一种电解槽槽面行车定位装置的制作方法

本发明涉及行车定位装置，具体涉及一种电解槽槽面行车定位装置。

背景技术：

1、在电解铝生产过程中，电解多功能行车需要频繁地在电解槽上方进行精准对位，以完成打壳、更换阳极、出铝等作业。现有的定位方式通常是在电解槽的槽面或上部结构上焊接固定式的定位基准块（如定位锥），而行车上则装有导向框架，操作人员依靠目视或通过监控摄像头，手动操控行车的大车、小车机构，将导向框架上的定位孔套入定位基准块，从而实现行车工具端与电解槽槽面作业点之间的定位。

2、这种人工定位方式在实际应用中存在诸多不足。首先，手动对位过程极度依赖操作人员的经验与注意力，对位耗时长，不仅严重制约了生产效率，而且容易因操作失误导致导向框架与定位基准块发生碰撞，造成二者变形甚至损坏，增加了设备维护成本。其次，定位基准块通常直接焊接固定于电解槽上，长期处于高温、强腐蚀性气体和槽体热胀冷缩引发的应力环境中，极易产生腐蚀、变形或开裂，致使定位精度不断下降；由于是焊接固定结构，当定位基准块损坏或变形需要更换时，必须停槽并动用切割和焊接设备，维修更换十分困难，严重影响电解槽的正常运行率。此外，电解槽槽体本身在生产过程中存在明显的热变形，导致固定的定位基准与行车理论运行坐标之间的相对位置发生漂移，单纯依靠行车自身的编码器、激光测距等定位方式，会因基准漂移产生累积误差，无法满足高精度对位的需求；而高精度的视觉定位系统虽然在一定程度上能缓解上述问题，但其成本高昂，且在电解车间强磁场、高粉尘和烟气环境下，稳定性和可靠性仍难以保证。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电解槽槽面行车定位装置。

2、本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种电解槽槽面行车定位装置，包括定位锥、安装板和导框架，所述定位锥设置于安装板的上端面，所述安装板可拆卸安装在电解槽上，所述导框架设置于行车上且可跟随行车进行移动，所述导框架上设置有与定位锥配合的定位孔，

3、还包括控制系统和定位系统，所述控制系统根据定位系统传输过来的定位数据控制行车带动导框架位移直至倒框架插入定位锥从而完成定位。

4、优选的，所述定位锥与安装板采用一体成型的加工方式加工而成。

5、优选的，所述定位锥采用高密度聚乙烯加工而成。

6、优选的，所述定位系统包括：

7、压力数据采集模块，通过多个压力传感单元采集定位锥内壁径向方向的实时压力值；

8、差分处理模块，用于接收实时压力值，基于差分法对实时压力值进行时间差分计算生成压力变化率；

9、空间梯度分析模块，接收实时压力值以及压力变化率，基于实时压力值计算相邻轴向位置之间的压力差值作为轴向压力梯度，并基于压力变化率对轴向压力梯度进行时间加权平均；

10、偏差计算模块，接收轴向压力梯度、实时压力值以及压力变化率，基于轴向压力梯度设定差值矩阵中幅值比较的权重系数，基于压力变化率对实时压力值进行时间窗口筛选后调用最小最大归一化，将筛选后的实时压力值与标准压力模式进行归一化处理，对归一化后数据执行差值计算生成差值矩阵，基于差值矩阵进行空间梯度分析识别几何形变区域标记，基于差值矩阵与几何形变区域标记计算导框架插入位置相对于定位锥中心的径向偏移量以及角度偏移量；

11、定位输出模块，接收径向偏移量以及角度偏移量，基于径向偏移量以及角度偏移量对导框架插入位置进行定位判定，输出定位偏差坐标。

12、优选的，所述压力数据采集模块包括：

13、信号采集子模块，采集定位锥内壁径向方向压力传感单元输出模拟电压，传感单元位于不同高度，将模拟电压经模数转换器转为数字量，按传感单元编号顺序记录数字量，得到原始压力读数；

14、数据排序子模块，调用原始压力读数，依据传感单元轴向坐标提取各传感单元压力数值，将压力数值按轴向坐标升序排序，生成一维数组，数组长度等于传感单元数量，得到径向压力数组；

15、输出子模块，调用径向压力数组，获取当前系统时间戳，创建结构体，将时间戳赋值给结构体时间戳字段，将径向压力数组赋值给结构体压力数组字段，通过模块间通道发送该结构体至差分处理模块，得到实时压力值。

16、优选的，所述差分处理模块包括：

17、传感数据接收子模块，获取压力数据采集模块传递的多个压力传感单元采集的实时压力值，按时间戳递增顺序对每个单元的数据进行重新排序，剔除重复时间戳的数据，为每个数值捆绑时间戳与单元编号，生成有序数据对，存入临时队列，得到实时压力值；

18、差分计算子模块，基于传感数据接收子模块的实时压力值，对每个单元的有序数据对，从第二个时间点起，用当前压力值减去前一个时间点压力值，计算差值，将差值依次连接，形成差值序列，标记为压力变化率，得到压力变化率值；

19、数据合并子模块，调用传感数据接收子模块的实时压力值和差分计算子模块的压力变化率值，对每个单元，将实时压力值数据对与压力变化率差值序列，按时间索引进行匹配，对齐时间点，将同一时间点的两个数值组合成一行，形成双列矩阵，将所有单元的双列矩阵按行堆叠，生成完整数据表，得到压力差分数组。

20、优选的，所述空间梯度分析模块包括：

21、轴向差值计算子模块，基于实时压力值，对每个相邻轴向位置对应的实时压力值执行减法运算获取差值，按轴向位置索引递增顺序组织差值序列，得到轴向压差；

22、时间加权平均子模块，调用轴向压差，对每个轴向位置，将轴向压差与对应时刻压力变化率倒数相乘，累加各时刻乘积并除以倒数累加和，得到该位置加权均值，作为轴向压力梯度，并传递实时压力值与压力变化率。

23、优选的，所述偏差计算模块包括：

24、权重设定子模块，基于轴向压力梯度设定差值矩阵中幅值比较的权重系数，计算轴向压力梯度数值与梯度基准值差值，差值除以梯度基准值得到比例值，比例值作为权重系数，生成差值权重；

25、归一化差值子模块，调用差值权重，基于压力变化率数值计算窗口宽度，窗口宽度等于基准宽度除以压力变化率，选取窗口内实时压力值，对筛选后实时压力值与标准压力模式执行最小最大归一化，得到归一化压力值与归一化标准值，计算两者差值，生成差值矩阵；

26、偏移识别子模块，基于差值矩阵计算轴向梯度与径向梯度，设定梯度阈值，提取梯度值超过梯度阈值的区域作为几何形变区域标记，调用差值矩阵与几何形变区域标记，计算几何形变区域中心与定位锥中心的径向距离差与角度差，得到径向偏移量及角度偏移量。

27、优选的，所述定位输出模块包括：

28、偏移量融合子模块，接收径向偏移量以及角度偏移量，依据径向偏移量数值和角度偏移量数值，执行模长与方向角的数值组合运算，将径向偏移量数值分配为矢量模长，将角度偏移量数值分配为矢量方向角，生成合成矢量值；

29、坐标计算子模块，基于合成矢量值，调用其模长数值作为径向距离，调用其方向角数值作为方位角，依据径向距离和方位角，执行坐标转换运算，生成包含水平方向偏移量和垂直方向偏移量的定位偏差坐标，得到定位偏差坐标。

30、优选的，所述实时压力值包括定位锥顶部压力值、定位锥中部压力值、定位锥底部压力值，所述压力变化率包括压力上升速率、压力下降速率、压力稳定速率，所述轴向压力梯度包括顶部梯度值、中部梯度值、底部梯度值，所述径向偏移量包括x轴偏移量、y轴偏移量、合成偏移距离，所述角度偏移量包括顺时针偏移角、逆时针偏移角、目标偏转角，所述定位偏差坐标包括x坐标值、y坐标值、角度坐标值。

31、与现有技术相比，本发明的优点是：通过控制系统依据定位数据自动驱动行车及导框架运动，使定位孔与定位锥自动完成套合，取代了传统的人工目视对位操作，大幅缩短对位耗时，提升生产效率，同时彻底消除了因人工误操作导致导框架与定位锥碰撞变形或损坏的风险，降低了设备维护成本。定位锥通过安装板可拆卸地安装于电解槽上，改变了现有将定位锥直接焊接固定的方式，当定位锥在长期使用中出现腐蚀、变形或损坏时，无需对电解槽进行停槽及动用切割、焊接等复杂作业，仅需从电解槽上拆下安装板即可完成快速更换，显著降低了维修难度与对生产运行的影响，且这一结构避免了焊接高温引起的安装板变形与残余应力，从源头上保证了定位锥自身的安装精度。将可拆卸的定位锥与自动定位系统相结合，有效克服了电解槽因热胀冷缩导致槽体变形、使固定式基准与行车理论坐标之间产生漂移的难题，控制系统基于定位系统反馈的实际坐标对行车位移进行闭环调整，导框架能够精准追随槽面上可拆卸定位锥的实际位置，从而在电解车间高温、强磁场、多尘的恶劣工况下，依然能实现高精度、高可靠性的重复定位，长期维持稳定的定位精度。