[发明专利]一种基于激光扫描的烟草物料贮存布料均匀性的检测控制设备及方法

权利要求书

1.一种基于激光扫描的烟草物料贮存布料均匀性的检测控制设备，包括储柜(1)、线性激光扫描器(4)、可编程控制器(5)、信息处理计算机(6)、信息采集卡(7)、电机变频器(8)、拨料装置(9)、纵向步进电机(10)和横向步进电机(11)组成，其特征在于，所述线性激光扫描器(4)设置于皮带传动带上方，线性激光扫描器(4)通过信息采集卡(7)连通信息处理计算机(6)，信息处理计算机(6)连通可编程控制器(5)，可编程控制器(5)分别连通电机变频器(8)和拨料装置(9)；纵向步进电机(10)和横向步进电机(11)分别连通信息采集卡(7)和电机变频器(8)，

所述基于激光扫描的烟草物料贮存布料均匀性的检测控制设备的方法，通过线性激光扫描器获取实时烟草物料表面上的点云二维信息，信息处理计算机用于对采集的信息进行数据处理获取烟丝表面三维信息和流量信息并进行可视化，通过算法得到均匀性评估，对可编程控制器发送信号；可编程控制器得到PC的流量信号，通过可编程控制器对步进电机变频器发送不同脉冲信号进而控制电机转速从而控制皮带横纵两个方向的动作，所述方法包括

步骤1.基于流量信号的横向步进电机的控制；

步骤2.基于横截面物料分布的纵向步进电机的控制；

所述基于流量信号的横向步进电机的控制，首先通过方程式获取烟草物料流量信息，

式中，V_all为取样时间段内物料体积，v为物料下落速度，T为取样时间，i为第i条扫描线，α为扫描角度范围，α_p为角度分辨率，L_i为第i条扫描线长度，L′_i为第i条扫描线基线长度；

通过激光器对物料的采集时间T_n扫描获得一个当前流量状态信息，通过与前一采集时间T_n-1对比，对步进电机进行变频控制，以获得物料稳定的流量，公式为

式中，f为步进电机脉冲频率，d为步进电机的滚轮直径，K为步进电机转一圈所需要的总脉冲数，v为上式中的物料下落速度，即步进电机移动速度，

基于横截面物料分布的纵向步进电机的控制，其中，每次横向布料完成后，需要对纵向电机发送信号，移动特定距离后继续进行横向布料，通过激光扫描器获取实时落下的烟草物料的横截面高度信息，公式为

P_x＝sin(α_i*i)*(L_i-L_i0)

P_y＝cos(α_i*i)*(L_i-L_i0)

式中，垂直物料运动方向即横向步进电机的移动方向为x轴，物料下落方向为y轴，其中，点(P_x,P_y)为某一时刻下烟丝横截面任意一点，α_i为角度分辨率，L_i为空载下激光器到基线的第i条的距离，L_i0为激光器到物料的第i条的距离，v为物料运行速度，k为激光器第k次采样，f为激光器的采集频率，

通过实时的烟丝横截面高度信息，获得整个横向流程下的物料分布情况，纵向步进电机的移动控制公式为：

式中，N为移动特定距离的脉冲数，d为步进电机的滚轮直径，K为步进电机转一圈所需要的总脉冲数，P_x1和P_x2为二分之一峰值处的左右横坐标。