CN102556626A - 皮带跑偏定量检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能精细测量皮带跑偏量的方法，以及运用该方法原理制成的实用检测装置，填补了关于定量检测跑偏量技术的空白，该方法的原理基于光敏阵列中的器件被皮带所遮盖或曝露于光照的数量来反映皮带跑偏量的大小，相应的检测装置包含现场光源、下位机、上位机和通讯网络；其特征在于：所述光源置于现场输送机皮带的上方，所述下位机的数据采集模块输入级具有多个光敏器件，所述光敏器件排布成阵列，置于现场输送机皮带的下方，靠近输送带边缘的一侧或两侧，光敏器件阵列的总宽度不小于皮带最大允许跑偏量。

Description

皮带跑偏定量检测方法与装置

技术领域

本发明涉及一种检测皮带运行状态的方法，特别是一种能定量检测皮带跑偏程度的方法，本发明还涉及运用该方法的实用检测装置。

背景技术

由于种种原因，皮带秤的输送带(通称皮带)在运行过程中难免会偏离前进方向往左侧或右侧横向移动，而这种跑偏现象是增大皮带秤计量误差的重要因素之一，尤其对于高准确度等级皮带秤更不容忽视。为此，有些皮带秤设计成带有监视或纠正跑偏的装置，在跑偏量超过一定限度时采取人工或机械干预。这类装置的跑偏量通常由皮带两侧的挡边轮或行程开关来控制，挡边轮或行程开关往往与皮带之间要有较大的间隙，因此只有在跑偏量超过上述间隙时才会起作用，当跑偏程度尚不足上述间隙宽度时这类装置无法获得实际跑偏量的定量值，不便于探索跑偏量对计量误差的影响究竟存在怎样的函数关系。此外，皮带跑偏时挡边轮或行程开关频繁阻挡皮带侧边还会加速皮带的损耗，并对皮带秤称重传感器带来非预期的干扰力。

公开号为CN 101634582A、公开日2010-01-27的一项发明“用于称重给料机的皮带跑偏检测装置”，在皮带下方的某个位置安装接近开关作为皮带位置传感器，在皮带的非承载面上镶有沿皮带运行方向的两个以上相互平行的感应条，每个感应条由一块以上的感应块组成。该项发明的不足之处是镶在皮带内的感应条所含有的感应块数量受到限制，镶多了不仅工程量大，而且会影响皮带的强度；镶少了则会影响检测精度。另一项授权公告号CN 201438107U、授权公告日2010-04-14的实用新型，介绍了一种主要由红外激光发生器与CCD摄像头组成的皮带跑偏监测装置。该装置采用光学监测方式提高了对皮带跑偏量的分辨能力，但由于它的激光发生器与摄像头都安装在皮带承载面的上方，摄像头捕捉的信号是皮带的反射光，由于皮带所输送的物料表面形状复杂且随机变化，会造成反射方向的失真和不稳定，而且皮带或物料表面的反射效率欠佳，因此监测结果不可靠。

发明内容

针对现有技术的固有缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种能对皮带跑偏量定量精确检测，且不会对称重传感器带来干扰力的检测方法及相应装置。为了解决上述技术问题，本发明人采用了如下的技术方案：

本发明所述皮带跑偏定量检测方法，系一种基于光电效应的非接触式皮带跑偏量检测方法；其特征在于包括下列步骤：(一)在现场输送机进程皮带的上方设置光源；(二)在现场输送机进程皮带的下方，靠近皮带边缘的一侧(单边检测方式)或两侧(双边检测方式)设置光敏器件阵列，阵列中相邻光敏器件的列间距d不大于所需的检测分辨力(参见图1)，光敏器件阵列的总宽度不小于皮带最大允许跑偏量，单边检测方式的光敏器件阵列宽度，相当于双边检测方式中两边的光敏器件阵列宽度之和；(三)将获得的信息通往有电脑支持的数据处理和分析系统求得跑偏量。

本发明按光敏器件的工作条件可分为曝露式测量和遮覆式测量两种方式：在双边检测时，曝露式测量方式(参见图2)光敏阵列的大部分器件放在皮带的正下方被皮带所掩盖，皮带在正常位置时处于熄灭状态，当皮带任何一边跑偏时都会有部分光敏器件曝露出来被光照亮，以被照亮光敏器件的多寡反映跑偏量的大小；遮覆式测量方式(参见图3)光敏阵列的大部分器件放在皮带边缘外侧的下方，皮带在正常位置时处于点亮状态，当皮带任何一边跑偏时都会有部分光敏器件被皮带掩盖而熄灭，以熄灭光敏器件的多寡反映跑偏量的大小。在单边检测时(参见图4)，光敏阵列的器件一半放在皮带的正下方被皮带所覆盖，另一半器件放在皮带边缘外侧的下方曝露在光照下，当皮带向安装光敏器件阵列的一边跑偏时，被掩盖的光敏器件增多；当皮带背离安装光敏器件阵列的一边跑偏时，被照亮的光敏器件增多，以此可检测跑偏量的大小，并判别皮带跑偏的方向。简言之，本发明的检测原理是以曝露于光照或被皮带所掩盖的光敏器件多寡来反映跑偏量大小的。

本发明所述皮带跑偏定量检测装置，包括现场光源、下位机、上位机和通讯网络，其下位机由数据采集模块与数据处理模块组成，其上位机由数据分析模块与数据显示模块组成，通讯模块将下位机和上位机相互连接为数据传输网络；其特征在于：所述光源置于现场输送机皮带的上方，所述数据采集模块的输入级具有多个光敏器件，所述光敏器件排布成阵列，置于现场输送机皮带的下方，靠近皮带边缘的一侧或两侧。

为避免环境可见光线的干扰，光源的发光器件可采用发红外光的LED或射灯，或单独构成点光源，或与聚焦镜共同构成平行光源。两种方法相比，在平行光方法下，需要配置直径不小于预定最大跑偏量的凹面镜或凸透镜(参见图5)，成本较高；在点光源方法下，光的最大入射角较大，精度稍差，但成本较低，且容易调整。

数据采集模块是整个系统的底层部分，也是任务最重的部分，该模块的主要任务是采集现场数据，对信号进行相应调理，为上层提供良好的数据源。作为该模块信号输入级的光敏器件可为光电三极管或者光电二极管，相邻光敏器件的间距d决定了检测的分辨力，通常要求d≤5mm，所需光敏器件数量依据不同宽度规格皮带的最大允许跑偏量和要求的检测精度而定，通常为16～720个，呈多行多列排布，为缩小相邻光敏器件的间距，阵列相邻行间的各列可错位排布。

本发明的数据处理模块、数据分析模块、数据显示模块、通讯模块等基本沿用现有技术。数据处理模块用于处理所采集信号，将亮度信号转换成后续电路能够识别的数字信号；数据分析模块用来帮助用户阅读信号更深层的信息，并能形象地表现出来，判断设备的状态，为决策提供很好的帮助信息；数据显示模块根据数据分析的结果求得跑偏量，进而判断皮带输送机跑偏性能的优劣；通讯模块是数据传输的纽带，它将采集的数据传输给上位机，以及为系统的扩展或兼容提供接口。

本发明的有益效果是，填补了皮带跑偏量定量检测的空白，并据此创造了定量检测皮带跑偏程度的实用装置，为提高皮带秤准确度的研究提供了有效手段。

附图说明

图1为光敏器件阵列排布示意图。

图2是曝露式双边检测原理示意图。

图3是遮覆式双边检测原理示意图。

图4是单边检测原理示意图。

图5是平行光线检测原理示意图。

图6是本发明系统框图。

[0017]图7是本发明一个实施例的系统框图。

图8是本发明一个实施例的数据采集模块测量电路原理图。

图9是本发明实施例现场部分安装示意图。

图中标记：1-光源，1Ry-入射光线，1Ln-凸透镜，2-光敏器件阵列，3-支架，4-托辊，5-皮带，α-托辊组槽型角，802-信号预处理电路，803-优先编码器级联电路，810-实时时钟，820-STC89C52单片机，830-通讯模块，831A-RS485收发电路A，831B-RS485收发电路B，832-USB接口电路，838-RS485总线，850-上位计算机，890-调试设备

具体实施方式

下面将结合附图与具体实施例对本发明进一步详细说明。

图1是光敏器件阵列中多个器件的排布示意图。例如，检测分辨力定为1mm，此时图中d＝1mm。对于带宽2000mm的皮带最大允许跑偏量按每侧6％计算为120mm，至少需要240个光电三极管(单边或分置于双边)，考虑到一般光电三极管的外形直径大于1mm，阵列内相邻各行采用按错位方式排布于印制电路板上，以缩小相邻光敏器件的列间距。

图6是为本发明系统原理框图，图7是本发明某实施例对图6的具体化。系统采用性能稳定、性价比高的STC89C52单片机820作为下位机主体，上位机850为PC机，其软件使用VB语言进行开发，PC机与下位机的通讯使用RS-485总线838进行。下位机的输入级为光电三极管阵列2，位于光电三极管阵列与现场光源之间的皮带在运动中发生的横移使阵列中各光电三极管或曝露或被掩盖，从而得到反映皮带跑偏量的光电信号，该信号经预处理电路802输入优先编码器级联电路803，以实现对光电三极管数据的编码，然后直接与单片机820的P1、P2串口连接，因为要求传送速度并不是很快，所以采用串口传输能满足要求，而且无需A/D转换，大大提高了传输速率。下位机的通讯模块830包含RS485收发电路831A和USB接口832，前者用来连接上位计算机850的RS485收发电路831B，后者一般用于下位机程序调试，当下位机出现工作错误时，可以通过USB接口将下位机直接与一台外置设备890(如笔记本电脑)连接，进行程序编写、下载、调试等。

图8是本发明一个实施例的数据采集模块测量电路原理图。光敏器件阵列以每8个光电三极管为一组，它们的集电极共地，发射极分别接到同一个集成块3-8线优先编码器74LS148的8个输入端子(编号为10～17)，并接电阻排Res Pack4的一端(编号为9～16)，再由电阻排的另一端(编号为1～8)接电源Vcc；每4个74LS148为一组，根据需要采用多组SN74LS148D进行级联，它们的同名输出端子分别接到同一个双四输入与门集成器件74F21的输入端，以实现对光电三极管数据的编码。

图9是本发明实施例现场部分安装示意图。图中支架3呈∏形跨于皮带输送机之上，光源1安装于支架3上部的中央，装有光敏器件阵列2的印制电路板置于皮带5的下方，按选用的检测方式(单边或双边，曝露或遮覆)的不同，装于皮带的一侧或两侧，及其被皮带覆盖或曝露于皮带边缘外的宽度。对于三节槽型皮带输送机，光敏器件阵列印制电路板的安装角度，须保持与皮带输送机托辊组槽型角α一致，使现场光源1对光敏器件的入射光线尽量垂直。当所述光源为点光源时，对于不同位置的光敏器件与点光源之间距离不同所引起的测量误差，可通过适当调整光敏器件与输送带的非受料面的距离和/或按相似三角形原理计算进行误差补偿。

上面结合附图对本发明优选的实施方式和实施例作了详细说明，当然，本发明并不限于上述实施方式和实施例，此装置还可以在本技术领域技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化，这样的结构变换均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种皮带跑偏定量检测方法，系一种基于光电效应的非接触式皮带跑偏量检测方法；其特征在于包括下列步骤：(一)在现场输送机进程皮带的上方设置光源；(二)在现场输送机进程皮带的下方，靠近皮带边缘的一侧(采用单边检测方式时)或两侧(采用双边检测方式时)设置光敏器件阵列，光敏器件阵列的总宽度不小于皮带最大允许跑偏量，单边检测方式的光敏器件阵列宽度，相当于双边检测方式中两边的光敏器件阵列宽度之和；(三)将测得的跑偏量信息通往有电脑支持的数据处理和分析系统。

2.根据权利要求1所述的皮带跑偏定量检测方法，采用曝露式双边检测方式；其特征在于：所述光敏器件阵列分置于皮带两侧边缘附近，其大部分器件放在皮带的正下方被皮带所掩盖，皮带在正常位置时处于熄灭状态，当皮带任何一边跑偏时都会有部分光敏器件曝露出来被光照亮，以被照亮光敏器件的多寡反映跑偏量的大小。

3.根据权利要求1所述的皮带跑偏定量检测方法，采用遮覆式双边检测方式；其特征在于：所述光敏器件阵列分置于皮带两侧边缘附近，其大部分器件放在皮带边缘外侧的下方，皮带在正常位置时处于点亮状态，当皮带任何一边跑偏时都会有部分光敏器件被皮带掩盖而熄灭，以熄灭光敏器件的多寡反映跑偏量的大小。

4.根据权利要求1所述的皮带跑偏定量检测方法，采用单边检测方式；其特征在于：所述光敏器件阵列的一半放在皮带的正下方被皮带所覆盖，另一半器件放在皮带边缘外侧的下方曝露在光照下，当皮带向安装光敏器件阵列的一边跑偏时，被掩盖的光敏器件增多；当皮带背离安装光敏器件阵列的一边跑偏时，被照亮的光敏器件增多，以此可检测跑偏量的大小，并判别皮带跑偏的方向。

5.一种皮带跑偏定量检测装置，包括现场光源、下位机、上位机和通讯网络，其下位机由数据采集模块与数据处理模块组成，其上位机由数据分析模块与数据显示模块组成，通讯模块将下位机和上位机相互连接为数据传输网络；其特征在于：所述光源置于现场输送机皮带的上方，所述数据采集模块的输入级具有多个光敏器件，所述光敏器件排布成阵列，置于现场输送机皮带的下方，靠近皮带边缘的一侧或两侧。

6.根据权利要求5所述的皮带跑偏定量检测装置，其特征在于：所述光源为红外光波段。

7.根据权利要求5所述的皮带跑偏定量检测装置，其特征在于：所述光源为点光源，对于不同位置的光电器件与点光源之间距离不同所引起的测量误差，通过适当调整光电器件位置与输送带的非受料面的距离和/或按相似三角形原理计算进行误差补偿。

8.根据权利要求5所述的皮带跑偏定量检测装置，其特征在于：所述光源为平行光源。

9.根据权利要求5所述的皮带跑偏定量检测装置，其特征在于：所述光敏器件阵列通常具有16～720个光电三极管或光电二极管，相邻光敏器件的间距d不大于5mm，呈多行多列错位排布。

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