CN104534990A - 基于激光测距的皮带物料测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光测距的皮带物料测量系统，属于非接触式皮带秤系统。所述系统通过激光扫描测距设备扫描物料表面，获得激光头到物料表面的距离值，再通过距离值获得物料的截面形状与面积，结合通过皮带测速设备获得的皮带实时运行速度，得到皮带所运输的物料的瞬时体积与质量。所述系统采用集中式的数据处理方式，实现同时对多个皮带的准确测量与监控。本系统所用设备及原件极少，结构简单，测量精度高，运行安全可靠、实施成本低，便于在各运输皮带使用行业中推广应用。

Description

基于激光测距的皮带物料测量系统

技术领域

本发明涉及一种基于激光测距的皮带物料测量系统，该系统涉及激光测距和通信等领域。

背景技术

运输皮带是物料短途运输的重要设备，广泛应用于矿山、农业、食品、烟草等生产行业。准确测量皮带输送物料的质量对于生产自动控制、产量统计、控制生产成本有着积极重要的意义。目前实际生产中的皮带测量主要使用电子皮带秤和核子皮带秤。电子皮带秤是利用压力传感器测量物料重量引起的皮带对传感器的压力，从而实现对物料重量的测量。电子皮带秤采用接触式测量，机械结构复杂，包括托辊、杠杆及各种连接机构，机械装置众多，任何装置的故障都会影响测量的精度。所以存在测量精度低，故障率高、维护复杂等问题。核子皮带秤是通过向皮带上的物料投射γ射线，γ射线穿过不同厚度物料所引起的衰减不同，检测穿过物料后γ射线强度，将强度带入与物料成分、密度相关的公式即可得到射线方向上的物料厚度，核子皮带秤就是通过这一基本原理实现对物料的测量。核子皮带秤采用非接触式测量，克服了电子皮带秤存在的部分缺点，但仍存在精度低、放射源安全管理、标定复杂等问题。目前还有一些通过的图像处理的原理进行皮带物料测量的方法，但由于精度和可实施性方面的原因，多处于理论阶段，未形成产品。

因此，目前需要一种测量精度高、简单可靠、成本低，便于实施的运输皮带物料测量的新方法与系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种测量精度高、简单可靠、成本低，非接触式的皮带物料测量系统，本发明的测量系统主要包括：激光扫描测距设备、皮带测速设备、数据网络及统计服务器；统计服务器是所述测量系统的数据处理设备，可同时处理系统内对多个运输皮带的采集数据，实现对多个运输皮带输送的物料的体积和质量的实时远程测量。每个皮带的前端设备的具体安装方法如下：在每条运输皮带的正上方安装激光扫描测距设备，激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面，扫描范围大于皮带宽度，激光扫描测距设备扫描皮带及物料表面，每个扫描周期可获得一组数据，每个数据表示激光头到物料表面的距离值，通过这组数据可还原出皮带及物料的截面上部形状；在运输皮带的滚筒上安装皮带速度传感器；激光扫描测距设备和皮带速度传感器均连接数据网络，实现与统计服务器的实时通信。

物料测量的具体步骤如下：

1.在进行测量前，先对空载皮带使用激光扫描测距设备进行扫描，获得空载皮带的截面 上部形状数据，记录在统计服务器中。

2.皮带测速设备通过转速传感器进行数据采集，转速传感器直接或间接连接在皮带底部的滚筒的轴上，通过测得的滚筒转速与滚筒直径得到皮带的移动速度。

3.统计服务器通过数据网络接收由各运输皮带上安装的激光扫描测距设备发送的距离数据序列和皮带测速设备发送的皮带速度数据。

4.将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行相减运算，获得物料截面轮廓数据。

5.截面轮廓数据、皮带速度和采集数据的间隔时间求积，得到此间隔时间内运输皮带传送的瞬时物料体积；物料体积与物料密度求积，即得到瞬时物料质量。

6.将任意时间段内的所有瞬时物料质量求和，即可得到该段时间内传送的物料质量。

附图说明

图1基于激光测距的皮带物料测量系统示意图。

图2激光扫描测距设备与皮带测速设备安装示意图。

图3物料测量过程示意图。

图4激光扫描测距标定所采集的截面数据示意图。

图5激光扫描测距测量所采集的瞬时截面数据示意图。

图6相减运算获得物料瞬时截面数据示意图。

图7瞬时截面示意图。

具体实施方式

如图1所示实施示例中，所述测量系统组成包括：

1.统计服务器(101)，负责接收系统内所有激光扫描测距设备和皮带测速设备上传的数据，并处理数据得到各皮带传送的物料体积和物料质量。

2.监控主机(102)，生产管理人员通过监控终端查看皮带运行和运输物料的情况，并可连接皮带的控制设备实现对皮带的控制。

3.核心交换设备(103)，数据网络的核心管理和交换设备，负责所有接入有线网络的设备的管理和数据交换，如网络范围大，选用以太网组网，如网络在一定范围内，也可选用现场总线方式组建网络。

4.接入交换设备(104)，数据网络的接入设备，负责将设备接入网络和数据交换。

5.激光扫描测距设备(105)，可采用具有网络接口的激光扫描测距仪，连接接入交换机；如所选用的激光扫描测距仪没有网络接口，需增加通信转换装置将激光扫描测 距仪接入网络。

6.皮带测速设备(106)，包括数据采集和数据处理通信两部分，采用光电编码转速传感器进行数据采集，与皮带测速滚筒的轴直接或间接相连，实时测量滚筒的转速，可产生与托滚筒转速成正比的脉冲信号；数据处理通信部分负责将脉冲信号结合滚筒直径运算得到皮带速度，并将皮带速度通过网络传送给统计服务器，。

激光扫描测距设备和皮带测速设备的安装位置参考图2：

1.激光扫描测距仪(105)每条运输皮带的对称轴线的正上方，安装高度应高于物料高度；同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带运行轴线(201)和皮带底部切面(202)，并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度；。

2.皮带测速设备(106)的数据采集部分连接滚筒(203)的轴。

物料测量的具体步骤如下：

1.判断系统是否已经标定(301)，如未标定，则进行空载标定(302)，如已标定可直接测量。

2.空载标定(302)，标定时需对空载皮带使用激光扫描测距设备进行扫描，获得空载皮带的截面上部形状数据A_b，如图4所示，记录在统计服务器中。

3.(303)测量时统计服务器接收激光扫描测距设备扫描获得皮带上物料的截面上部形状数据A_i，如图5所示，同时接收皮带测速设备上传的实时皮带移动速度v_i，v_i＝s·p·L·π，式中s为脉冲间隔时间，p为传感器分辨率即转一周的脉冲总数，L为滚筒直径。

4.(304)将扫描数据与标定时记录的皮带空载扫描数据进行相减运算S_i＝A_b-A_i，如图6所示；运算获得瞬时物料截面数据S_i，如图7所示。

5.(305)瞬时截面轮廓数据S_i、皮带速度v_i和采集数据的间隔时间Δt_i求积，得到此间隔时间内运输皮带传送的瞬时物料测量体积V_i，V_i＝S_i·v_i·Δt_i；瞬时物料体积乘以物料密度q，即得到瞬时物料质量M_i，M_i＝V_i·q。

6.(306)将该皮带某段时间内的瞬时物料质量M_i累加，即可得到该皮带此段时间内传送的物料质量Z_T，式中N为在时间段T中统计服务器对激光扫描测距设 备扫描数据的采集数据次数，Δt_i越小则N越大测量精度越高。

Claims (6)

1.一种基于激光测距的皮带物料测量系统，其特征在于：系统主要包括激光扫描测距设备、皮带速度测量设备、数据网络及统计服务器；在每条运输皮带上方安装激光扫描测距设备，并在运输皮带的滚筒上安装皮带速度测量设备；统计服务器接收各条运输皮带上设备通过数据网络传输的数据，数据包括激光扫描测距设备扫描得到数据和皮带速度数据；统计服务器对数据处理得到各运输皮带传送的物料的体积和质量。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：激光扫描测距设备安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方，安装高度应高于物料高度；同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面，并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度。

3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：测量前统计服务器预先存储激光扫描测距设备在皮带空载时的扫描数据。

4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：统计服务器采集激光扫描测距仪输出的数据，将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行相减运算，获得皮带上物料截面数据。

5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于：将物料截面数据、皮带速度和采集数据的间隔时间求积，得到此间隔时间内运输皮带传送的瞬时物料体积；物料体积和物料密度求积，即得到瞬时物料质量。

6.如权利要求5所述的测量系统，其特征在于：将任意时间段内的所有瞬时物料质量求和，即可得到该段时间内传送的物料质量。