CN105197537A - 基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及方法。该系统主要由定位色带(1)、颜色检测传感器(3)和可编程控制器(4)组成，其中：定位色带(1)印刷在运输皮带(2)上；颜色检测传感器(3)位于运输皮带(2)的下方，并且通过数据线与可编程控制器(4)相连；可编程控制器(4)通过数据线与控制室中的计算机(5)相连。该方法通过在皮带表面喷印不均匀色带并对其进行检测，达到检测皮带跑偏情况、运行状态，并提供相应纠偏处置策略的技术方案。本发明采用附着于皮带之上的色带作为定位标的，对工况、生产环境的适应性强；能够实现对于皮带位置、工作状态的实时监测；能耗更低，使用成本低廉。

Description

基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及方法

技术领域

本发明涉及皮带运输线的跑偏检测，特别是涉及一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及其方法。

背景技术

目前，针对皮带跑偏现象的检测专利主要有：中国专利文献(CN201410386213)公开了“一种透明纸跑偏检测装置、系统及其方法”，中国专利文献(CN201330490857)公开了“皮带输送机跑偏检测装置”，中国专利文献(CN201320617569)公开了“皮带机非接触式在线监测系统”，中国专利文献(CN201320547991)公开了“皮带运输机皮带跑偏检测装置”，这些已申请的，或正处于公示期的皮带跑偏检测装置均没有使用非均布色块定位作为检测原理，且其仅能对皮带是否跑偏进行判断，而并不能对于皮带的跑偏状态和相应合理地纠偏速度提出可行的解决方案，而本发明则可以利用非均布色带与计算机分析相结合的方案完美地实现以上功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及方法，以便对于皮带的位置、工作状况(拉伸、压缩、扭曲)进行准确、实时的检测，并提供最优的纠偏方案，从而达到预防、纠正皮带运输线皮带在运行过程中的偏移的目的，在保证皮带运输线正常运转和生产安全的同时，降低其维护难度与成本，提高经济性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案是：

本发明是一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，该系统主要由定位色带、颜色检测传感器和可编程控制器组成，其中：定位色带印刷在运输皮带上；颜色检测传感器位于运输皮带的下方，并且通过数据线与可编程控制器相连；可编程控制器通过数据线与控制室中的计算机相连。

所述的定位色带，由若干条用于作为检测运输皮带偏移量的位置标的色带组成，其中：居中的色带处于运输皮带的轴线之上，其宽度为皮带运输线在设计时许用最大偏移量的两倍，在该色带的两侧对称分布有多条宽度不等、颜色各异的色带。

所述的颜色检测传感器，位于皮带中轴线在该传感器安装平面的垂直投影线上，用于辨别测量位置上方定位色带的颜色种类和色值。

所述的颜色检测传感器采用RGB颜色传感器。

所述的可编程控制器采用PLC可编程控制器，用于将颜色传感器输出的信号转换为数字信号，该数字信号通过数据线传输给计算机处理。

本发明提供的一种基于颜色检测的皮带跑偏检测方法，其步骤包括：

1)使用固着于运输皮带之上的定位色带作为检测运输皮带偏移量的定位标的；

2)利用颜色传感器检测定位色带的颜色种类和色值，并通过可编程控制器将颜色传感器输出的信号转换为数字信号，然后由计算机处理完成对运输皮带位置的测定的测量；

3)利用计算机综合分析运输皮带之上的多组不同位置、不同时间检测的运输皮带位置的数据，得出运输皮带全面运行状态的算法；

4)针对不同偏移状态的差异化纠偏方案；

5)提供可供使用者、设计者、采购方使用的基础数据库。

上述步骤3)中，所述的算法是综合分析多套检测装置所测定的偏移量以及拉伸/压缩量，得出皮带整体或某一工作段的实际工作状态，包括拉伸、扭曲状态；

上述步骤4)中，所述的差异化纠偏方案具体是：计算机根据皮带不同的偏移量，给出对应的纠偏速度，当皮带偏移量较大之时，对应的纠偏速度也应相对较高，而当皮带本身偏移量较小或者纠偏过程已接近尾声时，为了保障纠偏效果，对应的纠偏速度也应相对降低。

上述步骤5)中，所述基础数据库的内容包括：

1)生产单位皮带的历史、实时偏移量；

2)设计单位产品的历史、实时偏移量；

3)不同类型的纠偏执行终端的纠偏效果；

4)不同纠偏策略的纠偏效果；

5)不同类型皮带生产线布置方式对皮带跑偏及纠偏的影响；

6)不同工作环境，包括温度、湿度、工作强度对皮带跑偏及纠偏的影响。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

1.采用附着于皮带之上的色带作为定位标的，对工况、生产环境的适应性强；

2.色值的检测难度小、检测精度高，且响应速快较之电位检测法和物理检测法更为迅速，能够实现对于皮带位置、工作状态的实时监测；

3.通过不同的组网方式，标准化生产的检测组件可以实现对几乎任何工况的皮带运输线的兼容，此特性对就运输线改造意义尤其重大；

4.不同的组网方式可以实现对皮带诸如扭曲之类的复杂运行状态的检测；

5.相较于现有的检测方式，本发明的能耗更低，使用成本低廉。

附图说明

图1是本发明基于颜色检测的皮带跑偏检测系统的结构示意图；

图2是定位色带示意图；

图3是定位色带原理图；

图4是色带色值设置原理图；

图5是测量流程图；

图6是皮带未发生偏移的状态示意图；

图7是皮带发生左偏移的状态示意图；

图8是皮带发生右偏移的状态示意图；

图9是本发明系统运行流程图；

图10是传感器组网示意图；

图11是测量数据共享原理图。

图中：1.定位色带；2.运输皮带；3.颜色检测传感器；4.可编程控制器；5.计算机；6.颜色传感器安装轴线(运输皮带安装中线)；7.扫描光线；8.扫描范围。

具体实施方式

本发明是一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统及方法，具体为一种通过在皮带表面喷印不均匀色带并对其进行检测，达到检测皮带跑偏情况、运行状态，并提供相应纠偏处置策略的技术方案。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

本发明是一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其结构如图1所示，主要由定位色带1、颜色检测传感器3和可编程控制器4组成，其中：定位色带1印刷在运输皮带2上；颜色检测传感器3位于运输皮带2的下方，并且通过数据线与可编程控制器4相连；可编程控制器4通过数据线与控制室中的计算机相连。本系统并非只含有一套测量装置，在实际的安装、使用中，一套完整的系统包含多套颜色检测传感器，且作为标的的定位色带以间断、等距的形式布置于整条皮带运输线的皮带之上(如图3所示)。

所述定位色带1，用于作为运输皮带的位置标的，其通过喷印印刷在运输皮带2上。该定位色带1由如图3所示居中的色带a及两侧的色带(如b、c、d等，其具体数量随着要求的检测精度和皮带工作中的实际最大位移量而变化)组成，其中：色带a处于皮带的轴线之上，其宽度为皮带运输线在设计时许用最大偏移量的两倍，而色带a两侧对称分布着若干条宽度不等、颜色各异的色带(视生产线的实际需求而定)，它们将用于作为检测皮带偏移量的标的。

所述颜色检测传感器3，通过支架装在皮带中轴线在该传感器安装平面的垂直投影线上。该传感器采用RGB颜色传感器，用于辨别测量位置上方色带的颜色种类和色值。

所述可编程控制器4为PLC可编程控制器，用于将颜色传感器3输出的信号转换为数字信号，以供计算机5分析、处理。

所述计算机5，用于分析经由可编程控制器输出的数字信号，确定皮带的工作状态，并给出最佳的纠偏方案。该计算机用于本发明各组成部分提供信息联通支援，并将指令信号输出给执行系统，由执行系统完成对于皮带的实际纠偏作业。其能够在规定时间内处理经由PLC转换的颜色传感器上传数据，完成对多组数据的综合分析，并生成相应纠偏指令。并且，随着客户需求的增加，该计算机有与互联网对接，分享、接受数据的能力。

本发明提供的基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其工作过程是：与传统的纠偏装置不同，本系统将通过非均布色带对皮带进行标的，而皮带上的非均布色带将能以颜色的种类和深浅程度直观、量化地反映出皮带的具体位置等各项指标。而颜色传感器、可编程控制器、计算机协同作用，则能够协同识别、处理非均布色带所提供的颜色信息，并处理生成相应的纠偏方案反馈给执行系统。

本发明提供的基于颜色检测的皮带跑偏检测方法，是由上述基于颜色检测的皮带跑偏检测系统实现的，该方法包括以下步骤：

一.定位色带1的设计

定位色带1是印刷于运输皮带底面的等间距、非连续的色带(如图2所示)。

定位色带1主要用于作为皮带位置的标的，其反应的皮带位置数据有：皮带的偏移情况和皮带的拉伸情况。

得出这两项具体数据，所依赖的基本原理有两条：其一，当皮带跑偏时，必然会产生侧向位移，这将直观的反应为颜色检测器上方的色带的偏移；其二，皮带拉伸时，附着于其表现的喷印色带单位面积内的着色点数量将会相应下降从而造成色带色度的变化。

在此两项原理的基础上，我们再来看看颜色传感器的工作原理。以较为常用的TCS3200颜色传感器为例，TCS3200颜色传感器是一款全彩的颜色检测器，包括了一块TAOSTCS3200RGB感应芯片和4个白光LED灯。由于TCS3200几乎可以检测和测量所有的可见光，现阶段它被广泛地应用于诸如医疗诊断、计算机彩色监视器校准等色度计测量应用领域。

而目前通常所说的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白色光中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色光是由各种频率的可见光混合在一起构成的，它包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)，而德国物理学家赫姆霍兹在他的三原色理论中指出：各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。

由三原色感应原理可知，若想知道所测试物体的确切颜色，只需知道构成该种颜色的三原色的值。具体到TCS3200颜色传感器来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个光强值，就可以分析出反射到TCS3200颜色传感器上的光的颜色。

因此，利用颜色传感器，我们就可以精准地得出所测物体的色值。不同的色带以皮带的中轴线为基础对称印刷，因此配合位置相对固定的检测装置，不同的色带就可以可靠地作为皮带相对位置的标的(皮带偏移检测原理图如图3所示)。

而在不同的偏移程度时，皮带纠偏的幅度和速度都不相同，因此根据皮带不同的偏移程度，设置不同的色彩作为位置坐标的标的就显得尤为重要。

如图3所示，颜色传感器所检测到的不同色带将能够做为皮带跑偏程度的量化标的，并且与此同时，通过事先存储在控制系统中的数据库，能够完成不同的色带与对应纠偏速度的匹配，而当色带设置(色带的宽度、条数)与皮带运输线的实际宽度、最大变形量等相关参数匹配后，就能够完成对皮带工作状态的精准定位，并且为对应的偏移量提供最佳的纠偏方案，例如在图3中，离中心色带a较近的色带区域就对应着较低的纠偏速度，而较远的，则对应着更高的纠偏速度。

不同色带的设置能够完成对于皮带位置的标的，但是，对于皮带拉伸量的标的却并不能够简单地依靠设置不同的色带来完成，这就需要利用利用颜色传感感器能够检测标准三原色光的比例这一特性，结合皮带在拉伸过程中色带色值的变化量来完成了。

目前，现有的颜色传感器主要对于三原色较为敏感，而由于红色被采用作为需用偏差范围的标志色，用来作为皮带位置及拉伸情况标志的，将是另外两种原色即蓝色、绿色。

如图4所示，现在，设依皮带工况确定的最大拉伸变形量所造成的色值浮动为：h为色值下偏量；m为色值上偏量。

则每个编号色带在数据所对应的色值范围宽度d应满足:

当色带的色值范围宽度满足要求时，因皮带拉伸或压缩(机率极低)所造成的色值偏移量将不会导致色值的测量值超过色带的色值宽度，这里要强调一点，此处的色值宽度并不是指的色带实际印刷的色值是浮动的，色带在印刷时的色值为上图所示的色带标准值基线(图4中所示Y轴)所标识的色值，而色值宽度则是指的不同色带在数据处理系统的数据库中所对应的并不是一个确定的数值，而是一个取值范围，这样，即使皮带发生了变形，测量值也不会影响系统对颜色传感器上端色带编号的判断，而通过比较实际测量得到的色值与标准色值(实际印刷色值)亦可以得到皮带的变形量数据。

当以上条件得到满足时，配合如图5所示的检测逻辑，就可以得出如下结论：

1.色带的编号和色带设置的基准数据(各编号色带所指代的物理偏移量)将完成对于皮带位置的确定如图6-图8所示；图6-图8中，M表示皮带前进方向。

2.色带测量色值与色带标准色值的偏移量将为得出皮带的拉伸、压缩状态提供准确的数据，即拉伸对应着色带色值的下降，压缩对应着色带色值的上升，且拉伸量、压缩量的数值与色带色值的变化量是呈线性关系的，两者之间的数学关系随着运输带的材料、色带印刷材料、色带印刷方式而变化，此关系应在实际设计、生产中，通过实验得出。

二.具体步骤包括：

1.使用固着于运输皮带之上的定位色带作为检测运输皮带偏移量的定位标的；

2.利用颜色传感器检测定位色带的颜色种类和色值，并通过可编程控制器将颜色传感器输出的信号转换为数字信号，然后由计算机处理完成对运输皮带位置的测定的测量；

3.利用计算机综合分析运输皮带之上的多组不同位置、不同时间检测的运输皮带位置的数据，得出运输皮带全面运行状态的算法；

4.针对不同偏移状态的差异化纠偏方案；

5.提供可供使用者、设计者、采购方使用的基础数据库。

上述步骤3中，所述的算法是综合分析多套检测装置所测定的偏移量以及拉伸/压缩量，得出皮带整体或某一工作段的实际工作状态，包括拉伸、扭曲状态；

上述步骤4中，所述的差异化纠偏方案具体是：计算机根据皮带不同的偏移量，给出对应的纠偏速度，当皮带偏移量较大之时，对应的纠偏速度也应相对较高，而当皮带本身偏移量较小或者纠偏过程已接近尾声时，为了保障纠偏效果，对应的纠偏速度也应相对降低。

上述步骤5中，所述基础数据库的内容包括：

1)生产单位皮带的历史、实时偏移量；

2)设计单位产品的历史、实时偏移量；

3)不同类型的纠偏执行终端的纠偏效果；

4)不同纠偏策略的纠偏效果；

5)不同类型皮带生产线布置方式对皮带跑偏及纠偏的影响；

6)不同工作环境，包括温度、湿度、工作强度(以上数据由工厂安置的其它传感器及人工记录提供)对皮带跑偏及纠偏的影响；

上述基础数据库中的数据由计算机5根据颜色传感器3及工厂内其它相关记录整理提供。

三.基于颜色检测的皮带跑偏检测系统的工作流程

单个测量单元的工作流程如图9所示，运输皮带2、颜色检测传感器3、可编程控制器4、计算机5、执行系统之间形成了一套闭环系统，该闭环系统能够实现对于皮带位置、工作状态的实时监控，并完成对于皮带的纠偏操作，从而达到保障皮带运输线的安定运行的目的。所述执行系统采用目前市面主流纠偏装置，例如采用四连杆自动纠偏装置。

此外，本发明基于颜色检测的皮带跑偏检测系统的色带设置是非连续、非单一的，因此在生产线上可以灵活地设置探测系统的组数(如图10所示)。

而一旦完成了多组颜色传感器组网，那么，综合各监测点的数据，就可以分析得出整条皮带运输线的实时工作状态状态，这将为运输线的控制与维护提供宝贵的数据支持，对于皮带的设计单位、采购单位而言，这些搜集的数据也是也具有着相当的价值。

通过云端共享(如图11所示)，设计部门将可以积累到相当的数据，从而对不同行业、地理位置、工作状况的的运输状况有更加全面的了解。这将有助于推进皮带运输线设计行业的技术水平，为运输线结构轻量化、现场调整作业标准化等科研工作做提供大数据服务支持。

而随着本发明基于颜色检测的皮带跑偏检测系统的进一步推广，在可以设想的未来，各皮带运输线设计单位的产品运行状态将可以形成一个实时更新的数据库，此据库可以为各型皮带运输线的潜在消费者提供专业、全面的采购信息，为促进行业内良性竞争、激发创新和优化行业结构做出贡献。

本发明方法的具体判定过程如下：

1.对单套测量装置的测量值进行分析，其过程如图5所示，其中所述的进一步分析为，比较颜色传感器所测得的实际色值与数据库中所记录的对应色带的印刷色值，并结合色带色值变化与色带形变量之间的联系(两者之间的数学关系随着运输带的材料、色带印刷材料、色带印刷方式而变化，此关系应在实际设计、生产中，通过实验得出)得出色带的实时形变量；

2.综合多套相关测量装置的数据，根据他们的位移量、变形量得出相应区段的皮带实时状态(此算法基于针对特定的传送带型号和布置方式进行试验所搜集数据)。

3.综合各区段皮带的实时状态，得出皮带生产线所有需要检测位置的实时运行状态。

由上述实施例可知，本发明与现有技术相比具有以下的创新点：

1.首次采用检测色带色值并与数据库编号范围比对相结合的方式作为对皮带位置的检测方式；

2.首次提出通过比对实际检测色值与标准色值，并综合分析多组不同位置、不同时间的采样数据，实现对皮带工作状态的实时监测的方法；

3.针对皮带不同跑偏位置的差异化纠偏方案，其执行效率、纠偏效果均优于传统的匀速纠偏方案；

4.实现了高度的标准化、小型化、模组化，具有通过对于模组的的多样化组合，达到适应不同检测精度、响应速度和复杂程度的工况要求的能力；

5.提出了基于大数据模式的数据库开放共享模式，将系统采集数据的应用范围扩展到整个行业的上下游产业链。

Claims (8)

1.一种基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其特征是主要由定位色带(1)、颜色检测传感器(3)和可编程控制器(4)组成，其中：定位色带(1)印刷在运输皮带(2)上；颜色检测传感器(3)位于运输皮带(2)的下方，并且通过数据线与可编程控制器(4)相连；可编程控制器(4)通过数据线与控制室中的计算机(5)相连。

2.根据权利要求1所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其特征在于所述的定位色带(1)，由若干条用于作为检测运输皮带偏移量的位置标的色带组成，其中：居中的色带处于运输皮带的轴线之上，其宽度为皮带运输线在设计时许用最大偏移量的两倍，在该色带的两侧对称分布有多条宽度不等、颜色各异的色带。

3.根据权利要求1所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其特征在于所述的颜色检测传感器(3)，位于皮带中轴线在该传感器安装平面的垂直投影线上，用于辨别测量位置上方定位色带(1)的颜色种类和色值。

4.根据权利要求3所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其特征在于所述的颜色检测传感器(3)采用RGB颜色传感器。

5.根据权利要求1所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测系统，其特征在于所述的可编程控制器(4)采用PLC可编程控制器，用于将颜色传感器(3)输出的信号转换为数字信号，该数字信号通过数据线传输给计算机(5)处理。

6.一种基于颜色检测的皮带跑偏检测方法，其特征是采用包括以下步骤的方法：

1)使用固着于运输皮带(2)之上的定位色带(1)作为检测运输皮带偏移量的定位标的；

2)利用颜色传感器(3)检测定位色带(1)的颜色种类和色值，并通过可编程控制器(4)将颜色传感器(3)输出的信号转换为数字信号，然后由计算机(5)处理完成对运输皮带位置的测定的测量；

3)由计算机(5)生成针对不同偏移状态的差异化纠偏方案；

4)提供可供使用者、设计者、采购方使用的基础数据库。

7.根据权利要求6所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测方法，其特征在于步骤3)中所述差异化纠偏方案具体是：计算机(5)根据皮带不同的偏移量，给出对应的纠偏速度，当皮带偏移量较大之时，对应的纠偏速度也应相对较高，而当皮带本身偏移量较小或者纠偏过程已接近尾声时，为了保障纠偏效果，相对应的纠偏速度也应相对降低。

8.根据权利要求6所述的基于颜色检测的皮带跑偏检测方法，其特征在于步骤4)中所述基础数据库的内容包括：

1)生产单位皮带的历史、实时偏移量；

2)设计单位产品的历史、实时偏移量；

3)不同类型的纠偏执行终端的纠偏效果；

4)不同纠偏策略的纠偏效果；

5)不同类型皮带生产线布置方式对皮带跑偏及纠偏的影响；

6)不同工作环境，包括温度、湿度、工作强度对皮带跑偏及纠偏的影响。