CN109896187B - 一种筒仓物料重量测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种筒仓物料重量测量系统,所述系统包括数据处理中心,所述数据处理中心连接数个控制器,所述控制器连接伺服电机,所述伺服电机上缠绕绳索,所述绳索连接重物块。所述控制器开启所述伺服电机,所述绳索在所述重物块牵引下垂直下降,当重物块接触到物料的时候,绳子拉力变小,控制器所测量的伺服电机电流变小,控制器控制电机停止运行,并记录下电机旋转的圈数,得到绳索的下降高度,再根据已知筒仓高度减去该绳索的下降高度,得出在此点的物料高度;本发明的优点是:解决了筒仓物料精确测量的业界难题,且系统具有结构简单、安全、不受粉尘噪音影响、测量速度快、成本较低等特点。
Description
技术领域:
本发明属于重量测量技术领域,具体涉及一种筒仓物料重量测量系统。
背景技术:
目前大型筒仓物料体积及重量的精确计量是一个难题,业界普遍没有有效的方法;目前,常用的方法是在筒仓顶部设置几个观察口,通过绳索或测量棒进行人工测量,然后取平均等简单方式测量,即不准确,也不能实时;由于所存物料多达几千吨,且粉尘较多,因此常规的技术,比如称重不可行;激光雷达、声学雷达、微波雷达,可以通过三维扫描测距的形式,获得物料表面的形状,进而获得物料的体积及重量;但是筒仓内常伴有强烈的粉尘,因此激光扫描测距的方法不可行;同样原因,双目拍照的方法也不可行;声学测距对粉尘不敏感,但是筒仓入料时常伴有较强的响声,因此不可实时测量;微波雷达测距,对噪声及粉尘不敏感,但是微波雷达的锁定时间较长,再加上二维移动的时间,需要扫描长达数小时,甚至一天,才能获得筒仓物料的一幅三维立体图,因此失去了实时测量的价值。
发明内容:
本发明的目的是提供一种快速、安全、准确的测量筒仓内物料体积和重量的系统。
本发明的技术方案是以如下方式完成的,一种筒仓物料重量测量系统,包括数据处理中心,所述数据处理中心连接数个控制器,控制器连接伺服电机,伺服电机上缠绕绳索,绳索连接重物块。筒仓一般设有多个投料口,每个投料口设有两个测高绳索,该投料口与相关的2条测高绳索在水平面的3个投影点成一条直线;本发明的核心思想是,在一个设在筒仓顶部的投料口进行投料,其在筒仓内所形成的堆积物形状为一个锥体;在筒仓顶部,设置数个投料口,在每个投料口周边,设置1到2个测高绳索;如果一个投料口设置的是两个测高绳索,则两个测高绳索与投料口在筒仓底部平面上的投影必须在一条直线上,通过两个测高高度确定锥体倾角;如果一个投料口只设有一条测高绳索,则可以根据物料安息角确定锥体形状。
还可以通过在罐体顶部为每个投料口设置一到两个固定式微波雷达,测量物料高度,进而根据筒仓高度,获得一到两个测量点的物料高度,确定锥体函数;或者在整个筒仓设置一个或数个微波雷达,为每个投料口所形成的锥体确定1~2个测高点,再根据本发明的方法确定锥体形状。
步骤如下:
(1).控制器开启所述伺服电机,绳索在所述重物块的牵引下开始垂直下降;
(2).当重物块下降接触到物料的时候,绳索上的拉力变小,控制器所测量的伺服电机的工作电流变小,控制器控制伺服电机停止运行;控制器记录下此时伺服电机旋转的圈数,得到绳索的下降高度;
(4).根据已知的筒仓高度减去该绳索的下降高度,得出在此点的物料高度;
(5).针对一个投料口,设其平面二维坐标为(TX0,TY0),相关的2个测高绳索在平面的投影坐标分为(TX1,TY1),(TX2,TY2);必须保证(TX0,TY0)、(TX1,TY1)、(TX2,TY2)在一条直线上;
(6).系统获得2个测高点的物料高度TZ1,TZ2;
(7).根据(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2)确定锥体倾角,进而确定以投料口(TX0,TY0)为锥心的锥体高度函数Z;
(8).通过步骤1-7方法,获得所有以投料口为锥心的锥体高度函数;
(9).把筒仓平面图划分成一些矩形框,确定每个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi);
(10).把一个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi)代入到所有锥体高度函数中,选择函数值最大的一个,作为该中心坐标点所对应的实际物料高度Zi;
(11).重复步骤(10),求出所有矩形框中心点所对应的物料高度,获得物料的表面的离散三维坐标(Xi,Yi,Zi)。结合筒仓结构,得到物料三维立体图;
(12).数据处理中心根据物料的密度及筒仓物料三维立体图进行运算,得到物料体积及重量。
优选地,所述步骤1-7中所述的确定锥体高度函数的方法,还可以如下获得:
(1).系统获得1个测高点的坐标(TX1,TY1,TZ1);
(2).根据筒仓内物料堆积的运动安息角或者静止安息角,(TX1,TY1,TZ1),以投料口(TX0,TY0)为锥心,获得锥体高度函数。
优选地,所述步骤1~4中所述的获得物料高度数据,还可以通过在罐体顶部为每个投料口设置一到两个固定式微波雷达,测量物料高度,进而根据筒仓高度,获得一到两个测量点的物料高度。
优选地,所述步骤7中所述的确定锥体函数的方法,还可以分几种情况获得:相比(TX2,TY2),假设(TX1,TY1)更靠近投料口(TX0,TY0);如果测的两个物料高度TZ1<TZ2,则TZ2在另外一个较大锥体上;进一步,如果把(TX1,TY1)代入所有锥体高度函数,算出的值比TZ1低,则存在一个以(TX0,TY0)为锥心的锥体,此时可以通过安息角确定本锥体的函数;否则(TX1,TY1,TZ1)可能恰好就是另外一个锥体上的一个点;此时可能存在一个以(TX0,TY0)为锥心的相对较小锥体,也有可能不存在以(TX0,TY0)为锥心的锥体,(TX0,TY0)在另外一个锥体上;在(TX1,TY1)比较靠近投料口(TX0,TY0)时,这种不确定引起的误差对整个重量测量所造成的误差影响较小。
优选地,所述步骤1~7所述的获得物料高度数据,还可以通过在罐体顶部安装1到数个微波雷达,对微波雷达进行三维旋转,改变其微波信号方向,通过测距的方法,确定测量点的物料高度,步骤如下:
(1).确定一个投料口垂点的平面坐标(TX0,TY0)及一个微波雷达的安装坐标(LX,LY,LZ);
(2).由(TX0,TY0)及(LX,LY,LZ)确定一个垂面;
(3).控制雷达在此垂面上进行扫描,在靠近锥心位置处测距,获得2个点的距离信息LD1,LD2,再根据雷达在此垂面上的扫描角度信息,依据三角函数关系式确定(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2);
(4).由(TX0,TY0),(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2)确定以(TX0,TY0)为锥心的锥体函数。
本发明的优点是:
(1).提供了一种可行的较为准确的大型筒仓测量方法;(2).相对其他方法,成本较低,安装简单,安全可靠。
附图说明:
图1为本发明装置的结构示意图;
图2为本发明的物料锥体计算坐标图;
图3为筒仓底部计算网格图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种筒仓物料重量测量系统,包括数据处理中心1,所述数据处理中心1连接数个控制器2,控制器2连接伺服电机3,伺服电机3上缠绕绳索4,绳索连接重物块5;筒仓一般设有多个投料口,每个投料口设有两个测高绳索,其中一条测高绳索尽量靠近投料口;该投料口与相关的2条测高绳索在同一个垂面上。
所述伺服电机,可以用步进电机加编码器代替。
每个所述投料口还可以只设有一条测高绳索。
所述实用绳索测物料高度的方法,还可以通过在罐体顶部为每个投料口设置一到两个固定式微波雷达,测量物料高度。
所述实用绳索测物料高度的方法,还可以使用微波雷达进行三维扫描,获得物料高度。
具体步骤如下:
(1).数据处理中心给控制器发出指令,控制器开启伺服电机,绳索在重物块的牵引下开始垂直下降;
(2).当重物块下降接触到物料的时候,绳索上的拉力变小,控制器所测量的伺服电机的电流变小,控制器控制电机停止运行;
(3).控制器记录下此时伺服电机旋转的圈数,得到绳索的下降高度;
(4).根据已知的筒仓高度减去该绳索的下降高度,得出在此点的物料高度;
(5).针对一个投料口,设其平面二维坐标为(TX0,TY0),相关的2个测高绳索在平面的投影坐标分为(TX1,TY1),(TX2,TY2)。必须保证(TX0,TY0)、(TX1,TY1)、(TX2,TY2)在一条直线上;
(6).系统根据步骤1-4,获得2个测高点的物料高度TZ1,TZ2;
(8).通过步骤1-7方法,获得所有以投料口为锥心的锥体高度函数。有的投料口有可能没有形成锥体,会被其他锥体覆盖,这些情况都可以根据两个测高点的大小,计算出的锥体倾角正负等形式进行判断;
(9).如图3所示,把筒仓平面图划分成一些矩形框,确定每个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi);
(10).把一个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi)代入到所有锥体高度函数中,选择函数值最大的一个,作为该中心坐标点所对应的实际物料高度Zi;
(11).重复步骤(10),求出所有矩形框中心点所对应的物料高度,获得物料表面的离散三维坐标(Xi,Yi,Zi)。结合筒仓结构,得到物料三维立体图;
(12).数据处理中心根据物料的密度及筒仓物料三维立体图进行运算,得到物料体积及重量。
在确定是否存在以投料口为锥心的锥体时,假设(TX1,TY1)更靠近投料口(TX0,TY0)。如果测的两个物料高度TZ1<TZ2,则TZ2在另外一个较大锥体上;进一步,如果把(TX1,TY1)代入所有锥体函数,算出的值比TZ1低,则存在一个以(TX0,TY0)为锥心的锥体,此时可以通过安息角确定本锥体的函数;否则(TX1,TY1,TZ1)可能恰好就是另外一个锥体上的一个点,或者存在一个以(TX0,TY0)为锥心的相对较小锥体;在(TX1,TY1)比较靠近投料口(TX0,TY0)时,这种不确定引起的误差对整个重量测量所造成的误差影响较小。
优选地,每个投料口也可以只设置一个测高绳索,根据筒仓内物料堆积的运动安息角或者静止安息角,确定锥体函数;在每个投料口只有一个测高绳索时,也可以根据所求出的所有锥体,判断一个投料口是否被其他临近锥体覆盖掉,或者存在一个较小的锥体。
优选地,还可以通过在罐体顶部为每个投料口设置一到两个固定式微波雷达,测量固定点的物料高度。
优选地,还可以通过在罐体顶部安装数个微波雷达,对微波雷达进行三维旋转,改变其微波信号方向,通过测距的方法,确定测量点的物料高度,步骤如下:
(1).确定一个投料口垂点的平面坐标(TX0,TY0)及一个微波雷达的安装坐标(LX,LY,LZ);
(2).由(TX0,TY0)及(LX,LY,LZ)确定一个垂面;
(3).控制雷达在此垂面上进行扫描,在靠近锥心位置处测距,获得2个点的距离信息LD1,LD2,再根据雷达在此垂面上的扫描角度信息,依据基本的三角函数关系式,确定(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2);
(4).由(TX0,TY0),(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2)确定以(TX0,TY0)为锥心的锥体高度函数。
Claims (6)
1.一种筒仓物料重量测量系统,包括数据处理中心(1),数据处理中心(1)连接数个控制器(2),控制器(2)连接伺服电机(3),伺服电机(3)上缠绕绳索(4),所述绳索连接重物块(5);筒仓的每个投料口设置两个测高绳索,投料口与2条测高绳索在同一个垂面上;一条测高绳索尽量靠近投料口;每个投料口设有1-2条测高绳索,其特征在于步骤如下:
(1).控制器(2)开启伺服电机(3),绳索(4)在重物块(5)的牵引下垂直下降;
(2).当重物块(5)下降并接触到物料的时候,绳索(4)上的拉力变小,控制器(2)所测量的伺服电机(3)工作电流变小,控制器(2)控制伺服电机(3)停止运行;
(3).控制器记录下此时伺服电机(3)旋转的圈数,得到绳索的下降高度;
(4).根据已知的筒仓高度减去该绳索的下降高度,得出在此点的物料高度;
(5).针对一个投料口,设其平面二维坐标为(TX0,TY0),相关的2个测高绳索在平面的投影坐标分为(TX1,TY1),(TX2,TY2);其中(TX1,TY1)靠近(TX0,TY0);必须保证(TX0,TY0)、(TX1,TY1)、(TX2,TY2)在一条直线上;
(6).系统获得2个测高点的物料高度TZ1,TZ2;
(7).根据(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2)确定锥体倾角,进而确定以(TX0,TY0)为锥心的锥体高度函数Z;
(8).通过步骤1-7方法,获得所有以投料口为锥心的锥体高度函数;
(9).把筒仓平面图划分成一些矩形框,确定每个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi);
(10).把一个矩形框的中心点坐标(Xi,Yi)代入到所有锥体高度函数中,选择函数值中最大的一个,作为该坐标点所对应的实际物料高度Zi,获得一个物料表面坐标点(Xi,Yi,Zi);
(11).重复步骤(10),求出所有所述矩形框中心点所对应的物料高度Z,获得物料的表面坐标点(Xi,Yi,Zi);结合筒仓结构,得到物料三维立体图;
(12).数据处理中心根据物料的密度及筒仓物料三维立体图进行运算,得到物料重量。
2.根据权利要求1所述的一种筒仓物料重量测量系统,其特征在于:步骤7中所述的确定锥体高度函数的方法,能够获得如下:
(1).系统获得1个测高点的坐标(TX1,TY1,TZ1);
(2).根据筒仓内物料堆积的运动安息角或者静止安息角,(TX1,TY1,TZ1),以投料口(TX0,TY0)为锥心,获得锥体高度函数Z。
3.根据权利要求1所述的一种筒仓物料重量测量系统,其特征在于:步骤7中所述的确定锥体函数的方法,能够分如下几种情况获得:
(1).相比(TX2,TY2),假设(TX1,TY1)更靠近投料口(TX0,TY0);如果测的两个物料高度TZ1<TZ2,则TZ2在另外一个较大锥体上;
(2).进一步,如果把(TX1,TY1)代入所有锥体函数,算出的值比TZ1低,则存在一个以(TX0,TY0)为锥心的锥体,此时通过安息角确定本锥体的函数;
(3).否则(TX1,TY1,TZ1)恰好就是另外一个锥体上的一个点,或者存在一个以(TX0,TY0)为锥心的相对较小锥体;在(TX1,TY1)比较靠近投料口(TX0,TY0)的情况下,这种不确定引起的误差对整个重量测量所造成的误差影响较小。
4.根据权利要求1所述的一种筒仓物料重量测量系统,其特征在于:步骤1-4所述的获得物料高度数据及确定锥体函数的方法,能够通过在罐体顶部为每个投料口设置一到两个固定式微波雷达,测量物料高度,进而根据筒仓高度,获得一到两个测量点的物料高度。
5.根据权利要求1所述的一种筒仓物料重量测量系统,其特征在于:步骤1-4所述的获得物料高度数据及确定锥体函数的方法,在罐体顶部设置少量微波雷达进行三维旋转,改变其微波信号方向,通过测距的方法,确定测量点的物料高度,步骤如下:
(1).确定一个投料口垂点的平面坐标(TX0,TY0)及一个微波雷达的安装坐标(LX,LY,LZ);
(2).由(TX0,TY0)及(LX,LY,LZ)确定一个垂面;
(3).控制雷达在此垂面上进行扫描,在靠近锥心位置处测距,获得2个点的距离信息LD1,LD2,再根据雷达在此垂面上的扫描角度信息,依据基本的三角函数关系式,确定(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2);
(4).由(TX0,TY0),(TX1,TY1,TZ1),(TX2,TY2,TZ2)确定以(TX0,TY0)为锥心的锥体函数。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种筒仓物料重量测量系统,其特征在于:所述系统及方法能够用于测量大型筒仓的物料体积,绘出筒仓物料三维图。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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