專利名稱：物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測量系統(tǒng)和激光三維掃描成像的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于大型料場料堆體積測量與計算的自動化系統(tǒng)，即物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，本實用新型既可用于圓形料場料堆體積測量也可用于方形料場料堆體積測量。
背景技術(shù)：
目前，電力、鋼鐵、冶金、煤炭、化工、港口等行業(yè)的庫存料場盤點一直是困擾這些行業(yè)散裝料場的計量的難題。上述這些行業(yè)用于存放散料的料場一般分兩種形式，一種是存在已久的方形料場，采用龍門吊或斗輪機對散料進行存取操作；另一種是新興的圓形料場，采用堆取料機對散料進行存取操作。其中龍門吊、斗輪機和堆取料機我們統(tǒng)稱為堆取料設(shè)備?，F(xiàn)在針對料場盤點的方法主要包括人工盤點、便攜式盤點和固定式自動盤點。人工盤點需要先對料堆整形，整成規(guī)則形狀后由測量人員用皮尺進行現(xiàn)場丈量， 根據(jù)丈量結(jié)果計算出料堆體積，此方法操作復(fù)雜、精度低、效率低，不易于企業(yè)管理。便攜式盤點主要是借助便攜式盤點儀進行現(xiàn)場測量，由于需要測量人員在不同位置多次測量，測量精度就取決于測量點的數(shù)量，但測量點越多，越增加測量人員工作量，實際精度也不高，所以此方法也不易于在大型的料場進行盤點作業(yè)。固定式自動盤點解決了前兩個方法中存在的問題，是最實用，應(yīng)用最廣泛的方法。 但固定式自動盤點由于是借助料場中的堆取設(shè)備進行盤點測量作業(yè)，所以受限于堆取設(shè)備的運行范圍，存在測量盲區(qū)的問題。
發(fā)明內(nèi)容實用新型內(nèi)容實用新型目的本實用新型提供一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，其目的是解決以往的固定式自動盤點中測量盲區(qū)的問題。技術(shù)方案本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元、傾角傳感器、遠(yuǎn)程通訊單元、計算機服務(wù)系統(tǒng)和主控單元；測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器安裝在堆取料設(shè)備上，二維激光掃描儀安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置上；二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器的電源線纜及通訊線纜連接至主控單元，主控單元通過遠(yuǎn)程通訊單元連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)。主控單元通過工業(yè)以太網(wǎng)和RS485連接二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器。行程測量單元由多圈絕對值編碼器和齒輪組構(gòu)成。優(yōu)點及效果本實用新型提供一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元、傾角傳感器、遠(yuǎn)程通訊單元、計算機服務(wù)系統(tǒng)和主控單元；測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器安裝在堆取料設(shè)備上，二維激光掃描儀安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置上；二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器的電源線纜及通訊線纜連接至主控單元，主控單元通過遠(yuǎn)程通訊單元連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)。本實用新型就是針對固定式自動盤點提出了一種新的解決方案。既不受料場類型的限制又能更好的解決固定式自動盤點中測量盲區(qū)的問題。本實用新型的有益效果是1、適用于不同類型的料場；2、無測量盲區(qū)；3、結(jié)構(gòu)簡單；4、成本低；5、配置靈活。


圖1為單一二維激光掃描儀掃描區(qū)域的示意圖；圖2為增加了測頭旋轉(zhuǎn)裝置后的二維激光掃描儀掃描區(qū)域的示意圖；圖3為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括二維激光掃描儀1、測頭旋轉(zhuǎn)裝置2、行程測量單元3、傾角傳感器4、遠(yuǎn)程通訊單元7、計算機服務(wù)系統(tǒng)5和主控單元6 ；測頭旋轉(zhuǎn)裝置2、行程測量單元3和傾角傳感器4安裝在堆取料設(shè)備上；二維激光掃描儀1通過堆取料設(shè)備的行進或旋轉(zhuǎn)，連續(xù)對料堆進行橫截面輪廓掃描；二維激光掃描儀1安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置2上；二維激光掃描儀1、測頭旋轉(zhuǎn)裝置2、 行程測量單元3和傾角傳感器4的電源線纜及通訊線纜連接至主控單元6，主控單元6通過遠(yuǎn)程通訊單元7連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)5。二維激光掃描儀1用于對料場中料堆的表面測量；測頭旋轉(zhuǎn)裝置2帶動二維激光掃描儀1旋轉(zhuǎn)，掃描到二維激光掃描儀原來不能掃描到的區(qū)域，利用測頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維激光掃描儀旋轉(zhuǎn)掃描測量的作用是對由于受堆取料設(shè)備行程的限制而產(chǎn)生的測量盲區(qū)測量的補償；行程測量單元3用于測量堆取料設(shè)備旋轉(zhuǎn)角度或行進距離，為系統(tǒng)對料堆實現(xiàn)三維測量提供第三維數(shù)據(jù)；傾角傳感器4是用來測量堆取料臂的俯仰角度，實時監(jiān)測堆取料設(shè)備的俯仰變化，用來對二維激光掃描儀的絕對位置參數(shù)進行補償；主控單元6是用來實時采集各個傳感器數(shù)據(jù)并上傳給上位機系統(tǒng)；計算機服務(wù)系統(tǒng)5安裝有物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)軟件，能夠?qū)νㄟ^遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)7從主控單元接收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化模擬和體積計算，并為用戶提供盤點測量、數(shù)據(jù)管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能。主控單元6通過工業(yè)以太網(wǎng)和RS485連接二維激光掃描儀1、測頭旋轉(zhuǎn)裝置2、行程測量單元3和傾角傳感器4。主控單元6通過遠(yuǎn)程通訊單元7連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)5。 行程測量單元3由多圈絕對值編碼器和齒輪組構(gòu)成。計算機服務(wù)系統(tǒng)5主要為用戶提供盤點操作界面、歷史數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理、 系統(tǒng)設(shè)置、WEB服務(wù)等功能，操作簡單、使用方便。主控單元6主要起到了是承上啟下作用，將底層各種傳感器的數(shù)據(jù)實時采集上來，并通過有線或無線的方式，上傳給計算機服務(wù)系統(tǒng)，為計算機服務(wù)系統(tǒng)計算料堆體積和
4顯示料堆三維模擬圖形提供測量數(shù)據(jù)。行程測量單元采用多圈絕對值編碼器和與之配套的滑輪或齒輪來測量設(shè)備的行進距離或旋轉(zhuǎn)角度，通過RS485通訊方式將數(shù)據(jù)實時上傳給主控單元。傾角傳感器4所在的傾角測量單元是用在懸臂可上下俯仰的堆取料設(shè)備上，目的是要通過測量其俯仰角度來消除由于懸臂的俯仰導(dǎo)致測量不準(zhǔn)的問題。遠(yuǎn)程通訊單元是采用無線AP或光纖的方式解決了料場與辦公場所之間遠(yuǎn)距離通訊的問題。在原來盤點過程中，由于激光掃描是借助堆取料設(shè)備的旋轉(zhuǎn)或行進來實現(xiàn)的，堆取料設(shè)備不能到達(dá)的地方，二維激光掃描儀也就掃不到了，稱之為測量盲區(qū)。通過將二維激光掃描儀安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置上，在堆取料設(shè)備到達(dá)測量盲區(qū)邊緣的時候，測頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維激光掃描儀旋轉(zhuǎn)掃描，掃描的區(qū)域由一條線變成一個圓形的面，由于掃描面比較大，完全可以覆蓋整個測量盲區(qū)，使得整個盤點測量不再存在測量盲區(qū)。測頭旋轉(zhuǎn)裝置上通過編碼器檢測測頭的旋轉(zhuǎn)角度，通過RS485通訊方式將數(shù)據(jù)實時上傳給主控單元；二維激光掃描儀通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式實時將掃描的數(shù)據(jù)上傳給主控單元。下面結(jié)合圖1、2、3對本發(fā)明在具體實施方式
上進一步的說明。二維激光掃描儀單獨掃描點示意圖如圖1，通過測頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維激光掃描儀旋轉(zhuǎn)掃描點示意圖如圖2。如圖1，二維激光掃描儀安裝在料場堆取料設(shè)備上，通過設(shè)備的移動，二維掃描儀在不同的位置掃描得到每個位置上料堆的斷面數(shù)據(jù)并計算出斷面面積Si，再通過位移距離的測量，得出相鄰兩個斷面間的距離Li，就算出了相鄰兩個斷面間的料堆體積V1=S1*L1，
當(dāng)堆取設(shè)備完成在料場上的行進后，被掃描過的料堆總體積V=V1+V2+V3+.......+Vn。
再通過已知密集P，就能得到料堆的總重量M=V*P。圖1中外方框為料場邊界，內(nèi)方框為料場內(nèi)堆滿物料時料堆最大邊界，點陣區(qū)域表示只通過堆取料設(shè)備的行進帶動二維激光掃描儀掃描的區(qū)域，此區(qū)域未能完全覆蓋料堆，使得盤點過程存在測量盲區(qū)。圖2中外方框為料場邊界，內(nèi)方框為料場內(nèi)堆滿物料時料堆最大邊界，點陣區(qū)域表示物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)的掃描區(qū)域，此區(qū)域完全覆蓋了料堆，左右兩側(cè)的半圓形掃描區(qū)是通過側(cè)頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維激光掃描儀旋轉(zhuǎn)掃描形成的，整個盤點過程不存在測量盲區(qū)。但由于堆取設(shè)備自身的設(shè)計不能到達(dá)料場的兩端，這兩端的部分區(qū)域二維激光掃描儀是掃不到的，那么就不能完全達(dá)到全料場自動盤點的目的。本發(fā)明使得掃描區(qū)域由一條掃描線變成一個以原掃描線為直徑的圓形掃描面。由于原掃描線很長，所以掃描面也很大，足夠可覆蓋堆取設(shè)備不能達(dá)到的區(qū)域，解決了固定式自動盤點中的測量盲區(qū)的問題。盤點開始，料場的堆取料設(shè)備從起始位移動之前，由測頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維激光掃描儀開始旋轉(zhuǎn)掃描，由于掃描區(qū)域面積大，覆蓋了起始位之前堆取設(shè)備不能經(jīng)過的區(qū)域， 所以此區(qū)域也被測量到；對起始位盲區(qū)測量完成后，在通過堆取料設(shè)備的行進或旋轉(zhuǎn)，掃描儀對料堆進行連續(xù)的斷面掃描并同時計算已掃描的料堆體積；當(dāng)堆取設(shè)備移動到終點時， 由于后面還有一部分區(qū)域堆取設(shè)備不能過去，再通過測頭旋轉(zhuǎn)裝置帶動二維計算掃描儀進行旋轉(zhuǎn)掃描，即可覆蓋此區(qū)域的掃描測量，整個過程不存在測量盲區(qū)。二維激光掃描儀通過工業(yè)以太網(wǎng)實時將數(shù)據(jù)上傳給計算機服務(wù)系統(tǒng)。盤點過程中，主控單元通過RS485通訊方式實時采集測頭旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)角度和行程測量單元測量得到的堆取料設(shè)備的行進距離或旋轉(zhuǎn)角度，并通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳給計算機服務(wù)系統(tǒng)。盤點過程中，如果二維激光掃描儀所安裝在的堆料臂上有俯仰動作，主控單元通過RS485通訊方式實時采集安裝在堆料臂上的傾角傳感器數(shù)據(jù)，檢測俯仰角度的變化，保證了測量的準(zhǔn)確性。如圖3，計算機服務(wù)系統(tǒng)5將主控單元上傳的各個傳感器數(shù)據(jù)進行計算掃描的料堆體積，通過已知的料堆密度，既可得到料堆的體積。
權(quán)利要求1.一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括二維激光掃描儀(1)、測頭旋轉(zhuǎn)裝置(2)、行程測量單元(3)、傾角傳感器(4)、遠(yuǎn)程通訊單元(7)、計算機服務(wù)系統(tǒng)(5)和主控單元(6)；測頭旋轉(zhuǎn)裝置(2)、行程測量單元(3)和傾角傳感器(4)安裝在堆取料設(shè)備上，二維激光掃描儀(1)安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置(2)上；二維激光掃描儀(1)、測頭旋轉(zhuǎn)裝置 (2)、行程測量單元(3)和傾角傳感器(4)的電源線纜及通訊線纜連接至主控單元(6)，主控單元(6)通過遠(yuǎn)程通訊單元(7)連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，其特征在于主控單元(6)通過工業(yè)以太網(wǎng)和RS485連接二維激光掃描儀(1)、測頭旋轉(zhuǎn)裝置(2)、行程測量單元(3)和傾角傳感器⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，其特征在于行程測量單元(3)由多圈絕對值編碼器和齒輪組構(gòu)成。
專利摘要本實用新型提供一種物料場數(shù)字化盤點系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元、傾角傳感器、遠(yuǎn)程通訊單元、計算機服務(wù)系統(tǒng)和主控單元；測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器安裝在堆取料設(shè)備上，二維激光掃描儀安裝在測頭旋轉(zhuǎn)裝置上；二維激光掃描儀、測頭旋轉(zhuǎn)裝置、行程測量單元和傾角傳感器的電源線纜和通訊線纜連接至主控單元，主控單元通過遠(yuǎn)程通訊單元連接至計算機服務(wù)系統(tǒng)。本實用新型就是針對固定式自動盤點提出了一種新的解決方案。既不受料場類型的限制又能更好的解決固定式自動盤點中測量盲區(qū)的問題。
文檔編號G01B11/00GK202229731SQ20112037208
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者張 浩, 王磊 申請人:沈陽華巖電力技術(shù)有限公司