一种自动追踪粘土的喷水造浆装置

技术领域

本发明涉及粘土浆制浆技术领域。具体地说是自动追踪粘土的喷水造浆装置。

背景技术

目前，注浆站制取粘土浆时，除了采用专门的粘土制浆机制浆外，还有一种方法是直接用清水稀释粘土堆形成粘土浆，该方法适用于含有较多杂质的粘土(如：掺杂石头、砖块、草根等)来制备粘土浆，因为含有较多杂质的粘土用制浆机制浆会反复损坏制浆机，引起制浆过程不连续、造成一定的经济损失。直接用清水稀释粘土堆制浆时先把粘土堆放在指定场所，然后使用喷水枪向粘土堆喷水，稀释粘土，形成粘土浆。采用这种方法时，喷水枪由工人操作，工人根据前方粘土的多少转动喷水枪，把水喷到粘土上。为了增加制浆的效果，喷射的水流具往往具有很高的动能，高压水直接喷在粘土堆上造成造浆现场粘土溅射，粘土弥漫到空气中，导致现场的工作环境恶劣，工人在工作中有极大的安全风险；且工人需要驾驭高压水枪，劳动强度大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用光学摄像头和超声波传感器自动感知粘土堆大小，控制喷水枪朝粘土堆大的方向移动和喷水来造浆的自动追踪粘土的喷水造浆装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种自动追踪粘土的喷水造浆装置，包括可调整水枪枪头位置和倾角的水枪装置以及计算机分析控制系统，

所述水枪装置上设置有超声波测距仪和光学探头，所述超声波测距仪和光学探头实时扫描并传送水枪前方粘土堆的影像、距离和形状参数至计算机分析控制系统进行分析和处理，计算机分析控制系统实时根据粘土堆的大小判断喷水点坐标，并控制水枪装置的水枪枪头定位至喷水点坐标并喷水。

进一步的，当计算机分析控制系统根据实时扫描结果分析出前方粘土堆已经被冲刷出一定程度时，由计算机分析控制系统控制水枪枪头在水平方向上移动或、上下移动或调整水枪枪头的倾角来改变水枪枪头喷出的高压水流朝向所述喷水点坐标。

进一步的，所述计算机分析控制系统首先确定初始喷水点坐标，初始喷水点坐标远离粘土堆边缘。

进一步的，计算机分析控制系统调整所述水枪枪头时，首先在水平方向上调整水枪枪头的位置，当水平移动水枪枪头不能满足工况需要后，再调整水枪本体的俯仰角；若前面两种调整方式均不能满足工况需要，计算机分析控制系统上下移动水枪枪头来调整其高度。

进一步的，所述水枪装置包括平移轨道、动力行走机构、坐落在平移轨道上的底座、安装在底座上的控制水枪枪头升降的第一气缸总成、安装在底座上的控制水枪枪头倾角改变的第二气缸总成、转动安装在第一气缸总成顶部的水枪本体，所述水枪枪头安装在所述水枪本体的头端；所述第二气缸总成的未连接在底座上的一端转动连接在所述水枪本体上，所述超声波测距仪和光学探头通过支架固定于所述底座上，所述计算机分析控制系统通过控制器控制第一气缸总成、第二气缸总成和动力行走机构动作。

进一步的，所述平移轨道包括垂直设置的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨放置于地面，所述第二导轨通过脚轮在所述第一导轨上平移，所述底座通过脚轮在所述第二导轨上平移；所述动力行走机构包括固定设置在底座上的第一电机和固定设置在第二导轨上的第二电机，所述第一电机带动底座上的脚轮行走，所述第二电机带动所述第二导轨上的脚轮行走。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明通过光学摄像头和超声波传感器对粘土堆进行成像，确定粘土的多少，然后系统控制水枪枪头朝向粘土堆中粘土多的地方移动和喷水，自动追踪粘土堆、实现连续制取粘土浆；

本发明无需工人手持水枪来瞄准粘土堆，工人无需在恶劣的工作环境中工作；

本发明结构高效，功能实用，能够替代人工，实现对整堆粘土堆的无人化自动造浆。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视应用示意图；

图3为本发明实施例的冲刷掉部分粘土堆的应用示意图。

图中附图标记表示为：水枪枪头-1、水枪本体-2、第一气缸总成-3、第二气缸总成-4、超声波测距仪-5、光学探头-6、底座-7、第一电机-8、第一导轨-9、气泵-10、气源控制阀-11、控制器-12、计算机分析控制系统-13、高压水管路-14、第二电机-15、第二导轨-16、齿带部-17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图3所示，一种自动追踪粘土的喷水造浆装置，包括可调整水枪枪头1位置和倾角的水枪装置以及计算机分析控制系统13，所述水枪装置上设置有超声波测距仪5和光学探头6，所述超声波测距仪5和光学探头6实时扫描并传送水枪前方粘土堆的影像、距离和形状参数至计算机分析控制系统13进行分析和处理，计算机分析控制系统13实时根据粘土堆的大小判断喷水点坐标，并控制水枪装置的水枪枪头1定位至喷水点坐标并喷水，使得水枪枪头1朝向粘土堆大的方向移动和喷水，逐步冲刷整个粘土堆，实现自动造浆的目的；

所述计算机分析控制系统13首先确定初始喷水点坐标，初始喷水点坐标远离粘土堆边缘；当计算机分析控制系统13根据实时扫描结果分析出前方粘土堆已经被冲刷出一定程度时，由计算机分析控制系统13控制水枪枪头1在水平方向上移动或、上下移动或调整水枪枪头1的倾角来改变水枪枪头1喷出的高压水流朝向所述喷水点坐标。

如图1至图3所示，所述水枪装置包括平移轨道、动力行走机构、供气系统、坐落在平移轨道上的底座7、安装在底座7上的控制水枪枪头1升降的第一气缸总成3、安装在底座7上的控制水枪枪头1倾角改变的第二气缸总成4以及转动安装在第一气缸总成3顶部的水枪本体2；所述水枪枪头1安装在所述水枪本体2的头端；所述第二气缸总成4的未连接在底座7上的一端转动连接在所述水枪本体2上，所述超声波测距仪5和光学探头6通过支架固定于所述底座7上；所述供气系统包括为气缸供气的气泵10和气源控制阀11，气泵10放置在平移轨道外的底面上，气泵10通过软管连接气源控制阀11，气源控制阀11的控制子路通过软管与第一气缸、第二气缸相连接，控制器12通过控制线与气源控制阀11连接，并通过控制线与第一电机8和第二电机15连接，所述计算机分析控制系统13通过控制器12控制第一气缸总成3、第二气缸总成4和动力行走机构动作；

如图1至图3所示，所述平移轨道包括垂直设置的第一导轨9和第二导轨16，所述第一导轨9放置于地面，延伸方向与粘土堆的长度方向大致相同，所述第二导轨16的长度两端设置有脚轮，所述第二导轨16通过脚轮在所述第一导轨9上平移，从而第二导轨16可以相对与粘土堆前后移动；所述底座7的四角也设置有脚轮，所述底座7通过脚轮在所述第二导轨16上平移，从而底座7可以相对于粘土堆左右移动；所述动力行走机构包括固定设置在底座7上的第一电机8和固定设置在第二导轨16上的第二电机15，所述第一电机8用于驱动底座7沿第二导轨16移动，所述第二电机15用于驱动第二导轨16沿第一导轨9移动；所述第二导轨16的其中一个脚轮同轴固定有动力轮，所述第二电机15的输出轴方向与第二导轨16的脚轮的轴线方向平行，所述动力轮为齿轮或皮带轮，所述第二电机15与动力轮通过齿轮传动或同步带传动连接，带动所述第二导轨16以及第二导轨16上的底座7移动；一个第二导轨16的侧面设置有齿带部17，所述第一电机8的输出轴竖直安装且同轴固定安装有主动齿轮，所述主动齿轮与所述齿带部17啮合，通过主动齿轮在齿带部17上行走来带动底座7移动。

计算机分析控制系统13调整所述水枪枪头1时，如图1至图3所示，首先在水平方向上调整水枪枪头1的位置，当水平移动水枪枪头1不能满足工况需要后，再调整水枪本体2的俯仰角；若前面两种调整方式均不能满足工况需要，计算机分析控制系统13上下移动水枪枪头1来调整其高度；

具体的，参照图1-3中的方位，本发明的水枪枪头1能够前后左右上下平移，以及上下调整倾角，但调整的范围有限，从而水枪枪头1整体朝向还是始终朝向的粘土堆方向，高压水通过高压水管路14输送至水枪本体2，高压水管路14上设置有单独的控制水路通断的开关或是由控制器12控制的电动开关或电磁开关，一般的，在粘土堆造浆时，水枪在开启后是一直喷水的，直至完成目标量的粘土浆的制作。从水枪枪头1喷出的高压水压力一般是恒定的或是可在有限的范围内调整。在喷水造浆时，首先超声波测距仪5和光学探头6将水枪前方的粘土堆的影像、距离、形状等参数实时扫描传送至控制器12和计算机分析控制系统13进行分析和处理，确定初始喷水点坐标，初始喷水点坐标可以是预设的，如将粘土堆中央作为初始的喷水点(注意这个粘土堆中央指的是粘土堆影像中的中央，而不是真正的粘土堆的物理中心，因为光学探头6和超声波测距仪5的朝向是固定的，每次只能采集在朝向水枪装置的那一面粘土堆的图像和距离)，初始喷水点坐标只要满足高压水喷水能够击打到一定范围内的粘土堆即可，如可根据高压水的压力测试出一个适宜的冲刷范围，这个冲刷范围在图像上显示大致是一个圆形，在图像上比对这个圆形，只要这个圆形完全覆盖粘土堆的图像，均可以作为初始喷水点坐标。高压水冲击一段时间后，初始喷水点坐标以及初始喷水点坐标周围的粘土随着高压水冲走形成粘土浆，在该距离处的粘土堆的高度变矮，此处的粘土堆变小，当冲刷出一定的程度时，计算机分析控制系统13调整水枪枪头1至粘土堆大(即粘土堆图像上相比于目前冲刷的位置更高)的位置，冲刷此处的粘土堆，直至将此处的粘土堆冲刷变小，再调整水枪枪头1至下一处喷水点坐标，从而通过不间断的调整水枪枪头1朝粘土堆大的方向移动和喷水，来实现了粘土堆的自动喷水造浆。

为了便于解释说明本发明的工作过程，在图1-3中的粘土堆按照远离水枪装置的方向用A、B、C、D辅助标记粘土堆至水枪枪头1的不同位置，可以理解，水枪枪头1沿着距离A-B-C-D的顺序对粘土堆喷水，图3为距离A、距离B和距离C处的粘土堆已经冲刷完毕后的示意图。初始喷水点坐标可以是更靠近水枪枪头1的A'处，朝A'处喷高压水会引起A'处以及A'周围的粘土被冲刷成粘土浆而流失，消减了A'处粘土堆的高度，由于水压恒定，若继续朝向A'处冲击(此时由于粘土堆消减了，实际上冲刷的可能是位置A之后粘土了)则不能充分利用高压水的动力，则需要变换水枪枪头1的位置至下一个喷水点坐标。此时，先左右调整水枪枪头1的位置，启动第一电机8，通过调整第二导轨16上底座7的位置来左右调整水枪枪头1的位置，可以将A”处作为下一个喷水点坐标，A”处冲刷一段时间之后，A”处以及A”周边的粘土流失，A”处变矮，这个时候基本上距离A上的粘土都被冲刷完、变成粘土浆了，即距离A上的粘土堆的高度均小于之前的距离A上的粘土堆高度，需要调整水枪枪头1去冲刷更远距离上的粘土，此时左右移动水枪枪头1不能满足工况需要，需要前后调整水枪枪头1的位置。启动第二电机15，通过向前移动(朝向粘土堆移动)第二导轨16来向前移动底座7，拉近水枪枪头1至粘土堆的距离，使距离B上的粘土处在能够充分利用高压水动力。另外在靠近粘土堆中心的位置的粘土堆高度一般是大与粘土堆边缘的高度的，即，B处和C处的粘土堆高度一般是大于A处和D处的粘土堆高度的，在喷水点坐标变动到距离B处时，会出现水枪枪头1不能朝向B处的较高的粘土堆的情况，此时前后移动水枪枪头1不能满足工况需求，可以通过第二气缸总成4调节水枪本体2的仰角和倾角来调整水枪枪头1的喷水朝向的高低，当粘土堆太高的时候，调整水枪枪头1的倾仰角不能够到粘土堆上部的时候，系统可以通过控制第一气缸总成3在竖直方向上进行伸长，抬升水枪本体2的整体高度，使得水枪喷出的水能够冲击到粘土堆的上部。在粘土堆的上部冲刷完后，再通过控制第一气缸总成3在竖直方向上进行收缩，降低水枪本体2的高度。对于B、C、D距离处的粘土堆的冲刷过程和距离A处的粘土堆的冲刷过程类似，不再赘述。至此可以知晓，本发明的水枪枪头1能够在前后、左右、上下、高低方向按照造浆过程中土堆的冲刷程度自动进行调整，即实现对粘土堆较高处、即粘土堆大的地方自动追踪，进行冲刷，来进行自动造浆，无需工人手扶水枪来冲刷粘土堆，不会使工人暴露在恶劣的工作环境中。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。