CN106198309B - 乳化炸药密度智能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳化炸药密度智能检测系统及方法，该系统包括：用于放置至少一组测量容器的容器放置台、用于对测量容器进行称重测量的称重装置、用于对测量容器内的液面液位进行高度检测的视觉传感装置、用于在容器放置台与称重装置间转移测量容器且在线获取生产线上的乳化炸药并将其转移至测量容器内的中转机构及控制装置；控制装置控制中转机构转移测量容器及拾取乳化炸药并转入测量容器，并接收称重装置检测的测量容器在接收乳化炸药前、后的重量数据及视觉传感装置检测的测量容器在接收乳化炸药前、后的液位高度数据，实现对乳化炸药密度的在线检测，全程无需人工参与，极大提高了乳化炸药生产的安全性能。

Description

乳化炸药密度智能检测系统及方法

技术领域

本发明涉及民爆行业乳化炸药生产领域，特别地，涉及一种乳化炸药密度智能检测系统及方法。

背景技术

目前，乳化炸药是工业炸药的主导产品，随着乳化炸药的广泛应用，其品质也越来越受到关注。密度是乳化炸药的重要性能参数，它影响乳化炸药的爆轰感度、爆速和性能，甚至影响其产品的质量。虽然乳化炸药的生产工艺经历了间断式、半连续式到连续式三个阶段的发展，但乳化炸药半成品密度检测仍在采用离线、人工的方法进行检测。

现有的用于乳化炸药半成品密度检测的方法主要是密度杯法和量筒法，这两种方法都属于离线的方法，无法满足《民用爆炸物品行业“十二五”发展规划》提出的要求，即该规划明确指出的工业炸药推动生产过程智能化和生产装备数字化，提高生产线的数控化和自动化水平，加强企业信息化的集成应用、创新应用和企业信息化系统与民爆行业监管系统的衔接，提高管理水平。

乳化炸药本身粘度较大，几乎没有流动性，采用现有的超声波法、振动法、光电检测法、γ射线法等在线密度检测方法均不适宜用于乳化炸药密度的测量，因此采用传统的音叉密度计或质量计无法测量其密度值；另外乳化炸药对热感度和机械敏感度较高，具有爆炸性，这对乳化炸药安全生产带来极大地隐患。

CN201120275672.5公开了一种乳化炸药密度检测仪，其原理是让主质量传感器和副质量传感器分别测量主量瓶和副量瓶的质量G1和G2，然后向含有测量液的主量瓶中放入测量物，并向副量瓶中排入一定量的测量液，主质量传感器和副质量传感器再次读取主量瓶和副量瓶质量G3和G4，利用公式ρ＝(G3+G4-G1-G2)*ρ1/(G4-G2)得到样品密度，其中ρ1为测量液的密度。其缺点是没有解决自动取样、实时检测、闭环控制等功能，尤其是没有考虑由于测量液表面张力给测量结果带来的误差。因此，现有的乳化炸药密度快速检测仪不能实现自动取样、不能分析和对比密度检测结果、没有报警功能，不可实现密度的自动调节，对生产的指导具有滞后性。

CN201210287586.5公开了一种乳化炸药半成品密度在线快速检测系统，其原理是让生产线上乳化炸药定体积，并通过测量多组定体积上乳化炸药的质量，并采用实验拟合公式测量乳化炸药的密度，且该系统自成独立控制系统，自动取样；缺点是：乳化炸药实际生产采用敞开式皮带输送，无法实现乳化炸药定体积取样，另外，乳化炸药粘度较大，具有较强的粘附性，即使采用定体积软管输送，但也无法避免残留乳化炸药对密度测量的影响，因此该系统不适用于现行乳化炸药的生产。

由于乳化炸药是一种胶体状态，没有固定的形状，不透明，不能流动，同时乳化炸药生产工艺要求自动化、隔离操作、远距离控制，因此，乳化炸药密度的在线检测一直是一个难题。为了减少在线人员数量，提高乳化炸药生产安全性和生产工艺的自动化水平，亟需设计一种乳化炸药密度智能检测系统。

发明内容

本发明提供了一种乳化炸药密度智能检测系统及方法，以解决现有的乳化炸药由于其胶体状态及安全生产的需求，难以有效进行在线密度检测的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种乳化炸药密度智能检测系统，包括：用于放置至少一组测量容器的容器放置台、用于对测量容器进行称重测量的称重装置、用于对测量容器内的液面液位进行高度检测的视觉传感装置、用于在容器放置台与称重装置间转移测量容器且在线获取生产线上的乳化炸药并将其转移至测量容器内的中转机构及控制装置；控制装置连接中转机构、称重装置及视觉传感装置，用于控制中转机构转移测量容器及拾取乳化炸药并转入测量容器，并接收称重装置检测的测量容器在接收乳化炸药前、后的重量数据及视觉传感装置检测的测量容器在接收乳化炸药前、后的液位高度数据，测量容器内预置有与乳化炸药不相溶的液体。

进一步地，中转机构为工业机器人，工业机器人的活动轴上设有用于转移测量容器及拾取乳化炸药的辅助冶具，辅助冶具的一侧设有用于转移测量容器的夹持机构，另一侧设有用于拾取乳化炸药的取样机构。

进一步地，还包括设于乳化炸药生产线上的中间输送装置，中间输送装置包括进料输送机构、转接料机构及出料输送机构，进料输送机构用于接收来自上一工序的乳化炸药，转接料机构设于进料输送机构的出料位，出料输送机构设于转接料机构下方，用于接收经转接料机构输出的乳化炸药并转移至下一工序，工业机器人控制取样机构在转接料机构处在线取料。

进一步地，转接料机构呈漏斗状，夹持机构包括气缸及由气缸驱动的以夹持测量容器的气爪，取样机构为碗型结构。

进一步地，本发明检测系统还包括用于定位支撑容器放置台、称重装置及视觉传感装置的检测平台，视觉传感装置与称重装置相对设置。

进一步地，视觉传感装置包括安装支架、设于安装支架上的用于采集图像数据的视觉传感器及对图像数据进行处理以获得液位高度数据的图像处理单元，图像处理单元经数据线连接控制装置。

进一步地，称重装置为称重天平或者称重传感器，且经数据线连接控制装置。

进一步地，控制装置经通讯端口连接乳化炸药生产线的控制系统。

根据本发明的另一方面，还提供一种乳化炸药密度智能检测方法，应用上述的乳化炸药密度智能检测系统，该检测方法包括：

检测系统初始化；

转移测量容器至称重装置上，控制装置接收称重装置检测的测量容器未放入乳化炸药前的第一重量数据及视觉传感装置检测的测量容器未放入乳化炸药前的第一液位高度数据；

在线获取生产线上的乳化炸药并转移至测量容器内；

控制装置接收称重装置检测的测量容器对应的第二重量数据及视觉传感装置检测的测量容器对应的第二液位高度数据；

控制装置根据接收的数据计算得出乳化炸药的密度值。

进一步地，通过对多组测量容器重复进行测量，对获得多组密度值取平均以得到平均密度值，将平均密度值与标准值的差值反馈给乳化炸药生产线的控制系统。

本发明具有以下有益效果：

本发明乳化炸药密度智能检测系统及方法，通过控制装置与中转机构、称重装置、视觉传感装置结合，实现对测量容器的在线转移及自动取样，并结合在线检测得到数据最终实现对乳化炸药密度的在线检测，全程无需人工参与，极大提高了乳化炸药生产的安全性能，有效解决了粘度大、流动性差、易爆炸的乳化炸药在线密度检测的难题，便于实时监测乳化炸药的生产，利于提高乳化炸药的生产质量及自动化生成水平。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例乳化炸药密度智能检测系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例乳化炸药密度智能检测系统中控制装置的结构示意图；

图3是本发明优选实施例乳化炸药密度智能检测的原理示意图；

图4是本发明优选实施例乳化炸药密度智能检测方法的流程示意图之一；

图5是本发明优选实施例乳化炸药密度智能检测方法的流程示意图之二。

附图标记说明：

1、测量容器；

2、容器放置台；

3、称重装置；

4、视觉传感装置；

5、控制装置；

6、中转机构；61、辅助冶具；611、夹持机构；612、取样机构；

7、中间输送装置；71、进料输送机构；72、转接料机构；73、出料输送机构；

8、检测平台；

9、第一数据线；

10、第二数据线；

11、第三数据线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种乳化炸药密度智能检测系统，包括：用于放置至少一组测量容器1的容器放置台2、用于对测量容器1进行称重测量的称重装置3、用于对测量容器1内的液面液位进行高度检测的视觉传感装置4、用于在容器放置台2与称重装置3间转移测量容器1且在线获取生产线上的乳化炸药并将其转移至测量容器1内的中转机构6及控制装置5；控制装置5连接中转机构6、称重装置3及视觉传感装置4，用于控制中转机构6转移测量容器1及拾取乳化炸药并转入测量容器1，并接收称重装置3检测的测量容器1在接收乳化炸药前、后的重量数据及视觉传感装置4检测的测量容器1在接收乳化炸药前、后的液位高度数据，测量容器1内预置有与乳化炸药不相溶的液体。

本实施例通过控制装置与中转机构、称重装置、视觉传感装置结合，实现对测量容器的在线转移及自动取样，并结合在线检测得到数据最终实现对乳化炸药密度的在线检测，全程无需人工参与，极大提高了乳化炸药生产的安全性能，有效解决了粘度大、流动性差、易爆炸的乳化炸药在线密度检测的难题，便于实时监测乳化炸药的生产，利于提高乳化炸药的生产质量及自动化生成水平。

本实施例中，中转机构6为工业机器人，工业机器人的活动轴上设有用于转移测量容器1及拾取乳化炸药的辅助冶具61。优选地，工业机器人为六轴多关节机器人，辅助冶具61安装在工业机器人的第六轴上，工业机器人经第一数据线9连接控制装置5，且辅助冶具61在工业机器人的驱动下，其工作半径覆盖前述容器放置台2、称重装置3。本实施例辅助冶具61集多种功能如一体，辅助冶具61的一侧设有用于转移测量容器1的夹持机构611，另一侧设有用于拾取乳化炸药的取样机构612。其中，夹持机构611包括气缸及由气缸驱动的以夹持测量容器1的气爪，便于在线对测量容器1进行取放操作；取样机构612为碗型结构，用于直接从乳化炸药生产线上提取乳化炸药样品。

优选地，为了便于在线取样，本实施例还包括设于乳化炸药生产线上的中间输送装置7，中间输送装置7包括进料输送机构71、转接料机构72及出料输送机构73，进料输送机构71用于接收来自上一工序的乳化炸药，转接料机构72设于进料输送机构71的出料位，出料输送机构73设于转接料机构72下方，用于接收经转接料机构72输出的乳化炸药并转移至下一工序，工业机器人控制取样机构612在转接料机构72处在线取料。优选地，转接料机构72呈漏斗状，通过设置专用的转接料机构72，方便人工清洗及工业机器人的自动取样。优选地，进料输送机构71的进料端(图1所示A处)与乳化炸药制备系统相连接，且进料输送机构71采用皮带输送；出料输送机构73的出料端(图1所示B处)与乳化炸药的包装系统相连，以对加工后的乳化炸药进行在线包装作业。

优选地，控制装置5经通讯端口连接乳化炸药生产线的控制系统，便于控制系统在线接收控制装置5生成的乳化炸药密度值，实现乳化炸药密度的在线检测及实时反馈，利于控制系统对乳化炸药各环节的配比进行实时控制，有效提高乳化炸药的产品质量。

优选地，本实施例检测系统还包括用于定位支撑容器放置台2、称重装置3及视觉传感装置4的检测平台8，其中，视觉传感装置4与称重装置3相对设置，使得整个检测系统的结构紧凑，占用空间少。

优选地，视觉传感装置4包括安装支架、设于安装支架上的用于采集图像数据的视觉传感器及对图像数据进行处理以获得液位高度数据的图像处理单元，图像处理单元经数据线连接控制装置5。

本实施例中，称重装置3经第二数据线10连接控制装置5，视觉传感装置4经第三数据线11连接控制装置5。其中，称重装置3为高精度称重天平或者称重传感器；视觉传感装置4中的视觉传感器为摄像机或者照相机。

本实施例测量容器1为专用容器，放置在容器放置台2上，以便于进行测量容器1的初定位，方便工业机器人精确抓取。

参照图2，本实施例控制装置5包含外部程序输入装置，如上位机或者试教装置；程序输入单元、存储单元、CPU(中央处理单元)、检测单元、程序分配单元、机器人控制单元、称重装置控制单元及通信单元。该控制装置集机器人控制、测量系统控制、数据采集、数据处理、数据通信、报警系统于一体，成为一个独立的控制单元，与乳化炸药上层控制系统通过通讯网线或电缆连接，实现乳化炸药密度在线智能检测和控制。

本实施例设计的乳化炸药密度智能检测系统的测量原理如下：

物体密度ρ：

由于乳化炸药不溶于水，且水的密度已知，即ρ_水＝1g/cm³，乳化炸药粘度较大，无法按现有公开的检测方法一样假定乳化炸药质量恒定或体积恒定，且现有方法均无法实现在线实时测量与数据传输控制。

如图3所示，本发明实施例采用1组3L的透明测量测量容器，外形与量杯类似，测量液体采用水作为测量媒介，假定乳化炸药绝对不溶于水，1号测量容器底面积A，1号测量容器液面初始高度为H₁₀，1号容器和测量液体的总重量为M₁₀，加入一定量的的乳化炸药后，1号测量容器液面初始高度为H₁₁，1号容器和测量液体的总重量为M₁₁即：

M₁₁＝M₁₀+Δm

V₁₁＝V₁₀+Δv

乳化炸药的质量Δm为：

Δm＝M₁₁-M₁₀

乳化炸药的体积ΔV为：

ΔV＝V₁₁-V₁₀

即乳化炸药的理论密度ρ为：

其中：

K₂-修正系数，根据实际需要进行修正，以补偿乳化炸药部分溶于水对其密度的影响。

通过以上分析：若想检测乳化炸药的密度，放样前后1号测量容器的质量及液面高度差即可；基于此，本发明的实施例采用视觉传感装置对测量容器的液面高度进行测量，采用高精度称重天平或传感器对乳化炸药重量，且视觉传感器采用网线连接机器人控制装置进行连接、数据传输，称重装置采用通信网线或电缆与机器人控制装置进行连接，实现数据、控制信号传输。

根据本发明的另一方面，还提供一种乳化炸药密度智能检测方法，应用上述的乳化炸药密度智能检测系统，该检测方法包括：

检测系统初始化；

转移测量容器1至称重装置3上，控制装置5接收称重装置3检测的测量容器1未放入乳化炸药前的第一重量数据及视觉传感装置4检测的测量容器1未放入乳化炸药前的第一液位高度数据；

在线获取加工的乳化炸药并转移至测量容器1内；

控制装置5接收称重装置3检测的测量容器1对应的第二重量数据及视觉传感装置4检测的测量容器1对应的第二液位高度数据；

控制装置5根据接收的数据计算得出乳化炸药的密度值。

参照图4及图5，本实施例基于乳化炸药智能检测系统的检测方法如下：

本实施例设计有4组密度测量，每组测量采用2只测量容器实现，其中本实施例设计4组密度检测是响应当前乳化炸药生产线生产量的需求；每组密度测量分两次测量，最终密度值取平均值，且根据视觉传感装置和称重装置的重复精度，实时计算密度的差值，进行反馈。此处每组测量容器的数量及测量容器的测量组数均可根据实际需要进行调整，在此不做限定。

如图4所示，本实施例中，在乳化炸药开始生产之前，操作人员在检测平台上放置4组测量容器，并在容器内加入等量的等体积的水，检查乳化炸药智能检测系统各检测信号传感器，线路连接软件连接是否正确、有效，并将系统初始化，工业机器人处于待命状态。

当系统需要进行密度检测时，乳化炸药上层控制系统发送密度检测指令，密度检测智能系统的控制装置接收密度检测指令(S100)，机器人等待测量容器到位检测信号(S101)，若测量容器到位(S102)，智能系统控制装置发送指令，控制机器人旋转到检测台正前方，调整辅助冶具的姿态，使得辅助冶具的夹持机构的气缸上的夹爪与容器口平行(S103)，机器人缓慢移动冶具到1号取样容器中部，气缸关闭，夹紧1号取样容器(S104)，机器人缓慢夹持1号取样容器，并将1号容器放置在称重装置3上，机器人返回home点(S105)。

机器人等待15s(S106)，待1号测量容器内水面稳定后，机器人控制装置发送乳化炸药取样指令(S107)，机器人接收乳化炸药取样指令(S111)，机器人旋转到中间输送装置7的正前方，调整辅助冶具，从转接料机构72的斗型结构出口处进行乳化炸药样品取样(S112)，机器人旋转到检测平台正前方等待(S113)；在机器人进行取样的同时，机器人控制装置控制视觉传感装置4对1号取样容器液面进行拍照，图像处理单元对液面图片进行处理，并反馈1号测量容器放样前液面高度H₁₀(S108)，称重装置对1号测量容器进行称重，并反馈容器与液体的总重量M₁₀给存储单元(S109)，机器人控制装置的存储单元存储液面高度值H₁₀和重量M₁₀，控制装置发送测量完成指令(S110)。

机器人接收测量完成指令(S114)，机器人调整取样冶具姿态，将乳化炸药样品放置在1号测量容器内(S200)，机器人返回HOME点待命，并发送取样完成信号(S201)；与此同时，系统等待20s，待液面稳定(S203)，机器人控制装置控制视觉传感装置4对1号取样容器液面进行拍照，图像处理单元对液面图片进行处理，并反馈1号测量容器放样前液面高度H₁₁(S204)，称重装置对1号测量容器进行称重，并反馈容器与液体的总重量M₁₁给存储单元(S205)，控制装置发送测量完成指令(S206)。

机器人接收测量完成指令(S207)，机器人将1号量杯取回，放置在原位置，并将2号测量容器放置在称重装置上(S208)，重复S100～S114及S200～S205相应步骤(S209)，反馈2号测量容器放样前、后液面高度H₂₀、H₂₁，取样前后2号容器的总重量M₂₀、M₂₁(S210)，乳化炸药密度智能检测系统机器人控制装置后台计算乳化炸药密度值ρ₁，ρ₂及密度差值Δρ₁、Δρ₂(S211)，考虑取样机器人取样量偏差，将两次乳化炸药的密度取平均，得到实际的乳化炸药密度值ρ和密度差值Δρ(S212)，并将密度值反馈乳化炸药生产上层控制系统中，以便进行统筹控制。

其余三组乳化炸药密度测量与第一组测量相同，此处不进行详述；

本发明实施例中所述的数量，布局及取样冶具的形式不限于此，可根据实际乳化炸药生产需要进行扩展。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，包括：用于放置至少一组测量容器(1)的容器放置台(2)、用于对测量容器(1)进行称重测量的称重装置(3)、用于对测量容器(1)内的液面液位进行高度检测的视觉传感装置(4)、用于在所述容器放置台(2)与所述称重装置(3)间转移测量容器(1)且在线获取生产线上的乳化炸药并将其转移至测量容器(1)内的中转机构(6)及控制装置(5)；所述视觉传感装置(4)与所述称重装置(3)相对设置，且所述视觉传感装置(4)的采集端正对所述称重装置(3)上的测量容器(1)；所述控制装置(5)连接所述中转机构(6)、所述称重装置(3)及所述视觉传感装置(4)，用于控制所述中转机构(6)转移测量容器(1)及拾取乳化炸药并转入测量容器(1)，并接收称重装置(3)检测的测量容器(1)在接收乳化炸药前、后的重量数据及视觉传感装置(4)检测的测量容器(1)在接收乳化炸药前、后的液位高度数据，所述测量容器(1)内预置有与乳化炸药不相溶的液体；

所述中转机构(6)为工业机器人，所述工业机器人的活动轴上设有用于转移测量容器(1)及拾取乳化炸药的辅助冶具(61)，所述辅助冶具(61)的一侧设有用于转移测量容器(1)的夹持机构(611)，另一侧设有用于拾取乳化炸药的取样机构(612)；

还包括设于乳化炸药生产线上的中间输送装置(7)，所述中间输送装置(7)包括进料输送机构(71)、转接料机构(72)及出料输送机构(73)，所述进料输送机构(71)用于接收来自上一工序的乳化炸药，所述转接料机构(72)设于所述进料输送机构(71)的出料位，所述出料输送机构(73)设于所述转接料机构(72)下方，用于接收经所述转接料机构(72)输出的乳化炸药并转移至下一工序，所述工业机器人控制所述取样机构(612)在所述转接料机构(72)处在线取料。

2.根据权利要求1所述的乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，

所述转接料机构(72)呈漏斗状，所述夹持机构(611)包括气缸及由气缸驱动的以夹持所述测量容器(1)的气爪，所述取样机构(612)为碗型结构。

3.根据权利要求1所述的乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，

还包括用于定位支撑所述容器放置台(2)、所述称重装置(3)及所述视觉传感装置(4)的检测平台(8)。

4.根据权利要求3所述的乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，

所述视觉传感装置(4)包括安装支架、设于所述安装支架上的用于采集图像数据的视觉传感器及对所述图像数据进行处理以获得液位高度数据的图像处理单元，所述图像处理单元经数据线连接所述控制装置(5)。

5.根据权利要求3所述的乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，

所述称重装置(3)为称重天平或者称重传感器，且经数据线连接所述控制装置(5)。

6.根据权利要求1至5任一所述的乳化炸药密度智能检测系统，其特征在于，

所述控制装置(5)经通讯端口连接乳化炸药生产线的控制系统。

7.一种乳化炸药密度智能检测方法，其特征在于，应用如权利要求1至6任一所述的乳化炸药密度智能检测系统，该检测方法包括：

检测系统初始化；

转移测量容器(1)至称重装置(3)上，控制装置(5)接收称重装置(3)检测的测量容器(1)未放入乳化炸药前的第一重量数据及视觉传感装置(4)检测的测量容器(1)未放入乳化炸药前的第一液位高度数据；

在线获取生产线上的乳化炸药并转移至所述测量容器(1)内；

控制装置(5)接收称重装置(3)检测的所述测量容器(1)对应的第二重量数据及视觉传感装置(4)检测的所述测量容器(1)对应的第二液位高度数据；

控制装置(5)根据接收的数据计算得出乳化炸药的密度值。

8.根据权利要求7所述的乳化炸药密度智能检测方法，其特征在于，

通过对多组测量容器(1)重复进行测量，对获得多组密度值取平均以得到平均密度值，将平均密度值与标准值的差值反馈给乳化炸药生产线的控制系统。