CN107576284A - 一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法及系统，涉及休止角测量技术领域，所述方法包括：采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。本发明提供的测量方法不受设备滚筒设备自重与物料重量差异过大的影响，测量精度高、操作简单方便、应用范围广。

Description

一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法及系统

技术领域

本发明涉及休止角测量技术领域，尤其涉及一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法及系统。

背景技术

滚筒类设备，如回转窑、球磨机、烘干机等，广泛应用于水泥、化工、冶金、制药、食品等重要行业。此外，在高校和科研单位的实验室中，滚筒类设备也常常被运用于进行各种相关的教学科研活动。

在滚筒类设备中，休止角是指靠近滚筒轴线的散体物料自由界面与水平面之间的夹角，也称为安息角，它是描述散体物料运动状态的重要指标，它与散体物料的粒径、物料颗粒间密实度、物料黏度、形状、含水量等因素有关，可通过在线测量滚筒内散体物料的休止角变化，实时掌握物料的运动情况，具有非常重要的应用价值。

以往对滚筒类设备的物料休止角的测量大多采用“静态法”，即停止设备的转动以测量散体物料的静态休止角，而静态休止角的测量大多是采用一种“机械”式的测量方法，即使用刻度尺、量角器等器材来读取散体物料的休止角，这种测量方法多为接触式测量，测量精度有限，往往测量设备体积较大，使用繁琐、操作不便，并且也常受到测量环境和条件的限制，无法对一些受空间限制或环境相对恶劣的物料休止角进行测量，显然这种静态法得到的休止角误差很大，局限性明显。

此外，也有一些结合物理数学知识经过改进的较新的测量方法。例如公开号为CN106197359A的专利公开了一种滚筒式粉碎机中颗粒物料休止角的在线测量装置及方法，该专利通过称重传感器和压力传感器采集数据，然后结合数学物理计算得到动态中的滚筒类设备的休止角，但是该方法对于大型的滚筒类工业设备如工业回转窑，因滚筒设备本身的重量与物料重量相差甚远，则会出现计算失效的现象。

现有的滚筒类设备的散体物料休止角的静态测量法，存在使用繁琐、操作不便、测量精度有限和无法在线测量的问题，且常受到测量环境和条件的限制，无法对一些空间受限或环境相对恶劣的散体物料进行休止角的测量。通过压力传感器、称重压力传感器采集数据并结合数学物理计算得到物料休止角的称重测量法，虽然能够进行在线实时测量、操作也简便，但是该方法对于大型的滚筒类工业设备，因滚筒设备本身的重量与物料重量相差甚远，则会出现计算失效的现象。

发明内容

本发明主要解决现有技术中测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法操作不便、测量精度有限、无法进行在线测量和应用范围不广的问题。

本发明提供了一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法及系统，所述测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法包括：

采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；

获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；

对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；

计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

进一步地，所述获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线，具体包括：

去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分；

对所述图像进行二值化处理和滤波处理；

从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

进一步地，所述采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像，具体包括：

调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像；

采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

进一步地，所述采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像，包括：

多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；

从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

进一步地，还包括：

以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。

另一方面，本发明还提供一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，所述系统包括：

图像采集模块，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；

轮廓线获取模块，用于获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；

直线拟合模块，用于对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；

休止角计算模块，用于计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

进一步地，所述轮廓线获取模块包括：

去除子模块，用于去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分；

图像处理子模块，用于对所述图像进行二值化处理和滤波处理；

轮廓线提取子模块，用于从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

进一步地，所述图像采集模块包括：

距离调整子模块，用于调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像；

第一图像采集子模块，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

进一步地，所述图像采集模块包括：

第二图像采集子模块，用于多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；

图像筛选子模块，用于从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

进一步地，所述系统还包括：

数据展示模块，用于以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。

本发明针对滚筒类设备物料休止角的测量不受设备滚筒设备自重与物料重量差异过大的影响，测量精度高、操作简单方便、应用范围广。

在测量器材的需求上，本专利只需要一台摄像机及数据传输线即可，并且摄像机与滚筒的观察端口可以保持一定的距离，操作简单方便；而处理图像所需的计算机则可与其它监测或控制计算机共用，不必额外增加成本。

本专利可以解决滚筒类设备的散体物料休止角的动态测量问题，对于工业生产中的自动化在线监测具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法的流程图；

图1A是本发明实施例一提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法涉及的实施环境示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法的流程图；

图4是本发明实施例四提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统的结构框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

还应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于理解本发明，并不用于限定本发明。

在滚筒类设备中，休止角是指靠近滚筒轴线的散体物料的自由斜面与水平面之间的夹角。

本发明用于测量滚筒类设备中散体物料休止角，所述滚同类设备包括：回转窑、球磨机、烘干机等包含滚筒的设备；在滚筒中，可放置散体物料。

在本发明中滚筒类设备等同于回转滚筒类设备。

其中滚筒内设置有散体物料，在滚筒回转过程中，散体物料的自由斜面会与水平面形成一定角度。即本发明需要测量的休止角。

所述自由斜面是指散体物料在靠近滚筒轴线侧的表面。

所述散体物料是指工程生产中经常处理的一类混合物，由不同形状、大小的固体颗粒构成的松散物料，如矿石、沙堆、小麦、脱硫石膏、原煤谷物等。

实施例一

本实施例提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其流程图如图1所示，图1A是本实施例提供的方法涉及的实施环境示意图。结合附图详述如下：

步骤S101，采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料。

在图1A中，滚筒104中放置有散体物料，滚筒类设备的滚筒在回转运动中，散体物料会形成一个动态的休止角，本发明用于测定该休止角。

图像采集装置102置于滚筒的轴线上，所述滚筒的侧面为透明盖板103。图像采集装置可通过透明盖板103获取散体物料的图像。

为了获得清晰的图像，应该使得图像采集装置102与滚筒104调整至合适的距离。

此外图像处理装置101，用于处理图像采集装置102输出的图像，其他部件105为滚筒类设备中与滚筒相连的部分。

采集滚筒中滚筒径向截面的图像是为了获取散体物料在滚筒中的动态位置。

所述径向截面与滚筒的轴线垂直，只需图像采集装置102保持在滚筒的轴线上，获取轴向方向上的滚筒图像，即是获取的径向截面的图像。

所述散体物料的滚筒的回转运动过程中的自由斜面会产生一定的倾角，即散体物料的休止角。

本发明使用的图像是在滚筒在回转运动中采集的，所以计算的休止角是动态休止角。

步骤S102，获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

由于所述图像是滚筒的径向截面方向的图像，所以所述自由斜面在图像中是一条轮廓线。

由于散体物料形成的自由斜面是不规则的，所以所述轮廓线也是不规则的。所述轮廓线相当于散体物料与空气的边界线。

为了获取该轮廓线可对该图像进行一系列的处理，本发明不限制其具体的处理过程。

步骤S103，对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线。

具体地，对所述轮廓线进行直线拟合，找到一条与该轮廓线最接近的直线，以表示该轮廓线。

进一步地，使用最小二乘法对所述轮廓线进行直线拟合，获取所述轮廓线的拟合直线。

步骤S104，计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

在图像中，所述倾斜角为所述拟合直线与水平线的夹角。

计算拟合直线的倾斜角，并将其作为本发明测定的休止角。

进一步地，还包括步骤：

以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。

为了使测量者便于查看结果，应该以恰当的方式展示结果，这里使用图像或表格的形式。

实施例二

本实施例提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其流程图如图2所示，详述如下：

步骤S201，调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像。

在采集图像前，调整图像采集装置与滚筒的距离，以保证采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像。

这里对清晰的图像的要求是至少能使用该图像计算出休止角，即能通过人的眼睛观察到明显可见的轮廓线。

步骤S202，采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

步骤S203，去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分。

本步骤中，去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分，由于该部分对测量是没有帮助的，并起到一定的干扰作用，所以应该去除。

需要说明的是，这里所述的去除可以是将其设置成统一的颜色，例如黑色或白色；只要对接下来的图像处理没有干扰即可。

步骤S204，对所述图像进行二值化处理和滤波处理。

对去除后的图像进行二值化处理和滤波处理，使为了得到黑白分明的散体物料区域与非散体物料区域。所述散体物料区域与非散体物料区域形成了散体物料的轮廓线。

步骤S205，从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

从经过前述步骤的处理，从图像中，提取散体物料区域与非散体物料区域形成了散体物料的轮廓线。

步骤S206，对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线。

步骤S207，计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

由于步骤S206与步骤S207已经在实施例一中详述了，参见实施例一，这里不再赘述。

应当理解，上述的步骤并没有严格的执行顺序，所有可预见并且不影响功能的实现的变化都应该在本发明的保护范围内。

实施例三

本实施例提供的一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其流程图如图3所示，详述如下：

步骤S301，多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

由于滚筒是处于回转运动过程中的，每隔预定时间采集一次图像。如果只采集一次图像，可能图像质量不高，不利于测量精度的提高。

步骤S302，从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

从步骤S301中多次采集的图像中，筛选出清晰度最高的图像。从清晰的图像中计算休止角，往往误差较小，精度更高。

步骤S303，去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分。

步骤S304，对所述图像进行二值化处理和滤波处理。

步骤S305，从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

步骤S306，对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线。

步骤S307，计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

由于步骤S303至步骤S307已经在实施例一和实施例二中详述了，这里不再赘述。

应当理解，上述的步骤并没有严格的执行顺序，所有可预见并且不影响功能的实现的变化都应该在本发明的保护范围内。

实施例四

本实施例提供一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其结构框图如图4所示，所述系统包括：

图像采集模块410，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；

轮廓线获取模块420，用于获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；

直线拟合模块430，用于对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；

休止角计算模块440，用于计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

进一步地，所述轮廓线获取模块包括：

去除子模块，用于去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分；

图像处理子模块，用于对所述图像进行二值化处理和滤波处理；

轮廓线提取子模块，用于从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

进一步地，所述图像采集模块包括：

距离调整子模块，用于调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像；

第一图像采集子模块，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

进一步地，所述图像采集模块包括：

第二图像采集子模块，用于多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；

图像筛选子模块，用于从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

进一步地，所述系统还包括：

数据展示模块，用于以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。

由于本实施例提供的测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统应用于实施例一至实施例三提供的测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，详述参见实施例一至实施例三。

本发明可基于MATLAB工程软件实现。

在本申请所提供的实施例中，应该理解所描述的方法和系统都是示意性的，在实际实施过程中通过调整可以有所差别。

另外，各功能单元或模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于本发明的保护范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其特征在于，包括：

采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；

获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；

对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；

计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

2.根据权利要求1所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其特征在于，所述获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线，具体包括：

去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分；

对所述图像进行二值化处理和滤波处理；

从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

3.根据权利要求2所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其特征在于，所述采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像，具体包括：

调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像；

采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

4.根据权利要求2所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其特征在于，所述采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像，包括：

多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；

从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

5.根据权利要求1，2，3或4所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的方法，其特征在于，还包括：

以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。

6.一种测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；其中，所述滚筒中包含散体物料；

轮廓线获取模块，用于获取所述图像中所述散体物料的自由斜面的轮廓线；

直线拟合模块，用于对所述轮廓线进行直线拟合，以获取所述轮廓线的拟合直线；

休止角计算模块，用于计算所述拟合直线的倾斜角，并将所述倾斜角作为散体物料的休止角。

7.根据权利要求6所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其特征在于，所述轮廓线获取模块包括：

去除子模块，用于去除所述图像中滚筒径向截面之外的部分；

图像处理子模块，用于对所述图像进行二值化处理和滤波处理；

轮廓线提取子模块，用于从处理后的图像中，提取所述散体物料的自由斜面的轮廓线。

8.根据权利要求7所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其特征在于，所述图像采集模块包括：

距离调整子模块，用于调整图像采集装置与滚筒的距离；以使采集装置能够采集到清晰的滚筒径向截面的图像；

第一图像采集子模块，用于采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像。

9.根据权利要求7所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其特征在于，所述图像采集模块包括：

第二图像采集子模块，用于多次采集处于回转运动中滚筒径向截面的图像；

图像筛选子模块，用于从多次采集的图像中筛选出清晰度最高的图像。

10.根据权利要求6，7，8或9所述的测量滚筒类设备中散体物料休止角的系统，其特征在于，还包括：

数据展示模块，用于以图像或表格的形式展示休止角测量数据，以便测量者进行查看。