针对输送带煤流的激光对焦装置及激光对焦方法与流程

本公开涉及煤质检测，尤其涉及一种针对输送带煤流的激光对焦装置及激光对焦方法。

背景技术：

1、在激光诱导击穿光谱（libs）煤质检测领域中，传统方案为了保持煤流表面平整使激光容易对焦，需对煤样进行切割、打磨、压片等预处理，操作繁琐且需破坏样品结构，同时会引入人为误差。同时，输送带输送的煤流表面存在动态起伏，传统方案无法适配煤流的动态变化，存在对焦精度不足、响应滞后的问题，故无法在输送带上对煤流直接进行在线精准检测。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种针对输送带煤流的激光对焦装置及激光对焦方法。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种针对输送带煤流的激光对焦装置，包括：

3、支撑机构；

4、直线传动机构，设在所述支撑机构上；

5、聚焦透镜组，设在所述直线传动机构的移动端，用于将激光发射模块发出的激光聚焦至输送带煤流表面；

6、第一驱动机构，设在所述支撑机构上，其输出端与所述直线传动机构传动连接，用于驱动所述直线传动机构带动聚焦透镜组沿光轴方向进行粗调；

7、第二驱动机构，设在所述直线传动机构的移动端，其输出端与所述聚焦透镜组传动连接，用于驱动所述聚焦透镜组沿光轴方向进行微调；

8、传感器组件，包括设在所述支撑机构上的距离传感器和图像传感器，所述距离传感器用于测量煤流表面到聚焦透镜组的距离，所述图像传感器用于采集煤流表面图像；

9、数据采集模块，与所述传感器组件电连接，用于采集所述距离传感器反馈的距离数据、所述图像传感器反馈的图像数据以及输送带上煤流的速度数据；

10、数据处理模块，分别与所述数据采集模块、所述第一驱动机构和所述第二驱动机构电连接，用于根据所述数据采集模块采集到的数据，生成所述第一驱动机构和所述第二驱动机构的控制信号。

11、在一些实施例中，所述支撑机构包括：机架和直线导轨；

12、所述直线导轨固定于机架上，用于为直线传动机构提供直线运动导向；

13、所述直线传动机构为丝杠传动机构，其两端通过连接件固定于机架上，所述连接件与机架之间设有减震件。

14、在一些实施例中，所述第一驱动机构为伺服驱动电机，其输出轴与所述丝杠传动机构的丝杠同轴连接；

15、所述数据处理模块用于根据所述距离数据和所述速度数据，生成所述伺服驱动电机的控制信号。

16、在一些实施例中，所述第二驱动机构为压电驱动元件；

17、所述数据处理模块用于根据所述图像数据示出的煤流颗粒密度，生成所述压电驱动元件的控制信号。

18、根据本公开实施例的第二方面，提供一种针对输送带煤流的激光对焦方法，应用于第一方面所述的激光对焦装置，所述方法包括：

19、获取煤流表面到聚焦透镜组的距离数据、煤流表面的图像数据以及输送带上煤流的速度数据；

20、基于所述距离数据和所述速度数据，生成目标焦距值；

21、根据所述目标焦距值，生成用于控制第一驱动机构的第一驱动信号；其中，所述第一驱动机构用于驱动聚焦透镜组沿光轴方向进行粗调；

22、基于所述图像数据示出的煤流颗粒密度，确定煤流表面的起伏等级；

23、根据所述起伏等级，生成用于控制第二驱动机构的第二驱动信号，完成煤流的对焦；其中，所述第二驱动机构用于驱动聚焦透镜组沿光轴方向进行微调。

24、在一些实施例中，所述基于所述距离数据和所述速度数据，生成目标焦距值，包括：

25、通过下式确定所述目标焦距值：

26、；

27、其中，为目标焦距值；为动态权重系数，与当前时刻的速度数据正相关；为当前时刻的距离数据；为上一时刻的距离数据。

28、在一些实施例中，所述动态权重系数通过下式确定：

29、；

30、其中，为动态权重系数；为当前时刻的速度数据；为预设的基准速度数据；为速度敏感系数。

31、在一些实施例中，所述第一驱动机构为伺服驱动电机；所述根据所述目标焦距值，生成用于控制第一驱动机构的第一驱动信号，包括：

32、以所述目标焦距值作为控制目标，基于比例积分微分控制方式，生成用于控制第一驱动机构的第一驱动信号；

33、在所述比例积分微分控制方式中，

34、比例系数为；其中，为比例系数；为比例系数的基准整定参数；为与比例系数关联的输送带速度敏感系数；为当前时刻的速度数据；

35、积分系数为；其中，为积分系数；为积分系数的基准整定参数；为与积分系数关联的输送带速度敏感系数；为当前时刻的速度数据；

36、微分系数为；其中，为微分系数；为微分系数的基准整定参数；为与微分系数关联的输送带速度敏感系数；为当前时刻的速度数据。

37、在一些实施例中，所述基于所述图像数据示出的煤流颗粒密度，确定煤流表面的起伏等级，包括：

38、获取所述图像数据预设路径上的煤颗粒数量；

39、基于所述煤颗粒数量，确定所述预设路径上的煤颗粒密度；

40、根据所述煤颗粒密度与至少一个起伏等级分级阈值之间的关系，确定煤流表面的起伏等级；所述起伏等级与所述煤颗粒密度正相关。

41、在一些实施例中，所述第二驱动机构为压电驱动元件；根据所述起伏等级，生成用于控制第二驱动机构的第二驱动信号，包括：

42、确定与所述起伏等级匹配的频率参数，所述频率参数用于控制所述压电驱动元件，且所述频率参数与所述起伏等级正相关；

43、将所述频率参数作为所述第二驱动信号。

44、本公开提供的激光对焦装置，通过设置分别用于粗调与微调两级驱动机构，结合多传感器数据融合，既能够通过粗调快速响应煤流高度的大范围变化，又能够通过微调精准补偿煤流表面微观起伏带来的焦距偏差，从而在输送带上实现针对煤流表面的自动对焦，操作简便、无需破坏样品结构且不会引入人为误差。

1.一种针对输送带煤流的激光对焦装置，其特征在于，包括：

2. 根据权利要求 1 所述的装置，其特征在于，所述支撑机构包括：机架和直线导轨；

3. 根据权利要求 2 所述的装置，其特征在于，所述第一驱动机构为伺服驱动电机，其输出轴与所述丝杠传动机构的丝杠同轴连接；

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二驱动机构为压电驱动元件；

5.一种针对输送带煤流的激光对焦方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的激光对焦装置，所述方法包括：

6. 根据权利要求 5 所述的方法，其特征在于，所述基于所述距离数据和所述速度数据，生成目标焦距值，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述动态权重系数通过下式确定：

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一驱动机构为伺服驱动电机；所述根据所述目标焦距值，生成用于控制第一驱动机构的第一驱动信号，包括：

9. 根据权利要求 5 所述的方法，其特征在于，所述基于所述图像数据示出的煤流颗粒密度，确定煤流表面的起伏等级，包括：

10.根据权利要求5或9所述的方法，其特征在于，所述第二驱动机构为压电驱动元件；根据所述起伏等级，生成用于控制第二驱动机构的第二驱动信号，包括：