一种基于起重机的石墨煅烧炉外部物料处理方法和系统

本发明涉及石墨煅烧，尤其涉及一种基于起重机的石墨煅烧炉外部物料处理方法和系统。

背景技术：

1、在石墨生产时，需要进行石墨煅烧，在煅烧坑内设置煅烧炉，煅烧炉外需填满填充料进行保温，石墨煅烧完成后需要在高温环境下通过吸料天车上的吸料管将填充料吸取去除，使煅烧炉周围不存在填充料，进而使得煅烧炉快速降温。但是现有填充料去除过程中存在以下几个问题：

2、（1）填充料在高温的作用下会形成煅后焦结块，在吸料管吸取填充料时会吸取煅后焦结块，煅后焦结块容易堵塞吸料管，所以一般需要人工拾取煅后焦结块。

3、（2）吸取过程中吸料管的避障能力差，常出现碰撞到煅烧炉炉盖的情况，煅烧炉炉盖一旦破损会导致外部空气进入煅烧炉内，使煅烧炉内的石墨杂质过多无法使用，造成严重损失。

4、（3）现有识别技术在去除填充料的应用时，计算量过大，整体过于复杂，无法快速准确的控制吸料管进行工作。

技术实现思路

1、针对煅后焦结块容易堵塞吸料管和吸料管容易碰到煅烧炉炉盖的问题，本发明提供一种基于起重机的石墨煅烧炉外部物料处理方法和系统，通过激光雷达采集数据生成三维孪生点云，上位机根据三维孪生点云控制吸料管，在煅烧炉炉盖和煅后焦结块边缘吸取粉状填充料，使得填充料可以快速吸取，避免出现煅烧炉炉盖被碰撞的情况，提高了工作效率，减少经济损失。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、本发明第一方面提出了一种基于起重机的石墨煅烧炉外部物料处理方法，包括以下步骤：

4、步骤一：收集石墨煅烧坑内的数据，得到原始点云数据，用于后续处理；

5、步骤二：对原始点云数据进行精简，得到精简后的点云数据，用于减少计算量，提高数据识别效率；

6、步骤三：对精简后的点云数据进行滤波降噪，得到滤波降噪后的点云数据，避免各种形式的噪声影响；

7、步骤四：对滤波降噪后的点云数据进行点云分割，根据分割后的点云数据进行拟合重建，得到三维孪生点云，便于识别煅烧坑周围环境；

8、步骤五：根据三维孪生点云控制吸料天车的吸料管对煅烧炉外部的煅后焦结块附近的粉状填充料进行吸取，便于吸收粉状填充料，待粉状填充料吸取完成后煅后焦结块会下沉到煅烧坑底部，下次煅烧时煅后焦结块会重新变为粉状填充料。

9、进一步地，所述步骤二具体过程包括：

10、将原始点云数据体素化，并根据原始点云数据的数量和扫描空间体积确定体素化网格的边长，用于保证精简前后点云的整体特征不变；

11、利用体素化网格的质心代替体素化网格内的点云，得到处理后的点云，便于实现点云数据的降维与压缩；

12、对处理后的点云进行下采样，得到精简后的点云数据，便于减少计算量。

13、进一步地，按照以下公式计算体素化网格的边长：

14、

15、

16、其中，n为总体点云数目，为x轴点云跨度，为y轴点云跨度，为z轴点云跨度，g为单位体积中的平均点云数量，a为网格边长调节因子，s为比例系数。

17、进一步地，所述步骤三具体包括：

18、计算每个点云与其k邻域之间的距离集合；

19、根据距离集合计算每个点云与其k邻域之间距离的均值与标准差，便于得到最大阈值；

20、根据距离的均值和标准差计算出最大阈值，将点云与k邻域之间距离大于最大阈值的点云进行剔除，得到滤波降噪后的点云数据，避免各种形式的噪声影响。

21、进一步地，按照以下公式计算最大阈值：

22、

23、

24、

25、其中，为均值，n为点云总数目，为点云与其k邻域之间的距离，为标准差，为标准差系数，为最大阈值。

26、进一步地，所述步骤五中，还包括根据三维孪生点云得到石墨煅烧坑内的三维模型，对煅烧炉炉盖的位置进行定位，得到煅烧炉炉盖的坐标，便于吸料管避开煅烧炉炉盖；

27、吸料天车控制吸料管在煅烧炉炉盖坐标附近吸取粉状填充料，避免了吸料管碰撞到煅烧炉炉盖。

28、本发明第二方面提出了一种基于起重机的石墨煅烧炉外部物料处理系统，包括以下步骤：

29、采集模块，用于收集石墨煅烧坑内的数据，得到原始点云数据，用于后续处理；

30、精简模块，用于对原始点云数据进行精简，得到精简后的点云数据，用于减少计算量，提高数据识别效率；

31、滤波降噪模块，用于对精简后的点云数据进行滤波降噪，得到滤波降噪后的点云数据，避免各种形式的噪声影响；

32、重建模块，用于对滤波降噪后的点云数据进行点云分割，根据分割后的点云数据进行拟合重建，得到三维孪生点云，便于识别煅烧坑周围环境；

33、控制模块，用于根据三维孪生点云控制吸料天车的吸料管对煅烧炉外部的煅后焦结块附近的粉状填充料进行吸取，便于吸收粉状填充料，待粉状填充料吸取完成后煅后焦结块会下沉到煅烧坑底部，下次煅烧时煅后焦结块会重新变为粉状填充料。

34、进一步地，所述精简模块具体包括：

35、将原始点云数据体素化，并根据原始点云数据的数量和扫描空间体积确定体素化网格的边长，用于保证精简前后点云的整体特征不变；

36、利用体素化网格的质心代替体素化网格内的点云，得到处理后的点云，便于实现点云数据的降维与压缩；

37、对处理后的点云进行下采样，得到精简后的点云数据，便于减少计算量。

38、进一步地，按照以下公式计算体素化网格的边长：

39、

40、

41、其中，n为总体点云数目，为x轴点云跨度，为y轴点云跨度，为z轴点云跨度，g为单位体积中的平均点云数量，a为网格边长调节因子，s为比例系数。

42、进一步地，所述滤波降噪模块具体包括：

43、计算每个点云与其k邻域之间的距离集合；

44、根据距离集合计算每个点云与其k邻域之间距离的均值与标准差，便于得到最大阈值；

45、根据距离的均值和标准差计算出最大阈值，将点云与k邻域之间距离大于最大阈值的点云进行剔除，得到滤波降噪后的点云数据，避免各种形式的噪声影响。

46、进一步地，按照以下公式计算最大阈值：

47、

48、

49、

50、其中，为均值，n为点云总数目，为点云与其k邻域之间的距离，为标准差，为标准差系数，为最大阈值。

51、进一步地，所述控制模块中，还包括根据三维孪生点云得到石墨煅烧坑内的三维模型，对煅烧炉炉盖的位置进行定位，得到煅烧炉炉盖的坐标，便于吸料管避开煅烧炉炉盖；

52、吸料天车控制吸料管在煅烧炉炉盖坐标附近吸取粉状填充料，避免了吸料管碰撞到煅烧炉炉盖。

53、本发明的有益效果：

54、（1）本发明通过对点云数据进行体素化下采样处理精简了点云数据的数量，通过x轴、y轴和z轴的点云跨度计算出了单位体积中的平均点云数量，进而根据单位体积中的平均点云数量计算出了体素化网格的边长，使点云数据体素化前后整体特征不变，减少了计算量。

55、（2）本发明通过统计滤波算法对点云数据进行了滤波降噪，通过计算每个点云与其k邻域之间距离的均值和标准差得到最大阈值，将点云与k邻域之间距离大于最大阈值的点提出，实现点云数据的滤波降噪，提高了点云数据的准确性。

56、（3）本发明根据三维孪生点云得到煅烧炉炉盖和煅后焦结块的坐标，使吸料管在煅烧炉炉盖和煅后焦结块边缘对粉状填充料进行吸取，保证自动吸取粉状填充料的稳定，避免了吸料管与煅烧炉炉盖和煅后焦结块发生碰撞以及吸料管被煅后焦结块堵塞。