CN209081414U - 一种基于3d机器视觉的火车悬臂装车鹤管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，包括立柱、鹤管内臂、鹤管外臂、油气回收管道、提升马达、压紧装置、鹤管，鹤管内臂、鹤管外臂通过旋转关节连接，鹤管内臂通过旋转关节与连接臂连接，鹤管外臂上设置有鹤管，鹤管连接有提升马达、压紧装置，旋转关节上设置有动力装置，鹤管旁边对应设置有支架，支架上设置有光源、机器视觉系统，鹤管上设置有密封盖，密封盖上设置有激光距离传感器，压紧装置与密封盖连接，动力装置、提升马达、压紧装置、机器视觉系统、光源、激光距离传感器与工控机连接，能够高效的对目标罐口进行识别定位，大大缩短对位时间，对提高劳动效率，简化机械运动过程有很大作用。

Description

一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管

技术领域

本实用新型涉及一种装车鹤管，具体是指基于一种机器视觉定位技术和工控机控制技术，以机器视觉系统作为检测核心，通过采集和处理油罐车罐口图像，找到罐口的中心坐标，再通过工控机来控制执行机构，驱动悬臂鹤管行驶至罐口位置，自动对准槽车罐口，并驱动升降密封装置密闭罐口，实现对位与装车全自动的一种基于3D机器视觉技术的全自动悬臂装车鹤管。

背景技术

鹤管：石化行业流体装卸过程中的专用设备，又称流体装卸臂。它是采用旋转接头与刚性管道及弯头连接起来，以实现火车、汽车槽车与栈桥储运管线之间传输液体介质的活动设备，以取代老式的软管连接，具有很高的安全性，灵活性及寿命长等特点。产品符合GB 50074-2002《石油库设计规范》标准，是收发油料工艺中一种理想的专用设备，可广泛用于化学工业及其他行业收发各类液体原料。

随着国家对安全生产的要求越来越高，以及各行各业提高产品质量和管理水平意识的不断提高，通用型顶装鹤管存在的不足逐渐暴露出来，根据不同的鹤管结构，主要体现在如下方面：

纯机械鹤管：由管道、旋转接头、软管和平衡机构组成，生产流程由人工拖动，拽引鹤管到目标位置，存在的主要问题是人工劳动强度高、安全隐患大，有毒有害介质对操作员工的人身伤害严重。

半自动鹤管：在纯机械鹤管的基础上，在各关节增加动力装置，由液压或气动驱动，通过手动阀实现鹤管的前进或后退。存在的缺陷是：对位需要人工来回观察，极易出现机构碰撞的现象，操作耗时而且非常麻烦。靠人工操作气控阀或者电控箱控制小车轮的运转、转向和停止来实现与槽车罐口的对准，由于人员的目测和操作的误差，要反复多次正反向点动操作，才能将鹤管准确地对准在槽车罐口中心。如果对位不准，将会导致下放鹤管密封盖不能完全覆盖罐口，现场油气挥发造成安全隐患。

桁架式鹤管：安装在平行于轨道的桁架上，通过增加动力驱动鹤管沿轨道来回运行，优点是包络范围大，但采用这种鹤管的施工工程量较大、投资较多，适用面不广，比较适合新上厂家以及大鹤管项目的自动化改造。

传统自对位鹤管：中国专利201520231845.1，公开了一种带自对位功能的多关节鹤管系统。该鹤管系统是由垂直设置的气相导管、液相导管固定在基座上，分别通过旋转接头、旋转接头与气相管和液相内管实现活动连接；液相外管与液相内管分别固定在旋转接头的两端，液相外管与垂直套管之间螺接固定，垂直套管的顶部安装绕丝机构，绕丝机构通过传感器固定架连接定位传感器，垂直套管末端连接密封系统；动力系统由伺服电机、减速系统和相关机构组成。存在缺陷是：该系统是由工控机控制鹤管在鹤位的对位范围内全过程扫描，采用激光红外传感器、或红外、超声、电磁等方式对目标罐口进行识别定位。这种盲找式定位识别技术的对位精度不高，一次对位运行周期较长，工作效率较低。

实用新型内容

为解决上述现有难题，本实用新型提供一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，能够高效的对目标罐口进行识别定位，实现从鹤嘴初始位置到槽车罐口的一步对位。大大缩短对位时间，对提高劳动效率，简化机械运动过程，提高密封效果有很大作用。

本实用新型采取的技术方案如下：一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，包括立柱、鹤管内臂、鹤管外臂、油气回收管道、提升马达、压紧装置、鹤管，所述鹤管内臂、鹤管外臂通过旋转关节连接，所述鹤管内臂通过旋转关节与连接臂连接，所述连接臂与立柱连接，所述鹤管外臂上设置有鹤管，所述鹤管连接有提升马达、压紧装置，所述鹤管通过油气回收管道与输油管道连接，所述旋转关节上设置有动力装置，所述鹤管内臂与鹤管外臂之间的旋转关节处设置有外限位开关，所述鹤管内臂的旋转关节上设置有内限位开关，所述鹤管旁边对应设置有支架，所述支架上设置有光源、机器视觉系统，所述鹤管上设置有密封盖，所述密封盖上设置有激光距离传感器、下限位开关，所述压紧装置与密封盖连接，所述动力装置、提升马达、压紧装置、内限位开关、外限位开关、下限位开关、机器视觉系统、光源、激光距离传感器与工控机连接，在环境条件满足图像采集要求下，机器视觉系统采集工作视野范围内的罐车图像，经微处理器或控制器识别定位，输出目标罐口坐标值，由工控机调用该目标罐口坐标值，驱动鹤管内臂与鹤管外臂朝坐标罐口位置移动，当鹤管到达目标罐口上方，由激光距离传感器再次确认鹤管是否对准目标罐口，确认对准后，工控机通过提升机构与压紧装置控制鹤管与密封盖下降，下降位置达到设定距离时，下限位开关触发，密封盖停止下降，鹤管继续下降至目标罐底，到达设定距离停止下降；对位完成，等待装车，装车完成后，在工控机的控制面板上按复位按钮，鹤管返回到原始待机位置，装车流程结束。

进一步地，所述鹤管也可以是无密封装置的鹤管、有密封装置弹簧缸平衡的悬臂鹤管或同类型的其形式的悬臂鹤管，有利于适用不同情况的要求。

进一步地，所述光源的类型为LED光源、光纤卤素光源或高频荧光灯，所述鹤管对应的鹤管可以是火车装车鹤管也可以是汽车装车鹤管，便于在光线暗时，进行更好的照明。

进一步地，述机器视觉系统为集成了微处理器的CCD或CMOS一体化工业相机或是工业相机与控制器分体的机器视觉系统形式；其功能形式为3D机器视觉系统或是图像视觉系统，与其对应的目标罐口的坐标输出结果为图像坐标或是世界坐标，有利于更好的进行鹤管与目标罐口的定位。

进一步地，所述提升马达、压紧装置形成的升降装置可以是由马达或电机驱动的滚珠丝杠装置，用于带动鹤管外臂实现上升与下降，有利于更好的控制鹤管的升降。

进一步地，所述动力装置为带编码器的气动马达或是防爆伺服电机，有利于更好的实现鹤管与目标罐口的定位。

进一步地，所述工控机采用PLC或单片机控制，便于更好的进行控制各驱动装置。

进一步地，设置在工控机上的控制面板上设置有电源开关、电源指示灯、启动、对位成功指示灯、急停、复位、手动内臂顺转、手动内臂逆转、手动外臂顺转、手动外臂逆转、手动密封上升、手动密封下降、手动鹤嘴上升、手动鹤嘴下降功能按键，便于更好的操作控制。

采用上述结构本实用新型取得的有益效果如下：本方案在环境条件满足图像采集要求下，机器视觉系统采集工作视野范围内的罐车图像，经微处理器或控制器识别定位，输出目标罐口坐标值，由工控机调用该目标罐口坐标值，驱动鹤管内臂与鹤管外臂朝坐标罐口位置移动，当鹤管到达目标罐口上方，由激光距离传感器再次确认鹤管是否对准目标罐口，确认对准后，工控机通过提升机构与压紧装置控制鹤管与密封盖下降，下降位置达到设定距离时，下限位开关触发，密封盖停止下降，鹤管继续下降至目标罐底，到达设定距离停止下降；对位完成，等待装车，装车完成后，在工控机的控制面板上按复位按钮，鹤管返回到原始待机位置，装车流程结束，能够高效的对目标罐口进行识别定位，实现从鹤嘴初始位置到槽车罐口的一步对位。大大缩短对位时间，对提高劳动效率，简化机械运动过程，提高密封效果有很大作用。

附图说明

图1是本实用新型机器视觉系统在一种密闭装车鹤管上的应用。

图2是本实用新型机器视觉系统在一种无密闭装车鹤管上的应用。

图3是本实用新型机器视觉系统在一种密闭装车带平衡装置鹤管上的应用。

图4是本实用新型的的机器视觉系统自动对位程序图。

图5是本实用新型的机器视觉系统结构图。

图6是本实用新型的机器视觉系统的控制面板图。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-6所示，本实施例提供一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，包括立柱、鹤管内臂3、鹤管外臂4、油气回收管道5、提升马达6、压紧装置7、鹤管10，所述鹤管内臂3、鹤管外臂4通过旋转关节连接，所述鹤管内臂通过旋转关节与连接臂连接，所述连接臂与立柱连接，所述鹤管外臂4上设置有鹤管10，所述鹤管连接有提升马达6、压紧装置7，所述鹤管10通过油气回收管道5与输油管道连接，所述旋转关节上设置有动力装置2，所述鹤管内臂与鹤管外臂之间的旋转关节处设置有外限位开关16，所述鹤管内臂的旋转关节上设置有内限位开关14，所述鹤管旁边对应设置有支架15，所述支架上设置有光源1、机器视觉系统11，所述鹤管上设置有密封盖9，所述密封盖上设置有激光距离传感器12、下限位开关8，所述压紧装置7与密封盖9连接，所述动力装置、提升马达、压紧装置、内限位开关、外限位开关、下限位开关、机器视觉系统、光源、激光距离传感器与工控机20连接，鹤管与工控机构成鹤管系统主要包括环境条件17、图像采集18、图像处理识别及定位19、工控机调用坐标20、执行机构运动控制21，在环境条件满足图像采集要求下，机器视觉系统采集工作视野范围内的罐车图像，经微处理器或控制器识别定位，输出目标罐口坐标值，由工控机调用该目标罐口坐标值，驱动鹤管内臂与鹤管外臂朝坐标罐口位置移动，当鹤管到达目标罐口上方，由激光距离传感器再次确认鹤管是否对准目标罐口，确认对准后，工控机通过提升机构与压紧装置控制鹤管与密封盖下降，下降位置达到设定距离时，下限位开关触发，密封盖停止下降，鹤管继续下降至目标罐底，到达设定距离停止下降；对位完成，等待装车，装车完成后，在工控机的控制面板上按复位按钮，鹤管返回到原始待机位置，装车流程结束。

其中，所述鹤管也可以是无密封装置的鹤管、有密封装置弹簧缸平衡的悬臂鹤管或同类型的其形式的悬臂鹤管，有利于适用不同情况的要求。

所述光源的类型为LED光源、光纤卤素光源或高频荧光灯，所述鹤管对应的鹤管可以是火车装车鹤管也可以是汽车装车鹤管，便于在光线暗时，进行更好的照明。

机器视觉系统为集成了微处理器的CCD或CMOS一体化工业相机或是工业相机与控制器分体的机器视觉系统形式；其功能形式为3D机器视觉系统或是图像视觉系统，与其对应的目标罐口的坐标输出结果为图像坐标或是世界坐标，有利于更好的进行鹤管与目标罐口的定位。

所述提升马达、压紧装置形成的升降装置可以是由马达或电机驱动的滚珠丝杠装置，用于带动鹤管外臂实现上升与下降，有利于更好的控制鹤管的升降。

所述动力装置为带编码器的气动马达或是防爆伺服电机，有利于更好的实现鹤管与目标罐口的定位。

所述工控机采用PLC或单片机控制，便于更好的进行控制各驱动装置。

设置在工控机上的控制面板上设置有电源开关、电源指示灯、启动、对位成功指示灯、急停、复位、手动内臂顺转、手动内臂逆转、手动外臂顺转、手动外臂逆转、手动密封上升、手动密封下降、手动鹤嘴上升、手动鹤嘴下降功能按键，便于更好的操作控制。

本实施例与现有技术相比，能够高效的对目标罐口进行识别定位，实现从鹤嘴初始位置到槽车罐口的一步对位，大大缩短对位时间，对提高劳动效率，简化机械运动过程，提高密封效果有很大作用。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：包括立柱、鹤管内臂、鹤管外臂、油气回收管道、提升马达、压紧装置、鹤管，所述鹤管内臂、鹤管外臂通过旋转关节连接，所述鹤管内臂通过旋转关节与连接臂连接，所述连接臂与立柱连接，所述鹤管外臂上设置有鹤管，所述鹤管连接有提升马达、压紧装置，所述鹤管通过油气回收管道与输油管道连接，所述旋转关节上设置有动力装置，所述鹤管内臂与鹤管外臂之间的旋转关节处设置有外限位开关，所述鹤管内臂的旋转关节上设置有内限位开关，所述鹤管旁边对应设置有支架，所述支架上设置有光源、机器视觉系统，所述鹤管上设置有密封盖，所述密封盖上设置有激光距离传感器、下限位开关，所述压紧装置与密封盖连接，所述动力装置、提升马达、压紧装置、内限位开关、外限位开关、下限位开关、机器视觉系统、光源、激光距离传感器与工控机连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述鹤管为无密封装置的鹤管、有密封装置弹簧缸平衡的悬臂鹤管。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述光源的类型为LED光源、光纤卤素光源或高频荧光灯，所述鹤管对应的鹤管为火车装车鹤管或汽车装车鹤管。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述机器视觉系统为集成了微处理器的CCD或CMOS一体化工业相机或是工业相机与控制器分体的机器视觉系统形式；其功能形式为3D机器视觉系统或是图像视觉系统，与其对应的目标罐口的坐标输出结果为图像坐标或是世界坐标。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述提升马达、压紧装置形成的升降装置可以是由马达或电机驱动的滚珠丝杠装置，用于带动鹤管外臂实现上升与下降。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述动力装置为带编码器的气动马达或是防爆伺服电机。

7.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：所述工控机采用PLC或单片机控制。

8.根据权利要求1所述的一种基于3D机器视觉的火车悬臂装车鹤管，其特征在于：设置在工控机上的控制面板上设置有电源开关、电源指示灯、启动、对位成功指示灯、急停、复位、手动内臂顺转、手动内臂逆转、手动外臂顺转、手动外臂逆转、手动密封上升、手动密封下降、手动鹤嘴上升、手动鹤嘴下降功能按键。