超声波检测自动采样装置及其工作方法，属于自动采样技术领域。自动采样装置包括采样大车、采样小车、升降机构、采样装置、辅助电气设备和操作室；采样小车与采样大车活动连接，采样大车和采样小车上均装有接近开关，接近开关与计算机连接；升降机构和采样装置安装在采样小车内，采样小车内设有超声波定位器，采样大车在电机驱动下沿三维空间的Ｙ轴运动，采样小车电机驱动下沿三维空间的Ｘ轴运动，电机与变频器连接；辅助电气设备包括接触器、断路器、光电编码器、接近开关、摄像机和超声波定位器，光电编码器、接近开关、摄像机和超声波定位器与计算机连接。整个装置在计算机控制下，实现自动、远程、无人值守采样。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于自动采样
技术介绍
目前国内汽车采样设备和火车采样设备均为本地值守采样，采用本地手工操作。其 弊端是此种方式仍然是现场操作，工作人员离不开现场，因而失去自动的意义，原料 检验过程中存在人为干扰因素，样品随机性降低，影响客观分析原燃料质量，样品代表 性受到个人经济利益的严重挑战。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术现场值守采样弊端，提供一种稳定、高效、智能化的超声波检 测自动采样装置及其工作方法。一种超声波检测自动采样装置，包括采样大车、采样小车、升降机构、釆样装置、 辅助电气设备和操作室；采样小车与采样大车活动连接，采样大车和采样小车上均装有 接近开关，接近开关与计算机连接；升降机构和采样装置安装在采样小车内，采样小车 内设有超声波定位器，采样大车在电机驱动下沿三维空间的Y轴运动，采样小车电机驱 动下沿三维空间的X轴运动，电机与变频器连接；辅助电气设备包括接触器、断路器、 光电编码器、接近开关、摄像机和超声波定位器，光电编码器、接近开关、摄像机和超 声波定位器与计算机连接。所述的升降机构包括传动齿轮、齿条、导向装置、升降驱动装置、升降计数开关、 升降上接近开关和升降下接近开关，升降计数开关、升降上接近开关和升降下接近开关 与计算机连接；升降机构沿三维空间的Z轴运动；所述的升降驱动装置是电机，电机与 变频器连接。所述的采样机构由驱动电机、减速传动箱、钻杆、采样钻头组成，驱动电机固定在 减速传动箱上，钻杆与减速传动箱连接，采样钻头与钻杆连接。所述的采样大车上的接近开关包括大车左接近开关、大车中接近开关和大车右接近开关。所述的采样小车上的接近开关包括小车前接近开关、小车中接近开关和小车后接近开关。所述的摄像机包括边缘识别摄像机、定位摄像机和辅助摄像机。所述的操作室是系统的操作平台，安装有控制柜，该控制柜用于安装变频器、PLC; 还安装有大车行走、小车行走、取样器升降、取样/卸样操作手柄、按钮以及紧急通车、 复位等按钮。上述超声波检测自动采样装置的工作方法如下1)当车辆进入采样区域，远程职守人员通过定位摄像机和辅助摄像机确定采样汽车 的车型及到位情况，待采样机系统自检正常后，系统自动调用该车辆的数据库，确定采 样深度Z轴坐标、采样X轴和采样Y轴坐标；2) 系统通过变频调速器控制电机平稳运行，带动采样大车沿Y轴方向行走，安装在 采样大车上的接近开关对其行程进行计数,大车左接近开关、大车中接近开关、大车右 接近开关完成Y轴精确数学模型的建立，并将数据反馈到控制计算机，控制采样点的Y 轴定位，采样大车总行程24m，大车行走速度0-38.6m/min可调；3) 系统制动电机和变频调速器，带动采样大车沿X轴方向行走，安装在采样小车上 的计数开关和分布在小车前接近开关、小车中接近开关、小车后接近开关、实时测距， 完成X轴精确数学模型的建立，并将数据反馈到控制系统，控制采样点的X轴定位，采 样小车总行程7.5m，行走速度0-31.5m/min可调；4) 采样大车与采样小车都到达被釆样车辆上方，系统通过升降计数开关、升降上接 近开关、升降下接近开关实时测距，完成Z轴采样深度坐标精确数学模型的建立，并将 数据反馈到控制系统，控制采样点的Z轴定位，升降总行程3.4m，速度10.5m/min，单 点采样时间<60秒，采样量约3Kg;5) 采样钻头垂直方向下行采样；6) 采样机构从采样点到卸料点，采样钻头采样完毕；垂直方向上行至原位置后，采 样大车、采样小车启动回到卸料点，然后采样钻头反转，卸料成功。采样设备简介以汽车采样机为例:<table>table see original document page 5</column></row><table>硬件设备汽车桥式采样机结构QKC -Q1桥式精确采样机主要用于汽车车厢矿样的采集。 采样品种精粉矿(200目小于80%) 粗粉(粒度〈20mra)设备结构及主要技术参数 大车系统主要技术参数<table>table see original document page 6</column></row><table>采样机定位坐标介绍:XIE卸料点(X, Y， Z)取样点(XI ， Yl, Zl)从卸料点到取样点，X-Xl， Y-Yl， Z-Zl从取样点到卸料点，X-Xl, Y-Yl， Z-ZlX-X1，大车行进方向Y-Y1，小车行进方向Z-Zl,采样钻头垂直行进方向控制系统硬件采用MODICON QUANTUM 140 CPU 651 50PLC PLC具有两个32路离散量 输入端子模块140 DDI 353 00和两个32路离散量输出端子模块140 DRA 840 00、富士 变频器、PLC CPU带有以太网接口，辅助电气设备采用施耐德系列接触器、断路器。边缘识别和超声波检测智能控制策略主要有由于各类送货车型的大小差异，我们选用了广角镜头DL-705MC，(车厢最大检测长度 18+5m)但却造成了图像边缘变形。采样机械执行机构除了行走误差，(采样点坐标与设 定的坐标误差〈50mm)外，增加了边缘识别误差，造成远程采样过程中，釆样头钻车帮的问题。由于采用远程PLC控制，在采样小车移动到采样点，单点采样时间〈2秒，因此在远 程发现釆样点坐标偏移后，没有远程响应的紧急制动的操作时间。边缘识别图像识别是视频技术的最高境界，图像识别的方法基本上分为统计方法 和结构分析两类，前者是以数学决策理论为基础，建立统计学的识别模型，指纹、掌形 的识别多采用这种方法，其特点是稳定、但很少利用图像本身的结构关系。后者则主要 是分析图像的结构，它充分地发挥了图像的特点，但容易受图像生成过程中噪声干扰的影响。采用图像识别中结构识别的方法对图像集中在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改 变的地方识别，即集中在图像的主要特征上的边缘进行识别，这些地方的信息量最大。 是依次从一个特征转到另一个特征上临界点，在图像边缘识别过程中，排除输入的多余 信息,抽出关键的信息。高质量图像输入系统是通过设置在采样车顶棚的红外广角摄像机，保证在各种环境 条件下能采集到足够分辨率、适当方位和灰度变化的图像。为保证图像边缘的远程坐标识别的精度，将远程端边缘变形图像的结构，再次进行图像分割，将PLC定位坐标和机械执行机构中各类光电编码器确定的控制测点，建立数 学模型，重新修正机械执行机构的行走误差，将图像边缘误差，通过机械执行机构的PLC 远程控制累计到图像分割的中间区域中。即对车厢中间区域进行采样过程中，在保证采 样点坐标和设定坐标误差(<50 mm)的前提下，误差上限放大边缘误差下限降低。在 本地无人值守自动采样系统中，数字视频系统不再是仅用于观察可视图像的系统，而是 具有探测和特征识别功能的综合系统。它采用适当的图像分割方法和预处理技术，以保 证图像特征有效地提取或模板的生成。边缘识别技术的运用，仍然没有摆脱采样过程中人为参与画框的弊端。因此我们又 运用了超声波检测技术，真正实现本地无人值守远程自动随机采样声波频率超过20kHz 的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波检测自动采样装置，其特征在于，包括采样大车、采样小车、升降机构、采样装置、辅助电气设备和操作室；采样小车与采样大车活动连接，采样大车和采样小车上均装有接近开关，接近开关与计算机连接；升降机构和采样装置安装在采样小车内，采样小车内设有超声波定位器，采样大车在电机驱动下沿三维空间的Ｙ轴运动，采样小车电机驱动下沿三维空间的Ｘ轴运动，电机与变频器连接；辅助电气设备包括接触器、断路器、光电编码器、接近开关、摄像机和超声波定位器，光电编码器、接近开关、摄像机和超声波定位器与计算机连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：焦宏伟，彭敦远，李德，王伟，潘少斌，苏萌，许子海，于咏春，李永芳，车玉平，吴德科，符浩，杨波，阎双，李刚，袁森林，崔长安，
申请(专利权)人：莱芜钢铁股份有限公司，长沙通发高新技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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