CN105758308A - 一种激光盘煤装置及盘煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光盘煤装置及盘煤方法，用于煤场堆煤量的测量领域。一种激光盘煤装置，包括：导轨，其安装于堆取料机前臂上，所述堆取料机前臂水平转动；所述导轨的两端分别固定有限位开关，所述导轨的一端固定有测距传感器；智能巡回车，其安装在所述导轨上并沿导轨移动，所述智能巡回车上设有云台，所述云台上固定安装有激光测距装置和角度传感器；所述云台绕水平线转动；上位机，用于控制所述智能巡回车的移动；后台计算机，用于接收测量参数并计算得到堆煤量。本发明还涉及一种盘煤的方法，包括采集数据和处理数据。本发明所述装置在整个煤场范围内测量无盲区死角，精度、自动化程度好，实时性、可靠性大大地提高。

Description

一种激光盘煤装置及盘煤方法

技术领域

本发明涉及一种激光盘煤装置及盘煤方法，用于煤场堆煤量的测量领域。

背景技术

电厂企业的燃料费用占发电企业成本的70％～80％，燃料管理作为火力发电厂经营的重要环节，通过对燃料从计划、采购、运输、检斤检质、存放、分样、抽样、化验、核算以及数字化煤场、掺配等所有环节的管理，最终实现对入厂煤标煤单价的有效控制，燃煤效率的提升。通过对燃料全过程的监控管理，达到控制燃料成本、提高生产效益的目的。其中作为整个燃料管理***中的一个环节的煤量盘存，有着举足轻重的重要性。为了准确地获得发电厂存煤量，前期用推煤机将不规则煤堆整形，然后用尺子丈量，计算出煤堆的体积，再乘以煤的比重，得到存煤量将这样的过程称为盘煤。但是，这种方法测量结果误差较大。采用视频成像技术测量盘煤技术，由于是二维图形且煤与周边环境色差不大，受气候光照等自然环境影响大，从而降低了测量精度和可靠性。

目前采用激光盘煤测量装置减少了人为因素产生的测量误差，实现了煤场的自动化盘煤，***安全、可靠、省时，测量效果可靠精度高。其中，便携式激光盘煤仪操作复杂，需要人工选择多个测量点进行测量，耗时较久且测量精度不准确；而固定式激光盘煤仪由于固定无法移动，对于堆煤情况复杂的煤场存在很多盲区从而造成测量精度不准确，为了确保精度满足***要求须安装两台甚至更多固定式激光盘煤仪。

因此，为解决煤场现有的激光盘煤方案盘煤误差较大、造价高昂的问题，设计出一种自动化程度高、误差小、成本低、安全可靠的盘煤装置是本领域技术人员所面临的一个技术难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光盘煤装置及盘煤方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种激光盘煤装置，包括：

导轨，其安装于堆取料机前臂上，且平行于所述堆取料机前臂，所述堆取料机前臂通过回转机构A水平转动；所述导轨的两端分别固定有限位开关，所述导轨的一端固定有测距传感器；

智能巡回车，其安装在所述导轨上并沿导轨移动，所述智能巡回车上设有云台，所述云台上固定安装有激光测距装置和角度传感器；所述云台通过回转机构B绕水平线转动；

上位机，用于控制所述智能巡回车的移动；

后台计算机，用于接收测量参数并计算得到堆煤量。

进一步的，所述智能巡回车上的云台上还设有角度控制器，用于控制所述云台的旋转。

进一步的，所述角度传感器用于测量所述堆取料机前臂的旋转角度和所述云台的旋转角度。

进一步的，所述限位开关用于确定所述智能巡回车的移动起点和终点。

进一步的，所述测距传感器用于确定所述智能巡回车的位移。

进一步的，所述激光测距装置用于测量激光发送端到扫描点的距离。

进一步的，所述测量参数包括智能巡回车的位移、堆取料机前臂的旋转角度、云台的旋转角度和激光发送端到扫描点的距离。

一种使用所述的激光盘煤装置盘煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集数据：

步骤1.1，以智能巡回车起始点竖直向下与水平面的交点为坐标原点，沿导轨方向为x轴方向，以右手法则建立空间直角坐标系；

智能巡回车位移距离为t处时，所述云台上的激光扫描的最大角度为α，

$a=\arctan \frac{d}{H-l}$

$d=\sqrt{r^2-{(t+L_1)}^2}$

其中，r为圆形煤场半径，H为堆取料机前臂高度，l为云台上的激光发送端到导轨的长度，L₁为智能巡回车起始点到堆取料机立柱的水平距离；

激光扫描到P点(x,y,z)时，所述云台与竖直方向的夹角为β，智能巡回车位移为t，激光发送端距离P点为s，L为导轨长度，堆取料机前臂旋转角度为0时：

x＝t

y＝s·sinβ

z＝H-l-s·cosβ

其中，

t≤L

β≤α

当堆取料机前臂旋转角度为θ时：

x＝t·cosθ-s·sinβ·sinθ-L₁·(1-cosθ)0≤θ＜360°

y＝t·sinθ+s·sinβ·cosθ+L₁·sinθ

z＝H-l-s·cosββ≤α

由堆取料机前臂旋转角度θ、云台与竖直方向的夹角β、智能巡回车位移t、激光发送端到P点距离s，确定圆形煤场内任意点的空间坐标；

步骤1.2，智能巡回车沿x轴从0以等间距运动、停止到L，再从L以等间距运动、停止到0，循环进行横向扫描；扫描前，将云台偏转到角度-α，智能巡回车停止时，所述云台以定值ω旋转，云台上激光从-α～α进行一次纵向扫描，智能巡回车第二次停止时，云台上激光从α～-α再进行一次纵向扫描，循环进行纵向扫描；堆取料机前臂处于θ角度完成横向扫描后，以等间隔角度旋转后再进行横向扫描和纵向扫描，完成360°的旋转后，获得整个煤场的采样数据点；

步骤2，处理数据：

步骤2.1，以数据块的形式对数据进行存储和操作，一次纵向扫描数据存储为一行，一次横向扫描数据存储为一帧；一次纵向描数据n个点，一帧数据m行，第一行所扫描到的数据为a₁₁,a₁₂,a₁₃...a_1n，第i行扫描的有效数据个数为int(α/ω)，其中，α为第i行扫描的最大角度，int(α/ω)不大于n；

数据处理从a₁₁开始沿两边扩展，取与之相邻两点做平面即a₁₁,a₁₂,a₂₁，这三点所连成的线为平面边界，然后取依次a₁₂,a₁₃,a₂₂；a₁₃,a₁₄,a₂₃...a_ij,a_ij+1,a_i+1j，直至全部点数完成；

步骤2.2，通过后台计算机完成上述数据处理，获取煤场的3D图形；

步骤2.3，根据所获取的煤场3D图形，进行积分运算，获取煤场的堆煤量体积，再乘以样值煤密度，得到煤场总的堆煤量。

进一步的，步骤1.2中，以固定时间间隔采样的方式来获取数据。

进一步的，步骤1.2中，所述纵向扫描为纵向等角度扫描。

本发明的有益效果为：

本发明所述装置在整个煤场范围内测量无盲区死角，精度、自动化程度好、实时性、可靠性大大地提高，从而无需人工干预。

附图说明

图1为本发明所述激光盘煤装置结构示意图；

图2为本发明所述盘煤装置的扫描数据图；

图3为本发明所述盘煤装置的堆取料机前臂旋转θ后的扫描数据图；

图4为本发明所述高地势点与低地势点扫描结果对比图；

其中，1-云台，2-堆取料机前臂，3-导轨，4-堆取料机立柱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种激光盘煤装置，如图1所示，包括：

导轨3，其安装于堆取料机前臂2上，且平行于所述堆取料机前臂2，所述堆取料机前臂2通过回转机构A水平转动；所述导轨3的两端分别固定有限位开关，所述限位开关用于确定所述智能巡回车的移动起点和终点；所述导轨3的一端固定有测距传感器；所述测距传感器用于确定所述智能巡回车的位移。

智能巡回车，其安装在所述导轨3上并沿导轨3移动，所述智能巡回车上设有云台1，所述云台1上固定安装有激光测距装置和角度传感器，所述激光测距装置用于测量激光发送端到扫描点的距离，所述角度传感器用于测量所述堆取料机前臂2的旋转角度和所述云台1的旋转角度。所述云台1通过回转机构B绕水平线转动。

上位机，用于控制所述智能巡回车的移动。

后台计算机，用于接收测量参数并计算得到堆煤量。

所述智能巡回车上的云台1上还设有角度控制器，用于控制所述云台1的旋转。

所述测量参数包括智能巡回车的位移、堆取料机前臂2的旋转角度、云台1的旋转角度和激光发送端到扫描点的距离。

一种使用所述的激光盘煤装置盘煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集数据：

步骤1.1，以智能巡回车起始点竖直向下与水平面的交点为坐标原点，沿导轨方向为x轴方向，以右手法则建立空间直角坐标系；

智能巡回车位移距离为t处时，所述云台上的激光扫描的最大角度为α，

$a=\arctan \frac{d}{H-l}$

$d=\sqrt{r^2-{(t+L_1)}^2}$

其中，r为圆形煤场半径，H为堆取料机前臂高度，l为云台上的激光发送端到导轨的长度，L₁为智能巡回车起始点到堆取料机立柱的水平距离；

激光扫描到P点(x,y,z)时，所述云台与竖直方向的夹角为β，智能巡回车位移为t，激光发送端距离P点为s，L为导轨长度，堆取料机前臂旋转角度为0时：

x＝t

y＝s·sinβ

z＝H-l-s·cosβ

其中，

t≤L

β≤α

当堆取料机前臂旋转角度为θ时：

x＝t·cosθ-s·sinβ·sinθ-L₁·(1-cosθ)0≤θ＜360°

y＝t·sinθ+s·sinβ·cosθ+L₁·sinθ

z＝H-l-s·cosββ≤α

由堆取料机前臂旋转角度θ、云台与竖直方向的夹角β、智能巡回车位移t、激光发送端到P点距离s，确定圆形煤场内任意点的空间坐标；

步骤1.2，以固定时间间隔采样的方式来获取数据，智能巡回车沿x轴从0以等间距运动、停止到L，再从L以等间距运动、停止到0，循环进行横向扫描；扫描前，将云台偏转到角度-α，智能巡回车停止时，所述云台以定值ω旋转，云台上激光从-α～α进行一次纵向扫描，智能巡回车第二次停止时，云台上激光从α～-α再进行一次纵向扫描，循环进行纵向扫描，所述纵向扫描为纵向等角度扫描；堆取料机前臂处于θ角度完成横向扫描后，以等间隔角度旋转后再进行横向扫描和纵向扫描，完成360°的旋转后，获得整个煤场的采样数据点；

步骤2，处理数据：

步骤2.1，以数据块的形式对数据进行存储和操作，一次纵向扫描数据存储为一行，一次横向扫描数据存储为一帧；一次纵向描数据n个点，一帧数据m行，如图2所示，第一行所扫描到的数据为a₁₁,a₁₂,a₁₃...a_1n，其他行扫描到的数据量依次减少，第i行扫描的有效数据个数为int(α/ω)，其中，α为第i行扫描的最大角度，int(α/ω)不大于n；

如图3所示，一次横向扫描理论上可以获取半个圆形煤场的扫描点数，但由于煤堆的高度阻碍，一次横向扫描会存在一些扫描盲区，因此使堆取料机前臂旋转θ再进行横向扫描。

数据处理从a₁₁开始沿两边扩展，取与之相邻两点做平面即a₁₁,a₁₂,a₂₁，这三点所连成的线为平面边界，然后取依次a₁₂,a₁₃,a₂₂；a₁₃,a₁₄,a₂₃...a_ij,a_ij+1,a_i+1j，直至全部点数完成；

如图4所示，测量不准确主要来源于高地势点对低地势点屏蔽，因此对与重合面的选取应该选择低地势平面。

步骤2.2，通过后台计算机完成上述数据处理，获取煤场的3D图形；

步骤2.3，根据所获取的煤场3D图形，进行积分运算，获取煤场的堆煤量体积，再乘以样值煤密度，得到煤场总的堆煤量。

本发明利用激光测距装置、角度传感器配以角度控制器固定安装在高精度云台上，控制云台的旋转可以联动激光测距装置及角度传感器水平正交或者垂直正交煤场做同步运动。同时智能巡回车载着云台在圆形煤场堆取料机前臂上安装的一条导轨定时循环移动。激光测距装置即可跟随堆取料机前臂的移动以及上位机控制的智能巡回车移动实现整个煤场全自动无死角扫描，激光测距装置测量的煤高度参数、角度传感器测量的角度参数结合堆取料机移动得到的水平移动参数上传到后台计算机，采用建立好的3D数据显示模型再现煤场堆料三维显示，从而对整个显示形状采用软件算法可得堆煤量，这种计算模型具有较高的精确度和可靠性，能准确对煤场堆煤量进行测量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光盘煤装置，其特征在于，包括：

导轨(3)，其安装于堆取料机前臂(2)上，且平行于所述堆取料机前臂(2)，所述堆取料机前臂(2)通过回转机构A水平转动；所述导轨(3)的两端分别固定有限位开关，所述导轨(3)的一端固定有测距传感器；

智能巡回车，其安装在所述导轨(3)上并沿导轨(3)移动，所述智能巡回车上设有云台(1)，所述云台(1)上固定安装有激光测距装置和角度传感器；所述云台(1)通过回转机构B绕水平线转动；

上位机，用于控制所述智能巡回车的移动；

后台计算机，用于接收测量参数并计算得到堆煤量。

2.根据权利要求1所述的激光盘煤装置，其特征在于，所述智能巡回车上的云台(1)上还设有角度控制器。

3.根据权利要求1所述的激光盘煤装置，其特征在于，测量参数包括智能巡回车的位移、堆取料机前臂(2)的旋转角度、云台(1)的旋转角度和激光发送端到扫描点的距离。

4.使用以上任一项权利要求所述的激光盘煤装置盘煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集数据：

步骤1.1，以智能巡回车起始点竖直向下与水平面的交点为坐标原点，沿导轨方向为x轴方向，以右手法则建立空间直角坐标系；

智能巡回车位移距离为t处时，所述云台上的激光扫描的最大角度为α，

$a=\arctan \frac{d}{H-l}$

$d=\sqrt{r^2-{(t+L_1)}^2}$

其中，r为圆形煤场半径，H为堆取料机前臂高度，l为云台上的激光发送端到导轨的长度，L₁为智能巡回车起始点到堆取料机立柱的水平距离；

激光扫描到P点(x,y,z)时，所述云台与竖直方向的夹角为β，智能巡回车位移为t，激光发送端距离P点为s，L为导轨长度，堆取料机前臂旋转角度为0时：

x＝t

y＝s·sinβ

z＝H-l-s·cosβ

其中，

t≤L

β≤α

当堆取料机前臂旋转角度为θ时：

x＝t·cosθ-s·sinβ·sinθ-L₁·(1-cosθ)

0≤θ＜360°

y＝t·sinθ+s·sinβ·cosθ+L₁·sinθ

z＝H-l-s·cosββ≤α

由堆取料机前臂旋转角度θ、云台与竖直方向的夹角β、智能巡回车位移t、激光发送端到P点距离s，确定圆形煤场内任意点的空间坐标；

步骤1.2，智能巡回车沿x轴从0以等间距运动、停止到L，再从L以等间距运动、停止到0，循环进行横向扫描；扫描前，将云台偏转到角度-α，智能巡回车停止时，所述云台以定值ω旋转，云台上激光从-α～α进行一次纵向扫描，智能巡回车第二次停止时，云台上激光从α～-α再进行一次纵向扫描，循环进行纵向扫描；堆取料机前臂处于θ角度完成横向扫描后，以等间隔角度旋转后再进行横向扫描和纵向扫描，完成360°的旋转后，获得整个煤场的采样数据点；

步骤2，处理数据：

步骤2.1，以数据块的形式对数据进行存储和操作，一次纵向扫描数据存储为一行，一次横向扫描数据存储为一帧；一次纵向描数据n个点，一帧数据m行，第一行所扫描到的数据为a₁₁,a₁₂,a₁₃...a_1n，第i行扫描的有效数据个数为int(α/ω)，其中，α为第i行扫描的最大角度，int(α/ω)不大于n；

数据处理从a₁₁开始沿两边扩展，取与之相邻两点做平面即a₁₁,a₁₂,a₂₁，这三点所连成的线为平面边界，然后取依次a₁₂,a₁₃,a₂₂；a₁₃,a₁₄,a₂₃...a_ij,a_ij+1,a_i+1j，直至全部点数完成；

步骤2.2，通过后台计算机完成上述数据处理，获取煤场的3D图形；

步骤2.3，根据所获取的煤场3D图形，进行积分运算，获取煤场的堆煤量体积，再乘以样值煤密度，得到煤场总的堆煤量。

5.根据权利要求4所述的盘煤方法，其特征在于，步骤1.2中，以固定时间间隔采样的方式来获取数据。

6.根据权利要求4所述的盘煤方法，其特征在于，步骤1.2中，所述纵向扫描为纵向等角度扫描。