CN104019873A - 移动物料堆体自动计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动物料堆体自动计量系统，包括两台高速激光测距扫描仪，所述高速激光测距扫描仪安装在被测物料堆体中线的正上方，其安装高度为使其扫描断面完全覆盖物料堆体载体的宽度；所述高速激光测距扫描仪还经过设备控制及数据采集器后连接到设置有计算程序的后台计算机。本发明设计合理，安装方便，操作简单，可以不间断对所测物体进行检测，而且不接触所测物体，不干扰或介入用户正常业务流程，提高了测量精度和测量效率，同时，还可较少设备量，降低维护成本。

Description

移动物料堆体自动计量系统

技术领域

本发明涉及一种计量系统，尤其是可以自动测定移动堆体的计量系统，具体的说是一种移动物料堆体自动计量系统。 

背景技术

对于很多工矿企业而言，原材料如矿石、煤炭的运输、周转、计量等环节一直是企业管理的重心。目前，移动原料堆体的计量，如以输送带、火车、汽车、轮船等为载体的原料运输，需要在运输的过程中对载体所载的原料进行计量。对于该类物料的计量目前主要是通过电子皮带秤、电子轨道衡等称重设备对经过的载体进行称重，然后去除载体自重而获得物料的重量。这种计量方式主要缺陷即计量精度差、维护成本高等。 

发明内容

本发明的目的是提供一种移动物料堆体自动计量系统，可以有效克服现有技术的不足，不仅可以不间断对所测物体进行检测，而且可以不接触所测物体，提高测量精度，同时，还可较少设备量，降低维护成本。 

本发明的技术方案是： 

一种移动物料堆体自动计量系统，包括两台高速激光测距扫描仪，所述高速激光测距扫描仪安装在被测物料堆体中线的正上方，其安装高度为使其扫描断面完全覆盖物料堆体之载体的宽度；所述高速激光测距扫描仪还经过设备控制及数据采集器后连接到设置有计算程序的后台计算机。

进一步的，所述两台高速激光测距扫描仪之间的距离为0.3~1.0米，且扫描断面相互平行。 

进一步的，所述高速激光测距扫描仪的扫描频率为50~100Hz，角度分辨率优于0.5°，以确保扫描断面的间隔精细度和包络精细度。 

进一步的，所述设备控制及数据采集器通过无线或有线方式与后台计算机相连，对所采集数据进行计算，并最终获得所测堆体的重量。 

 进一步的，所述计算程序包括： 

 1）物料堆体截面积                                                   的解算；

 2）物料堆体运行速度   的解算；

 3）物料堆体体积V解算；

 4）物料堆体重量W解算。

本发明的有益效果： 

1.        采用非接触测量技术，不干预或介入用户正常业务流程，全自动运行；

2.        提高计量精度和计量效率；

3.        系统架构简单，减少用户定期维护成本。

附图说明

图1是本发明之以列车为载体的计量示意图。 

图2是本发明之以传输皮带为载体的计量示意图。 

图3是本发明之坐标系转换示意图。 

图4是本发明之面积   计算示意图。 

图5是本发明之体积V计算示意图。 

其中: 1-高速激光测距扫描仪；2-设备控制及数据采集器；3-后台计算机；4-列车；5-物料堆体；6-传送带。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 

如图1所示，是本发明移动物料堆体自动计量系统的一个实施例，包括两台高速激光测距扫描仪1和列车4载体。所述列车4上载有物料堆体5。所述高速激光测距扫描仪1可以选用SICK公司的LMS511，并通过高强度铝型材固定在物料堆体5中线的正上方，使其不会因气流或风力产生晃动而影响测量精度。其安装高度依载体的宽度而定，使其扫描断面可以完全覆盖列车4的宽度。所述两台高速激光测距扫描仪1之间的距离为0.3~1.0米，以0.5米为佳，且扫描断面相互平行。所述高速激光测距扫描仪的扫描频率为50~100Hz，角度分辨率优于0.5°，以确保扫描断面的间隔精细度和包络精细度。所述物料堆体5的载体还可以是传送带6，如图2所示。所述两台高速激光测距扫描仪1分别通过电气连接到设备控制及数据采集器2，并由后者对前者实施扫描触发控制及扫描数据的采集。同时，该设备控制及数据采集器2还可以对两台高速激光测距扫描仪1进行电力及远程开关机控制，并提供本地数据的存储。所述设备控制及数据采集器2还通过无线或有线方式与后台计算机3相连，使之成为后台计算机3与现场高速激光测距扫描仪1之间控制及数据采集的桥梁。其中，无线连接方式可以是GPRS或者是3G。 

所述后台计算机3负责向现场设备发送指令，并通过运行计算程序，对来自现场设备回传的扫描数据进行运算、分析和三维建模，同时实时运算计量结果，并提供用户所需各种数据、图表、分析等功能。所述计算程序包含以下算法： 

a)      物料堆体截面积   的解算

          i.   两台高速激光测距扫描仪固定在平行于列车或传输皮带运行方向的中线正上方，故扫描仪获得的距离扫描数据为极坐标数据。

ii.  先把极坐标数组数据转换为平面直角坐标数据，如图3所示，设激光测距扫描仪所获得的测距数组中： 

1）距离为D；

       2）根据其在数组中的位置可得到其角度值θ；

       3）扫描仪的扫描张角为φ（φ＜180°）；

       4）扫描仪距地水平面高度为L；

则：

     (1)

         iii.   列车或传输皮带的下表面坐标可视为已知，并可在无物料时做激光测量标定。同上理可转换为平面直角坐标系。

                 (2) 

         iv.    由(1)、(2)两扫描线坐标数组组成的闭合区域即为物料堆体的截面积，其中列车或传输皮带的下表面坐标数组作为常量数组带入计算。

v.   根据三角测量原理，将闭合区域内所有坐标点连成相互共边的三角形网，如图4所示，通过累加每个三角形的面积   计算出物料堆体的截面积   ： 

                        (3)

b)     运行速度   的解算

       i.   通过分析两台扫描仪的数据，找到相关的扫描线。根据速度计算原理，当扫描频率已知，两台扫描仪的间距已知时，如能精确找到相关扫描线，即可计算出该扫描线的实时速度。因此，两台扫描仪的间距要尽量小，扫描频率尽量高，以提高系统精度。

 ii.  通过比对两台相距D的高速扫描仪的一维数组序列，找到第一扫描仪   时刻之后   时间内的所有第二扫描仪一维数组对应元素差值均方差最小的数组序列n，则该序列即为第一扫描仪的相关扫描线。 

所述均方差为：   ，其中   是第一扫描仪与第二扫描仪一维数组对应元素的差值一维数组的第i个元素；   是该差值一维数组的平均值。由此，可找到第二扫描仪在   时刻之后的第K条扫描线数组为第一扫描仪相关扫描线，则   时刻的速度为: 

                                   (4)

c)      体积解算：

       i.   体积测量需要获知两个变量：物料堆体的截面积   及当前列车或输送皮带的运行速度   ，如图5所示。设一段时间T内，共进行了N次扫描采样，采样间隔为   ，则可由此得出物料堆体的体积V为：

                  (5)

d)     重量解算：

       i. 物料堆体的密度   可通过实物标定的方法得到。

ii.  则在一段时间T内，经过被测点的物料堆体质量M为：   。 

iii.  在一段时间T内，经过被测点的物料堆体重量W为： 

                     (6)

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种移动物料堆体自动计量系统，包括两台高速激光测距扫描仪，其特征是所述高速激光测距扫描仪安装在被测物料堆体中线的正上方，其安装高度为使其扫描断面完全覆盖物料堆体之载体的宽度；所述高速激光测距扫描仪还经过设备控制及数据采集器后连接到设置有计算程序的后台计算机。

2.根据权利要求1所述移动物料堆体自动计量系统，其特征是所述两台高速激光测距扫描仪之间的距离为0.3~1.0米，且扫描断面相互平行。

3.根据权利要求1所述移动物料堆体自动计量系统，其特征是所述高速激光测距扫描仪的扫描频率为50~100Hz，角度分辨率优于0.5°。

4.根据权利要求1所述移动物料堆体自动计量系统，其特征是所述设备控制及数据采集器通过无线或有线方式与后台计算机相连。

5.根据权利要求1所述移动物料堆体自动计量系统，其特征是所述计算程序包括：

 1）物料堆体截面积                                                   的解算；

 2）物料堆体运行速度   的解算；

 3）物料堆体体积V的解算；

 4）物料堆体重量W的解算。