CN107084776A - 消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种消除辊筒转动干扰的检重系统，包括：检重皮带秤，该检重皮带秤包括主动辊筒、安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器、驱动电机、传动皮带、从动辊筒和安装在从动辊筒上的编码器，其中，该驱动电机驱动主动辊筒旋转，且该从动辊筒经由传动皮带在该主动辊筒的带动下旋转，其中，该主动辊筒的辊筒直径不同于该从动辊筒的辊筒直径，其中，该安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器检测该主动辊筒的转速和角度位置信息；且该安装在从动辊筒上的编码器检测该从动辊筒的转速和角度位置信息。此外，本发明还提供了相应的消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法。本发明能够消除/降低转动辊筒转动干扰对动态检重系统性能的影响，进而提高动态检重系统的精度与速度性能。

Description

消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法
技术领域
本发明涉及一种消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法。
背景技术
动态检重系统一般包括进皮带、称重皮带(秤)和出皮带三部分，其中进出皮带部分为检重系统的辅助部分，称重皮带是负责检重称重的主要部分。在检重称重过程中，被检物首先随着进皮带的运行逐渐进入称重皮带，然后恒速通过称重皮带，最后逐渐进入出皮带完成检重称重操作。检重称重系统通过获取被检物完全上称重皮带时的重量减去称重皮带上空载时的重量作为被检物的检重重量，实现检测物体重量的应用功能。
被检物完全上秤(称重皮带)的运行长度不随检重速度VW变化而变化，辊筒的转动直径DW与被检物完全上秤运行长度LW的比例恒定不变。
在机械设计中，随着检重速度的增加，驱动检重皮带工作运行需要的驱动力增加，主动辊筒的直径较难减小。造成辊筒的转动半径与被检物完全上秤运行长度的比例(DW/LW)较难降低，进而引入的较低频率的辊筒转动干扰(较称重皮带机械固有振动干扰频率)。
在检重应用中，随着检重速度VW的增加，辊筒的转速逐渐增加(ωW＝VW/(π*DW))，造成辊筒的转动干扰强度快速增加(通常离心力与转速的平方成正比)，进而造成滤波器较难抑制辊筒转动干扰噪音。
在检重数据处理中，随着检重速度VW的增加，物体完全上秤时间(TW＝LW/VW)逐渐减小，滤波器能够花费的时间资源也相应的逐渐减小，这造成滤波器对辊筒转动低频干扰的噪音抑制能力降低。
在检重应用中，随着检重速度VW的增加，辊筒转动干扰强度快速增加。在检重数据处理中，随着检重速度VW的增加，用于抑制辊筒转动噪音干扰的滤波器的噪音抑制能力受应用物体完全上秤时间的减小而降低。提高检重速度VW造成辊筒转动干扰与滤波器之间的矛盾激化，进而造成较难在保证检重精度的前提下提高检重速度。
通过上述分析可以看出，消除/降低辊筒转动干扰的影响既能通过降低滤波器对辊筒低频干扰的抑制效果需求提高动态检重应用精度性能又能通过减小滤波器对低频噪音干扰的时间花费需求提高动态检重应用速度性能,是动态检重应用技术领域需要迫切解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一是针对称重皮带部分的主、从辊筒引入的转动动不平衡干扰，设计一套方便使用(不需要拆卸改动设备，不影响检重应用过程)的检测辊筒转动动不平衡干扰的设备及方法，并在后续的检重数据处理中即消除/降低辊筒转动干扰的影响又减少数据处理系统对抑制辊筒转动干扰的时间需求，实现进一步提高检重系统精度与速度的应用效果。
根据本发明的一个方面，提供了一种消除辊筒转动干扰的检重系统，包括：
检重皮带秤，该检重皮带秤包括主动辊筒、安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器、驱动电机、传动皮带、从动辊筒和安装在从动辊筒上的编码器，
其中，该驱动电机驱动主动辊筒旋转，且该从动辊筒经由传动皮带在该主动辊筒的带动下旋转，
其中，该主动辊筒的辊筒直径不同于该从动辊筒的辊筒直径，
其中，安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器检测该主动辊筒的转速和角度位置信息；且该安装在从动辊筒上的编码器检测该从动辊筒的转速和角度位置信息。
较佳地，在上述的检重系统中，该主动辊筒的辊筒直径大于该从动辊筒的辊筒直径。
根据本发明的另一方面，提供了一种消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法，该检重数据处理方法适用于以上所讨论的检重系统，该检重数据处理方法包括：
a.检测一时间段内的空秤数据；
b.根据该空秤数据分别提取该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据；
c.通过该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据该，获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据；
d.在检重数据处理过程中，根据该辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，对实际称重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的称重数据。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该时间段大于或等于使该主动辊筒和该从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该空秤数据进一步包括该主动辊筒和该从动辊筒的各自角度位置信息以及与该各自角度位置信息相对应的称重数据。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该转动干扰波动信息数据包括：该主动辊筒和该从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该转动干扰波动信息数据进一步包括：该主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该步骤c进一步包括，根据该主动辊筒和该从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据该和该主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息，建立周期性的主动辊筒和从动辊筒的干扰对检重称重的影响数据和角度位置信息之间的对应关系模型。
较佳地，在上述的检重数据处理方法中，该步骤d进一步包括：在时域上或者角度位移域上将实际称重数据减去该干扰波动模型数据。
综上，本发明的特点至少在于以下几点：
1、区别于现有系统采用相同直径的辊筒设计做法，本发明的检重系统采用差异的辊筒直径设计方法以便能够将测试数据中的不同辊筒转动干扰方便的区分开来。
2、区别于现有检重系统仅使用一个编码器测量皮带速度的做法，本发明的检重系统存在多个编码器分别测试主动辊筒或驱动电机和从动辊筒转速和相位信息。
3、区别于现有检重系统对辊筒转动干扰做为一般干扰处理的做法，本发明的检重系统对辊筒干扰进行针对性处理。
4、区别于现有检重系统尽力减小辊筒动不平衡的做法，本发明的检重系统尽力消除动不平衡对检重测量的影响。
5、区别于现有检重系统仅在时间域上对称重数据进行分析处理的做法，本发明的检重系统还在角位移域上对称重数据进行分析处理。
6、本发明的检重系统和方法以辊筒转动干扰是周期干扰为基础对称重数据进行分析处理。
7、本发明的检重系统和方法以抵消的方法消除辊筒转动周期干扰。
本发明的称重系统可以在不拆卸或调整机械系统、不影响检重应用的前提下，通过测试使用速度下的空秤称重数据的方法，分析建立辊筒转动干扰模型，在不消耗(滤波需要消耗时间)时间的情况下抵消辊筒转动干扰对后续检重数据处理的影响，提高检重系统的精度与速度。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了根据本发明的检重系统的一个实施例的示意图。
图2示出了根据本发明的检重方法的基本步骤的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。
首先参考图1，该图示出了根据本发明的检重系统的一个实施例的示意图。在图1所示的优选实施例中，该消除辊筒转动干扰的检重系统主要包括：出料皮带机1、主动辊筒2、安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器3、驱动电机4、被检工件5、检重皮带机6、进料皮带机7、从动辊筒8、安装在从动辊筒上的编码器9、检重皮带框架(含皮带)10、支撑框架11、称重传感器模块12和检重皮带秤底架13。
其中，进料皮带机7设置于该检重皮带秤6的一侧，且出料皮带机1设置于该检重皮带秤6的另一侧。
作为最关键的部件，检重皮带秤6主要包括主动辊筒2、安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器3、驱动电机4、从动辊筒8和安装在从动辊筒上的编码器9。其中，该驱动电机4驱动主动辊筒2旋转，且该从动辊筒8经由皮带在该主动辊筒2的带动下旋转。
特别是，在检重系统的称重皮带部分(秤)，主要存在主动辊筒2和从动辊筒8两个转速较低的旋转部件，其它例如驱动电机4等的转速均明显高于(几倍以上)上述两个辊筒转速，主动辊筒2和从动辊筒8引入的干扰频率较低，并且直径较大(质量偏心较大)，是引起检重称重过程中转动干扰的主要部件。因此，为了能够在测试数据中能够明确区分主动辊筒2和从动辊筒8，本发明设计成该主动辊筒2的辊筒直径不同于该从动辊筒8的辊筒直径。例如，在本例中，该主动辊筒2的辊筒直径大于该从动辊筒8的辊筒直径。
此外，由于(1)皮带与辊筒之间存在打滑问题，两辊筒之间存在速度差、(2)辊筒旋转不平衡周期干扰相位与辊筒本身属性存在固定联系且(3)当有物体上秤时皮带机辊筒速度会变化，因此本发明在上述的主动辊筒和从动辊筒上同时安装编码器以便分别确定两个辊筒的真实转速和相位信息。即，该安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器3检测该主动辊筒2的转速和角度位置信息；且该安装在从动辊筒上的编码器9检测该从动辊筒8的转速和角度位置信息。
此外，辊筒引入的旋转干扰以离心力的方向指向辊筒的旋转轴心，则其在称重数据上的影响投影为余弦三角周期函数形式(本实现例采用三角周期函数动不平衡模型假设，存在其它周期模型)。
另一方面，本发明基于上述系统结构提出了一套全新的检重方法。其基本构思为：测试空秤运行数据；分别建立以编码器角度位移为基础的主动辊筒和从动辊筒称重数据序列(干扰与辊筒转动相关)，辊筒的转动频率及相位信息已经包含在所获得的称重数据序列中(每周数据点数及干扰相位角)；对上述数据分别进行辊筒转动周期的数据分析，按照辊筒转动周期提取辊筒转动干扰波动数据；将辊筒干扰波动数据与辊筒角度位置信息(可以是编码器位置信息)进行关联，以便在后续检重数据处理中使用辊筒干扰模型解决辊筒旋转干扰问题。
现在转到图2，该图示出了根据本发明的检重方法的基本步骤的流程图。其中该检重方法200适用于以上所讨论的检重系统。
如图2所示，本发明的消除辊筒转动干扰的检重方法200主要包括以下步骤：
步骤201：检测一时间段内的空秤数据；
步骤202：根据该空秤数据分别提取该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据；
步骤203：通过该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据，获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据；
步骤204：在检重过程中，根据该辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，对实际称重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的称重数据。
以下结合一个示例来更详细地讨论该检重方法200的实施。但，本领域的技术人员应理解，以下详细讨论的示例并不构成对本发明的任何限制。例如，各种优选实施例可以在不背离本发明的原理的基础上在上述各步骤中选择性地组合、省略或者变换次序。
首先，可以在用户要求的检重速度下检测一时间段内的空秤数据，步骤201。较佳地，该空秤数据包括该主动辊筒和该从动辊筒的各自角度位置信息以及与该各自角度位置信息相对应的称重数据。这样可以克服转速变化对数据分析的影响。一般采用有起始位置信息的增量式编码器，则直接以增量脉冲为间距对重量数据进行采集即可，记录data0[M]为主动辊筒数据，记录data1[N]，由于两辊筒转速不同，在相同时间内采集到的数据量存在差异，M≠N。采集的数据量必须大于两个辊筒转动一周的数据量(即，上述的时间段优选大于或等于使该主动辊筒和该从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间)，否则影响数据处理精度。
接着，根据该空秤数据分别提取该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据，步骤202。由于称重数据按照编码器的角度位移信息记录，则编码器旋转一周时所获得的数据量刚好是旋转编码器的每周脉冲数参数P，即辊筒干扰模型的周期为已知量，所以能够按照干扰周期从数据中提取相关的周期的干扰波动数据。周期已知后的相关干扰波动提取的数学方法较多，本发明不做更进一步的论述。本实施例中优选采用傅里叶变换法(以辊筒干扰为余弦函数模型为基础)提取数据中本辊筒旋转干扰波动数据。
例如，以data0[M]数据为例说明数据处理过程：对data0[M]数据进行定周期为PQ的傅里叶变换Y0＝∑data0(i)*EXP((-2*π*j)*i/PQ)(其中i从1到M,PQ为主动辊或驱动电机编码器每周脉冲数，EXP及后续的ABS、ANGLE和COS等为标准数学计算函数)，获得振幅为A0＝ABS(Y0)/M*2，获得相位角为φ0＝ANGLE(Y0)，则数据中的辊筒旋转干扰波动数据为F0＝A0*COS(2*π*i/PQ+φ0)。采用相同的分析方法从数据中提取从动辊筒旋转干扰波动数据为F1＝A1*COS(2*PI*i/PC+φ1)，其中PC为从动辊筒编码器每周脉冲数。
然后，进行模型与辊筒固化。可以通过该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据，获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，步骤203。优选的，该转动干扰波动信息数据可以包括该主动辊筒和该从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据和/或该主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息。且，该步骤可以进一步包括：根据该主动辊筒和该从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据和该主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息该该，建立周期性的主动辊筒和从动辊筒的干扰对检重称重的影响数据和角度位置信息之间的对应关系模型。进而，该步骤就可以通过该主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据和该主动托辊和从动托辊的角度位置信息相结合，以获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据。
例如，根据F0＝A0*COS(2*π*i/PQ+φ0)、F1＝A1*COS(2*PI*i/PC+φ1)旋转干扰波动数据和辊筒编码器绝对位置定位信息(一般为Z信号)，将辊筒干扰波动数据与辊筒编码器位置信息相结合获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，即获得检重称重干扰到辊筒编码器绝对位置的干扰模型数据I0[IQ]和I1[IC]，其中IQ和IC为含有编码器绝对位置信息的范围从1到编码器每周脉冲数(一整周)的位置信息序列。
最后，在检重过程中，根据该辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，对实际称重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的称重数据，步骤204。该步骤使用辊筒干扰模型消除辊筒转动干扰对检重应用的影响。
例如，在检重数据处理过程中(本实施例在时域上进行数据处理，也可以在编码器的角度位移域上进行数据处理)，同时获得检重重量时域数据W[t]、主动辊筒干扰模型时域数据WI0[t]和从动辊筒干扰模型时域数据WI1[t](使用I0[IQ]和I1[IC]模型数据结合编码器位置信息进行时域内插获得)，在时域称重数据上使用数学上的减法直接消除/降低(残差)辊筒动不平衡干扰(WNEW＝W[t]-WI0[t]-WI1[t])。
综上，本发明在正常检重称重中使用上述时间重量数据和主、从辊筒的角度位移模型数据，在称重数据上直接减去两个辊筒转动干扰模型数据，将在原有检重数据的基础上消除/降低辊筒转动不平衡干扰对后续数据处理的影响，提高检重称重精度，降低数据处理系统对被检物完全上秤时间的需求，提高检重速度。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (9)

1.一种消除辊筒转动干扰的检重系统，其特征在于，包括：
检重皮带秤，所述检重皮带秤包括主动辊筒、安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器、驱动电机、传动皮带、从动辊筒和安装在从动辊筒上的编码器，
其中，所述驱动电机驱动主动辊筒旋转，且所述从动辊筒经由传动皮带在所述主动辊筒的带动下旋转，
其中，所述主动辊筒的辊筒直径不同于所述从动辊筒的辊筒直径，
其中，所述安装在主动辊筒或驱动电机上的编码器检测所述主动辊筒的转速和角度位置信息；且所述安装在从动辊筒上的编码器检测所述从动辊筒的转速和角度位置信息。
2.如权利要求1所述的检重系统，其特征在于，所述主动辊筒的辊筒直径大于所述从动辊筒的辊筒直径。
3.一种消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法，所述检重数据处理方法适用于如权利要求1所述的检重系统，其特征在于，所述检重数据处理方法包括：
a.检测一时间段内的空秤数据；
b.根据所述空秤数据分别提取所述主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据；
c.通过所述主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息数据，获得辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据；
d.在检重数据处理过程中，根据所述辊筒转动干扰对检重称重影响模型数据，对实际称重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的称重数据。
4.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述时间段大于或等于使所述主动辊筒和所述从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间。
5.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述空秤数据进一步包括所述主动辊筒和所述从动辊筒的各自角度位置信息以及与所述各自角度位置信息相对应的称重数据。
6.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述转动干扰波动信息数据包括：所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据。
7.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述转动干扰波动信息数据进一步包括：所述主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息。
8.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述步骤c进一步包括，根据所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重称重的影响数据和所述主动辊筒和从动辊筒的角度位置信息，建立周期性的主动辊筒和从动辊筒的干扰对检重称重的影响数据和角度位置信息之间的对应关系模型。
9.如权利要求3所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述步骤d进一步包括：在时域上或者角度位移域上将实际称重数据减去所述干扰波动模型数据。
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