CN102679915A

CN102679915A - 基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量方法及系统

Info

Publication number: CN102679915A
Application number: CN2012101641579A
Authority: CN
Inventors: 彭凯; 杨伟东; 刘丽冰; 张宇; 杨泽青; 陈英姝
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开一种基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量方法及系统，采用非接触光学方法进行连续传送长物体的截面积、体积及重量测量。在被测量连续传送长物体4的周围一定距离内，设置1个或多个光投射器1和1个或多个图像传感器2，图像传感器通过总线与数据处理系统3连接，数据处理系统处理由图像传感器获得的图像数据，并结合传送速度和物体密度数据计算得到待测物体的体积和/或重量。本发明的优势为：可以精确无接触地测量连续传送物体横截面面积，并计算通过固定平面的体积和/或重量。无需干扰传送系统，系统可以方便地添加到现有传送设备周围，用于测量物体的体积重量，特别适合无法接触测量的物体，如热轧钢坯、煤粉等。

Description

基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测试计量技术及仪器，具体涉及到采用非接触光学方法进行连续传送长物体的截面积、体积及重量的测量技术。

背景技术

测量连续传送的物体重量的方法有很多种，天平法，弹簧拉伸压缩及应变计法等。利用这些方法的测量仪器装在传送待测物体的传送机中途，将测得的单位长度上该物体的重量求积分，可以得到所要求长度的该物体的重量。这些测量方法对于刚性长物体是不适用的或者测量精度不高。

专利CN85106686A介绍了一种连续传送长物体的连续测量方法，能较好的解决该问题，它的测量原理是采用在传送带上方或者两侧布置距离传感器，测量传送带物体上表面轮廓点到传感器的距离，侧面距离传感器用于测量侧面凹陷部分宽度，进而求解整个横截面面积、体积和重量。发明需要密布很多距离传感器或者需要传感器沿固定方向来回移动，测量效率低，或者成本较高，并且该发明仅对放置于传送带上物体有效，而对于钢坯类仅在传送辊上移动的具有腐蚀性或高温等物体，该方法有较大的局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光学测量的连续传送长物体体积和/或重量测量方法；进一步本发明提供用于该方法的测量系统。此外，本发明提供一种结合该检测系统的生产系统，该系统可用于连续传送的长物体的精确分割，比如钢锭或者粉状物体，如面粉或煤粉等。

所述基于光学测量的连续传送长物体体积和/或重量测量方法，包括：在被测量连续传送长物体的周围一定距离内，设置1个或多个光投射器和1个或多个图像传感器，图像传感器通过总线与数据处理系统连接，该数据处理系统处理由图像传感器获得的图像数据，并结合传送速度和物体密度数据计算得到待测物体的体积和/或重量。

其中，所述光投射器投射的光是一字光线，所述光投射器如图4所示，投射光线为一字型光线即一字光线，一字光线在被测量物体表面形成光条。光投射器的数量可以是1个或多个，数量可根据待称量物体的横截面的形状决定，优选1，2，3，4或5个。例如，当待称量物体的横截面为底边为直线，且光能投射到除底面以外的所有的地方时，如扇形、半圆形或类似的结构变形，仅需要1个光投射器即可，如图3所示。而规则的圆形需要2个光平面投射器设置在对称的位置即可，三角形或方形则可能需要3个或更多光投射器。光投射器并非需要严格垂直于传输方向，斜着投射亦可。如果使用多于一个的光投射器投射，那么投射在物体表面的一字光线需要调整到一个平面上，该平面与被测量物体的传送方向垂直或接近垂直。当然，所述光投射器的数量由实际测量情况、经济性以及便携性等因素决定，只要满足光投射器投射的一字光线在被测量物体表面形成一个封闭光环即可。光投射器的设置一般为均匀设置。上述光投射器由光源和透镜组成，优选激光器或者高亮度光源与透镜组成，透镜的作用是将点光源拉长成一字光线，所述透镜是柱状棱镜或其它能够将点光源变成一字光线的透镜。

所述图像传感器用于获取一字光线在被测量物体表面形成光条图像。图像传感器的数量同样需要根据实际情况决定，只要能满足图像传感器拍到的光条图像拼接起来是一个封闭的结构即可，比如，待称量物体的横截面为底边为直线的扇形、半圆形或类似形状仅需要1个图像传感器即可。待称量物体的横截面为规则的圆形则需要2个图像传感器设置在对称的位置即可，三角形或方形则可能需要3个或更多图像传感器。当然为了提高精确度，可以多设置几个图像传感器。图像传感器数量选择以及设置位置可参考光投射器的设置，一般为均匀设置。所述图像传感器是摄像机，优选面阵CCD摄像机、面阵CMOS摄像机，或者类似的能感光的平面传感器，特别优选面阵CCD摄像机。

所述数据处理器系统对所述图像传感器获取的光条图像信息进行处理，以获得光投射处的横截面积。具体操作包括，数据处理系统通过总线控制图像传感器，通过图像传感器摄像模型，获取光条在传感器坐标系中的坐标位置，并计算获得被测量物体整个横截面的形状曲线，从而精确计算出横截面面积，计算得到光条在系统坐标系中的坐标，采用面积积分法计算被测量物体在光投射处的横截面的面积，当被测量物体连续移动通过光投射器的一字光线所在平面时，在被测量物体移动方向上进行连续积分，计算出被测量物体通过光投射处平面的体积，进而计算出重量。所述数据处理系统是计算机或嵌入式单片机(ARM)和数据处理软件构成，数据处理软件包括图像采集模块、图像数据处理模块和计算横截面面积、体积和/或重量的模块构成。

为便于数据处理并且为获得准确的信息，多个图像传感器与光投射器的参数优选事先标定，并将各个图像传感器与光投射器的坐标系统统一到一个坐标系统下。

本专利请求保护针对连续传送长物体的体积重量测量系统，该系统包括：在被测量连续传送长物体的传送方向的垂直或接近垂直平面上设置的1个、2个或多个光投射器和1个、2个或多个图像传感器，和用于图像数据处理的数据处理系统。所述系统工作原理包括，由图像传感器获取投射在连续传送长物体表面的光条图像，数据处理系统对总线传回的图像信息进行处理，计算光条图像点在传感器坐标系中的坐标位置，采用面积积分得到被测量物体在光投射处的横截面的面积，精确计算出横截面面积，当被测量物体连续移动通过光投射器的一字光线所在平面时，在被测量物体移动方向上进行连续积分，计算出被测量物体通过光投射处平面的体积，进而计算出重量。

所述光投射器、图像传感器和数据处理系统的定义与选择与上述方法中的各种定义和选择一致。

所述体积重量测量系统用于上述连续传送长物体的体积重量测量方法。

为进一步获得更精确的检测效果，本发明可以在进行测量前，对光投射器和摄像机系统进行参数标定。标定的参数包括光投射器的一字线激光所在平面参数，摄像机的焦距，成像平面中心，镜头畸变系数及比例因子等。

本发明涉及的检测方法和检测系统特别适合测量连续传送的长物体，物体的横截面面积不一定规则、不一定连续变化的情况，且因为表面不可接触，如高温，高腐蚀或者接触后即发生形变等原因，无法及时进行体积重量测量。具体试用的领域包括：热轧钢坯等物体的体积重量测量，对于粉末状，如面粉、煤粉类传送系统，也可以采用此系统。

本发明进一步保护安装所述检测系统的，并依据该检测系统指令而进行准确体积质量分割的生产设备。

进一步保护一种钢锭切割系统，该系统包括：在钢锭传送装置与钢锭切割机之间安装所述的体积重量测量系统，根据钢锭传送带的运动速度，确定钢锭从光投射器投射的一字光线所在平面到切割机之间的时间，钢锭通过该光线所在平面时系统连续采集并计算出通过该平面的横截面面积、体积和/或重量，当达到预设体积和/或重量时，驱动切割机切断钢锭，即可得到准确需要切割的体积重量的钢锭。

本发明保护一种煤粉分割系统，该系统包括：在煤粉传送装置与煤粉分割系统之间安装本发明提供的体积重量测量系统，根据煤粉传送带的运动速度，确定煤粉从光投射器投射的一字光线所在平面到切割机之间的时间，煤粉通过该平面时系统连续采集并计算出通过该平面的横截面面积、体积和/或重量，当达到预设体积和/或重量时，系统驱动分割机停止煤粉传送装置，即可得到准确需要分割传送的体积重量的煤粉。

同现有技术相比，本发明的优势为：将光投射器和图像传感器用于测量连续传送的长物体，特别是无法接触的物体测量时，可以精确无接触地测量物体横截面各个点的坐标，从而计算出横截面面积，通过对长度的积分可计算出物体通过光投射器投射光所在平面的体积，并通过测定密度值可以换算出重量。将光投射器与图像传感器安装于连续传送长物体一个横截面的一定范围内，无需干扰传送系统，可以方便地添加到现有传送设备周围。

附图说明

图1为本发明基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统的结构组成示意图；

图2为本发明基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统用于测量扇形被传送长物体的系统结构组成示意图；

图3为本发明基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统一种实施例的连接原理图；

图4为本发明基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统的图像传感器测量原理；

图5为本发明基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统一种实施例的软件测量流程框图。

其中：

1：光投射器 2：摄像机

3：计算机 4：连续传送长物体

5：传送辊 6：平面传送带

7：总线 8：一字线激光

9：图像平面

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步详细描述本发明。实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求保护范围。

基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量系统，其特征在于该系统主要包括光投射器1、图像传感器2和数据处理系统3，光投射器1由激光投射器和透镜组成，图像传感器2采用面阵黑白CCD摄像机，为了提高测量精确性，可以在摄像机的镜头增加滤光片，光投射器1和图像传感器2的数量可以布置多个，以光条能包围整个长物体横截面为宜，图中设置两套按对称分布，数据处理系统3由内部装有图像采集控制程序和数据处理程序的计算机构成。连续传送长物体4在传送系统的传送辊5上匀速移动。

本发明中的激光投射器和透镜组成光投射器，透镜是一种柱状棱镜，可以将点状激光扩成一字线激光，一字线激光与长物体相切，形成环绕长物体的封闭光条；分布在周围的面阵CCD摄像机拍摄的光条图像，摄像机顺序拍摄光条图像，同步抓拍能获得更高的测量精度。

本发明的测量原理是一字线激光与连续传送长物体相切在物体表面形成封闭光条，固定分布于四周的面阵黑白CCD摄像机抓拍光条，经过图像采集、轮廓提取、标定等步骤，获得连续传送长物体的截面轮廓曲线点坐标，进而计算出横截面的面积；随着连续传送长物体的移动，通过连续的抓拍通过一字线激光所在平面的光条图像，测量出连续横截面的面积；将横截面面积在运动方向上的连续积分得到长物体通过光切平面的体积；再乘以长物体在实验室中测量标定的密度可计算出通过一字线激光所在平面的长物体的重量。

技术要求包括：

1、光投射器安装在长物体传送带连接一段空置区域，至少两个或以上光投射器，投射的一字激光能将长物体整个周长照亮，并且调整所有投射的一字激光处于一个平面上；

2、至少两个或以上摄像机布置于光投射器与长物体之间，使得摄像机拍摄到长物体上所有光条；

3、对所有摄像机的参数及一字激光所在平面的参数进行标定，获得统一的数学坐标系；

4、摄像机采用外触发同步拍摄模式，可以同时采集到同一横截面光带的图像，否则测量精度有所下降。

5、通过在运动方向的积分的办法获得长物体的体积，需要事先标定长物体的密度。

Claims

1.基于光学测量的连续传送长物体体积重量测量方法，所述方法包括：在被测量连续传送长物体的周围一定距离内，设置1个或多个光投射器和1个或多个图像传感器，图像传感器通过总线与数据处理系统连接，该数据处理系统处理由图像传感器获得的图像数据，并结合传送速度和物体密度数据计算得到待测物体的体积和/或重量；

其中，所述光投射器投射的光是一字光线，一字光线在被测量物体表面投射为一字光条；当光投射器为2个或大于2个时，则投射在物体表面的一字光线需要调整到一个平面上，该平面与被测量物体的传送方向垂直或接近垂直，只要满足光投射器投射的一字光线在被测量物体表面形成一个封闭光环即可；所述图像传感器用于获取一字光线在被测量物体表面形成光条图像，所述图像传感器获取的图像信息由总线传送给数据处理系统，并由该数据处理系统进行处理。

2.如权利要求1所述方法，其中，数据处理系统处理方法包括将从图像传感器获得的光条图像信息进行处理，获取光条在图像传感器坐标系中的坐标位置，采用面积积分法计算被测量物体在光投射处的横截面的面积。

3.如权利要求2所述方法，其中，数据处理系统进一步计算获得待测物体的通过投射处部分的体积和/或重量，具体步骤为被测量物体连续移动通过光投射器的一字光线所在平面时，在被测量物体移动方向上进行连续积分，计算出被测量物体通过光投射处的物体体积，再根据事先标定的密度计算出物体通过光投射处的物体重量。

4.如权利要求1-3之任意一个所述的方法，其中，所述光投射器为光源和透镜组成，优选激光器或者高亮度光源与透镜组成，透镜的作用是将点光源拉长成一字光线，其中所述透镜是柱状棱镜或其它能够将点光源变成一字光线的透镜；所述图像传感器是摄像机，优选面阵CCD摄像机、面阵CMOS摄像机，或者类似的能感光的平面传感器；光投射器和图像传感器的数量为1，2，3，4或5个，具体数量根据待测物体的横截面积的实际形状选择；数据处理系统为嵌入式ARM机或计算机，所述系统内部配置图像采集软件和数据处理软件。

5.如权利要求4所述方法，其中待测物体的横截面积的底边为直线的扇形、半圆形或类似形状，且通过一个光投射器投射光线能完全覆盖除底面以外的部分时，光投射器和图像传感器的数量可选择为1个；此外可选择2，3，4或5个光投射器和图像传感器，只要能满足图像传感器拍到的光条图像拼接起来是一个封闭的结构即可。

6.一种用于连续传送长物体连续测量的测量系统，所述系统包括：在被测量连续传送长物体的传送方向的垂直或接近垂直平面上设置的1个或多个光投射器和1个或多个图像传感器，以及用于图像数据处理的数据处理系统，所述系统通过总线与图像传感器连接；该系统工作原理包括，光投射器在物体表面投射一字光条，由图像传感器获取投射在连续传送长物体表面的光条图像，数据处理系统对总线传回的图像信息进行处理，计算光条图像点在传感器坐标系中的坐标位置，采用面积积分得到被测量物体在光投射处的横截面的面积，当被测量物体连续移动通过光投射器的一字光线所在平面时，在被测量物体移动方向上进行连续积分，计算出被测量物体通过光投射处的物体的体积，进而计算出重量。

7.如权利要求6所述测量系统，所述光投射器为光源和透镜组成，优选激光器或者高亮度光源与透镜组成，透镜的作用是将点光源拉长成一字光线，其中所述透镜是柱状棱镜或其它能够将点光源变成一字光线的透镜；所述图像传感器是摄像机，优选面阵CCD摄像机、面阵CMOS摄像机，或者类似的能感光的平面传感器；光投射器和图像传感器的数量为1，2，3或4，具体数量根据待测物体的横截面积的实际情况变化。

8.如权利要求6或7所述测量系统，其中数据处理系统为嵌入式ARM机或计算机，所述系统内部配置图像采集软件和数据处理软件。

9.一种安装如权利要求6-8之任意一种测量系统的生产设备，该设备能够进行精确的体积和/或重量分割，其特征在于，如权利要求6-8任意一种测量系统安装在传送单元和分割单元之间，其中分割单元依据所述测量系统发出的指令，对连续传送的长物体进行精确的分割。

10.如权利要求9所述生产设备，所述设备为钢锭切割系统或者煤粉传送分配系统。