Спосіб та пристрій дистанційного контролю об’єму шихти в шихтовому відсіку

Реферат: Запропонований спосіб та пристрій належать до галузі інженерної геодезії. Спосіб дистанційного контролю об'єму шихти в шихтовому відсіку, оснований на паралактичному методі визначення координат. При цьому осі цифрових вимірювальних камер попередньо орієнтують в площині, яка паралельна одному з бортів шихтового відсіку; фотоприймальні матриці цифрових камер орієнтують так, щоб лінії рядків (стовпців) знаходилися в площині, паралельній борту, і в горизонтальній площині, при цьому за допомогою камер в задані моменти часу фіксують відліки положення світлової відбитої мітки-індексу на поверхні шихти і визначають координати цієї поверхні в проекції на площинах бортах. За отриманими координатами світлової відбитої мітки-індексу на поверхні шихти і перевищенням формують цифрову модель шихтової поверхні і обчислюють об'єм шихти. Пристрій дистанційного контролю обсягу шихти в шихтовому відсіку, містить цифрові камери, випромінювачі і електронний блок обробки інформації. Щонайменше дві цифрові камери і блок спрямованого світлового випромінювання встановлені на стовпах по периметру шихтового відсіку. Блок UA 113890 C2 (12) UA 113890 C2 випромінювання містить механізм двокоординатного сканування світлового променя, візирні (оптичні) осі камер встановлені в похилому положенні, а лінії рядків фотоприймальних матриць встановлені горизонтально. Положення осей камер зафіксовано контрольними світловими марками. Технічним результатом винаходу є створення способу автоматичного контролю шихти. UA 113890 C2 5 10 15 Запропонований спосіб належить до галузі інженерної геодезії. Відомі методи і пристосування для визначення об'єму шихти, наприклад в [1] описаний спосіб рулеткового заміру, оснований на використанні мірної рулетки і мірної лінійки. Відомий також паралактичний спосіб визначення положення точки на площині за допомогою пристрою для лінійних та кутових вимірів [2]. Недоліком даних способів і пристроїв є складність автоматизації вимірювань в умовах феросплавного виробництва. За аналог, прийнятий за прототип, можна вибрати спосіб [1]. Загальною ознакою аналога і запропонованого способу є створення індексу на об'єкті вимірювань і виконання вимірювань по зображенню цього індексу. Задача винаходу є створення способу і пристрою для автоматичного контролю за витратою шихти в умовах виробництва. Поставлена задача вирішується за рахунок створення способу дистанційного контролю об'єму шихти в шихтовому відсіку, основаного на паралактичному методі визначення координат, згідно з винаходом, осі цифрових вимірювальних камер попередньо орієнтують в площині, яка паралельна площині YШOZШ одного з бортів шихтового відсіку; фотоприймальні матриці (ФПМ) цифрових камер орієнтують так, щоб лінії рядків (стовпців) знаходилися в площині, паралельній ХШOZШ , і в горизонтальній площині, при цьому за допомогою камер в задані моменти часу фіксують відліки положення світлової відбитої мітки-індексу на поверхні шихти і визначають 20 координати цієї поверхні в проекції на площинах YШOZШ і ХШOYШ , зокрема висоти мітки-індексу отримують за формулою: h H 25 ' b  sin 1  sin '2   ' sin 180  1  '2 , де H - висота горизонтальної лінії об'єктів в цифрових камерах над основою шихтового відсіку; b - горизонтальна база між цифровими камерами; '  1 ,  '2 - проекції кутів нахилу оптичних осей камер на площину YШOZШ ; ' ' ' 1  1  1  1 ; '2  '2  '2  2 ; ' 1 ,  '2 - проекції вертикальних кутів нахилу контрольних ліній на площину YШOZШ ; 30 ' 1 ,  '2 - проекції кутів між оптичними осями камер і контрольними марками; 1 ,  2 - відліки в кутовій мірі по стовпчиках фотоприймальних матриць камер; визначення координат світлової мітки-індексу по осях ХШ і YШ виконують аналогічно по проекціях вищеописаних візирних ліній і робочих світлових променів на площині ХШOYШ , враховуючи звіти по рядках фотоприймальних матриць, зорієнтованих паралельно осі ХШ , 35 після чого за отриманими координатами світлової мітки-індексу на поверхні шихти ХШi , YШi і перевищенням h формують цифрову модель шихтової поверхні і обчислюють об'єм шихти n V  x i 1 40 45 Ші y Шіhi  V' , де xШі yШіhi - об'єм елементарного паралелепіпеда з середньою висотою hi ; V ' - об'єм частини шихтового відсіку за рахунок спотворення прямокутної форми в придонній зоні шихтового відсіку (визначається завчасно). Також поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою дистанційного контролю обсягу шихти в шихтовому відсіку, що містить цифрові камери, випромінювачіі електронний блок обробки інформації, згідно з винаходом, цифрові камери (як мінімум дві) і блок спрямованого світлового випромінювання встановлені на стовпах по периметру шихтового відсіку, при цьому блок випромінювання містить механізм двокоординатного сканування світлового променя, візирні (оптичні) осі камер встановлені в похилому положенні, а лінії рядків фотоприймальних матриць встановлені горизонтально, положення осей камер зафіксовано контрольними світловими марками. 1 UA 113890 C2 5 10 Технічним результатом є підвищення точності вимірювань об'єму шихти в шихтовому відсіку. На фіг. 1 представлена блок-схема пристрою для реалізації запропонованого способу для варіанта застосування двох цифрових оптико-електронних камер. На схемі позначено: 1, 2 - цифрові оптико-електронні камери; 3 - блок обробки інформації та управління; 4 - формувач світлового індексу; 5 - об'єкт вимірювання - поверхня шихти; 6, 7 - блоки контрольних марок для контролю положення осей камер 1, 2 відповідно. Цифрові камери 1 і 2 встановлені на стійких стабільних стовпах, на висоті над поверхнею шихти, достатньої для охоплення полем зору камери цієї поверхні; оптичні осі камер 1, 2 орієнтують з нахилом у вертикальній площині XШOZШ (або YШOZШ ), де XШ і YШ - горизонтальні 15 20 25 30 осі опорної системи координат шихтового відсіку, паралельні площинам бортів відсіку, ZШ вертикальна вісь системи. Блоки підсвічуються контрольних марок 6 і 7, встановлюють по лінії горизонту у вертикальній площині борту навпроти стовпа відповідної камери 1 (2). Блок 4 встановлюють на стовпі так, щоб забезпечити відображення світлового індексу при його переміщенні по всій поверхні шихти. Блок 3 встановлений в захищеному від зовнішнього середовища приміщенні і пов'язаний електричними зв'язками з блоками 1, 2, 4, 6, 7. Методика визначення обсягу шихти за запропонованим способом включає в себе вимір положення візирного світлового індексу на поверхні шихти за допомогою "п" цифрових оптикоелектронних камер, при цьому візирні осі цифрових камер орієнтують як мінімум в одній з площин загальної системи координат XШ , YШ , ZШ , утвореної обмежувальними площинами шихтового відсіку, так само як мінімум одну з відлікових осей (лінії стовпців (рядків) фотоприймальні матриці кожної камери орієнтують так само в одній з площин загальної системи координат, при цьому змінюють положення осі формування світлового індексу з урахуванням охоплення всієї поверхні шихти і в задані моменти при переміщенні світлового індексу виконують одночасно в "n" камер експозиції, фіксуючи положення зображення світлового індексу на мішенях камер, за отриманими звітами до відомих координат камер, в загальній системі координат XШ , YШ , ZШ визначають проекції робочих світлових променів "індекс-камера" на відповідну площину системи координат ( XШOYШ , XШOZШ , YШOZШ ) і на перетині цих проекцій отримують шукану координату поверхні шихти, тобто на площинах XШOYШ , YШOZШ 35 40 45 50 - координату висоти точки поверхні шихти ( ZШ ), на площині XШOYШ координати даної точки ( XШ , YШ ), потім за отриманими даними і відомим даними про положення статі і бічних обмежувальних поверхнях шихтового відсіків визначають обсяг шихти. Робота пристрою виконується наступним чином. Світлове випромінювання блока 4 створює на поверхні шихти 5 світлову пляму (індекс); відбитий світловий потік від цього індексу потрапляє на об'єктиви камер 1 і 2, які формують зображення індексу відповідно на матрицях камер; при одночасній експозиції камер 1 і 2 отримують звіти з матриць: XK1 , YK1 і XK 2 , YK 2 . На фіг. 2 показано розміщення елементів пристрою в шихтовому відсіку: 1, 2 - цифрові оптико-електронні камери; 4 - формувач світлового індексу; 5 - об'єкт вимірювання - поверхня шихти; 6, 7 - блоки контрольних марок для контролю положення осей камер 1, 2 відповідно; 8 - стовпи (штанги) для установки цифрових камер 1, 2 і випромінювача 4; 9 - кронштейни з механізмом сканування випромінювача 4; 10 - бортове обмеження шихтового відсіку. На фіг. 3 показана схема розміщення проекцій оптичних осей камер 1, 2 (1’-1", 2'-2") і проекції робочих світлових променів "індекс камера" (5’-1', 5'-2'), а також контрольних ліній "контрольна марка-камера" (6’-1’ і 7'-2'). - 1’ і 3’ - проекції центрів об'єктивів камер 1 і 2 на вертикальну площину YШOZШ ; ' - вісь ZШ - вертикальна вісь, паралельна осі ZШ , зміщена щодо осі ZШ по осі YШ на величину відстані між точками 1' і 2'; - 6’, 7' - проекції випромінювачів блоків 6 і 7 на площину YШOZШ ; 2 UA 113890 C2 ' ' - 1 ,  2 - проекції кутів нахилу контрольних ліній 1’-6' і 2'-7' камер (1 і 2) на площину YШOZШ ; - в - горизонтальна база камер 1’ 2'; - побудова та рішення трикутника 1’ 2' 5’ на площині YШOZШ дозволяє визначити висоту hi точки 5 на поверхні шихти. 5 hi  H  Hi , (1) де H - висота об'єктива камери 1 (2) щодо дна шихтового відсіку (площині XШOYШ ); Hi - відстань по вертикалі від точки 5' до лінії горизонту в камер 1’ і 2’; Hі  ' b  sin 1  sin '2   ' sin 180  1  '2 (2) ' ' ' 1  1  1  1 ; (3) 10 '2  '2  '2  2 ; (4) '  1 ,  '2 - проекції кутів нахилу робочих променів 5'-1’ і 5'-2' відносно горизонтальної площини; 1 ,  2 - відліки в кутовій мірі за стовпцями ФПМ камер 1 і 2; ' 1 ,  '2 - проекції кутів між оптичними осями камер 1 і 2 і контрольних площин, утвореними блоками марок 6 і 7 і центрами об'єктивів камер 1 і 2. 15 В результаті отримують в площині YШOZШ трикутник 2'3'4', в якому відомі всі кути. Висоту цього трикутника (відстань H' ) отримують за формулою (2) і обчислюють перевищення hi точок , 5i ( i  1 n ) за формулою (1). Визначення координат точок 5i по осях XШ і YШ виконують аналогічно по проекціях вищеописаних візирних ліній і робочих світлових променів на площині XШOYШ , враховуючи звіти 20 по рядках фотоприймальних матриць, зорієнтованих паралельно осі XШ . За отриманими координатами точок 5i на поверхні шихти XШi і YШi і перевищенням hi формують цифрову модель шихтової поверхні і обчислюють об'єм шихти n V  x i 1 25 30 35 40 Ші y Ші hi  V' , де xШі yШі hi - об'єм елементарного паралелепіпеда з середньою висотою hi ; V ' - об'єм за рахунок спотворення прямокутної форми в придонній зоні шихтового відсіку (визначається завчасно). Дані вимірювань з фотоприймальних камер 1, 2 надходять в блок 3, де виконуються всі обчислення, при цьому вводять поправки в кути  за відхилення відліків з контрольних марок блоків 6 і 7 щодо номінальних. Управління випромінювачем блок 4 виконують за програмою з блока 3. Таким чином, запропонований спосіб і пристрій дозволяють автоматизувати контроль обсягу шихти в шихтових відсіках, зробити його дистанційним, оперативним і точним, що вписується в автоматизований комплекс виробництва феросплавів. Джерела інформації: 1. Міжгалузева інструкція з визначення і контролю видобутку і розкриву на кар'єрах. Міністерство вугільної промисловості СРСР. Затв. Держтехнагляду СРСР від 10.08.1976 р. 2. Інструкція по виробництву маркшейдерських робіт. Міністерство вугільної промисловості СРСР. Затв. Держтехнагляду СРСР від 20.02.1985 р. 3. Баран П.І. Інженерна геодезія: Монографія / П.І. Баран. - К.: ПАТ "ВІПОЛ". - 2012. - 618 с. 4. Левчук Г.П., Новак B.C., Конусов В.Г. Прикладна геодезія основні методи і принципи інженерно-геодезичних робіт. М. "Надра" 1981 р. 5. Войтенко С.П. Інженерна геодезія: підручник. К.: Знання 2009 p. – 557 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 1. Спосіб дистанційного контролю об'єму шихти в шихтовому відсіку, оснований на паралактичному методі визначення координат, який відрізняється тим, що осі цифрових 3 UA 113890 C2 5 вимірювальних камер попередньо орієнтують в площині, яка паралельна площині YШ OZ Ш одного з бортів шихтового відсіку; фотоприймальні матриці (ФПМ) цифрових камер орієнтують так, щоб лінії рядків або стовпців знаходилися в площині, паралельній Х Ш OZ Ш і в горизонтальній площині, при цьому за допомогою камер в задані моменти часу фіксують відліки положення світлової відбитої мітки-індексу на поверхні шихти і визначають координати цієї поверхні в проекції на площинах YШ OZ Ш і Х Ш OY Ш , зокрема висоти мітки-індексу отримують за формулою: hH де 10 15 20 ' b  sin 1'  sin  2 , ' sin 180  1'   2   H - висота горизонтальної лінії об'єктів в цифрових камерах над основою шихтового відсіку; b - горизонтальна база між цифровими камерами; '  1' ,  2 - проекції кутів нахилу оптичних осей камер на площину YШ OZ Ш ; 1'   1'  1'  1 ; ' '  2   2   2'  2 ;  1' ,  2' - проекції вертикальних кутів нахилу контрольних ліній на площину YШ OZ Ш ;  1' ,  2' - проекції кутів між оптичними осями камер і контрольними марками;  1 ,  2 - відліки в кутовій мірі по стовпчиках фотоприймальних матриць камер; визначення координат світлової мітки-індексу по осях Х Ш і YШ виконують аналогічно по проекціях вищеописаних візирних ліній і робочих світлових променів на площині Х Ш OY Ш , враховуючи звіти по рядках фотоприймальних матриць, зорієнтованих паралельно осі Х Ш , після чого за отриманими координатами світлової мітки-індексу на поверхні шихти Х Ш i , YШ i і перевищенням h формують цифрову модель шихтової поверхні і обчислюють об'єм шихти n V   xШі y Ші hi  V ' , i 1 де xШі y Ші hi - об'єм елементарного паралелепіпеда з середньою висотою hi ; 25 30 V ' - об'єм частини шихтового відсіку за рахунок спотворення прямокутної форми в придонній зоні шихтового відсіку, що визначають завчасно. 2. Пристрій дистанційного контролю обсягу шихти в шихтовому відсіку, що містить цифрові камери, випромінювачі і електронний блок обробки інформації, який відрізняється тим, що щонайменше дві цифрові камери і блок спрямованого світлового випромінювання встановлені на стовпах по периметру шихтового відсіку, при цьому блок випромінювання містить механізм двокоординатного сканування світлового променя, візирні, тобто оптичні осі камер встановлені в похилому положенні, а лінії рядків фотоприймальних матриць встановлені горизонтально, положення осей камер зафіксовано контрольними світловими марками. 4 UA 113890 C2 5 UA 113890 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6