CN102589445A

CN102589445A - 皮带垂度检测方法与装置

Info

Publication number: CN102589445A
Application number: CN2012100546435A
Authority: CN
Inventors: 袁延强
Original assignee: NANJING SANAI INDUSTRIAL AUTOMATION Co Ltd
Current assignee: NANJING SANAI INDUSTRIAL AUTOMATION Co Ltd
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种皮带垂度检测方法与装置，填补了皮带垂度检测技术的空白。本发明所述皮带垂度检测方法包括下列步骤：(一)位于靠近输送机进程皮带垂度最大处的下方设置激光发生器与接收器；(二)激光光束由下而上投向进程皮带的非受料面形成光斑，皮带垂度变化时，光斑跟激光发生器与接收器的距离也发生改变，测到的光信号强度也随之不同；(三)激光接收器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垂度。运用相应技术的实用装置包含一个或几个激光光源与激光捕捉器，置于现场输送机相邻两托辊之间中部，位于进程皮带非受料面的下方，与皮带不接触；激光接收器采集激光发生器投射在皮带非受料面上的光斑信号，以求得皮带垂度量值。

Description

皮带垂度检测方法与装置

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下垂程度的方法，本发明还涉及运用该方法的实用检测装置。

背景技术

由于皮带秤的输送带(通称皮带)是由橡胶、塑料等非刚性材料制成的，输送机皮带托辊又有一定的间距，故而皮带会因其自重及所输送物料的重力作用发生下垂；从而使原本用于张紧皮带的切向张力分解出与皮带秤所称量物料的重力同向的法向分力，于是对计量形成干扰。同时皮带的张力在皮带秤的不同位置和不同工作时段会随机变化，因此无法用确定的量值来修正。如果能在线测得皮带的垂度，就有可能推算出皮带张力的分力大小，从而对皮带秤进行实时补偿。

本发明申请人曾以“带下沉量、下垂量、垂度、弛度、矢高，droop、sag、sagitta、sagittarius、deflection、slack、prolapse、prolapsus、ptosis”等作为关键词，多次对中国专利库与包括美、英、法、德、瑞士、俄、欧专、日、PCT组织等外国专利库进行了检索，直到本申请文件完成时还未查到有已公开的相关技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能对皮带秤输送带的垂度在线定量实时检测的装置。据现场实测经验数据，皮带秤输送带从空载到满载时的下垂量变化范围一般在3～50mm，预期的测量分辨力须达到0.1mm或更高精度。考虑到检测过程中任何接触皮带的测量方法都可能影响到皮带秤的准确计量，又考虑到非接触方式中的电涡流位移测量法的线性度一般较低，且要求被测对象为不导磁的导体，不适用于皮带；而电容位移测量法的精度虽高但量程一般小于1mm，不能满足皮带下垂量的变化范围；为了解决该技术问题，本发明人采用了如下的技术方案：

本发明所述皮带垂度检测方法，系一种基于激光反射与接收的非接触式检测方法；其特征在于包括下列步骤：(一)位于靠近输送机进程皮带垂度最大处的下方设置激光发生器与接收器；(二)激光光束由下而上投向进程皮带的非受料面形成光斑，皮带垂度变化时，光斑跟激光发生器与接收器的距离也发生改变，测到的光信号强度也随之不同；(三)激光接收器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垂度。

本发明所述皮带垂度检测装置，包括下位机、上位机和通讯网络，其下位机由现场信号发生与采集模块、数据处理模块组成，负责测量皮带低于基准线的距离并将数据发送至串口，其上位机由数据分析模块、数据显示模块组成，使处理数据与标准值进行相减计算皮带垂度，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：所述信号发生与采集模块包含一个或几个激光光源与激光捕捉器，放在现场输送机相邻两托辊之间中部，位于皮带非受料面的下方，与输送带不接触；所述激光捕捉器对于所述激光光源在输送带非受料面上投射出的光斑予以采集，所测量到的皮带最低点与预设基准线的距离为皮带垂度量值信号。

若以沿皮带输送机纵梁的方向为Y轴，沿横梁的方向为X轴，Z轴垂直于坐标平面XOY；皮带运行时沿Y轴方向前进，跑偏则反映在X轴方向，而下垂量表现在Z轴方向。从理论上讲，皮带的最大下垂量发生在相邻两组托辊间的投影面中心下，因而激光发生与捕捉器一般宜安置在此处(参见图2)，激光发生与捕捉器的安装支架上设有丝杆，可在Z轴方向调节激光发生与捕捉器的高低；由于皮带在运行中会发生跑偏，所输送物料的重心也可能未均匀分布在皮带中线的两侧，如果沿X轴同时安装若干个激光发生与捕捉器(参见图3)，比较各激光捕捉器采集到的信号，可以在一定程度上弥补前一种方式的不足；倘若把激光发生与捕捉器安装在沿X轴方向的导轨上(参见图4)，使其能够在步进电机的驱动下来回移动，并且不断的采集与皮带非受料面之间的距离信号，就可能在一定的测量时间内，通过测量多组数据求出最低点；进一步考虑到惯性的作用，皮带及其所输送物料的重心沿Y轴方向也会偏离相邻托辊组的间距中央，因此还可以再增加一根Y轴方向的导轨(参见图5)，从而将最大下垂量位置纳入到检测区域之中。以上四种方案各有所长，可以根据检测要求和现场情况选用；其中，方案一最为简单可靠，但检测到的垂度很可能不是最大值；方案四能检测到垂度的最大值，但机构较为复杂。

本发明所述现场信号发生与采集模块可采用三角测量法的激光位移传感器，所述激光位移传感器包含激光光源和激光捕捉器，所述激光光源为波长630nm～700nm的红色激光发射器，所述激光捕捉器为内部含有CCD电荷耦合元件阵列的线性相机。激光发射器通过镜头将激光射向皮带非受料面，经反射的激光通过激光捕捉器镜头，被CCD相机接收，根据不同的距离，CCD相机可以在不同的角度下“看见”这个光点；根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。

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，将该信号传给PLC或单片机，同时PLC或单片机控制着步进电机的运转方式；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制成波形图，即将皮带垂度随时间的变化拟合成曲线，并且每一个离散点对应时间与重量信息，同时有与之相对应的垂度；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，填补了皮带垂度检测领域的空白，并据此创造了定量检测皮带下垂程度的实用装置，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为本发明系统框图。

图2是采用一个激光位移传感器，且装在固定位置的实施例之Y向示意图。

图3是采用多个装在固定位置的激光位移传感器的实施例之Y向示意图。

图4是采用安装在X向导轨上的可移动激光位移传感器的实施例之Y向示意图。

图5是采用安装在X向和Y向导轨上的可移动激光位移传感器的实施例之Y向示意图。

图6是图5之三维立体示意图。

图7是本发明一个实施例的系统硬件框图。

图中标记：1-输送机皮带，10-皮带垂度零基准线，11-空载皮带下垂曲线，2-输送机纵梁，3-激光光源-激光捕捉器(激光位移传感器)，30-底板，31-支架与调节丝杆，32-Y向导轨，33-X向导轨，3p-激光光源投射光线，3r-反射光线。

具体实施方式

图1本发明系统原理框图，图7是本发明某实施例对图1的具体化。系统采用性能稳定、性价比高的89C52单片机作为下位机主体，上位机为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总线进行。下位机的输入级为激光位移传感器，装在皮带秤进程皮带的下方，激光位移传感器的激光发生器将光束投射到进程皮带的非受料面上形成光斑，激光位移传感器内部的CCD线性相机可在不同的角度下捕捉到该光斑，激光位移传感器的输出信号经滤波和放大调理等电路单元进行预处理，再通过A/D变换器将数字信号传给单片机，由单片机将数据送至串口，通过485总线，由上位机网络将采集到的数据进行分析处理，如皮带垂度计算，皮带垂度与皮带承载关系，皮带垂度与张力关系等。

图2所示实施例采用一个装在固定位置的激光位移传感器。在皮带输送机中前后相邻两托辊组之间中部处的左右两纵梁2上用底板30搭桥，在底板30的中央安装支架与调节丝杆31，将激光位移传感器3固定在支架与调节丝杆31上，转动丝杆螺母能调节激光位移传感器的位置高低。激光位移传感器3产生的激光3p射向进程皮带的非受料面，其反射光线3r由激光位移传感器内部的CCD线性相机接收，于是所带有的垂度信息被采集到。

图3是采用多个装在固定位置的激光位移传感器的实施例。它与图2的不同在于：在底板30上沿X轴同时安装了多于一个的支架与调节丝杆31，每个支架与调节丝杆31上都装了一个激光位移传感器3，从而可同时对皮带的多处检测垂度。

图4和图5所表达的实施例中，安装激光位移传感器3的支架与调节丝杆31不是直接固定于底板30上，而是先装在导轨上，其中，图5的实施例设有X向导轨33和Y向导轨32，激光位移传感器3除了可在Z轴方向调节高低之外，还能够沿X轴和Y轴往复移动，从而把检测范围由一点扩大到XOY面内位移传感器3所能到达的区域；而图4的实施例只用了X向导轨33，位移传感器3能够沿X轴来回移动；步进电机通过转换器驱动支架与调节丝杆31在导轨上左右往复运动，激光位移传感器3由此被带着来回移动，同时不断地发出激光并采集与皮带非受料面之间的距离信号，在一定的测量时间内，通过测量多组数据求出最低点，经过处理得到皮带的垂度，同时经数据归纳和正态函数分析，从而验证检测数据的可靠性。

图6是图5之三维立体示意图。

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

1.一种皮带垂度检测方法，系一种基于激光反射与接收的非接触式检测方法；其特征在于包括下列步骤：(一)位于靠近输送机进程皮带垂度最大处的下方设置激光发生器与接收器；(二)激光光束由下而上投向进程皮带的非受料面形成光斑，皮带垂度变化时，光斑跟激光发生器与接收器的距离也发生改变，测到的光信号强度也随之不同；(三)激光接收器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垂度。

2.一种皮带垂度检测装置，包括下位机、上位机和通讯网络，其下位机由现场信号发生与采集模块、数据处理模块组成，其上位机由数据分析模块、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：所述信号发生与采集模块包含一个或几个激光光源与激光捕捉器，置于现场输送机相邻两托辊之间中部，位于进程皮带非受料面的下方，与皮带不接触；所述激光光源投射在进程皮带非受料面上的光斑信号由所述激光捕捉器采集。

3.根据权利要求2所述的皮带垂度检测装置，其特征在于：所述现场信号发生与采集模块为采用三角测量法的激光位移传感器，所述激光位移传感器包含激光光源和激光捕捉器，所述激光光源为波长630nm～700nm的红色激光发射器，所述激光捕捉器为内部含有CCD电荷耦合元件阵列的线性相机。

4.根据权利要求3所述的皮带垂度检测装置，其特征在于：所述激光位移传感器[3]安装在支架与调节丝杆[31]上，所述支架与调节丝杆[31]安装在底板[30]的中央，所述底板[30]处于皮带输送机前后相邻两托辊组之间中部，搭桥在皮带输送机的左右两纵梁[2]上。

5.根据权利要求3所述的皮带垂度检测装置，其特征在于：所述底板[30]处于皮带输送机前后相邻两托辊组之间中部，搭桥在皮带输送机的左右两纵梁[2]上，所述底板[30]上同时安装了2个或更多个支架与调节丝杆[31]，它们沿X轴方向布置，每个支架与调节丝杆[31]上都装了一个激光位移传感器[3]。

6.根据权利要求3所述的皮带垂度检测装置，其特征在于：所述激光位移传感器[3]安装在支架与调节丝杆[31]上，所述支架与调节丝杆[31]安装X向导轨[33]上，所述X向导轨[33]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]处于皮带输送机前后相邻两托辊组之间中部，搭桥在皮带输送机的左右两纵梁[2]上；步进电机通过转换器驱动支架与调节丝杆[31]在导轨上左右往复运动，激光位移传感器[3]由此被带着来回移动，同时不断地发出激光并采集与皮带非受料面之间的距离信号。

7.根据权利要求3所述的皮带垂度检测装置，其特征在于：所述激光位移传感器[3]安装在支架与调节丝杆[31]上，所述支架与调节丝杆[31]安装在X向导轨[33]上，所述X向导轨[33]安装在Y向导轨[32]上，所述Y向导轨[32]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]处于皮带输送机前后相邻两托辊组之间中部，搭桥在皮带输送机的左右两纵梁[2]上；步进电机通过转换器驱动支架与调节丝杆[31]在X向导轨[33]上左右往复运动，并驱动X向导轨[33]在Y向导轨[32]上前后往复运动，激光位移传感器[3]由此被带着在二维面内来回移动，同时不断地发出激光并采集与皮带非受料面之间的距离信号。