基于三维激光扫描技术的料位检测试验研究.pdf

第6 6 卷第5 期有色金属 矿山部分2 0 1 4 年9 月 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7l 一4 1 7 2 ．2 0 1 4 ．0 5 ．0 2 0 基于三维激光扫描技术的料位检测试验研究 余乐文1 ，张达1 ，朱瑞军2 ，王利岗1 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 2 6 2 8 ；2 ．承德铜兴矿业有限责任公司，河北承德0 6 7 2 5 0 摘要针对传统料位检测方法存在的易受粉尘影响、可靠性差、测量点少等问题，开展三维激光扫描技术在 料位检测中的试验研究。试验结果表明，三维激光扫描技术可快速、全面、准确地测量料位高度，实现料位三维可 视化，为选矿过程控制提供准确数据，防止料仓排空或者溢出，提高矿山安全生产水平。 关键词三维激光扫描；料位；检测 中图分类号T D l 7 8 ；T D 7 6文献标志码A文章编号1 6 7 1 4 1 7 2 2 0 1 4 0 5 一0 0 8 8 一0 3 E x p e r i m e n t a ls t u d yo n1 e v e ld e t e c t i o nb a s e do n3 D l a s e rs c a n n i n gt e c h n o l o g y Y UI ．e w e n l ，Z H A N GD a l ，Z H UR u i ju n 2 ，W A N GL i g a n 9 1 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e 巧i n g1 0 2 6 2 8 ，C h i n a ； 2 ．C h e n g d eT o n g x i n gM i n i n gC o ．，L t d ．，C h e n g d eH e b e i0 6 7 2 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h et r a d i t i o n a lm e t h o d so fl e v e ld e t e c t i o nh a v ed e f i c i e n c i e s ，s u c ha se a s i l ya f f e c t e db yd u s t ， p o o r r e “a b i “t y ，a n di m p r e c i s ew i t hI i t t I ep o i n t s ．T h i sp a p e rs t u d i e st h ef e a s i b i “t yo f3 DI a s e rs c a n n i n gt e c h n o I o g ri nl e v e i d e t e c t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a t3 Dl a s e rs c a n n e rc a nd e t e c tt h em a t e r i a ll e v e lf a s t l y ，c o m p r e h e n s i v e l ya n dh i g h l y a c c u r a t e l y ，w h i c ha c h i e v e sa3 Dr e a l 一t i m ev i s u a l i z a t i o no fl e v e ld e t e c t i o na n da c c u r a t e l yd a t af o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ． I t p r e v e n t st h em a t e r i a lo v e r f l o wo re m p t y i n ga n dt oe n h a n c et h el e v e lo fs a f e t y ． K e yw o r d s 3 Dl a s e rs c a n n i n g ；m a t e r i a ll e v e l ；d e t e c t i o n 在矿山实际生产过程中，对选矿仓料位的检测 非常重要，准确、全面的料位检测可以防止料仓矿物 排空或矿物溢出，从而避免因料仓料位测量不准带 来的生产事故和经济损失。目前主要测量方法包括 重锤式料位计、超声波物位计、脉冲雷达物位计、导 波雷达物位计等，但是由于选矿料仓深、卸放矿物引 起的灰尘多等实际难题，目前的测量方法存在受粉 尘影响大、有矿堆死角、测量不准确、可靠性差、设备 损坏率高等缺点口_ 5 ] 。针对上述工况，提出基于三 维激光扫描技术的料位检测方法，该方法可快速、全 面、准确地测量料位高度，对防止料仓排空或者溢 出、保障矿山安全生产具有重要作用。 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 l A A 0 6 0 4 0 5 ； 国家国际科技合作专项项目 2 0 1 1 D F A 7 1 9 9 0 ；“十二五”国家科技支撑 计划项目 2 0 1 2 B A B 0 1 8 0 4 ，2 0 1 2 B A K 0 9 8 0 3 作者简介余乐文 1 9 8 4 一 ，男，工程师。硕士，机械设计及理论专业， 主要从事矿山智能仪器仪表开发工作。 1常见料位测量方法 目前，国内外料位在线检测普遍采用单点测量 法，主要包括雷达法、超声波法、重锤法等。 S i e m e n s 、E H 、S i c k 等公司的物位计被广泛应用。 1 ．1 重锤法 重锤法是利用失重原理测量料位。测量时，探 测器控制重锤快速下降，当重锤接触物料表面时，会 使和重锤相连的钢丝绳产生失重，此时电机就将重 锤提起，返回待测位置。探测器内的编码器发出脉 冲信号，由计算机进行计算处理后，在控制器面板上 显示料面的位置或相对位置。重锤法由于采用接触 式测量方法，运行可靠、不受粉尘影响，但是在放矿过 程中钢丝绳易被矿石击中而损坏，维护难度大，同时 单点测量存在矿堆死角，测量结果不全面、不准确。 1 ．2 超声波法 超声波法是非接触式测量方法，采用声波测距 原理测量料位，频率一般为2 0k H z ～4 0k H z 。超声 波物位计安装于料仓顶部，在电子单元的控制下，探 万方数据 第5 期余乐文等基于三维激光扫描技术的料位检测试验研究 8 9 2 三维激光扫描测量方法 睡蚕j 罢} ㈩ _ y p s c o s 口s i n 口- 1 l 乙一s s i n 护J s 专以 2 图l 三维点坐标 F i g ．1 T h e3 Dc o o r d i n a t e s 目前该料仓选用1 个西门子超声波物位计来测量料 位高度，如图2 所示。 图2 单点测量法 F 嘻2 m 砒t h o do fs i g n 叠I 删n t 但是测量点少，只能测出1 个测量点的料位高 度，存在盲区和矿堆死角，导致测量结果不全面、不 准确。 试验中，采用自主研发的B L S 孓P E 矿用三维激 光扫描测量系统进行试验[ 9 _ 1 引，该系统由扫描主 机、控制器、延长杆、P D A 组成，如图3 所示。将矿 用三维激光扫描测量系统安装在料仓顶部，如图4 所示。 采用o ．5 。的角度分辨率进行三维扫描，试验测 量的点云数据如图5 所示。测量点云数据达1 2 万 多个，测量点覆盖料位表面，可清晰看到出矿口和料 仓的内壁形态。对点云数据进行三维重建，得出料 仓内部的三维形态，如图6 所示。 试验结果表明，三维激光扫描仪实现对料位全 面扫描，形成密集网格点，对料位全方位覆盖，显示 实际料位高度。实现测量数据对物料表面的全面覆 盖，为料仓进出料智能控制提供依据。对测量数据 进行三维建模，更准确直观地反映进出料的情况，实 万方数据 9 0 有 色 金属 矿山部分 第6 6 卷 图3 矿用三维激光扫描测量系统 F i g ．3 3 Dl a s e rs c a n n i n gm e a s u r e m e n ts y s t e mf o rm i n i n g 图4 现场试验 F i g ．4 T h ef i e l dt e s t 图5 料仓点云数据 F i g ．5 T h ep o i n tc l o u dd a d ao fb i n 图6 料仓三维模型 F i g ．6 T h e3 Dm o d e l i n go fb i n 现真正的可视化，方便工作人员随时了解料位的真 实情况，防止意外的发生，排除安全隐患。另外，选 矿料仓内粉尘大、水汽多，系统工业应用中应该设计 扫描主机镜头的防尘、防水装置，提高系统应用可 靠性。 4结论 三维激光扫描仪可快速、全面、准确地测量料位 高度，对于防止料仓排空或者溢出、提高矿山安全生 产水平具有重要意义。 基于三维激光扫描技术的料位检测方法还可以 应用于矿山井下溜井料位检测，为井下运矿车辆智 能调度提供技术支撑。同时还可应用于工业、农业 等领域的料位检测，应用领域广泛，市场推广前景 良好。 参考文献 [ 1 ] 朱亚洲，熊庆国，肖琴，等．我国物位测量技术的发展途径[ J ] ． 工业仪表与自动化装置，2 0 0 6 4 7 9 ，1 9 ． [ 2 ] 斯建华．物位测量技术在生产中的应用[ J ] ．铜业工程，2 0 0 4 1 4 6 4 7 ． [ 3 ] 李喜东，周建华，牛健，等．介质温度影响物位测量值的补偿 方法口] ．自动化技术与应用，2 0 1 3 ，3 2 9 3 6 3 8 ，4 2 ． [ 4 ] 潘国林，高幼年．基于机器视觉煤仓料位测量方法的研究[ J ] ． 上海电力学院学报，2 0 0 7 ，2 3 2 1 7 6 1 7 8 ，1 8 7 ． [ 5 ] 杨峰，龙玉汉．雷达物位计在煤仓料位测量中的应用[ J ] ．中 国仪器仪表，2 0 0 5 1 1 1 0 5 1 0 6 ． [ 6 ] 杨贵军，柳钦火，武文波．三维激光扫描曲面重构算法研究 [ J ] ．仪器仪表学报，2 0 0 5 ，2 6 1 1 1 1 8 l 一1 1 8 3 ，1 1 9 4 ． [ 7 ] 余乐文，张达，余斌，等．矿用三维激光扫描测量系统的研制 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 2 1 0 1 0 1 1 0 3 ，1 0 7 ． [ 8 ] 邾继贵，王浩，任同群，等．便携式激光扫描三维形貌测量系 统口] ．机械工程学报，2 0 0 5 ，4 1 2 1 6 6 1 6 9 ． [ 9 ] 张达，王利岗．三维激光扫描仪井下安全监测技术[ J ] ．有色 金属 矿山部分 ，2 0 1 1 ，6 3 4 1 4 ． [ 1 0 ] 王利岗，张达，杨小聪．井下空区安全监测三维激光扫描仪 高精度运动控制技术[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，2 0 1 2 。6 4 2 l 一4 ． [ 1 1 ] 陈凯，杨小聪，张达．采空区三维激光扫描变形监测试验研 究[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，2 0 1 2 ，6 4 5 1 5 ． [ 1 2 ] 杨斐文，陆得盛，张达，等．基于矿用三维激光扫描系统的 c A N 总线传输协议研究[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，2 0 1 3 ，6 5 5 5 7 ． 万方数据