水平结果，则将后序结果统一按照L2水平处理。

5.根据权利要求1所述的一种工作面液压支架底座位置精度校核方法，其特征在于，针对L3水平误差结果，若前序支架中已经存在L2水平结果，则前序L2水平结果统一划归至L3水平进行处理。