CN109000767A - 一种生产线动态称重在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产线动态称重在线监测方法，该方法为：当产品通过传送带，经过安装有悬臂梁式称重传感器的托盘时，利用采集模块将传感器的电压信号采集起来，形成一组数据，再对数据进行滤波的分析计算，算出实际重量，然后将实际重量与预置重量进行比较，若实际重量与预置重量相差大于产品的容差范围，则此产品不合格，去除。本发明采用平均样本的滤波方式，能够去除因现场送料和分选装置产生的机械振动以及测量系统电源波动和电气噪声影响导致采集的重量信号带有的多个频率的干扰信号，求得有效称重测量电压，提高称重精确度，而且确定的N值，匹配实际数据频率，更加科学，而且动态灵敏度校正更准确。

Description

一种生产线动态称重在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种生产线动态称重在线监测方法，属于称重在线标定方法技术领域。

背景技术

随着现代科技飞速发展及生产质量要求的提高，“定时取出，分别称量”的“人工抽查”方法逐渐被100％在线检测的方式替代。因为制药、食品加工生产线现场存在各因素使得小量程动态称重仪的精度和稳定性受到很大影响，故需要定期进行标定。动态称重仪离线送检过程频繁拆装给测量系统再次带来不稳定因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种生产线动态称重在线监测方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种生产线动态称重在线监测方法，该方法为：当产品通过传送带，经过安装有悬臂梁式称重传感器的托盘时，利用采集模块将传感器的电压信号采集起来，形成一组数据，再对数据进行分析计算，算出实际重量，然后将实际重量与预置重量进行比较，若实际重量与预置重量相差大于产品的容差范围，则此产品不合格，去除；

称重数据分析计算方法为：设整个动态称重信号数据长L，每次取N个采样值看成一个队列，进行算术平均运算；再取一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据，把新的队列进行平均滤波，获得新的滤波结果；

N值的取值方法为：

对采集数据的周期信号用傅里叶级数展开式进行分解：

式中：A₀为直流分量，A_n为第n次谐波的幅值，n表示次数，ω₀基频，t为采集时间，φ_n第n次谐波处的相角，该采集的数据周期信号从时间域的角度看成是由一个直流信号和一系列正弦波组成，则信号：

式中，ω₁为第一次基频，利用离散快速傅里叶变换算法对数据进行频率分析，看出有三个周期波的幅值较大，它们对动态重量信号的影响也最明显，对采集来的数据做频谱分析得到三个正弦波的频率分别为：f₁、f₂和f₃，此时数据采集的频率为f_s。

由h_i＝f_s/f_i，i＝1，2，3，分别取整求得h₁、h₂和h₃，确认滤波处理长度N为h₁、h₂和h₃的最小公倍数h，则N＝h。

称重数据分析计算方法具体如下：

设重量信号测量电压为数组X(i)，数组有N个采样值时，则第1个滤波数据U₁等于X(1)～X(N)的平均值，第2个滤波数据U₂等于X(2)～X(N+1)的平均值，依此类推，得到一组滤波数据U(i)＝(U₁，U₂…U_i…U_L-N+1)，滤波数组编号i＝1～(L-N+1)取滤波信号的U(i)中最小值即为有效测量电压值U，存在零位偏移的测量系统线性标度变换公式：

k＝(U-U₀)/W_b

式中，W_b为样品标准重量；U为测量物品对应的稳态电压量；U₀电压量零位偏移；k为系统测量灵敏度，重量测量时，产品未传送到称重托盘前的数据就是零位偏移的测量值，取滤波数据最初的数百点进行平均，即可得到动态零位电压U₀。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

(1)本发明采用采用平均样本的滤波方式，能够去除因现场送料和分选装置产生的机械振动以及测量系统电源波动和电气噪声影响导致采集的重量信号带有的多个频率的干扰信号，求得有效称重测量电压，提高称重精确度，而且去除重量往复变化过程传感器特性可能存在的回程误差，而且采用傅里叶算法确定的N值的方法，取样方位确定，算出来的准确度高，匹配实际数据频率，更加科学，而且动态灵敏度校正更准确；

(2)本发明采用在线动态标定灵敏度的方式，实现称重更精确，有效解决制药、食品加工生产线现场存在各因素使得小量程动态称重仪的精度和稳定性受到很大影响、动态称重仪离线送检过程频繁拆装给测量系统再次带来不稳定因素的问题。

附图说明

图1是在线标定系统示意图；

图2是滤波前后信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：一种生产线动态称重在线监测方法，当产品通过传送带，经过安装有悬臂梁式称重传感器的托盘时，利用采集模块将传感器的电压信号采集起来，形成一组数据，再对数据进行分析计算，算出实际重量，然后将实际重量与预置重量进行比较，若实际重量与预置重量相差大于产品的容差范围，则此产品不合格，去除；

称重数据分析计算方法为：动态称重仪是在产品连续传送过程中进行在线称重，直接测量到的信号数据表现为一个类梯形波的动态过程信号。而且由于现场送料和分选装置产生的机械振动，以及测量系统电源波动和电气噪声影响，这个过程信号常带有多个频率的干扰信号。在对整机系统测量信号频谱分析的基础上，本发明采用整周期移动平均方法进行滤波处理，其实现方法是：设整个动态称重信号数据长L，每次取N个采样值看成一个队列，进行算术平均运算；再取一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据，把新的队列进行平均滤波，获得新的滤波结果；

N值的取值方法为：

对采集数据的周期信号用傅里叶级数展开式进行分解：

式中：A₀为直流分量，A_n为第n次谐波的幅值，n表示次数，ω₀基频，t为采集时间，φ_n第n次谐波处的相角，该采集的数据周期信号从时间域的角度看成是由一个直流信号和一系列正弦波组成，则信号：

式中，ω₁为第一次基频，t为采集时间，利用离散快速傅里叶变换算法对数据进行频率分析，看出有三个周期波的幅值较大，它们对动态重量信号的影响也最明显，对采集来的数据做频谱分析得到三个正弦波的频率分别为：f₁、f₂和f₃，此时数据采集的频率为f_s。

由h_i＝f_s/f_i，i＝1，2，3，分别取整求得h₁、h₂和h₃，确认滤波处理长度N为h₁、h₂和h₃的最小公倍数h，则N＝h。

一种生产线动态称重在线监测方法，该方法为：动态称重仪是在产品连续传送过程中进行在线称重，直接测量到的信号数据表现为一个类梯形波的动态过程信号。而且由于现场送料和分选装置产生的机械振动，以及测量系统电源波动和电气噪声影响，这个过程信号常带有多个频率的干扰信号。在对整机系统测量信号频谱分析的基础上，本发明采用整周期移动平均方法进行滤波处理，其实现方法是：设整个动态称重信号数据长L，每次取N个采样值看成一个队列，进行算术平均运算；再取一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据，把新的队列进行平均滤波，就可获得新的滤波结果，N值可根据周期干扰的频率成分来选择，具体处理方法如下：

设重量信号测量电压为数组X(i)，数组有N个采样值时，则第1个滤波数据U₁等于X(1)～X(N)的平均值，第2个滤波数据U₂等于X(2)～X(N+1)的平均值，依此类推，得到一组滤波数据U(i)＝(U₁，U₂…U_i…U_L-N+1)，i＝1～(L-N+1)取滤波信号的U(i)中最小值即为有效测量电压值U，存在零位偏移的测量系统线性标度变换公式

k＝(U-U₀)/W_b

式中，W_b为样品标准重量；U为测量物品对应的稳态电压量；U₀电压量零位偏移；k为系统测量灵敏度，重量测量时，产品未传送到称重托盘前的数据就是零位偏移的测量值，取滤波数据最初的数百点进行平均，即可得到动态零位电压U₀。

称重采集在线监测系统的数据采集采用以PCI-9111多功能采集卡进行数据采集，在线标定系统分为图1所示四个模块：①静态标重实现样品编号、标准重量和量级的录入、编辑、存储功能；②动态标定实现对样品动态重量信号的采集、滤波处理，以及有效测量电压、零位偏移和标定灵敏度计算存储，③测量验证模块采集待测产品动态重量信号并进行称重计算，以及与电子秤测量值进行比较，计算出标准差；④标定分析模块对量程范围内各个量级的灵敏度新旧数据进行比较，结合测量验证数据分析，确定标定数据是否合理，合理部分数据存储，不合理部分则再次进行标定，如需要还可对干扰信号频率重新分析，并更新滤波参数。数据存于数据表中，设置标定数据表和测量数据表，分别存储标定数据和验证数据，便于用户对标定过程量值传递和溯源进行分析评估。

实际测试分主要两步：动态标定和测量验证。动态标定时要分两种方式采集数据：按照重量逐步增加的方式和逐步减少的方式，分别采集各量级样品的动态信号，同一样品的两个动态重量信号电压数据分别进行滤波处理、求有效测量电压、除皮后得到稳态电压，再取其平均值，作为标定灵敏计算的有效电压值，这样可以去除重量往复变化过程传感器特性可能存在的回程误差。

测试中采用砝码替代品作为样品，50.65g动态重量信号滤波前后波形见图2，滤波前收到噪声的影响，幅度大，滤波后降为中间的近似一条线，滤波前信号为带很大噪声干扰的波形，滤波后得到表示信号趋势的类梯形曲线。7个量级的样品标定数据见表1。

表1样品标定数据

量级	1	2	3	4	5	6	7
								标准重量/g	30.21	50.62	79.66	100.32	140.18	179.38	219.84
稳态电压/mV	914.0	1589.0	2521.2	3154.0	4475.0	5729.5	6671.5
								标定灵敏度/mv/g	30.58	31.39	31.65	31.44	31.90	31.94	30.34

测量验证时可选择重量在有效量程40-200g中的任一质量的物品，通过传送带通过动态称重仪，称重仪根据标定灵敏度进行线性插值得到测量灵敏度，计算出物品的测量重量值，经精密电子秤比较验证，标定后动态称重仪测量标准差<4.5％,达到预期设计目标。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种生产线动态称重在线监测方法，其特征在于：该方法为：当产品通过传送带，经过安装有悬臂梁式称重传感器的托盘时，利用采集模块将传感器的电压信号采集起来，形成一组数据，再对数据进行分析计算，算出实际重量，然后将实际重量与预置重量进行比较，若实际重量与预置重量相差大于产品的容差范围，则此产品不合格，去除；

称重数据分析计算方法为：设整个动态称重信号数据长L，每次取N个采样值看成一个队列，进行算术平均运算；再取一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的数据，把新的队列进行平均滤波，获得新的滤波结果；

N值的取值方法为：

对采集数据的周期信号用傅里叶级数展开式进行分解：

式中：A₀为直流分量，A_n为第n次谐波的幅值，n表示次数，ω₀基频，t为采集时间，φ_n第n次谐波处的相角，该采集的数据周期信号从时间域的角度看成是由一个直流信号和一系列正弦波组成，则信号：

式中，ω₁为第一次基频，利用离散快速傅里叶变换算法对数据进行频率分析，看出有三个周期波的幅值较大，它们对动态重量信号的影响也最明显，对采集来的数据做频谱分析得到三个正弦波的频率分别为：f₁、f₂和f₃，此时数据采集的频率为f_s。

由h_i＝f_s/f_i，i＝1，2，3，分别取整求得h₁、h₂和h₃，确认滤波处理长度N为h₁、h₂和h₃的最小公倍数h，则N＝h。

2.根据权利要求1所述的一种生产线动态称重在线监测方法，其特征在于：称重数据分析计算方法具体如下：

设重量信号测量电压为数组X(i)，数组有N个采样值时，则第1个滤波数据U₁等于X(1)～X(N)的平均值，第2个滤波数据U₂等于X(2)～X(N+1)的平均值，依此类推，得到一组滤波数据U(i)＝(U₁，U₂…U_i…U_L-N+1)，滤波数组编号i＝1～(L-N+1)取滤波信号的U(i)中最小值即为有效测量电压值U，存在零位偏移的测量系统线性标度变换公式：

k＝(U-U₀)/W_b

式中，W_b为样品标准重量；U为测量物品对应的实际重量；U₀电压量零位偏移；k为系统测量灵敏度，重量测量时，产品未传送到称重托盘前的数据就是零位偏移的测量值，取滤波数据最初的数百点进行平均，即可得到动态零位电压U₀。