数字化盘点系统的制作方法

本实用新型属于测量系统和激光三维扫描成像的技术领域，尤其涉及一种用于大型物料场料堆体积测量与计算的自动化系统，即数字化盘点系统，本实用新型既可用于圆形料场料堆体积测量也可用于方形料场料堆体积测量。

背景技术：

目前，电力、钢铁、冶金、煤炭、化工、港口等行业的库存料场盘点一直是困扰这些行业散装料场的计量的难题。上述这些行业用于存放散料的料场一般分两种形式，一种是存在已久的方形料场，采用龙门吊或斗轮机对散料进行存取操作；另一种是新兴的圆形料场，采用堆取料机对散料进行存取操作。其中龙门吊、斗轮机和堆取料机我们统称为堆取料设备。

现在针对料场盘点的方法主要包括人工盘点、便携式盘点和固定式自动盘点。

人工盘点需要先对料堆整形，整成规则形状后由测量人员用皮尺进行现场丈量，根据丈量结果计算出料堆体积，此方法操作复杂、精度低、效率低，不易于企业管理。

便携式盘点主要是借助便携式盘点仪进行现场测量，由于需要测量人员在不同位置多次测量，测量精度就取决于测量点的数量，但测量点越多，越增加测量人员工作量，实际精度也不高，所以此方法也不易于在大型的料场进行盘点作业。

固定式自动盘点解决了前两个方法中存在的问题，是最实用，应用最广泛的方法。但固定式自动盘点由于是借助料场中的堆取设备进行盘点测量作业，所以受限于堆取设备的运行范围，存在测量盲区的问题，同时开放端口与料场现有系统连接方便统一化管理。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型提供一种数字化盘点系统，其目的是解决以往的固定式自动盘点中测量盲区的问题，同时开放端口与料场现有系统连接方便统一化管理。

技术方案：本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种数字化盘点系统，其特征在于：该系统包括激光测量单元、位移监测系统、综合数据采集系统、远程数据传输系统、中央控制站和外部设备接入网关；激光测量单元、位移监测系统和综合数据采集系统连接至堆取料设备；中央控制站和外部设备接入网关相连接并安装在主控室；激光测量单元、位移监测系统连接至综合数据采集系统，综合数据采集系统通过远程数据传输系统连接至中央控制站。

综合数据采集系统通过工业以太网和RS485连接激光测量单元和位移监测系统。

激光测量单元由激光测头和安装支架构成。

位移监测系统包括行程测量单元、旋转测量单元和俯仰测量单元。

行程测量单元为多圈绝对值编码器设置在堆取料的滑轮处，旋转测量单元为多圈绝对值编码器设置在堆取料的悬臂旋转齿轮处，俯仰测量单元采用倾角传感器设置在悬臂可上下俯仰的位置处。

激光测头通过支架设置在堆取料臂的前端和驾驶室顶端。

优点及效果：本实用新型提供一种数字化盘点系统，该系统包括激光测量单元、位移监测系统、综合数据采集系统、远程数据传输系统、中央控制站和外部设备接入网关；激光测量单元、位移监测系统连接至堆取料设备；中央控制站和外部设备接入网关相连接并安装在主控室；激光测量单元、位移监测系统连接至综合数据采集系统，综合数据采集系统通过远程数据传输系统连接至中央控制站。

本实用新型就是针对固定式自动盘点提出了一种新的解决方案。既不受料场类型的限制又能更好的解决固定式自动盘点中测量盲区的问题，同时开放端口与料场现有系统连接方便统一化管理。

本实用新型的有益效果是：

1、适用于不同类型的料场；

2、无测量盲区；

3、结构简单；

4、成本低；

5、配置灵活；

6、开放数据端口。

附图说明：

图1为单一激光测量单元扫描区域的示意图；图1中外方框为料场边界；内方框为料场内堆满物料时料堆最大边界；点阵表示只通过堆取料设备设备的行进带动激光测量单元扫描的区域，此区域未能完全覆盖料堆，使得盘点过程存在盲区。

图2为增加了测头旋转装置后的激光测量单元扫描区域的示意图；图2中外方框为料场边界；内方框为料场内堆满物料时料堆最大边界；点阵表示数字化盘点系统的扫描区域，此扫描区域是通过堆取料臂旋转带动激光测量单元旋转扫描行成的，整个盘点过程不存在盲区；

图3为本实用新型的系统结构图；中央控制站将综合数据采集单元上传的各个传感器数据进行计算扫描的料堆体积，通过已知的料堆密度，既可得到料堆的体积。

图4为本实用新型的具体实施结构图。

具体实施方式：下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

一种数字化盘点系统，该系统包括激光测量单元1、位移监测系统2、综合数据采集系统3、远程数据传输系统4、中央控制站5和外部设备接入网关6；激光测量单元1、位移监测系统2和综合数据采集系统3连接至堆取料设备；中央控制站5和外部设备接入网关6相连接并安装在主控室；激光测量单元1、位移监测系统2连接至综合数据采集系统3，综合数据采集系统3通过远程数据传输系统4连接至中央控制站5。激光测量单元1通过堆取料设备的行进或旋转，连续对料堆进行横截面轮廓扫描；

综合数据采集系统3通过工业以太网和RS485连接激光测量单元1和位移监测系统2。

激光测量单元1由激光测头和安装支架构成。

位移监测系统2包括行程测量单元7、旋转测量单元8和俯仰测量单元9。

行程测量单元为多圈绝对值编码器设置在堆取料的滑轮处，旋转测量单元为多圈绝对值编码器设置在堆取料的悬臂旋转齿轮处，俯仰测量单元采用倾角传感器设置在悬臂可上下俯仰的位置处。

激光测头通过支架设置在堆取料臂的前端和驾驶室顶端。

激光测量单元1、位移监测系统2连接至综合数据采集系统3，综合数据采集系统3通过远程数据传输系统4连接至中央控制站5。外部设备接入网关6通过以太网连接至中央控制站5。激光测量单元1用于对料场中料堆的表面测量；激光测量单元1通过堆取料臂自身旋转及位移监测系统2测量的旋转角度，扫描到激光测量单元原来不能扫描到的区域，利用测头旋转装置带动激光测量单元旋转扫描测量的作用是：对由于受堆取料设备行程的限制而产生的测量盲区的补偿测量；位移监测系统2用于测量堆取料设备旋转角度、行进距离及堆取料臂的俯仰角度，为系统对料堆实现三维测量提供第三维数据；综合数据采集系统3是用来实时采集各个传感器数据并上传给上位机系统；中央控制站5安装有数字化盘点系统软件，能够对通过远程数据传输系统4从综合数据采集系统3接收到的数据进行数字化模拟和体积计算，并为用户提供盘点测量、数据管理、权限管理、系统设置等功能；外部设备接入网关6是第三方设备接入网关，供皮带秤等第三方系统传输数据。

综合数据采集系统3通过工业以太网和RS485连接激光测量单元1、位移监测系统2。综合数据采集系统3通过远程数据传输系统4连接至中央控制站5。位移监测系统2由多圈绝对值编码器、倾角传感器和齿轮组构成。

中央控制站5主要为用户提供盘点操作界面、历史数据管理、用户权限管理、系统设置、WEB服务等功能，操作简单、使用方便。

综合数据采集系统3主要起到了是承上启下作用，将底层各种传感器的数据实时采集上来，并通过有线或无线的方式，上传给中央控制站，为中央控制站计算料堆体积和显示料堆三维模拟图形提供测量数据。

位移监测系统单元采用多圈绝对值编码器和与之配套的滑轮或齿轮来测量设备的行进距离或旋转角度、采用倾角传感器用在悬臂可上下俯仰的堆取料设备上，目的是要通过测量其俯仰角度来消除由于悬臂的俯仰导致测量不准的问题，通过RS485通讯方式将数据实时上传给主控单元。

远程数据传输系统是采用无线AP、数传电台或光纤的方式解决了料场与办公场所之间远距离通讯的问题。

在原来盘点过程中，由于激光扫描是借助堆取料设备的行进来实现的，堆取料设备不能到达的地方，激光测量单元也就扫不到了，称之为测量盲区。通过将位移监测系统的旋转测量装置安装在堆取料臂的旋转装置上，在堆取料设备到达测量盲区边缘的时候，堆取料臂的旋转装置带动激光测量单元旋转扫描，扫描的区域由一条线变成一个圆形的面，由于扫描面比较大，完全可以覆盖整个测量盲区，使得整个盘点测量不再存在测量盲区。位移监测系统的旋转测量装置通过编码器监测堆取料臂的旋转角度，通过RS485通讯方式将数据实时上传给主控单元；激光测量单元通过工业以太网通讯方式实时将扫描的数据上传给主控单元。

下面结合图1、2、3、4对本发明在具体实施方式上进一步的说明。

激光测量单元单独扫描点示意图如图1，通过监测堆取料臂的旋转带动激光测量单元旋转扫描点示意图如图2。

如图1，激光测量单元安装在料场堆取料设备上，通过设备的移动，二维扫描仪在不同的位置扫描得到每个位置上料堆的断面数据并计算出断面面积S1，再通过位移距离的测量，得出相邻两个断面间的距离L1，就算出了相邻两个断面间的料堆体积V1=S1*L1，当堆取设备完成在料场上的行进后，被扫描过的料堆总体积V=V1+V2+V3+·······+Vn。再通过已知密集P，就能得到料堆的总重量M=V*P。

但由于堆取设备自身的设计不能到达料场的两端，这两端的部分区域激光测量单元是扫不到的，那么就不能完全达到全料场自动盘点的目的。

本发明使得扫描区域由一条扫描线变成一个以原扫描线为直径的圆形扫描面。由于原扫描线很长，所以扫描面也很大，足够可覆盖堆取设备不能达到的区域，解决了固定式自动盘点中的测量盲区的问题，同时通过外部设备接入网关与料场现有系统连接方便统一化管理。

盘点开始，料场的堆取料设备从起始位移动之前，由堆取料臂旋转带动激光测量单元开始旋转扫描，由于扫描区域面积大，覆盖了起始位之前堆取设备不能经过的区域，所以此区域也被测量到；对起始位盲区测量完成后，在通过堆取料设备的行进或旋转，扫描仪对料堆进行连续的断面扫描并同时计算已扫描的料堆体积；当堆取设备移动到终点时，由于后面还有一部分区域堆取设备不能过去，再通过测头旋转装置带动二维计算扫描仪进行旋转扫描，即可覆盖此区域的扫描测量，整个过程不存在测量盲区。激光测量单元通过工业以太网实时将数据上传给中央控制站。

盘点过程中，综合信息采集系统通过RS485通讯方式实时采集位移监测系统的堆取料臂旋转装置的旋转角度和堆取料设备的行进距离，并通过远程数据传输系统上传给中央控制站。

盘点过程中，如果激光测量单元所安装在的堆料臂上有俯仰动作，主控单元通过RS485通讯方式实时采集安装在堆料臂上的倾角传感器数据，监测俯仰角度的变化，保证了测量的准确性。

激光测量单元由两个激光扫描仪组成，通过支架分别安装在堆取料臂的前端和驾驶室顶端。安装在堆取料臂前段的激光扫描仪负责测量物料堆的远端坡面，安装在驾驶室顶端的激光扫描仪负责测量物料堆的近端坡面。物料堆的上表面由两个扫描仪交叉测量，从而避免由于物料堆的堆形不规则造成的遮挡，消除测量死角。