CN113447399A - 基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,包括用以拍摄图像的相机、产生粉体流动的滚筒和驱动滚筒滚动的驱动模块三大部分构成。滚筒的两个侧面设有盖板,盖板为透明盖体,可以观察到滚筒内部的粉体。相机拍摄滚筒的图像,然后通过图像识别系统识别出粉体流动面的截面曲线。通过截面曲线的曲线回归或线性回归的方式分析出曲线的方程,通过曲线方程判定粉体的流动性或者计算出粉体的休止角。本发明可以在粉体流动状态下测量粉体的流动性。
Description
技术领域
本发明涉及粉体性能检测领域,具体为基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置。
背景技术
流动性是粉体力学特性的一个重要技术参数,流动性的大小对粉体储存、输送、包装等具有直接的影响。目前,对粉体流动性的测定一直沿用测量粉体休止角的方法,具体步骤是将粉体沿漏斗垂直下落到一个圆形平板上形成一个锥形,然后用量角器对锥形夹角进行测量,这个角即为休止角。休止角对粉体的流动性影响最大,休止角愈小,粉体的流动性越好。
用量角器所测定的休止角只是静止状态下粉体流动性,还不能代替流动状态下粉体的流动性能。测定动态的粉体流动性能更好地反映其流动性的程度。根据检索,国内至今还没有相关的测定仪器和方法,仍处于空白。因此为了填补国内标准的空白,研制的一套粉体动态流动性测试装置成为一种迫切的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供了具有测定粉体流动性的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置。
本发明要解决的技术问题的技术方案是:基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,基其特征在于:包括驱动模块、相机和滚筒。滚筒端面竖直设置且通过固定支架架设在驱动模块的上部,所述驱动模块驱动滚筒转动,所述滚筒的端面设有透明盖体;相机设置于滚筒的一侧,用以拍摄滚筒内部粉体的图像;工控机或者计算机与所述相机、驱动模块电气连接;检测时:在滚筒内部加入待检测的粉体物料;启动驱动模块驱动滚筒匀速转动;启动相机拍摄转动的滚筒内流动粉体的图片;工控机或者计算机读取相机拍摄的图片并应用图像识别技术获取小割圆割线曲线方程,通过曲线方程比较粉体的流动性。
更好的,所述滚筒的透明盖体为玻璃材质或树脂材质。
更好的,所述透明盖体一端与滚筒铰接连接,另一端设有把手和锁定机构。
更好的,所述驱动模块为电机及其控制器,
或所述驱动模块包括电机、与电机连接的减速箱和控制电机转动的控制器,所述减速箱的输出端驱动滚筒转动。
更好的,所述滚筒的外周设置有齿轮,所述固定支架上设有支撑滚筒的限定框架,限定框架上部设有架设滚筒的限定轮;在滚筒的上部设有卡接固定滚筒的开合框架,所述开合框架的一端和固定支架铰接连接,另一端设有卡接滚筒的限定轮。
更好的,所述限定轮为变径轮。
更好的,所述滚筒远离相机的一侧设有背景板或面光源。
更好的,步骤1、利用图像处理技术获取流动的粉体滑落状态面的截面曲线;
步骤2、以截面曲线与滚筒内腔截面圆形下部的交点为原点建立以水平线为X轴,竖直线为Y轴的坐标系;
步骤3、获取截面曲线上各点所在的坐标,通过线性回归或者曲线回归得到曲线的方程,最终形成的曲线方程为y=axn;
步骤4、根据不同的粉体的曲线方程对比粉体的流动性。
更好的,所述步骤4中:
其中当n<1时,说明为粘性粉体物料;
当n>1时,说明为高流动性粉体物料;
当n=1时,说明粉体的流动性最好。
更好的,当n=1时,a值越小,即休止角越小则流动性越好。
本发明的有益效果为:
利用照相机拍照片的方式实时拍照,并通过已编制的程序对照片处理得到代表其流动性的两个参数,由两个参数拟合确定粉体休止角,最终确定粉体的动态流动性。利用这一方法制定的标准可以更好地规范和统一粉体的动态流动性的测定方法,同时可以在粉体生产和研究单位广泛推广。该技术填补了国内在这一领域的空白
附图说明
图1是本发明一种实施例的主体结构立体示意图。
图2是本发明一种实施例的滚筒的示意图。
图3是本发明一种实施例的主视图。
图4是本发明测试照片示意图。
图中:
210、透明盖体;450、开合框架;440、限定轮;430、限定框架;420、支撑杆;410、底板;300、驱动模块;200、滚筒;100、相机;
具体实施方式
为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚,下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,包括盛放粉体的滚筒200、驱动滚筒200转动的驱动模块300、用于拍摄滚动状态下滚筒200截面图像的相机100以及用于处理数据的工控机或者计算机。上述各部件安装在固定架体或者一个带有箱门的箱体中。在测试时,在滚筒200内部加入粉体物料,之后驱动滚筒200匀速转动,粉体在滚筒200内部转动的过程中,会形成一个稳定的流动面,通过识别流动面的截面曲线,并通过曲线回归或者线性回归、拟合曲线的方式获取截面曲线的方程式,比对方程式的参数可以对比粉体的流动性。
为了减少对图像识别的干扰,提高图像识别的准确率,将滚筒200采用架空的方式,即通过滚动滚筒200的方式实现滚筒200的转动。此时,滚筒200筒腔内部对应的区域除了粉体物料之外没有其他的干涉物体。
为了便于粉体物料的装填,滚筒200两端面设置有透明材质构成的透明盖体210。并且其中一个透明盖体210设计为箱门的形式,箱门设有锁定机构以实现内部的密封。或者,两个盖板都设置成箱门的形式。也可以将两个透明盖体210都设置为可开合的箱门结构。
更好的,为使滚筒200美观同时减少干涉,滚筒200的筒腔为变径的圆柱形腔体,中部的内径小于两端的内径。中部的内径小的一段腔体为物料盛放腔,两端内径大的腔体为盖体腔。盖体腔用以安装透明盖体210,安装的透明盖体210作为盛放腔的箱门,透明盖体210嵌设在盖体腔的内部,两侧盖体腔安装透明盖体210之后,透明板将物料盛放器封闭成一个封闭的用以存放粉体物料的腔体。透明盖体210的内侧设有密封圈,用以实现密封。透明板的一端与盖体腔的边缘铰接连接,透明板与铰接点对称的一端设置有锁定装置,本实施例中锁定装置再用螺栓的形式,在盖体腔端面的内壁上设有螺孔,锁定装置一端设有通孔,螺栓的上部转动连接在通孔中,下端用以连接滚筒200的螺孔上。其中,透明盖体210与滚筒200的铰接连接点和锁定连接点关于透明盖体210的中心对称,以实现均匀受力良好密封。
或者,透明盖体210的形状与滚筒200的截面形状相同。滚筒200的内径较小,透明盖体210盖设在滚筒200的两个侧面上,两者可以通过螺栓和螺孔实现连接。透明盖体210可以一体成型,也可以在外部设置卡环将玻璃等易碎材质的面板挤压在卡环和滚筒200之间。如图所示,卡环上设有螺孔,卡环相对滚筒200的侧面的内侧设有环状的凹槽,卡环通过螺栓和滚筒200侧面的螺孔连接,透明盖体210则嵌设在两者时间的凹槽内部。
本实施例中,滚筒200的横截面为竖直放置。滚筒200架设在中部,为了实现滚筒200的滚动,本实施例中在滚筒200的外侧设置了齿轮。通过驱动齿轮转动使滚筒200转动。通过设置一个固定支架实现滚筒200的安装固定。固定支架包括一个底板410。驱动模块300设置在底板410,其中驱动模块300为驱动电机及其控制模块。在驱动电机的转轴上设有可以与滚筒200外周的齿轮啮合的齿轮。或者,驱动模块300包括驱动电机、减速箱和控制器。驱动电机驱动减速箱转动,减速箱驱动滚筒200转动。此时减速箱的输出轴上设有与滚筒200外周齿轮啮合的齿轮。
滚筒200设置在驱动模块300的上部并且电机转轴的齿轮或者变速箱的输出转轴的齿轮与滚筒200外周的齿轮啮合。为了实现滚筒200的架设,在底板410的一侧设有竖直支撑杆420,支撑杆420位于驱动模块300的一侧,在支撑杆420的中部设有限定框架430,限定框架430的水平面位于驱动模块300的上部。在支撑杆420的上部设置开合框架450。限定框架430用以架设起滚筒200或者限定滚筒200的位置,开合框架用以配合限定框架430,实现通过三点或者四点对滚筒200进行安装定位,在驱动转动的时候,通过三点实现合围限定滚筒200滚动,在需要填料或者取料时,则打开开合框架450开合框架仅架设在限定框架430上,便于取下。
限定框架430的中部设有为中空,内壁上设有限定轮440。限定框架430的中空部为矩形,在矩形的长短方向的两端分别对称设置有限定轮,两个限定轮分别与滚筒的两个侧面抵接,用以夹持滚筒。滚筒的下部的齿轮则抵接在电机或者变速箱、减速箱的输出转轴的齿轮上。
更好的,为了进步的实现对滚筒200的支撑,减少滚筒200对驱动模块300的压力,限定轮440为变径轮,即限定轮440的纵向的截面形状为阶梯状。滚筒200的外周的齿轮的宽度小于滚筒200侧面的长度。同时,齿轮设置在滚筒200外周侧面的中部。限定轮440的小径端的外周与滚筒200的外周抵接,限定轮440大径端靠近小径端的侧面与滚筒200的侧面平行设置,更好的将连着贴合且不产生摩擦力。限定轮440的小径轴实现对滚筒200的支撑,大径轴的侧面实现对滚筒200的轴心方向的限定。在限定框架430长度方向的两对限定轮440作为支点将滚筒200架起。
为了便于滚筒200的取放。在支撑杆420的上端设有开合框架450。由于需要在滚筒200内部加入粉体,开合框架450需要满足滚筒200可以方便卸下功能。因此,开合框架450的一端和支撑杆420的上部铰接连接,另一端设置对称的限定轮440。开合框架450可以为U形或者矩形。当设置为U形时,在开合框架450的开口端的两端端部的内侧设置限定轮440。更好的,为了保证平衡,上部的限定轮440在限定框架430长度方向的中垂线上。当开合框架450设置为矩形时,上部的限定轮440可以设置一对,即设置在限定框架430长度方向的中垂线对应的位置。如果这是两组则可以与下部的限定轮440在位置上上下重合。
更好的,为了进一步的实现对滚筒200的夹持,在开合框架450与支撑杆420的铰接处设置有扭簧,扭簧给开合框架450施加一个向滚筒200的中心的作用力,进而可以实现对滚筒200有效的夹持。
或者,通过设置螺栓和螺孔实现开合框架450与支撑杆420的锁定,需要取下滚筒200时,可以解除螺栓的固定。
为使图像拍摄的更加具有辨识度,所述滚筒200远离相机100的一侧设有背景板或面光源。更好的,背景板采用白色背景板,如果粉体为白色,则选着黑色或其他深色的背景板。通过背景板可以使粉体流动部分更具有辨识度,更有利于图像的识别。背景板可以安装在底板410上,也可以设置在壳体内部的侧壁上。
除此之外,还可以在滚筒200的一侧设置一个U形架,U形架的两端与滚筒200的边缘固定连接。U形架的中心和驱动模块300的输出转轴固定连接。驱动模块300的输出转轴和滚筒200的轴心重合。滚筒200横向截面为竖直平面。驱动模块300和相机100分别设置在滚筒200的两侧。
进行测量时,包括以下步骤:
步骤一、在进行粉体的流动性测试的时候,首先打开开合框架450将滚筒取下。然后滚筒200一侧的透明盖板。将粉体物料放入滚筒200中。之后锁紧滚筒200的透明盖板。最后将滚筒200放在限定框架430上部并用开合框架450对其进行夹持。
步骤二、启动驱动模块300驱动滚筒200转动,使滚筒200保持在匀速转动的状态,实际测试过程避免转速过快,一方面避免发生危险,另一方面方式粉体物料离心力过大导致跟随滚筒转动。之后,启动相机100对滚动的滚筒200的横截面进行拍照。更好的,可以使用工业相机进行拍照。
步骤三、将相机100拍摄的照片传输到工控机或者计算机的系统中。通过图像处理获取曲线,并计算出曲线的方程。具体的:
步骤1、利用图像处理技术获取流动的粉体滑落状态面的截面曲线。通过识别技术可以获取粉体滑落状态下粉体滑落面的截面曲线。
步骤2、以截面曲线与滚筒200内腔截面圆形下部的交点为原点建立以水平线为X轴,竖直线为Y轴的坐标系。
步骤3、根据建立的坐标系,获取截面曲线上各点所在的坐标,通过线性回归或者曲线回归得到曲线的方程,通过大量的测量数据得出,最终形成的曲线方程为y=axn。
步骤4、根据不同的粉体的曲线方程对比粉体的流动性。如图4所示,左起第一个照片为静止状态的粉体。其中,
其中当n<1时,说明为粘性粉体物料,如图4中左起第三幅照片所示,曲线呈现出凸函数的形式。
当n>1时,说明为高流动性粉体物料,如图4中左起第二幅照片所示,曲线呈现出凹函数图形。
当n=1时,说明粉体的流动性最好,此时曲线为一条直线,如图4中右起第一幅照片所示,当n=1时,a值越小,即休止角越小则流动性越好。
本发明还公开一种检测粉体休止角的方法,通过相机获取流动粉体截面的照片,通过图像识别技术获取截面的曲线,建立坐标系,并通过线性回归的方式拟合出一条执行y=kx+b。然后根据系数k计算出其休止角。
综上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明的范围,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰,均应包括与本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,基其特征在于:
包括:
驱动模块(300);
滚筒(200),端面竖直设置且通过固定支架架设在驱动模块(300)的上部,所述驱动模块(300)驱动滚筒(200)转动,所述滚筒(200)的端面设有透明盖体(210);
相机(100),设置于滚筒(200)的一侧,用以拍摄滚筒(200)内部粉体的图像;
工控机或者计算机,与所述相机(100)、驱动模块(300)电气连接;
检测时:
在滚筒(200)内部加入待检测的粉体物料;
启动驱动模块(300)驱动滚筒(200)匀速转动;
启动相机(100)拍摄转动的滚筒(200)内流动粉体的图片;
工控机或者计算机读取相机(100)拍摄的图片并应用图像识别技术获取小割圆割线曲线方程,通过曲线方程比较粉体的流动性。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述滚筒(200)的透明盖体(210)为玻璃材质或树脂材质。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述透明盖体(210)一端与滚筒(200)铰接连接,另一端设有把手和锁定机构。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述驱动模块(300)为电机及其控制器,
或所述驱动模块(300)包括电机、与电机连接的减速箱和控制电机转动的控制器,所述减速箱的输出端驱动滚筒(200)转动。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述滚筒(200)的外周设置有齿轮,所述固定支架上设有支撑滚筒(200)的限定框架(430),限定框架(430)上部设有架设滚筒(200)的限定轮(440);在滚筒(200)的上部设有卡接固定滚筒(200)的开合框架(450),所述开合框架(450)的一端和固定支架铰接连接,另一端设有卡接滚筒(200)的限定轮。
6.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述限定轮(440)为变径轮。
7.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述滚筒(200)远离相机(100)的一侧设有背景板或面光源。
8.根据权利要求1所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
步骤1、利用图像处理技术获取流动的粉体滑落状态面的截面曲线;
步骤2、以截面曲线与滚筒(200)内腔截面圆形下部的交点为原点建立以水平线为X轴,竖直线为Y轴的坐标系;
步骤3、获取截面曲线上各点所在的坐标,通过线性回归或者曲线回归得到曲线的方程,最终形成的曲线方程为y=axn;
步骤4、根据不同的粉体的曲线方程对比粉体的流动性。
9.根据权利要求8所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
所述步骤4中:
其中当n<1时,说明为粘性粉体物料;
当n>1时,说明为高流动性粉体物料;
当n=1时,说明粉体的流动性最好。
10.根据权利要求9所述的基于图像处理的滚动式粉体流动性测量装置,其特征在于:
当n=1时,a值越小,即休止角越小则流动性越好。
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