CN114216329B - 一种窑炉辊棒速度监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窑炉辊棒速度监测系统及方法，用于监测辊道窑的辊棒速度，监测系统包括标识单元、摄像单元和处理单元，处理单元通过摄像单元获取的辊棒从动端端面标识单元所包含的测速标记图像来获取辊棒转动速度，并与预设值比对后发现不满足预设值时，输出标识单元的定位标记所对应的辊棒的位置。该监测系统具有不受环境和窑炉结构限制、对传动部分有效监测、及时报警并提示故障位置、结构简单和使用方便等优点，采用该监测系统实现的监测方法同样具备该优点，且步骤简单，实施方便。

Description

一种窑炉辊棒速度监测系统及方法

技术领域

本发明涉及窑炉安全监测技术领域，尤其涉及一种窑炉辊棒速度监测系统及方法。

背景技术

目前，辊道窑炉传动采用瓷棒、碳化硅棒和金属(铁、钢)棒，依靠它们的转动输送陶瓷和玻璃等制品。其中高温段使用的瓷棒和急冷段使用的碳化硅棒本身较脆，加上传动故障引起的辊棒不转、跳动和制品重置、炉顶部耐火材料脱落、制品撞上炉墙体等情况，很容易造成辊棒大面积断裂、制品掉落窑底以及形成堵窑等事故。随着窑炉制造技术的不断发展和进步，内宽超过3米，长度达500米的窑炉已很常见，每次堵窑事故都会造成非常大的经济损失。因此对窑炉内传动部分进行有效检测，发现异常第一时间报警并准确提示位置尤为重要。目前大致有以下几种传动故障报警方式：

1、窖内对射监测：在窑的两端装两对对射光电开关，每对对射的发射和接收开关分别装在窑头和窑尾，对正窑炉辊棒中间位置，一对监测辊棒上部空间，一对监测辊棒下部空间。如果有制品在辊棒上重叠，则上部对射起作用。如有辊棒断裂、制品掉落堆积，则下部对射起作用。然而这种监测方式在长窑内很难起作用，即便用于较短窑炉也存在较高的误报警风险；并且对辊棒初期的卡顿滞涩问题难以发现，只有事故扩大导致制品重叠堆积、掉落后才起作用，还不能准确指示故障位置。

2、主传动监测：在每个辊棒的驱动电机的输出部分就近安装磁性接近开关，用于监测主传动部分是否工作。但是驱动电机输出部分几乎不会出现故障，故障一般出现在被动一侧，因此这种监测方式很难准确监测故障。

3、被动侧接触监测：在窑炉外面，辊棒的被动端上方，在垂直于传动方向的平面拉两根平行的钢丝绳作为导电体，辊棒和两根钢丝绳三方之间尽量靠近但不接触。如果窑炉内有辊棒断裂，窑炉内的一端往下掉，根据杠杆原理，被动端将向上翘，推动下面的钢丝绳接触上面的钢丝绳，从而导电发出报警信号。这种方式依然监测不到辊棒不转、制品重叠的情况，且当断裂位置在窑墙内或者不足以构成杠杆现象则不起作用。

4、被动侧对射监测：它的工作方式同被动侧接触监测的工作方式，只是把钢丝绳换成对射光电开关，同样具有上述缺陷，并且作业时极易误报警。

5、被动侧磁性监测：在每根辊棒的被动端上方安装一个磁性开关，用于感应附着在辊棒上的导磁体，辊棒每转一周磁性开关发出一个开关信号，辊棒不转没有开关信号发出，超过设定时间仍然没有开关信号则发出报警信号。这种方式需要对应每根辊棒设置开关，结构复杂，影响被动端的维护保养作业，使用很不方便。并且磁性开关在温度高的环境下频繁动作，故障率很高。

由此可见，现有的窑炉传动故障报警方式大多存在无法用于长窑、容易误报警、无法第一时间监测到故障、不适应高温环境以及使用不便等问题，使用过程中存在各种各样的缺陷，难以帮助规避堵窑事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不受环境和窑炉结构限制、对传动部分有效监测、及时报警并提示故障位置、结构简单和使用方便的窑炉辊棒速度监测系统，以及一种通过该监测系统实现的监测方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种窑炉辊棒速度监测系统，用于监测辊道窑的辊棒速度，所述辊道窑的辊棒主动端从辊道窑的一侧面穿出并连接回转驱动电机，从动端从辊道窑的另一侧穿出；窑炉辊棒速度监测系统包括：

标识单元，所述标识单元包括辊棒和设置在辊棒从动端端面的定位标记、测速标记，各个辊棒的定位标记之间存在区别，所述测速标记的图像随着辊棒的转动发生实时变化；

摄像单元，所述摄像单元包括相机，用于获取辊棒从动端端面的定位标记、测速标记的图像；

处理单元，所述处理单元和摄像单元通信连接，所述摄像单元获取不同时间点辊棒的定位标记、测速标记的图像并发送至处理单元，若测速标记的图像不发生变化时，或者处理单元依据所述测速标记的图像变化以及间隔时间计算得到辊棒的转动速度，并与预设值比对后发现不满足预设值时，输出定位标记所对应的辊棒的位置。

作为上述监测系统的进一步改进：

所述处理单元还用于在输出辊棒位置的同时输出报警信息，监测系统还包括与所述处理单元通信连接的报警单元，所述报警单元接收处理单元输出的报警信息并发出警报。

所述测速标记包括一个或多个远离辊棒回转中心的规则图形，所述规则图形与辊棒回转中心的最小距离大于1/5的辊棒的半径。

所述测速标记包括圆心不位于辊棒回转中心的圆形。

各辊棒上以顺序排列的数字、大小逐渐变化的图案、存在区别的多个图案、涂覆存在区别的颜色中任意一项或多项组合作为与各辊棒一一对应的定位标记。

窑炉辊棒速度监测系统还包括安装在辊棒从动端端面上的端盖，所述定位标记和测速标记设置在端盖的外表面上。

监测系统还包括移动单元，所述移动单元位于辊棒从动端的一侧，所述摄像单元安装在移动单元上，所述相机的摄像头朝向辊棒的从动端端面。

所述移动单元为滑块，所述滑块下方设有滑轨，所述滑轨沿着辊棒的输送方向铺设，所述滑块与滑轨之间滑动连接。

一种窑炉辊棒速度监测方法，采用上述窑炉辊棒速度监测系统实现，所述监测方法通过摄像单元获取辊棒从动端端面的不同时间点的定位标记、测速标记的图像，并将图像并发送至处理单元，处理单元依据所述测速标记的图像以及间隔时间计算得到辊棒的速度，并与预设值比对，当不满足预设值时输出定位标记所对应的辊棒位置。

作为上述监测方法的进一步改进：

所述处理单元依据两张图像中测速标记的相对位置获取辊棒的转动角度E，并依据两张图像的拍摄时间差T经过以下处理得到辊棒的角速度V1和线速度V2：

V1＝E/(T×360)

V2＝π×D×V1

其中：D是辊棒的直径。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的窑炉辊棒速度监测系统，用于监测辊道窑的辊棒速度，包括标识单元，该标识单元包括辊棒和设置在辊棒从动端端面的定位标记、测速标记，各个辊棒的定位标记之间存在区别，以方便依据不同的定位标记对辊棒进行定位，测速标记的图像随着辊棒的转动发生实时变化，因此当辊棒回转时，该测速标记会产生可以识别的偏转。摄像单元用于获取辊棒转动过程中的至少两张图像，若测速标记的图像不发生变化时，则辊棒很大概率已经发生断裂，因此直接输出该辊棒位置；测速标记的图像发生变化时，处理单元可以依据图像中测速标记的偏转角度得到辊棒的转动角度，再与时间结合便能够方便快速的得到辊棒的速度。

由于辊棒在发生断裂或停转故障时，从动端的转动一定是会受到影响的，测速标记设置在辊棒的从动端能够第一时间获取辊棒的转动情况，在转速不满足预设条件时便提示工作人员辊棒速度失常，避免直到出现制品重叠、辊棒断裂甚至堵窑等生产事故的情况下才进行报警，不会出现监测时机延误的情况。并且这种图像监测设置在窑炉外部一侧，不会与作业设备干涉，与窑炉内部情形无关，因此不会误报警，也不会受到窑炉长度和作业环境限制。

且本发明的各辊棒一一设有不同的定位标记，处理单元能够依据该标记准确指示发生故障的位置，当输出报警信息时能够附带定位标记所对应的辊棒的位置，节省了从报警到知晓故障位置的时间，避免花费大量时间和人力进行排查，进一步加快了修复速度和生产效率。

附图说明

图1是本发明的窑炉辊棒速度监测系统中标识图案设置位置的示意图；

图2是本发明的窑炉辊棒速度监测系统的截面示意图；

图3是本发明的窑炉辊棒速度监测系统的俯视示意图；

图4是本发明的窑炉辊棒速度监测系统中标识图案变化的示意图。

图例说明：1、辊道窑；11、辊棒；111、定位标记；112、测速标记；2、摄像单元；21、滑块；3、端盖；4、滑轨。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例：

如图1至图3所示，本实施例的窑炉辊棒速度监测系统，用于监测辊道窑1的辊棒11速度，辊道窑1的辊棒11主动端从辊道窑1的一侧面穿出并连接回转驱动电机，从动端从辊道窑1的另一侧穿出；监测系统包括标识单元、摄像单元2和处理单元，该标识单元包括辊棒11和设置在辊棒11从动端端面的定位标记111、测速标记112，如图4所示；各个辊棒11的定位标记111之间存在区别，以方便依据不同的定位标记111对辊棒11进行定位，测速标记112的图像随着辊棒11的转动发生实时变化，因此当辊棒11回转时，该测速标记112会产生可以识别的偏转。摄像单元2用于获取辊棒11转动过程中的至少两张图像，若测速标记112的图像不发生变化时，则辊棒11很大概率已经发生断裂，因此直接输出该辊棒11位置；测速标记112的图像发生变化时，处理单元可以依据图像中测速标记112的偏转角度得到辊棒11的转动角度，再与时间结合便能够方便快速的得到辊棒11的速度。本领域技术人员应该清楚的是，如图4所示，摄像单元2获取同一辊棒的至少两张图像时，其获取的间隔时间较短，应保证在此期间内测速标记112不会转动超过一个周期，即间隔时间内不会出现与初始图像重叠的情况，此外，间隔时间也不宜过短，否则会增大检测结果的误差，应用时具体间隔时间可由技术人员根据实际情况进行调整。

由于辊棒11在发生断裂或停转故障时，从动端的转动一定是会受到影响的，测速标记112设置在辊棒11的从动端能够第一时间获取辊棒11的转动情况，可以在速度不满足预设条件时就提示工作人员辊棒11速度失常，避免直到出现制品重叠、辊棒11断裂甚至堵窑等生产事故的情况下才进行报警，不会出现监测时机延误的情况。并且这种图像监测设置在窑炉外部一侧，不会与作业设备干涉，与窑炉内部情形无关，因此不会误报警，也不会受到窑炉长度和作业环境限制。

且本实施例的各辊棒11一一设有不同的定位标记111，处理单元能够依据该标记准确指示发生故障的位置，当输出报警信息时附带定位标记111所对应的辊棒11的位置，节省了从报警到知晓故障位置的时间，避免花费大量时间和人力进行排查，进一步加快了修复速度和生产效率。如图4所示，定位标记111位于辊棒11端面的中间位置，其为一圆形，通过将不同辊棒11之间定位标记111的圆形大小设置成不同的，即可形成相互区分，图4给出的仅是众多实施方式的一种，还可以在每个辊棒上设置不同的数字，甚至可以采用不同的颜色以进行区分。

本实施例中，根据各辊棒11的线速度，以及窑炉内产品的位置，还能够获取产品的出窑时间，处理单元可以输出产品出窑时间，从而控制产品的烧结程度，进一步提高产品的生产质量。本实施例中，窑内产品位置的监测可以通过设置在辊棒11上的重力传感、窑内的接近开关、位置传感或者产品托盘等物件上的位置传感结构来实现，产品烧结程度的控制可以人为调节各辊棒11的转速，也可以直接由处理单元对比现有出窑时间和预设出窑时间，调节各辊棒11的转速。

本实施例中，处理单元还在输出辊棒11的位置时输出报警信息。为了实现报警功能，系统还包括以闪灯、声音、振动、文字信息或图像信息中一种或多种组合进行报警的报警装置，报警装置和处理单元通信连接，接收处理单元输出的报警信息，并发出警报。

本实施例中，测速标记112可以是一个或多个远离辊棒11回转中心的规则图形，规则图形与辊棒11回转中心的最小距离大于1/5的辊棒11的半径。该规则图形可以是方形、圆形、三角形、平行四边形等各类形状，甚至可以是一条标识线。若测速标记112整体过于靠近圆心，会导致角速度的测算不够精准，此外，将其设置为规则图形，也有利于处理单元得出较为准确的角速度结果，因此测速标记112远离辊棒11的圆心，且呈规则图形，可明显提高测量准确度。

在本实施例中，如图4所示，测速标记112选取为圆心不位于辊棒11回转中心的圆形。当辊棒11回转时，通过比对前后图像中圆形相对于回转中心的位置便能知晓辊棒11的转动角度。需要本领域技术人员注意的是，本实施例提到的定位标记111和测速标记112可以是同一种标记，即通过设置数字、图案、色彩或其相互之间组成而成的标记，既能确保不同辊棒11的端面之间具有区别，又能使得对同一辊棒11的端面而言，测速标记112的图像随着辊棒的转动发生实时变化，并被摄像单元和处理单元识别。

本实施例中，各辊棒11上以顺序排列的数字、大小逐渐变化的图案、存在区别的多个图案、涂覆存在区别的颜色中任意一项或多项组合作为与各辊棒11一一对应的定位标记111。如图4所示即为以圆形作为定位标记111，各辊棒11的定位标记111直径不同。

本实施例中，窑炉辊棒速度监测系统还包括安装在辊棒11从动端端面上的端盖3，定位标记111和测速标记112设置在端盖3的外表面上。通过设置可拆卸的端盖3，可不用对辊棒11的端部进行加工，只需要根据辊棒11的端面大小设置匹配的端盖3，并于端盖3上进行定位标记111和测速标记112的设计即可，安装和拆卸均较为简单，与现有的辊棒速度监测系统相比，本实施例无论是安装使用便捷性还是监测精准度，都取得了显著的进步，且不会影响到辊棒11的正常运行。

本实施例中，移动单元为滑块21，滑块21下方设有滑轨4，滑块21与滑轨4之间滑动连接，滑轨4沿辊道窑1的长度方向设置且位于辊棒11的从动端一侧，摄像单元2包括至少一个相机，相机安装在滑块21上。由于辊棒11的转速较慢，可移动的相机能够在一个周期内监控多个辊棒11的回转，节省了设备成本，提高了相机利用率。相机的个数也可以根据实际需要设置成多个，每个相机用于监测一部分辊棒，并沿着滑轨4来回运动进行拍摄。

本实施例中，移动单元也可以是无轨行走小车，例如AGV，RGV，将相机安装于无轨行走小车上，进行定时间隔拍摄，同时无轨行走小车沿辊棒11的输送方向行走，以保证相机与辊棒11从动端端面的距离始终不发生改变。此外，可实现匀速移动的移动装置还有很多类型，在此不再一一列举。

本实施例的窑炉辊棒速度监测方法，采用上述窑炉辊棒速度监测系统实现，监测方法通过摄像单元2获取辊棒11从动端端面的不同时间点的定位标记111、测速标记112的图像，并将图像并发送至处理单元。

本实施例中，处理单元依据两张图像中测速标记112的相对位置获取辊棒11的转动角度E，并依据两张图像的拍摄时间差T经过以下处理得到辊棒11的角速度V1和线速度V2：

V1＝E/(T×360)

V2＝π×D×V1

其中：D是辊棒11的直径。

处理单元依据测速标记112的图像以及间隔时间计算得到辊棒11的速度，并与预设值比对，当不满足预设值时输出定位标记111所对应的辊棒11位置。本实施例的方法同样具备监测系统具备的优点，同时由于原理简单、图案比对容易、比对判定转速所需的算法也非常简单，因此对处理单元的要求较低，节省监测成本的同时提高监测效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种窑炉辊棒速度监测系统，用于监测辊道窑(1)的辊棒(11)速度，所述辊道窑(1)的辊棒(11)主动端从辊道窑(1)的一侧面穿出并连接回转驱动电机，从动端从辊道窑(1)的另一侧穿出；其特征在于，窑炉辊棒速度监测系统包括：

摄像单元(2)，所述摄像单元(2)包括相机，用于获取辊棒(11)从动端端面的图像；

标识单元，所述标识单元包括辊棒(11)和设置在辊棒(11)从动端端面的定位标记(111)、测速标记(112)，各个辊棒(11)的定位标记(111)之间存在区别，所述测速标记(112)的图像随着辊棒(11)的转动发生实时变化，所述测速标记(112)包括一个或多个远离辊棒(11)回转中心的规则图形，所述规则图形与辊棒(11)回转中心的最小距离大于1/5的辊棒(11)的半径，所述测速标记(112)包括圆心不位于辊棒(11)回转中心的圆形，各辊棒(11)上以顺序排列的数字、大小逐渐变化的图案、存在区别的多个图案、涂覆存在区别的颜色中任意一项或多项组合作为与各辊棒(11)一一对应的定位标记(111)，所述辊棒(11)从动端端面上安装有端盖(3)，所述定位标记(111)和测速标记(112)设置在端盖(3)的外表面上；

处理单元，所述处理单元和摄像单元(2)通信连接，所述摄像单元(2)获取不同时间点辊棒(11)的定位标记(111)、测速标记(112)的图像并发送至处理单元，若测速标记(112)的图像不发生变化时，或者处理单元依据所述测速标记(112)的图像变化以及间隔时间计算得到辊棒(11)的转动速度，并与预设值比对后发现不满足预设值时，输出定位标记(111)所对应的辊棒(11)的位置，所述处理单元还用于在输出辊棒(11)位置的同时输出报警信息，监测系统还包括与所述处理单元通信连接的报警单元，所述报警单元接收处理单元输出的报警信息并发出警报。

2.根据权利要求1中所述的窑炉辊棒速度监测系统，其特征在于：还包括移动单元，所述移动单元位于辊棒(11)从动端的一侧，所述摄像单元(2)安装在移动单元上，所述相机的摄像头朝向辊棒(11)的从动端端面。

3.根据权利要求2所述的窑炉辊棒速度监测系统，其特征在于：所述移动单元为滑块(21)，所述滑块(21)下方设有滑轨(4)，所述滑轨(4)沿着辊棒(11)的输送方向铺设，所述滑块(21)与滑轨(4)之间滑动连接。

4.一种窑炉辊棒速度监测方法，其特征在于，采用权利要求1至3中任一项所述的窑炉辊棒速度监测系统实现，所述监测方法通过摄像单元(2)获取辊棒(11)从动端端面的不同时间点的定位标记(111)、测速标记(112)的图像，并将图像并发送至处理单元，处理单元依据所述测速标记(112)的图像以及间隔时间计算得到辊棒(11)的速度，并与预设值比对，当不满足预设值时输出定位标记(111)所对应的辊棒(11)位置。

5.根据权利要求4所述的窑炉辊棒速度监测方法，其特征在于：所述处理单元依据两张图像中测速标记(112)的相对位置获取辊棒(11)的转动角度E，并依据两张图像的拍摄时间差T经过以下处理得到辊棒(11)的角速度V1和线速度V2：

V1＝E/(T×360)

V2＝π×D×V1

其中：D是辊棒(11)的直径。

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