(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210739418.9 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 徐州徐工矿业机 械有限公司 地址 221000 江苏省徐州市徐州经济技 术 开发区和平大道169号 申请人 中国矿业大 学 (72)发明人 冯敏　周公博　唐超权　樊学勇　 商学建　李猛钢　周坪　齐行森　 史仍笃　 (74)专利代理 机构 徐州市三联专利事务所 32220 专利代理师 陈鹏 (51)Int.Cl. G01F 23/292(2006.01) G01F 23/296(2022.01)B02C 23/00(2006.01) B08B 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于激光-超声的破碎机料位检测装置 和方法 (57)摘要 本发明公开一种基于激光 ‑超声的破碎机料 位检测装置和方法， 包括： X ‑Y两轴调整机构， 所 述X‑Y两轴调整机构用于调整检测装置沿X轴、 Y 轴方向移动； 减振机构， 所述减振机构与所述X ‑Y 两轴调整机构连接， 减振机构用于减振； 传感器 仓， 所述传感器仓安装在减振机构内， 传感器仓 内安装有若干用于检测的传感器； 清扫机构， 所 述清扫机构安装在所述减振机构的一侧， 清扫机 构用于进行清扫 作业。 本发明能够对破碎机料位 进行实时检测， 显示物料三维信息和料位值， 并 对送料皮带带速进行调整， 使料位保持在理想位 置， 解决了破碎机料位检测、 控制困难的问题。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115096404 A 2022.09.23 CN 115096404 A 1.一种基于 激光‑超声的破碎机料位检测装置， 其特 征在于， 包括： X‑Y两轴调整机构， 所述X ‑Y两轴调整机构用于调整检测装置沿X轴 、 Y轴方向移动； 减振机构(13)， 所述减振机构(13)与所述X ‑Y两轴调整机构连接， 减振机构(13)用于减 振； 传感器仓(20)， 所述传感器仓(20)安装在减振机构(13)内， 传感器仓(20)内安装有若 干用于检测的传感器； 清扫机构(6)， 所述清扫机构(6)安装在所述减振机构(13)的一侧， 清扫机构(6)用于进 行清扫作业。 2.根据权利要求1所述的一种基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置， 其特征在于， 所 述X‑Y两轴调整机构包括X轴导轨(4)、 X轴安装底板(5)、 X轴滑块(6)、 Y轴安装底板(7)、 X轴 丝杠(8)、 Y轴滑块(10)、 Y轴导轨(1 1)、 减振机构底板(12)和Y轴丝杠(14)； 所述X轴导轨(4)安装在 X轴安装底板(5)上， X轴导轨(4)上安装有X轴滑块(6)， 所述Y轴 安装底板(7)与X轴滑块(6)连接， Y轴安装底板(7)与X轴安装底板(5)间安装有X轴丝杠(8)， 所述Y轴安装底板(7)可在X轴丝杠(8)的作用下在X轴导轨(4)上自由移动； 所述Y轴安装底板(7)上安装有Y轴导轨(11)， Y轴导轨(11)上安装有Y轴滑块(10)， 所述 减振机构底板(12)与Y轴滑块(10)连接， 减振机构底板(12)与Y轴安装底板(7)间安装有Y轴 丝杠(14)， 减 振机构底板(12)可在Y轴丝杠(14)的作用下在Y轴导轨(1 1)上自由移动。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置， 其特征在于， 所述减振机构(13)安装在减振机构底板(12)上， 减振机构(13)包括减振机构外壳(15)、 传 感器仓底板(16)、 传感器仓 外壳(18)、 缓冲磁铁(19)和减 振弹簧(21)； 所述减振机构外壳(15)上安装有所述传感器仓外壳(18)， 且两者之间保留一定的间 隔； 所述缓冲磁铁(19)布置在此间隔中； 所述减振机构外壳(15)与传感器仓底板(16)间安 装有若干减振弹簧(21)。 4.根据权利要求3所述的一种基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置， 其特征在于， 所 述传感器仓底板(16)上安装有若干减振弹簧立柱(27)， 所述减振机构外壳(15)上设有对应 的环形立柱， 所述减 振弹簧(21)套立在对接后的立柱上。 5.根据权利要求1所述的一种基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置， 其特征在于， 所 述传感器仓(20)包括粉尘测量仪(22)、 激光雷达(23)、 超声测距仪(24)、 激光雷达安装架 (25)和超声测距仪安装架(26)； 所述传感器仓(20)安装在传感器仓外壳(18)的内部， 传感器仓外壳(18)通过螺栓固定 在传感器仓底板(16)上； 所述粉尘测量仪(22)安装在传感器仓底板(16)上； 所述激光雷达 (23)通过激光雷达安装架(25)固定在传感器仓底板(16)上； 所述超声测距仪(24)通过超声 测距仪安装架(26)固定在传感器仓底板(16)上； 所述传感器仓外壳(18)在上安装有传感器 防护玻璃(17)。 6.根据权利要求1所述的一种基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置， 其特征在于， 所 述清扫机构(6)包括清扫装置推杆(28)、 切换电机安装架(29)、 清扫头(30)、 清扫头切换电 机(31)、 清扫头推杆固定架(32)、 清扫头伸缩推杆(3 3)和清扫头安装架(34)； 所述清扫头(30)安装在清扫头安装架(34)上， 清扫头安装架(34)与清扫头伸缩推杆 (33)固定连接； 所述清扫头(30)内置电机， 可在移动作业的同时自身转动； 所述清扫头伸缩权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115096404 A 2推杆(33)安装在清扫头推杆固定架(32)上， 清扫头推杆固定架(32)与清扫头切换电机(31) 连接， 可根据清扫过程切换清扫头(30)； 所述清扫头切换电机(31)通过切换电机安装架 (29)安装在清扫装置推杆(28)上， 所述清扫装置推杆(28)安装在减振机构外壳(15)上， 通 过推杆伸缩 控制清扫头(3 0)移动清扫。 7.一种权利要求1 ‑6任一项所述的基于激光 ‑超声的破碎机料位检测装置的检测方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1、 激光雷达物料点云数据获取： S101、 激光雷达料位数据采集： 通过激光雷达连续采集料位的三维信息， 采集的原始数 据为深度值； S102、 深度数据截取： 根据激光雷达与料斗的相对位置将激光雷达采集的深度值截取， 以获取料斗部分的深度数据； S103、 目标位置深度数据保存： 截取后的深度数据保存为文本文件； S104、 数据通讯： 通过 管道方式完成； S105、 深度数据转换点云数据： 读取截取后的深度数据文件， 结合激光雷达内参和 深度 值‑坐标转换公式， 计算每 个点的三维坐标， 将 深度数据转换为 点云PCD文件； S106、 点云数据下采样： 将点云整体划分为多个体素方格， 在每个体素方格中以所有点 的重心来代替 这些点； S107、 点云离群点滤波 去噪： 通过划分阈值， 计算邻近点的数量， 将离群噪声点去除； S108、 点云平面及圆柱面分割： 通过设定分割模型， 将点云数据中中具有特征的面分割 出来； S109、 点云聚类提取物料点云： 通过计算点与点之间的距离， 将距离相近的一部分点云 划分为一类， 聚类后选择点数量 最多的一类即可获取目标的物料点云； S110、 物料点云保存： 聚类后的点云保存并上传至上位机， 以进行后续的数据融合和料 位计算； S2、 超声测距仪数据采集： 通过超声测距仪连续采集料位的距离信息， 超声每130ms读 取一个测量 值， 测量后通过电流 量输出至模拟量采集 卡， 得到连续的原 始测量值； S3、 超声测距仪数据 滤波： 对超声测距仪的原始测量值进行数据 滤波， 去除环境波动造 成的噪声误差； S4、 环境粉尘浓度测量： 通过粉尘测量仪实时读取料位检测装置测量时的环境粉尘浓 度并上传至上位机， 以进行后续的数据处 理； S5、 料位计算及物料点云三维重建： 物料料位计算和物料点云的三维重建； 物料料位计 算在上位机对激光雷达、 超声测距仪、 粉尘测量仪的数据进 行融合处理， 根据测量的环境粉 尘浓度值来确定激光和超声测量数据对应的权重， 然后计算得到料位值； 物料点云三维重 建采用贪心投影三角化计算料位 曲面， 并对曲面进行平滑处理， 以便于显示物料完整的表 面状态； S6、 多传感器数据显示： 在屏幕上输出显示实时的物料三维重建模型、 计算得到的物料 料位值和当前 的粉尘浓度值， 并能够查看历史的料位数据曲线， 通过图像显示便于观察和 掌握当前的破碎机运行状态； S7、 料位判断及皮带速度控制： 将计算的物料料位值与设定的料位阈值比较， 判断料位权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115096404 A 3