技术丨水泥库扬尘环境下测距仪的模拟应用研究

水泥库由于水分渗透，库壁粉料粘结可能形成大量结块，库底物料堆积难以排出，结块带来的容量减小以及库底排放物料不畅等问题长期困扰水泥厂，因此水泥库清库工作是不可避免的。

目前市场上广泛使用的水泥清仓机器人基本能够满足水泥库清理要求，但在智能化、自动化方面仍然存在欠缺。清仓机器人一般配备视觉监控功能，用于监测设备在水泥库内的运转情况，避免设备与水泥库壁发生剧烈撞击，但从实际应用来看，视觉监测受扬尘影响较大，清理过程中结块脱落砸击库底水泥粉料，短时间内可形成大量扬尘，摄像头无法准确观察工作部末端与水泥库壁的距离，需静置4h以上才可清晰观察，清库机器人无法连续作业，严重影响清库效率。针对上述问题，本文研究在机械臂末端安装测距仪，用于监测工作部末端与水泥库库壁的距离，从而在保护水泥库及设备的同时精确清库，获取数字化数据，从而为实现清库机器人连续化、自动化、智能化工作研究奠定基础。所以，本文主要对扬尘环境下测距仪装置的适用性进行了试验模拟研究。

水泥库清库作业时块料脱落，在库内产生扬尘（见图1），视觉监控难以获取库内情况。对超声波测距仪及红外激光测距仪进行了详细研究。本次试验分别选用了手持激光测距仪及超声波激光测距仪作为研究对象，验证扬尘环境下测距仪装置的适用性。试验选用P·C42.5号水泥，440mm×500mm箱体提供封闭环境。

无扬尘环境下测距：试验前分别对测距仪进行了无扬尘环境测试，测试箱体内壁距离440mm，测试结果见表1，无扬尘影响下测距效果精确良好。

扬尘环境下测距:试验准备前将水泥置于箱体内，边侧布置风扇提供风力，吹动水泥形成养成环境，如图2所示。风扇向箱体内吹风1min后，保持运转分别测试激光测距仪及超声波测距仪测距能力，测试结果如表2所示。

从表2中可以看出，激光测距仪在该扬尘环境下穿透能力为200mm左右，但跳动性不大。超声波测距仪结果受扬尘环境影响跳动行较大。所以，在扬尘环境下激光测距可用于短距离测距使用，而超声波测距仪无法良好使用。

风扇停止运转3min后，两种测距仪测距数据如表3所示，可以看出静置3min后，激光测距仪及超声波测距仪均恢复测距能力，考虑水泥库深度，实际应用时需要时间更长。

根据上述情况，选用激光测距仪布置于清库机器人机械臂前端，通过有线传输将测距仪测量数据传输至工控平台，机械臂前期伸长阶段采用液压缸监测机械臂伸缩长度，激光测距仪监测距离小于200mm时减缓机械臂伸出速度，直至监测距离小于50mm，机械臂停止伸缩，以上动作试车效果良好。

激光测距仪及超声波测距仪在扬尘环境下均受影响较大，但激光测距仪监测数据较为稳定，该模拟扬尘环境下穿透能力在200mm左右；超声波测距仪监测数据波动较大。应用激光测距仪置于清库机器人机械臂末端进行测试，短距离监测效果良好。因此，在复杂的扬尘环境下，激光测距仪可用于短距离监测。

作者：周雷

所属：唐山冀东装备工程股份有限公司

来源：《水泥工程》

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