CN116109664A - 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法 - Google Patents

基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116109664A
CN116109664A CN202310062840.XA CN202310062840A CN116109664A CN 116109664 A CN116109664 A CN 116109664A CN 202310062840 A CN202310062840 A CN 202310062840A CN 116109664 A CN116109664 A CN 116109664A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point cloud
cloud data
abscissa
frames
belt conveying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310062840.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李健
朱妤婕
殷玥
段宇璇
许传龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202310062840.XA priority Critical patent/CN116109664A/zh
Publication of CN116109664A publication Critical patent/CN116109664A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法及检测系统，基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法包括：利用激光扫描仪实时获得沿着皮带运动方向的两帧点云数据；将实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据；利用两帧新点云数据计算皮带输送速度。本发明解决了现有激光测量方法不能解决皮带输送速度测量的问题，实现了完全非接触式的皮带输送速度测量，不影响皮带输送系统的正常运行，测量准确度和可靠性高。

Description

基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体是固体物料皮带输送速度测量方法。
提出一种基于线扫描激光器和互相关原理的固体物料皮带输送速度测量方法，可实现皮带输送速度的实时非接触准确测量。
背景技术
固体实时速度是各类皮带输送物料过程的重要测量数据之一，实现速度的准确测量对于皮带输送设备的运行控制具有重要意义。例如燃煤电站中根据负荷情况需要实时调控皮带输送的煤量，皮带速度不仅是计算实时煤量的重要参数，还是调节皮带输送电极转速的直接反馈信号。
目前的皮带输送固体物料流量测量方法主要是利用速度轮，可以得到物料的瞬时速度，但是使用时间久了会出现滑移、表面粉尘粘黏，从而造成较大的测量偏差，在漏粉严重情况下速度轮甚至会出现卡死情况，直接导致速度测量失效。
激光测距是一种非接触式测量，不影响被测物体的运动，精度高、测量范围大、检测时间短，具有很高的空间分辨率，目前基于激光扫描测距技术已经实现了皮带输送物料的截面积测量，但需要结合速度轮装置来进一步计算皮带输送流量，所以存在测量偏差或者测量失效的问题。
发明内容
为了解决皮带输送速度的非接触准确测量，本发明所要解决的技术问题是提出一种提高测量精度的在线实时非接触测量方法和系统。
为解决上述技术问题，本发发明采用的技术方案是：
基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法，包括：
利用激光扫描仪实时获得沿着皮带运动方向的两帧点云数据；
将实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据；
利用新点云数据计算皮带输送速度。
激光扫描仪实时获得的第一帧点云数据为(X1,Z1)、(X2,Z2)、(X3,Z3)…(Xk,Zk)…(Xn,Zn)，横坐标Xk＝-lk×cosθk，纵坐标Zk＝-lk×sinθk，θk为第k个扫描角度，且θk＝θ+(k-1)Δβ，Δβ为激光扫描角度分辨率，lk为扫描仪第k个扫描角度所对应的距离；第二帧点云数据与第一帧扫描角度一致，数据为(X'1,Z'1)、(X'2,Z'2)、(X'3,Z'3)……(X'n,Z'n)。
将实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据，包括：
计算第一帧点云数据横坐标X1,X2,X3......Xn的平均间隔
Figure BDA0004061475340000021
Figure BDA0004061475340000022
令
Figure BDA0004061475340000023
根据
Figure BDA0004061475340000024
将X1,X2,X3......Xn转化为等间隔的横坐标值
Figure BDA0004061475340000025
确定等间隔排列的横坐标序列
Figure BDA0004061475340000026
对应的纵坐标：
Figure BDA0004061475340000027
其中，Yi *为横坐标
Figure BDA0004061475340000028
对应的纵坐标；(XL,ZL)和(XR,ZR)为距离Xi最近的左右两侧的点的坐标，即
Figure BDA0004061475340000029
且
Figure BDA00040614753400000210
如果
Figure BDA00040614753400000211
则Yi *可取为0。
根据上述计算得到的横坐标和纵坐标，得到第一帧数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure BDA00040614753400000212
同理，将第二帧点云数据横坐标X1',X'2,X3'......X'n也匹配到根据第一帧数据获得的等间隔横坐标值
Figure BDA00040614753400000213
然后可计算得到第二帧点云数数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure BDA00040614753400000214
利用新点云数据计算皮带输送速度，包括：
根据相邻两帧新点云数据的互相关函数R(j)，计算R(j)最大时对应的横坐标J：
Figure BDA00040614753400000215
其中，
Figure BDA00040614753400000216
是第一帧序列
Figure BDA00040614753400000217
的平均值，
Figure BDA00040614753400000218
是第二帧序列
Figure BDA0004061475340000031
的平均值；
根据计算得到的横坐标J，确定两帧扫描结果的位移差ΔL为：
Figure BDA0004061475340000032
根据确定的相邻两帧扫描结果的位移差ΔL，计算皮带速度测量值v：
v＝ΔL/Δt
其中，Δt为获得两帧点云数据的时间间隔。
有益效果：
(1)本发明利用线扫描激光器结合互相关信号处理技术实现了固体物料皮带输送速度的实时测量，解决了现有激光测量方法不能解决皮带输送速度测量的问题。
(2)较传统的速度轮测量装置，本发明实现了完全非接触式的皮带输送速度测量，不影响皮带输送系统的正常运行，测量准确度和可靠性高。
附图说明：
图1为本发明皮带速度测量系统原理图。
图2激光扫描仪扫描模型示意图；
图3激光扫描仪测速原理图；
图4等间隔位置的高度计算示意图。
具体实施方式
本发明提出一种利用线扫描激光器和互相关原理的皮带输送速度检测系统及方法，仅利用一台激光扫描仪获得沿着皮带运动方向的激光线上的物料堆积高度，进而结合互相关算法就可测量出皮带输送物料的实时速度。
图1为皮带速度测量原理图。本发明利用线扫描激光器和互相关原理的皮带输送速度检测方法的步骤如下：
1)点云数据的计算：
建立二维直角坐标系XOZ，如图2所示。激光扫描仪获取两个数据：扫描中心点到物料轮廓表面扫描点的距离和扫描点与轴的夹角，且激光扫描仪的角分辨率非常小Δβ＜1。对于每一帧扫描而言，设定第k个扫描角度为θk＝θ+(k-1)Δβ，扫描仪第k帧所对应的距离为lk，对应在物料轮廓线上的点Mk，其横坐标Xk＝-lk×cosθk，纵坐标Zk＝-lk×sinθk。由点M1、M2……Mn围成的轮廓线即为物料的外部轮廓曲线。
由此，物料在两帧扫描的t和t+Δt时刻的外部轮廓曲线图如图3所示。其中，实线是t时刻激光扫描仪测得的轮廓曲线图，虚线是t+Δt时刻激光扫描仪测得的轮廓曲线图。
在t时刻，扫描仪获得的第一帧点云数据为(X1,Z1)、(X2,Z2)、(X3,Z3)……(Xn,Zn)；在t+Δt时刻，扫描仪获得的第二帧点云数据为(X'1,Z'1)、(X'2,Z'2)、(X'3,Z'3)……(X'n,Z'n)。
2)点云数据等间隔转换
先计算第一帧点云数据横坐标X1,X2,X3......Xn的平均间隔
Figure BDA0004061475340000041
Figure BDA0004061475340000042
令
Figure BDA0004061475340000043
将X1,X2,X3......Xn转化为等间隔的横坐标值
Figure BDA0004061475340000044
则：
Figure BDA0004061475340000045
确定等间隔排列的横坐标序列
Figure BDA0004061475340000046
对应的纵坐标。如图4所示，对于横坐标为
Figure BDA0004061475340000047
的点，按照下式对其纵坐标Yi *进行线性近似：
Figure BDA0004061475340000048
其中，(XL,ZL)和(XR,ZR)为距离Xi最近的左右两侧的激光扫描仪实时获得的点云坐标，即
Figure BDA0004061475340000049
且
Figure BDA00040614753400000410
如果
Figure BDA00040614753400000411
则Yi *可取为0。
根据上述计算得到的横坐标和纵坐标，得到第一帧数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure BDA00040614753400000412
同理，将第二帧点云数据横坐标X1',X'2,X3'......X'n也匹配到根据第一帧数据获得的等间隔横坐标值
Figure BDA00040614753400000413
然后可计算得到第二帧点云数数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure BDA0004061475340000051
3)速度计算：
获得等间隔坐标序列
Figure BDA0004061475340000052
对应的两帧新点云数据纵坐标序列后，可按照下式计算其互相关函数：
Figure BDA0004061475340000053
其中，
Figure BDA0004061475340000054
和
Figure BDA0004061475340000055
是序列
Figure BDA0004061475340000056
和
Figure BDA0004061475340000057
的平均值。当R(j)最大时，其对应的横坐标j＝J，进而可确定两次扫描结果的位移差ΔL为：
Figure BDA0004061475340000058
皮带速度测量值v为：
v＝ΔL/Δt。

Claims (9)

1.基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法，其特征在于，包括：
利用激光扫描仪实时获得沿着皮带运动方向的两帧点云数据；
将实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据；
利用新点云数据计算皮带输送速度。
2.根据权利要求1所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法，其特征在于，激光扫描仪实时获得的第一帧点云数据为(X1,Z1)、(X2,Z2)、(X3,Z3)…(Xk,Zk)…(Xn,Zn)；横坐标Xk＝-lk×cosθk，纵坐标Zk＝-lk×sinθk，θk为第k个扫描角度，且θk＝θ+(k-1)Δβ，Δβ为激光扫描角度分辨率，lk为扫描仪第k个扫描角度所对应的距离；
激光扫描仪实时获得的第二帧点云数据与第一帧点云数据的扫描角度一致，第二帧点云数据为(X'1,Z'1)、(X'2,Z'2)、(X'3,Z'3)……(X'n,Z'n)。
3.根据权利要求2所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法，其特征在于，将实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据，包括：
计算第一帧点云数据横坐标X1,X2,X3......Xn的平均间隔
Figure FDA0004061475330000011
Figure FDA0004061475330000012
令
Figure FDA0004061475330000013
根据
Figure FDA0004061475330000014
将X1,X2,X3......Xn转化为等间隔的横坐标值
Figure FDA0004061475330000015
确定等间隔排列的横坐标序列
Figure FDA0004061475330000016
对应的纵坐标：
Figure FDA0004061475330000017
其中，Yi *为横坐标
Figure FDA0004061475330000018
对应的纵坐标；(XL,ZL)和(XR,ZR)为距离Xi最近的左右两侧的激光扫描仪实时获得的点云坐标，即
Figure FDA0004061475330000019
且
Figure FDA00040614753300000110
如果
Figure FDA00040614753300000111
则Yi *取为0；
根据上述计算得到的横坐标和纵坐标，得到第一帧数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure FDA00040614753300000112
将第二帧点云数据横坐标X1',X'2,X3'......X'n匹配到根据第一帧数据获得的等间隔横坐标值
Figure FDA0004061475330000021
然后计算得到第二帧点云数数据在等间隔条件下的新点云数据
Figure FDA0004061475330000022
4.根据权利要求3所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测方法，其特征在于，利用新点云数据计算皮带输送速度，包括：
根据两帧新点云数据的互相关函数R(j)，计算R(j)最大时对应的横坐标J：
Figure FDA0004061475330000023
其中，
Figure FDA0004061475330000024
是第一帧序列
Figure FDA0004061475330000025
的平均值，
Figure FDA0004061475330000026
是第二帧序列
Figure FDA0004061475330000027
的平均值；
根据计算得到的横坐标J，确定两帧扫描结果的位移差ΔL为：
Figure FDA0004061475330000028
根据确定的两帧扫描结果的位移差ΔL，计算皮带速度测量值v：
v＝ΔL/Δt
其中，Δt为获得两帧点云数据的时间间隔。
5.基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统，其特征在于，包括：
一线扫描激光器，设置在输送带上方，实时获得沿着皮带运动方向的两帧点云数据；
一处理器，将所述线扫描激光器实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据，并利用新点云数据计算皮带输送速度。
6.根据权利要求5所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统，其特征在于，将所述线扫描激光器实时获取的两帧点云数据转换成横坐标间距相同的新点云数据为：
第一帧新点云数据：
Figure FDA0004061475330000029
第二帧新点云数据：
Figure FDA00040614753300000210
其中，
Figure FDA0004061475330000031
Figure FDA0004061475330000032
为点云数据横坐标X1,X2,X3......Xn的平均间隔。
7.根据权利要求6所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统，其特征在于，平均间隔
Figure FDA0004061475330000033
为：
Figure FDA0004061475330000034
8.根据权利要求7所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统，其特征在于，利用新点云数据计算皮带输送速度v为：
v＝ΔL/Δt
其中，Δt为获得两帧点云数据的时间间隔，ΔL为两次扫描结果的位移差；
两次扫描结果的位移差ΔL为：
Figure FDA0004061475330000035
其中，J为相邻两帧新点云数据的互相关函数R(j)最大时对应的横坐标。
9.根据权利要求8所述的基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统，其特征在于，两帧新点云数据的互相关函数R(j)为：
Figure FDA0004061475330000036
其中，
Figure FDA0004061475330000037
是第一帧序列
Figure FDA0004061475330000038
的平均值，
Figure FDA0004061475330000039
是第二帧序列
Figure FDA00040614753300000310
的平均值。
CN202310062840.XA 2023-01-16 2023-01-16 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法 Pending CN116109664A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310062840.XA CN116109664A (zh) 2023-01-16 2023-01-16 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310062840.XA CN116109664A (zh) 2023-01-16 2023-01-16 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116109664A true CN116109664A (zh) 2023-05-12

Family

ID=86263391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310062840.XA Pending CN116109664A (zh) 2023-01-16 2023-01-16 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116109664A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104132699B (zh) 一种激光扫描式散状物料流量检测及分布误差消除方法
CN100335860C (zh) 工件检测方法
WO2015188515A1 (zh) 基于纵横转换放大的宏微复合光栅尺测量系统
CN107560550A (zh) 一种物体表面参数的获取方法及系统
CN111829434B (zh) 一种料流计量检测方法及系统
CN105292181B (zh) 一种基于两种传感器的轮对尺寸在线检测方法及装置
CN109781196A (zh) 一种非接触式的测量带式输送机上物料流量的方法
CN112213317B (zh) 基于三维激光扫描技术的输送带撕裂检测系统及其检测方法
CN109916343A (zh) 一种采用单个激光传感器检测同轴度的测量方法及系统
CN109238092A (zh) 陶瓷砖坯厚度在线自动检测方法及装置
CN109571477A (zh) 一种改进的机器人视觉与传送带综合标定方法
CN105222727A (zh) 线阵ccd相机成像平面与工作台平行度的测量方法和系统
CN103759672A (zh) 雪糕棒平面轮廓尺寸的视觉测量方法
CN113324483A (zh) 一种用于中厚板尺寸的测量装置及其测量方法
CN110509186A (zh) 一种基于加工振动特征的机器人磨抛质量表征方法
CN110458785B (zh) 一种基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法
CN116109664A (zh) 基于线扫描激光器的皮带输送速度检测系统及方法
CN117583751A (zh) H型钢激光切割变形补偿算法
CN102331236A (zh) 大直径回转体的直径在线测量装置
CN104528508A (zh) 一种基于光电检测器件的非接触式自动扶梯多参数测量方法
CN113008317A (zh) 一种测量臂架型斗轮堆取料机实时堆取料体积流量的方法
CN215100976U (zh) 一种可测量直线度的输送带包装生产线
CN104048632B (zh) 电缆计米系统及方法
CN108413870B (zh) 基于代入法测量平面尺寸的方法
CN116124030A (zh) 皮带输送固体物料流量测量方法、系统及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination