Automatyzacja pomiarów współrzędnościowych organów roboczych maszyn urabiających z wykorzystaniem skanowania 3D

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_221/33

wyślij Piotr Cheluszka Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, Instytut Mechanizacji Górnictwa, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

Pobierz Artykuł

Streszczenie

Maszyny urabiające należą do podstawowej grupy maszyn roboczych stosowanych w górnictwie podziemnym i powierzchniowym. W przypadku maszyn urabiających na zasadzie skrawania proces urabiania realizowany jest za pomocą organów roboczych wyposażonych w wymienne narzędzia, np. noże osadzone w uchwytach nożowych. Noże te rozmieszczone i ustawione są w przestrzeni w ustalony na etapie projektowania sposób, dostosowany do właściwości urabianego ośrodka skalnego. Pomiary współrzędnościowe sprowadzają się do wyznaczenia sześciu parametrów dla każdego z noży. Ze względu na sposób rozmieszczenia, pomiar bezpośredni tych parametrów nie jest możliwy. Metody pośrednie polegają na pomiarze wielkości wchodzących do definicji funkcji modelujących pomiar. W takim przypadku wygodnym rozwiązaniem zadania metrologicznego, szczególnie pod kątem automatyzacji procesu, jest wykorzystanie metod optycznych, na przykład skanera światła strukturalnego. Metoda ta wymaga zbudowania, dla każdego uchwytu nożowego oraz związanego z nim noża, modelu pomiaru. W przypadku dużej liczby noży jest to proces czaso- i pracochłonnych. Możliwość automatyzacji procesu pomiarowego przedstawiono na przykładzie głowicy urabiającej wysięgnikowych kombajnów chodnikowych, stosowanych do drążenia wyrobisk korytarzowych i tuneli. Omówiono przetwarzanie uzyskanych w trakcie pomiaru danych w celu wyznaczenia zestawu wartości parametrów stereometrycznych opisujących rozmieszczenie i ustawienie w przestrzeni poszczególnych noży oraz związanych z nimi uchwytów nożowych. Wykorzystano do tego funkcjonalność oprogramowania GOM Inspect Professional umożliwiającą budowanie strategii pomiaru za pomocą skryptów w języku Python.

Słowa kluczowe

automatyzacja, język programowania Python, maszyna urabiająca, organ roboczy, pomiary, skanowanie 3D, stereometria

Automation of Coordinate Measurements of Mining Machines Working Units with 3D Scanning

Abstract

Mining machines belong to the key group of working machines used in underground and surface mining. In case of machines mining by way of cutting, the process is carried out with working units fitted with a specific number of replaceable tools in the form of picks mounted in pickboxes. The picks are arranged and positioned in space in a way defined at the stage of design, adapted to the properties of the rock being excavated. The stereometry of such working units is measured by determining the values of six parameters for each of the picks. Such parameters cannot be measured directly due to the way they are arranged. Measurements are carried out with indirect methods where values are measured which form part of a definition of measurement modelling functions. The use of optical methods, for example a structured light scanner, is a convenient solution to carry out the considered metrological task, especially in view of the automation of this process. For this, however, a measurement model enabling to determine the values of the magnitudes searched for has to be built for each pickbox and for the related pick. This is a time- and work-intensive process in case of a large number of picks, though. The options of the measurement process automation are presented with the example of a cutting head of boom–type roadheaders employed for drilling dog headings and tunnels. The focus was put on the stage of processing the measuring data obtained in the measurement process to establish a set of stereometry parameters values describing the arrangement and position of individual picks and related pickboxes in space. For this purpose, a feature of GOM Inspect Professional software was used enabling to build a measurement strategy based on scripts created in Python language.

Keywords

3D scanning, automation, measurements, mining machine, Python programming language, stereometry, working unit

Bibliografia

  1. Gehring K.H., Reumüller B., Hard rock cutting with roadheaders – the ICUTROC approach, Proc. 5th NARMS and the 17th TAC Conference: Mining and tunneling innovation and opportunity, Toronto, 07–10 July 2002, 1637–1648.
  2. Cheluszka P., Metrologia organów roboczych górniczych maszyn urabiających, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012.
  3. [https://www.famur.com] – Famur.
  4. Cheluszka P., Nocoń M., Zrobotyzowana technologia digitalizacji organów roboczych kombajnów górniczych dla potrzeb kontroli jakości ich wytwarzania, „Górnictwo Odkrywkowe”, Vol. 56, Nr 6, 2015, 11–23.
  5. Diehr F., Mobile scanning without limits – new perspectives with optical 3D metrology, “VDWF im Dialog”, 2/2011, 19–21.
  6. Juras B., Szewczyk D., Sładek J., The use of optical scanner in measurements of complex shape objects. “Advances in Science and Technology – Research Journal”, Vol. 7, No. 19, 2013, 48–54, DOI: 10.5604/20804075.1062360.
  7. Marciniec A., Budzik G., Dziubek T., Automated measurement of bevel gears of the aircraft gearbox using GOM, “Journal of KONES Powertrain and Transport”, Vol. 18, No. 4, 2011, 259–264.
  8. [http://www.gom.com/pl/oprogramowania-3d/gom--inspect.html] – Oprogramowanie GOM In-spect.
  9. Cheluszka P., A method of measuring the stereometric parameters of working units of mining machines equipped with conical picks, “Archives of Mining Sciences”, Vol. 55, No. 4, 2010, 747–760.
  10. Arendarski J., Niepewność pomiarów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.
  11. PN–EN ISO 12180–1:2012: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS) – Walcowość – Część 1: Terminologia i parametry kształtu walcowego.
  12. PN–EN ISO 12781–1:2011: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS) – Płaskość – Część 1: Terminologia i parametry płaskości.
  13. [https://support.gom.com/label/KNOWLEDGE/scripting] – GOM Service Area.