工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)及分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)及分析方法。該分析系統(tǒng)包括控制平臺、激光掃描儀、角度編碼器、位移傳感器和驅(qū)動裝置，在對臂架進行掃描時，驅(qū)動裝置驅(qū)動激光掃描儀沿水平導(dǎo)軌運動的同時繞一回轉(zhuǎn)中心擺動，以獲取多個掃描點的掃描數(shù)據(jù)，角度編碼器獲取激光掃描儀擺動時的擺角，位移傳感器獲取激光掃描儀運動時的位移，控制平臺根據(jù)獲取的掃描數(shù)據(jù)、擺角及位移形成臂架的三維幾何模型，并將其輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以得到成型精度。通過上述方式，本發(fā)明使得激光掃描儀可在較短的水平導(dǎo)軌上即可簡單有效的完成起重機臂架的全輪廓掃描，自動化程度高，且成型精度的分析直觀、準(zhǔn)確，成本低。
【專利說明】工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)及分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維立體成型【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)及分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輪式起重機等各類型工程機械設(shè)備由于體積較大，因此運用激光掃描儀進行成型精度分析時，如何有效的對其臂架進行全輪廓掃描、自動化完成掃描-成型-成型精度分析的過程以及將成型精度的分析結(jié)果直觀的反饋給用戶，一直是業(yè)界亟待完善的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，由于起重機臂架的上、下蓋板構(gòu)成的內(nèi)部空間較小，因此主要依賴人工操作使得激光掃描儀沿起重機臂架的長度方向進行三維掃描。然而，起重機臂架較長，全輪廓掃描時需要激光掃描儀在較長的導(dǎo)軌上進行運動，操作較為復(fù)雜，并且由于臂架橫截面形狀多變，在掃描時需要較多的人工操作，自動化程度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，本發(fā)明提供一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)及分析方法，能夠使得激光掃描儀在較短的水平導(dǎo)軌上即可簡單有效的完成起重機臂架的全輪廓掃描，并且掃描-成型-成型精度分析的過程中自動化程度高。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)，包括控制平臺以及與控制平臺電連接的激光掃描儀、角度編碼器、位移傳感器和驅(qū)動裝置，其中:激光掃描儀、角度編碼器和驅(qū)動裝置設(shè)置于水平導(dǎo)軌上，在對工程機械設(shè)備的待測臂架進行掃描時，水平導(dǎo)軌位于待測臂架的上方，且驅(qū)動裝置驅(qū)動激光掃描儀沿水平導(dǎo)軌的方向水平運動的同時繞一回轉(zhuǎn)中心擺動，以使激光掃描儀發(fā)出的激光線在待測臂架的橫截面上以多個法線方向進行掃描并獲取多個掃描點的掃描數(shù)據(jù)，其中橫截面為與待測臂架長度方向的軸線具有大于0的夾角的任意一個橫截面,角度編碼器獲取激光掃描儀擺動時激光線與法線的夾角，位移傳感器獲取激光掃描儀在水平導(dǎo)軌上運動時的位移；控制平臺根據(jù)掃描數(shù)據(jù)、夾角及位移形成起重機臂架的三維幾何模型，并將三維幾何模型的輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中起重機臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以得到成型精度。
[0006]其中，分析系統(tǒng)還包括立柱、小車支架，驅(qū)動裝置包括步進電機、小車行走機構(gòu)、行走輪及轉(zhuǎn)動機構(gòu)，立柱的一端與水平導(dǎo)軌垂直連接，另一端固定于地面，激光掃描儀和角度編碼器設(shè)置于小車支架上，位移傳感器設(shè)置于立柱上，在對起重機臂架進行掃描時，步進電機控制小車行走機構(gòu)通過行走輪驅(qū)動小車支架沿水平導(dǎo)軌的方向水平運動，同時步進電機控制轉(zhuǎn)動機構(gòu)驅(qū)動激光掃描儀繞回轉(zhuǎn)中心擺動。
[0007]其中，分析系統(tǒng)還包括第一電離合器和第二電離合器，在行走輪運動到水平導(dǎo)軌的極限位置時，第一電離合器關(guān)閉，以使激光掃描儀在水平導(dǎo)軌上停止運動；在激光掃描儀繞回轉(zhuǎn)中心擺動到極限位置時，第二電離合器關(guān)閉，以使激光掃描儀停止擺動。[0008]其中，分析系統(tǒng)還包括單片機，控制平臺通過單片機與角度編碼器和位移傳感器電連接，單片機接收控制平臺按照預(yù)設(shè)頻率發(fā)出的數(shù)據(jù)采集指令，并據(jù)此將角度編碼器獲取的夾角和位移傳感器獲取的位移發(fā)送給控制平臺。
[0009]其中，控制平臺包括數(shù)據(jù)處理模塊，用于對夾角、位移及掃描數(shù)據(jù)進行去噪處理和去冗余處理。
[0010]其中，控制平臺根據(jù)如下關(guān)系式對經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊處理的夾角、位移及掃描數(shù)據(jù)進行空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:
【權(quán)利要求】
1.一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)包括控制平臺(15)以及與所述控制平臺(15)電連接的激光掃描儀(11)、角度編碼器(12)、位移傳感器(13)和驅(qū)動裝置(14)，其中: 所述激光掃描儀(11)、所述角度編碼器(12)和所述驅(qū)動裝置(14)設(shè)置于水平導(dǎo)軌(16)上，在對所述工程機械設(shè)備的待測臂架進行掃描時，所述水平導(dǎo)軌(16)位于所述待測臂架的上方，且所述驅(qū)動裝置(14)驅(qū)動所述激光掃描儀(11)沿所述水平導(dǎo)軌(16)的方向水平運動的同時繞一回轉(zhuǎn)中心(O)擺動，以使所述激光掃描儀(11)發(fā)出的激光線在所述待測臂架的橫截面上以多個法線方向進行掃描并獲取多個掃描點的掃描數(shù)據(jù)，其中所述橫截面為與所述待測臂架長度方向的軸線具有大于0的夾角的任意一個橫截面，所述角度編碼器(12)獲取所述激光掃描儀(11)擺動時的擺角，所述位移傳感器(13)獲取所述激光掃描儀(11)在所述水平導(dǎo)軌(16 )上運動時的位移； 所述控制平臺(15)根據(jù)所述掃描數(shù)據(jù)、所述擺角及所述位移形成所述起重機臂架的三維幾何模型，并將所述三維幾何模型的輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述起重機臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以得到成型精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)還包括立柱(17)、小車支架(18)，所述驅(qū)動裝置(14)包括步進電機(141 )、小車行走機構(gòu)(142)、行走輪(143)及轉(zhuǎn)動機構(gòu)(144)，其中，所述立柱(17)的一端與所述水平導(dǎo)軌(16)垂直連接，另一端固定于地面，所述激光掃描儀(11)和所述角度編碼器(12)設(shè)置于所述小車支架(18)上，所述位移傳感器(13)設(shè)置于所述立柱(17)上，在對所述待測臂架進行掃描時， 所述步進電機(141)控制所述小車行走機構(gòu)(142)通過所述行走輪(143)驅(qū)動所述小車支架(18)沿所述水平導(dǎo)軌的方向水平運動，同時所述步進電機(141)控制所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)(144)驅(qū)動所述激光掃描儀(11)繞所述回轉(zhuǎn)中心(0)擺動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)還包括第一電離合器(145)和第二電離合器(146)，在所述行走輪(143)運動到所述水平導(dǎo)軌(16)的極限位置時，所述第一電離合器(145)關(guān)閉，以使所述激光掃描儀(11)在所述水平導(dǎo)軌(16)上停止運動；在所述激光掃描儀(11)繞所述回轉(zhuǎn)中心(0)擺動到極限位置時，所述第二電離合器(146)關(guān)閉，以使所述激光掃描儀(11)停止擺動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)還包括單片機(19)，所述控制平臺(15)通過所述單片機(19)與所述角度編碼器(12)和所述位移傳感器(13)電連接，所述單片機(19)接收所述控制平臺(15)按照預(yù)設(shè)頻率發(fā)出的數(shù)據(jù)采集指令，并據(jù)此將所述角度編碼器(12)獲取的擺角和所述位移傳感器(13)獲取的位移發(fā)送給所述控制平臺(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制平臺(15)包括數(shù)據(jù)處理模塊，用于對所述擺角、所述位移及所述掃描數(shù)據(jù)進行去噪處理和去冗余處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制平臺(15)根據(jù)如下關(guān)系式對經(jīng)過所述數(shù)據(jù)處理模塊處理的所述擺角、所述位移及所述掃描數(shù)據(jù)進行空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制平臺(15)通過網(wǎng)格模型和/或面模型形成所述待測臂架的三維幾何模型，其中，所述網(wǎng)格模型由所述控制平臺(15)通過三角網(wǎng)構(gòu)建算法建立，所述面模型由所述控制平臺(15)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述待測臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采用最小二乘法擬合出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制平臺(15)根據(jù)所述待測臂架的三維幾何模型生成圖形顯示坐標(biāo)系，所述圖形顯示坐標(biāo)系的X軸和y軸構(gòu)成的平面與所述待測臂架的三維幾何模型的縱向截面平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分析系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述待測臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括尺寸公差和幾何公差， 在所述控制平臺(15)通過所述網(wǎng)格模型形成所述待測臂架的三維幾何模型時，所述控制平臺(15)將所述三維幾何模型的輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述待測臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以獲取所述三維幾何模型中超出所述尺寸公差的掃描點； 在所述控制平臺(15)通過所述面模型形成所述待測臂架的三維幾何模型時，所述控制平臺(15)將所述三維幾何模型的輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述待測臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以獲取所述三維幾何模型中超出所述幾何公差的掃描點； 所述控制平臺(15)根據(jù)比對結(jié)果計算得到所述成型精度，并將所述三維幾何模型超出所述幾何尺寸和/或所述幾何公差的掃描點進行顏色顯示提醒，并將所述比對結(jié)果通過圖片、Excel或Word的文件格式進行保存。
10.一種工程機械設(shè)備的臂架成型精度的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括: 將激光掃描儀(11)、角度編碼器(12)和驅(qū)動裝置(14)設(shè)置于水平導(dǎo)軌(16)上，且使所述水平導(dǎo)軌(16)位于所述工程機械設(shè)備的待測臂架的上方； 驅(qū)動所述激光掃描儀(11)沿所述水平導(dǎo)軌(16)的方向水平運動，同時驅(qū)動所述激光掃描儀(11)繞一回轉(zhuǎn)中心(0)擺動，以使其發(fā)出的激光線在所述待測臂架的橫截面上以多個法線方向進行掃描并獲取掃描數(shù)據(jù)，其中所述橫截面為與所述待測臂架長度方向的軸線具有大于0的夾角的任意一個橫截面； 所述角度編碼器(12)獲取所述激光掃描儀(11)擺動時的擺角，位移傳感器(13)獲取所述激光掃描儀(11)在所述水平導(dǎo)軌(16)上運動時的位移； 所述控制平臺(15)根據(jù)所述掃描數(shù)據(jù)、所述擺角及所述位移形成所述待測臂架的三維幾何模型，并將所述三維幾何模型的輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中所述待測臂架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對，以得到成型精度。
【文檔編號】G01B11/24GK103644861SQ201310662032
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王沖, 付玲, 任會禮, 鐘懿 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司