CN108168661A - 一种可用于振动环境的在线称量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于振动环境的在线称量系统，以32位嵌入式控制器为核心，采用高速AD数据采集、小波滤波算法结合BP神经网络算法，实现小型脱壳加工设备出料的在线称量。本发明包括机械部分和检测控制部分，所述机械部分包括料斗、直流电机、丝杆螺旋副、出料口开关挡板以及柔性铰链，检测控制部分包括物料位置检测传感器、压力传感器和设备控制器，压力传感器安装在料斗的底部，并支撑整个料斗，通过压力传感器实时检测物料量并把数据传输至设备控制器，物料位置检测传感器与料斗连接在一起，监视压力传感器是否有故障，起到安全保障作用，从而实现料斗的在线称量。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于振动环境的在线称量系统，具体涉及一种主要用在振动加工环境下，采用压力传感器、料斗和自动出料一体化结构，对出料实时精确测量的称量系统。
背景技术
随着科技生活的发展，智能加工逐渐走入人们的生活，加工过程中自动化程度越来越高，定量加工与精确计量是现代加工生产过程中一个重要的环节，生产化程度的提高不仅节约了劳动成本，而且工作效率也得到很大提升。现有技术对出料进行动态测量还不够成熟，尤其在复杂的环境下，比如九江七所精密机电科技有限公司；江西中烟工业有限公司兴国卷烟厂申请的专利申请号CN201210276837.X“一种模块化结构电子皮带秤”，在皮带下放置称重传感器，皮带在不停的向前推送物料实行连续动态测量。这种称量结构误差大，尤其占用空间大无法实现小空间物料的动态在线称重。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何设计合理的机械结构和数据处理的算法，得到一种可用于振动环境的在线称量系统，从而在振动环境下实现实时、精确化智能称量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种可用于振动环境的在线称量系统，包括机械部分和检测控制部分；
所述机械部分包括料斗15、直流电机4、丝杆螺旋副5、出料口开关挡板6以及柔性铰链，所述柔性铰链包括前柔性铰链10、后柔性铰链11、左柔性铰链2和右柔性铰链7；
所述检测控制部分包括物料位置检测传感器3、压力传感器12和设备控制器；
所述料斗15的上部分别通过前、后、左、右柔性铰链与振动设备连接，所述料斗15的上部左侧设有物料位置检测传感器3，用于监视压力传感器12是否有故障，起到安全保障作用，所述料斗15的前侧面设有出料口开关挡板6，所述直流电机4通过丝杆螺旋副5与出料口开关挡板6连接，所述料斗15的下部设有向前延伸的出料口9，料斗15的底部安装有压力传感器12，压力传感器12支撑整个料斗15，用于实时检测物料量并把数据传输至设备控制器，所述设备控制器用于对压力传感器12的数据进行采集、模数转换和滤波处理，从而实现料斗15的在线称量。
在上述方案的基础上，所述前柔性铰链10、后柔性铰链11、左柔性铰链2和右柔性铰链7的两端通过各自对应的铰链支架1分别与料斗15和振动设备连接。
在上述方案的基础上，所述出料口开关挡板6的右侧设有开关口位置开关支架8。
在上述方案的基础上，所述开关口位置开关支架8上从上至下依次设有开口位置开关13和关口位置开关14。
在上述方案的基础上，所述柔性铰链采用弹性材料，利用弹性材料微小变形及自恢复的特性，在结构上对振动进行约束，降低了前、后、左、右振动对称量精度的影响。
在上述方案的基础上，所述设备控制器高频采集数据，并通过小波滤波器对上下振动信号进行滤波，有效降低了上下振动对称量精度的影响。
在上述方案的基础上，所述小波滤波器结合了BP神经网络算法，使所述在线称量系统具备深度学习的功能。
在上述方案的基础上，所述设备控制器为32位嵌入式控制器。
有益效果：
本发明涉及一种可用于振动环境的在线称量系统，主要用在振动加工环境下，采用压力传感器、料斗和自动出料一体化结构，对出料进行实时精确称量，本系统可以适用于不同的空间大小，不同振动环境下，通过深度学习的方法，有效分解信号，提取出有用信号，以最低的成本实现料斗精确的在线称量。
附图说明
本发明有如下附图：
图1是本发明可用于振动环境的在线称量系统三维整体结构图；
图2是本发明可用于振动环境的在线称量系统内部结构图一；
图3是本发明可用于振动环境的在线称量系统内部结构图二；
图4是本发明可用于振动环境的在线称量的小波滤波原理图；
图5是本发明可用于振动环境的在线称量的BP神经网络算法原理图；
图6是本发明可用于振动环境的在线称量系统的工作流程图。
图中：
1：铰链支架、2：左柔性铰链、3：物料位置检测传感器、4：直流电机、5：丝杆螺旋副、6：出料口开关挡板、7：右柔性铰链、8：开关口位置开关支架、9：出料口、10：前柔性铰链、11：后柔性铰链、12：压力传感器、13：开口位置开关、14：关口位置开关、15：料斗。
具体实施方式
下面结合附图1-6和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如附图2-3可用于振动环境的在线称量系统内部结构图及附图1所示，该系统包括机械部分和检测控制部分，所述机械部分包括料斗15、直流电机4、丝杆螺旋副5、出料口开关挡板6以及柔性铰链，所述柔性铰链包括前柔性铰链10、后柔性铰链11、左柔性铰链2和右柔性铰链7；所述检测控制部分包括物料位置检测传感器3、压力传感器12和设备控制器；其中前后左右四个铰链一端连接在振动设备上，另一端连接在料斗15上，每一处连接都由铰链支架1连接，如左柔性铰链2的两端通过铰链支架1分别与料斗15和振动设备连接，所述料斗15的上部左侧设有物料位置检测传感器3，用于监视压力传感器12是否有故障，起到安全保障作用，所述料斗15的前侧面设有出料口开关挡板6，所述直流电机4通过丝杆螺旋副5与出料口开关挡板6连接，所述料斗15的下部设有向前延伸的出料口9，料斗15的底部安装有压力传感器12，压力传感器12支撑整个料斗15，用于实时检测物料量并把数据传输至设备控制器，所述设备控制器用于对压力传感器12的数据进行采集、模数转换和滤波处理，从而实现料斗15的在线称量。
如图4所示，为小波滤波原理，通过设定合适的分解层数和每层波段的阈值，压力信号分成合适的层数和不同的波段信号，舍弃干扰信号，提取出有用信号。
如图5所示，为BP神经网络算法原理，本专利将小波滤波原理嵌套在BP神经网络算法中，通过输入样本数据，系统可以通过反向传播算法，自动获取合适的小波分解层数和阈值，合理分解采集的信号，得到有用信号，通过深度学习的功能，在不同振动环境下均能达到精确称量的效果。
如图6所示，所述在线称量系统在工作过程中，首先由关口位置开关14检测出料口9是否关闭，如若未关闭，则直流电机4通过丝杆螺旋副5带动出料口开关挡板6关闭出料口9，然后物料通过料斗15的上端口进入，压力传感器12支撑料斗15上下方向几乎所有的力，所以料斗15内压力变化可以经过压力传感器12传入设备控制器，设备控制器对压力传感器12进行模拟量采集，并经过模数转换，再利用FIR滤波器对上下振动信号进行有效滤波，而前后和左右振动则由前、后、左、右柔性铰链的阻尼作用吸收，从而在结构和数据处理方面同时降低振动对称量精度的影响。假如压力传感器12失效，一直进料，物料位置检测传感器3作为一个警戒位置传感器，检测到物料到达此位置时，料斗15已满，则将数据传输至设备控制器，设备控制器控制机械部分停止加工进料。当压力传感器12检测到的数据达到要求值时，设备控制器也会控制机械部分停止加工进料。
本发明所述的用于振动环境的在线称量系统，机电结合，精确性高，成本较低，安全性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：包括机械部分和检测控制部分；
所述机械部分包括料斗(15)、直流电机(4)、丝杆螺旋副(5)、出料口开关挡板(6)以及柔性铰链，所述柔性铰链包括前柔性铰链(10)、后柔性铰链(11)、左柔性铰链(2)和右柔性铰链(7)；
所述检测控制部分包括物料位置检测传感器(3)、压力传感器(12)和设备控制器；
所述料斗(15)的上部分别通过前、后、左、右柔性铰链与振动设备连接，所述料斗(15)的上部左侧设有物料位置检测传感器(3)，用于监视压力传感器(12)是否有故障，起到安全保障作用，所述料斗(15)的前侧面设有出料口开关挡板(6)，所述直流电机(4)通过丝杆螺旋副(5)与出料口开关挡板(6)连接，所述料斗(15)的下部设有向前延伸的出料口(9)，料斗(15)的底部安装有压力传感器(12)，压力传感器(12)支撑整个料斗(15)，用于实时检测物料量并把数据传输至设备控制器，所述设备控制器用于对压力传感器(12)的数据进行采集、模数转换和滤波处理，从而实现料斗(15)的在线称量。
2.如权利要求1所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述前柔性铰链(10)、后柔性铰链(11)、左柔性铰链(2)和右柔性铰链(7)的两端通过各自对应的铰链支架(1)分别与料斗(15)和振动设备连接。
3.如权利要求2所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述柔性铰链采用弹性材料，利用弹性材料微小变形及自恢复的特性，在结构上对振动进行约束，降低了前、后、左、右振动对称量精度的影响。
4.如权利要求1所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述出料口开关挡板(6)的右侧设有开关口位置开关支架(8)。
5.如权利要求4所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述开关口位置开关支架(8)上从上至下依次设有开口位置开关(13)和关口位置开关(14)。
6.如权利要求1所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述设备控制器高频采集数据，并通过小波滤波器对上下振动信号进行滤波，有效降低了上下振动对称量精度的影响。
7.如权利要求6所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述小波滤波器结合了BP神经网络算法，使所述在线称量系统具备深度学习的功能。
8.如权利要求6所述的可用于振动环境的在线称量系统，其特征在于：所述设备控制器为32位嵌入式控制器。
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