一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统的制作方法

本实用新型属于沥青混合料装车控制技术领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统。

背景技术：

现如今，目前沥青混合料搅拌站中成品沥青混合料装车仍采用人工控制。搅拌站控制室操作人员观察装车情况并控制料门，通过语音或信号灯来指挥驾驶员移动车辆，逐堆将整个车厢装满。人工装车质量直接受到操作人员及驾驶员的影响，且需要操作人员靠近沥青混合料装车现场，沥青混合料容易给操作人员的身体健康带来隐患；另外，当运输车辆较多时操作人员重复劳动强度大，容易产生疲劳而引发生产事故。因此，必须对沥青混合料装车进行有效控制，且避免人工参与，提高沥青混合料装车效率，降低劳动强度。

目前针对人工装车的缺点，《微计算机信息》第29卷公开了一种基于超声波测距原理的沥青混合料成品装车指挥仪。该系统利用安装在料口附近的超声波传感器向下探测装车过程中的距离数据，根据距离数据变化得到车辆位置和装车情况，再通过语音喇叭指挥驾驶员挪动车辆。装车过程是车辆驶入时，探测距离先减小再增大则认为车厢已到达料口下方。系统延时发出语音信号提示驾驶员驻车。根据距离增大幅度计算出装车目标高度。装料过程中，当探测距离达到装车目标高度时关闭料门并提示驾驶员移动车辆。车辆移动过程中，结合探测距离变化与沥青混合料自然堆放角来推算车辆移动距离。当移动距离达到预定值时，提示驾驶员驻车并再打开料门。重复以上流程进行逐堆装车。探测距离突然增大则认为车辆已驶离，装车完毕。该系统虽然一定程度上避免了经验及疲劳对装车质量的影响，但是仍存在一些问题。首先，装车方式仍然是料堆式装车，料堆式装车时沥青混合料沿料堆表面向底部滚落产生离析而影响路面均质性和使用强度；其次，装车过程控制可靠性较低，车辆类型不同使车厢深度检测结果不可靠或车辆延时停靠位置而导致溢料或欠料问题。因此研究一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，对沥青混合料装车过程实时监控，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析，且减少环境污染。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，对沥青混合料装车过程实时监控，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析，且减少环境污染。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其特征在于：包括厢式装车室、设置在厢式装车室顶部的料门机构、设置在厢式装车室内且呈水平设置的车辆移动平台和对沥青混合料装车过程进行监控的机器视觉监控系统，所述料门机构包括用于控制沥青混合料流速的闸门和对闸门开度进行实时检测的直线位移传感器，所述车辆移动平台包括供装料车停放的履带平板、设置在履带平板底部的纵梁支架、与履带平板传动连接且带动履带平板沿水平方向前后往返移动的滚轮机构和驱动所述滚轮机构转动的滚轮驱动机构，以及对撒落在履带平板上的沥青混合料进行回收的撒料回收装置，所述履带平板、纵梁支架和所述滚轮机构的数量均为两个，两个所述履带平板呈平行布设；

所述机器视觉监控系统包括控制模块、用于对厢式装车室进行照明的照明装置、对履带平板前后移动距离及移动速度进行实时检测的旋转编码器和对履带平板上装料车的重量进行实时检测的压力传感器，以及对装料车内的沥青混合料高度进行实时检测的摄像机和对装料车进行定位的光电传感器，所述滚轮驱动机构、撒料回收装置和所述照明装置均由所述控制模块进行控制，所述摄像机、旋转编码器、压力传感器、直线位移传感器和光电传感器均与所述控制模块连接；所述照明装置包括照明光源和结构光源，所述照明光源和结构光源均由所述控制模块进行控制。

上述的一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其特征在于：所述滚轮机构包括设置在履带平板一端且与履带平板传动连接的主动轮、设置在履带平板另一端且与履带平板传动连接的从动轮和多个设置在履带平板中且沿履带平板长度方向平行布设的轴销滚轮，所述旋转编码器安装在从动轮上；

所述滚轮驱动机构包括电机和与电机输出端相接的中央单级减速驱动桥，所述电机由所述控制模块进行控制，所述中央单级减速驱动桥与两个主动轮均传动连接。

上述的一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其特征在于：所述厢式装车室包括厢体、设置在所述厢体顶部的烟尘排出装置、设置在所述厢体一侧的进舱门和设置在所述厢体另一侧的出舱门，所述进舱门和出舱门均气缸控制打开和关闭，所述气缸由所述控制模块进行控制。

上述的一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其特征在于：所述机器视觉监控系统还包括图像采集单元和参数设置模块，以及显示器和设置在搅拌站控制室内的上位机，所述参数设置模块和显示器均与所述控制模块连接，所述控制模块通过数据通信模块与所述上位机相接，所述摄像机通过图像采集单元和控制模块连接。

上述的一种基于机器视觉的沥青混合料装车系统，其特征在于：所述撒料回收装置包括设置在履带平板内侧的喷嘴和驱动所述喷嘴动作且与所述喷嘴连接的气动机构，所述气动机构由所述控制模块进行控制；

所述喷嘴机构包括两列沿履带平板的长度方向设置且位于两个履带平板内侧的喷嘴机构，每列所述喷嘴机构均包括多个等间距设置的喷嘴，且所述喷嘴朝向所述回收槽的方向布设；

所述气动机构包括气泵，所述气泵通过气体输送管与喷嘴连接，且所述气泵由所述控制模块进行控制。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的沥青混合料装车系统结构简单、设计合理且投入成本较低、且安装布设方便。

2、所采用的沥青混合料装车系统功能全面，通过压力传感器对装料车的初始重量和装料车的最终重量进行检测并记录，得到装料车内沥青混合料的重量并通过显示器进行同步显示，实现对装料车中沥青混合料重量的检测；通过直线位移传感器对闸门的开度进行实时检测，通过旋转编码器对履带平板的前后移动距离及移动速度进行实时检测，通过对闸门的开度、履带平板的前后移动距离和履带平板的移动速度进行调整，实现沥青混合料装车的快速平铺装车和精确平铺装车，且在快速平铺装车和精确平铺装车阶段，所述控制模块通过所述滚轮驱动机构驱动所述滚轮机构转动，带动履带平板前后往返移动，从而使装料车能前后往返移动，避免料堆式装车，实现沥青混合料的平铺装车，混合料装车完毕后通过撒料回收装置对撒落在履带平板上的沥青混合料进行回收，操作方便，对沥青混合料装车过程实时监控，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析。

3、所采用的沥青混合料装车系统使用操作简便，通过摄像机对装料车内的沥青混合料高度进行实时检测，从而将沥青混合料装车的过程分为快速平铺装车和精确平铺装车，避免出现溢料或欠料问题，无需工作人员在装料现场对装车过程进行监控，省工省时，且人员安全。

4、采用的沥青混合料装车系统使用效果好且实用价值高，厢式装车室为封闭式装车环境，减少环境污染，智能控制代替人工操作提高装车质量及速度、减少撒料和降低人员健康隐患，并且便于其它混合料和多种类型的装料车的装车，推广应用前景广泛。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，对沥青混合料装车过程实时监控，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析，且减少环境污染。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的B-B剖视图。

图3为本实用新型中车辆移动平台和撒料回收装置的结构示意图。

图4为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—料门机构； 1-1—闸门； 1-2—直线位移传感器；

2—厢式装车室； 2-1—烟尘排出装置； 2-2—进舱门；

2-3—出舱门； 2-4—光电传感器； 3—车辆移动平台；

3-1—履带平板； 3-2—纵梁支架； 3-3—压力传感器；

3-4—电机； 3-5—撒料回收装置； 3-6—旋转编码器；

3-7—主动轮； 3-8—从动轮； 3-9—轴销滚轮；

4—中央单级减速驱动桥； 4-1—摄像机； 4-2—照明光源；

4-3—结构光源； 5—上位机； 6—气缸；

7—控制模块； 8—图像采集单元； 9—显示器；

10—参数设置模块； 11—喷嘴； 12—气动机构；

13—数据通信模块。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型包括厢式装车室2、设置在厢式装车室2顶部的料门机构1、设置在厢式装车室2内且呈水平设置的车辆移动平台3和对沥青混合料装车过程进行监控的机器视觉监控系统，所述料门机构1包括用于控制沥青混合料流速的闸门1-1和对闸门1-1开度进行实时检测的直线位移传感器1-2，所述车辆移动平台3包括供装料车停放的履带平板3-1、设置在履带平板3-1底部的纵梁支架3-2、与履带平板3-1传动连接且带动履带平板3-1沿水平方向前后往返移动的滚轮机构和驱动所述滚轮机构转动的滚轮驱动机构，以及对撒落在履带平板3-1上的沥青混合料进行回收的撒料回收装置3-5，所述履带平板3-1、纵梁支架3-2和所述滚轮机构的数量均为两个，两个所述履带平板3-1呈平行布设；

所述机器视觉监控系统包括控制模块7、用于对厢式装车室2进行照明的照明装置、对履带平板3-1前后移动距离及移动速度进行实时检测的旋转编码器3-6和对履带平板3-1上装料车的重量进行实时检测的压力传感器3-3，以及对装料车内的沥青混合料高度进行实时检测的摄像机4-1和对装料车进行定位的光电传感器2-4，所述滚轮驱动机构、撒料回收装置3-5和所述照明装置均由所述控制模块7进行控制，所述摄像机4-1、旋转编码器3-6、压力传感器3-3、直线位移传感器1-2和光电传感器2-4均与所述控制模块7连接；所述照明装置包括照明光源4-2和结构光源4-3，所述照明光源4-2和结构光源4-3均由所述控制模块7进行控制。

本实施例中，通过压力传感器3-3对装料车的初始重量和装料车的最终重量进行检测并记录，得到装料车内沥青混合料重量并通过显示器9进行同步显示，实现对装料车中沥青混合料重量的检测。

本实施例中，通过直线位移传感器1-2对闸门1-1的开度进行实时检测，通过旋转编码器3-6对履带平板3-1的前后移动距离及移动速度进行实时检测，通过对闸门1-1的开度、履带平板3-1的前后移动距离和履带平板3-1的移动速度进行调整，实现沥青混合料装车过程的控制，控制简单。

本实施例中，在沥青混合料的快速平铺装车和精确平铺装车过程，所述控制模块7通过所述滚轮驱动机构驱动所述滚轮机构转动，带动履带平板3-1前后往返移动，从而使装料车能前后往返移动，避免料堆式装车，实现沥青混合料的平铺装车，混合料装车完毕后通过撒料回收装置3-5对撒落在履带平板3-1上的沥青混合料进行回收，操作方便，实现对沥青混合料装车过程实时监控，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析。

本实施例中，通过摄像机4-1对装料车内的沥青混合料高度进行实时检测，从而将沥青混合料装车的过程分为快速平铺装车和精确平铺装车，避免出现溢料或欠料问题，无需工作人员在装料现场对装料车的装车过程进行监控，省工省时，且人员安全。

本实施例中，所述滚轮机构包括设置在履带平板3-1一端且与履带平板3-1传动连接的主动轮3-7、设置在履带平板3-1另一端且与履带平板3-1传动连接的从动轮3-8和多个设置在履带平板3-1中且沿履带平板3-1长度方向平行布设的轴销滚轮3-9，所述旋转编码器3-6安装在从动轮3-8上；

所述滚轮驱动机构包括电机3-4和与电机3-4输出端相接的中央单级减速驱动桥4，所述电机3-4由所述控制模块7进行控制，所述中央单级减速驱动桥4与两个主动轮3-7均传动连接。

本实施例中，通过设置中央单级减速驱动桥4从而使两个主动轮3-7同步转动，保证两个履带平板3-1同步转动，进而保证两个履带平板3-1上的装料车能同步移动。

本实施例中，所述厢式装车室2包括厢体、设置在所述厢体顶部的烟尘排出装置2-1、设置在所述厢体一侧的进舱门2-2和设置在所述厢体另一侧的出舱门2-3，所述进舱门2-2和出舱门2-3均气缸6控制打开和关闭，所述气缸6由所述控制模块7进行控制。

本实施例中，车辆移动平台3设置在地面内，从而使所述厢体、烟尘排出装置2-1、进舱门2-2、出舱门2-3和地面围成封闭式装车环境，减少环境污染。

实际使用过程中，所述两个所述履带平板3-1的上侧面与地面位于同一水平面上。

本实施例中，烟尘排出装置2-1的设置，是为了将厢式装车室2的烟尘排出厢式装车室2，避免烟尘存在影响摄像机4-1对装料车图像的采集，给图像处理结果带来误差。

如图4所示，本实施例中，所述机器视觉监控系统还包括图像采集单元8和参数设置模块10，以及显示器9和设置在搅拌站控制室内的上位机5，所述参数设置模块10和显示器9均与所述控制模块7连接，所述控制模块7通过数据通信模块13与所述上位机5相接，所述摄像机4-1通过图像采集单元8和控制模块7连接。

本实施例中，数据通信模块13的设置，是为了将装料车检测过程中的检测数据传输给上位机5，便于在搅拌站控制室内工作人员的监控，监控方便。

本实施例中，所述撒料回收装置3-5包括设置在履带平板3-1内侧的喷嘴机构和驱动所述喷嘴机构动作且与所述喷嘴机构连接的气动机构12，所述气动机构12由所述控制模块7进行控制；

所述喷嘴机构包括两列沿履带平板3-1的长度方向设置且位于两个履带平板3-1内侧的喷嘴机构，每列所述喷嘴机构均包括多个等间距设置的喷嘴11，且所述喷嘴11朝向所述回收槽的方向布设；

所述气动机构12包括气泵，所述气泵通过气体输送管与喷嘴机构连接，且所述气泵由所述控制模块7进行控制。

本实施例中，通过设置喷嘴机构，是为了将履带平板3-1上的撒落沥青混合料吹落进所述回收槽进行回收，同时避免撒落沥青混合料产生烟尘影响装车环境。

本实用新型具体实施时，首先，操作人员完成沥青混合料装车前的准备工作即：所述控制模块7通过所述气缸6控制进舱门2-2打开，驾驶员将装料车倒入厢式装车室2内，且使装料车的两个车轮分别位于两个所述履带平板3-1上，所述控制模块7通过所述滚轮驱动机构驱动所述滚轮机构转动，所述滚轮机构的转动带动履带平板3-1向出舱门2-3方向移动，直至装料车车厢的后侧面刚遮挡住光电传感器2-4即光电传感器2-4检测不到信号时，履带平板3-1停止移动；所述控制模块7控制结构光源4-3工作，将结构光源4-3的光标投射在装料车车厢上，同时，所述控制模块7控制摄像机4-1对装料车的车厢进行图像采集，并将采集到的车厢图像发送至上位机5，经过上位机5的图像处理后得到装料车车厢的长度、装料车车厢的宽度和装料车车厢的深度；然后，所述控制模块7通过所述滚轮驱动机构驱动所述滚轮机构转动，所述滚轮机构的转动带动履带平板3-1向移动，直至装料车车厢位于闸门1-1下方，且使装料车车厢的前侧面和闸门1-1的左侧面位于同于竖直平面上，履带平板3-1停止移动；接着根据所述装料车车厢的长度，通过参数设置模块10设定装料车前后往复移动距离等于所述装料车车厢的长度，通过参数设置模块10设定物料高度阈值是所述装料车车厢的深度的2/3～9/10，完成沥青混合料装车参数的设定；然后采用压力传感器3-3对装料车的初始重量进行检测并记录，后打开闸门1-1且使闸门1-1的开度最大，所述控制模块7通过所述滚轮驱动机构驱动所述滚轮机构转动，带动履带平板3-1前后往返移动，旋转编码器3-6对履带平板3-1前后移动距离进行实时检测，并将采集到的前移动距离和后移动距离发送至所述控制模块7，使旋转编码器3-6检测到的前移动距离和后移动距离分别满足前移动距离阈值和后移动距离阈值，同时旋转编码器3-6对履带平板3-1的移动速度进行实时检测，并将采集到的移动速度发送至所述控制模块7，使旋转编码器3-6检测到的移动速度满足移动速度阈值，在履带平板3-1前后往返移动的过程中装料车前后往返移动，实现沥青混合料的平铺装车，完成快速平铺装车；在快速平铺装车的过程中，摄像机4-1对装料车内的沥青混合料图像进行实时采集，并将采集到的沥青混合料图像发送至上位机5，上位机5图像处理后得到装料车内的沥青混合料高度，当装料车内的沥青混合料高度等于所述物料高度阈值时，关闭闸门1-1停止快速平铺装车进入精确平铺装车阶段，根据摄像机4-1检测到的装料车内的沥青混合料高度，通过参数设置模块10设定闸门开度和新的履带平板的移动速度，同时，所述控制模块7控制控制履带平板3-1的移动速度减少，闸门1-1的开度减少，直线位移传感器1-2对闸门1-1的开度进行实时检测，直至闸门1-1的开度符合闸门开度，转编码器3-6对履带平板3-1的移动速度进行实时检测，直至履带平板3-1的移动速度符合新的履带平板的移动速度，同时，摄像机4-1对装料车内的沥青混合料图像进行实时采集，至装料车内的沥青混合料高度等于所述装料车车厢的深度时，沥青混合料装车完毕；采用压力传感器3-3对装料车的最终重量进行检测并记录，得到装料车内沥青混合料的重量并通过显示器9进行同步显示，同时，所述控制模块7控制履带平板3-1移动，直至装料车车厢的后侧面至出舱门2-3，所述控制模块7通过所述气缸6控制出舱门2-3打开，驾驶员将装料车倒出，所述控制模块7控制撒料回收装置3-5工作，对撒落在履带平板3-1上的沥青混合料进行回收后，所述控制模块7关闭出舱门2-3和照明光源4-2。

综上所述，本实用新型能对闸门的开度、装料车前后移动的距离、装料车前后移动的速度进行实时监控，便于控制装车速度，实现对沥青混合料装车的智能控制，实现沥青混合料自动平铺式装车，有效地减少沥青混合料的装车离析，且减少环境污染，沥青混合料装车的智能控制代替人工操作提高装车质量及速度、减少撒料和降低人员健康隐患，并且便于其它混合料和多种类型的装料车的装车，推广应用前景广泛。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。