CN117053727A - 用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，涉及物料测量技术领域，用于解决现有采用皮带秤或地磅进行计量称重增加生产成本，并会由于一些含水量因素导致重量计量的误差的问题，本发明包括运输带、扫描检测器及计算机；运输带用于对物料进行传输；扫描检测器用于对运输带上传输的物料进行扫描；本发明采用测距法对运输带上的物料进行体积扫描实现计量，在对装置进行安装时无需占用额外的空间和人力物力成本，大大减少了生产成本；配合校验模块可以对物料的体积进行准确计量及验证，避免了重量计量存在含水量等因素的误差的影响，大大提高了计量结果的准确性和可靠性。

Description

用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置

技术领域

本发明涉及物料测量技术领域，具体为一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置。

背景技术

煤炭行业及其他类似行业里对于原料、产品、副产品等计量依靠皮带秤或者地磅等进行计重计量，但皮带秤或地磅等设备需要占用一定的空间和人力物力成本，同时安装较为复杂，且需要定期进行校准和维护，增加了生产成本；

在物料输送过程中，由于物料内含水量或湿度等因素的影响，可能会导致重量计量的误差，影响计量结果的准确性；

为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

本发明的目的在于解决现有采用皮带秤或地磅进行计量称重增加生产成本，并会由于一些含水量因素导致重量计量的误差的问题，而提出一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，包括：

运输带，用于对物料进行传输；

扫描检测器，用于对运输带上传输的物料进行扫描；

计算机，用于接收扫描检测器扫描的物料反射信号，根据物料发射信号计算运输带表面物料的体积并进行累计计算，将此次扫描的实时体积标定为V_算；

计算机内还包括：

校验模块，用于对第一次扫描的实时体积V_算进行验证；

验证过程包括以下步骤：

将接收的物料激光发射信号进行特征提取，获取物料中各个点位的高度，得到一系列离散的点云数据；

利用一系列离散点云数据通过三维重建算法转换为三维模型；

得到物料的三维模型后，使用数值积分法计算物料的体积，标定为V_模；

再将建模计算的物料体积V_模与第一次扫描的实时体积V_算进行比对，利用公式V_差＝|V_模-V_算|，得到体积差值V_差，将得到的体积差值V_差与预设的差值阈值再次比对，当体积差值V_差大于差值阈值时，则生成异常信令；

优化模块，用于接收校验模块生成的异常信令并对扫描检测器对物料的扫描进行优化；

当接收到异常信令时，则获取扫描检测器的作业环境因素，并计算分析得到环响值；

将计算得到的环响值与预设的环响值阈值进行比对，当环响值大于环响值阈值时，则对分别针对扫描检测器的作业环境因素中光照强度、温度及震动强度三个因素进行优化；

预测模块，用于通过计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测。

进一步的，所述扫描检测器包括激光发射器及激光接收器，激光发射器用于向运输带上的物料发送激光，激光接收器用于接收激光经过物料后的反射信号；

扫描检测器内还设置有信号发送器，用于将激光接收器接收的反射信号进行预处理，并将预处理的反射信号向计算机中进行发送。

进一步的，所述校验模块中通过数值积分法计算物料的体积的具体操作步骤如下：

首先将物料分成若干个小块，对每个小块利用扫描检测器检测小块的高度及底面积；

对每个小块利用公式：V_块＝A*H，得到小块体积V_块；

其中，V_块表示小块体积，A表示小块底面积，h表示小块高度；

将所有小块体积V_块通过公式：V_模＝V_块1+V_块2+V_块3+.....+V_块n，得到整个物料的体积V_模，式中n为小块的数量。

进一步的，所述优化模块获取扫描检测器的作业环境因素的具体操作步骤如下：

扫描检测器的作业环境因素包括：光照强度、温度及震动强度；

对光照强度的获取包括：采集扫描检测器扫描区域的光照强度，并获取正常光照强度，计算光照强度差值；

对扫描区域进行分区域检测，获取每个分区域的光照强度；

计算若干个分区域光照强度的方差，并与预设方差进行比对，当大于预设方差时，则判断扫描区域内存在阴影或光照不均；

计算每个分区域的光照强度均值，将得到的光照强度均值与获取的正常光照强度计算差值得到光照强度差值；

对温度的获取包括：采集扫描检测器的使用周边温度，在扫描检测器扫描期间抽取若干个时间点，对若干个时间点的使用温度进行采集，将采集的若干个时间点的温度值计算均值；将得到的均值与获取的适宜温度计算差值；

对震动强度的获取包括：采集运输带的震动强度通过安装在传输装置上的振动传感器对运输带传输时的震动强度进行检测，以此反应运输带上传输物料的震动情况；将对不同重量的物料传输过程中的震动强度进行实时检测，并计算得到的震动强度均值；再将得到的震动强度均值与预设的正常震动强度计算差值。

进一步的，所述优化模块针对扫描检测器的作业环境因素进行优化的具体操作步骤如下：

针对光照强度的优化包括：对扫描区域存在阴影或光照不均的区域通过监控设备进行拍摄，获取图像或视频数据，并与阴影或光照不均区域的具体位置向管理人员终端发送；提示管理人员撤去不必要的遮挡物，使扫描区域的光照强度更加均匀，从而对光照强度进行优化；

针对温度的优化包括：实时对扫描检测器周边温度进行检测，当实时温度与预设的适宜温度的差值超过预设差值时，则通过自动控制扫描检测器周边安装的温控器启动，并根据实时温度是大于还是小于适宜温度进行温控器的控制；当实时温度大于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制冷，降低扫描检测器周边温度；当实时温度小于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制热，提高扫描检测器周边温度，使扫描检测器周边温度始终保持在适宜温度上下，从而实现对温度进行优化；

针对震动强度的优化包括：获取实时传出带上的震动强度，并与正常震动强度计算差值，由于不同重量的物料所产生的震动强度不同，故存在一组震动强度差值，将震动强度差值为纵坐标，时间为纵坐标，建立震动强度差值曲线，当曲线的上下端点超过预设范围时，自动调整运输带的张力，使震动强度差值位于预设范围内，可有效避免运输带带动物料震动过大导致扫描检测器对物料的扫描存在偏差，由此对震动强度进行优化。

进一步的，所述预测模块对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测的具体操作步骤如下：

对计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模通过计算式：得到测算物料体积V_实，式中κ为测算物料体积V_实计算的修正因子，κ的取值为1.003；

再获取堆积在运输带上的物料密度，采用体积法进行分区域检测；

体积法具体包括：分别对堆积的物料不同区域进行体积法测量密度，将物料堆积在已知体积的容器中，再称量体积内物料的重量，并根据公式计算此处堆积物料的密度；

将体积法测量的多个区域的物料密度通过均值计算式得到密度均值，以此密度均值确定为堆积在运输带上物料密度的标准；

同时获取所需传输物料的总重量，根据获取的物料密度计算所需传输物料的总体积，并将所需传输物料总体积标记为V_总；

根据已传输的测算物料体积V_实及传输测算物料体积V_实的已用时间计算运输带的传输效率，代入公式：V_实/t得到每分钟或小时的传输体积，并根据公式：得到预计对所需传输物料完成传输的总时间；

再通过计算式：得到剩余所需时间；根据现有时间点判断完成传输的时间点；

当预计完成传输时间点位于预计时间点后，则自动控制运输带的传输速度提速，提高物料的传输效率，相反的，当预计完成传输时间点位于预计时间点前，则自动控制运输带的传输速度减慢；使预计完成传输时间点位于预计时间点的预设范围内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明，采用测距法对运输带上的物料进行体积扫描实现计量，在对装置进行安装时无需占用额外的空间和人力物力成本，大大减少了生产成本；配合校验模块可以对物料的体积进行准确计量及验证，避免了重量计量存在含水量等因素的误差的影响，大大提高了计量结果的准确性和可靠性；

(2)本发明，通过预测模块对整个运输带的运输效率及完成运输时间点进行准确预测，并通过预测结果实时改变运输带的传输速度，矫正完成运输的预测时间点，可以更好地安排生产计划和生产流程，从而提高生产效率；

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的结构总框图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本披露的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本披露说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本披露。如在本披露说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本披露说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，包括运输带、扫描检测器及计算机：

运输带对物料进行传输；

扫描检测器对运输带上传输的物料进行扫描；

扫描检测器包括激光发射器及激光接收器，激光发射器用于向运输带上的物料发送激光，激光接收器用于接收激光经过物料后的反射信号；

扫描检测器内还设置有信号发送器，用于将激光接收器接收的反射信号进行预处理，并将预处理的反射信号向计算机中进行发送；

计算机用于接收信号发送器发送的物料反射信号，并根据物料发射信号计算运输带表面物料的体积并进行累计计算，将计算的体积标记为V_算；

计算机内设置有校验模块，用于对第一次扫描的实时体积进行验证；

其中验证过程包括：

将接收的物料激光发射信号进行处理，获取物料中各个点位的高度，从而得到一系列离散的点云数据；

利用一系列离散点云数据通过三维重建算法转换为三维模型，三维重建算法采用基于体素算法进行转换；

基于体素算法具体的是将物料空间划分为一系列小的立方体即体素，然后根据每个体素内部的点云数据，确定体素内是否存在物料，最后将存在物料的体素进行拼接，从而得到整个物料的三维模型；

得到物料的三维模型后，使用体积计算公式计算物料的体积，具体使用数值积分法进行计算；

具体的：将物料分成若干个小块，对每个小块利用扫描检测器检测小块的高度及底面积；

对每个小块利用公式：V_块＝A*H，得到小块体积V_块

其中，V_块表示小块体积，A表示小块底面积，h表示小块高度；

将所有小块体积相加，从而得到整个物料的体积，并标记为V_模；

再将建模计算的物料体积V_模与第一次扫描的实时体积V_算进行比对，利用公式V_差＝|V_模-V_算|，得到体积差值V_差，将得到的体积差值V_差与预设的差值阈值再次比对，当体积差值V_差大于差值阈值时，则生成异常信令；

计算机内还设置有优化模块，用于接收校验模块生成的异常信令并对扫描检测器对物料的扫描进行优化；

当接收到异常信令时，则获取扫描检测器的作业环境因素，并计算分析得到环响值；

其中扫描检测器的作业环境因素包括：光照强度、温度及震动强度；

采集扫描检测器扫描区域的光照强度，并获取正常光照强度，计算光照强度差值；对扫描区域进行分区域检测，获取每个分区域的光照强度；计算若干个分区域光照强度的方差，并与预设方差进行比对，当大于预设方差时，则判断扫描区域内存在阴影或光照不均；

计算每个分区域的光照强度均值，将得到的光照强度均值与获取的正常光照强度计算差值得到光照强度差值，并标定为GC；

采集扫描检测器的使用周边温度，在扫描检测器扫描期间抽取若干个时间点，对若干个时间点的使用温度进行采集，将采集的若干个时间点的温度值计算均值；

将得到的均值与获取的适宜温度计算差值，并将得到的温度差值标记为WC；

采集运输带的震动强度即通过安装在传输装置上的振动传感器对运输带传输时的震动强度进行检测，以此反应运输带上传输物料的震动情况；将对不同重量的物料传输过程中的震动强度进行实时检测，并计算得到的震动强度均值；

将得到的震动强度均值与预设的正常震动强度计算差值，并将得到的震动强度差值标定为ZC；

分别将得到的光照强度差值GC、温度差值WC及震动强度差值ZC进行归一化处理并代入公式：以得到环响值HX，式中α、β、χ分别为光照强度差值预设权重系数、温度差值预设权重系数及震动强度差值预设权重系数，并分别取值1.12、0.992及1.021；

将计算得到的环响值HX与预设的环响值阈值进行比对，当环响值HX大于环响值阈值时，则对分别针对光照强度、温度及震动强度三个数值进行优化；

针对光照强度的优化具体的：对扫描区域存在阴影或光照不均的区域通过监控设备进行拍摄，获取图像或视频数据，与阴影或光照不均区域的具体位置向管理人员终端发送，提示管理人员撤去不必要的遮挡物，使扫描区域的光照强度更加均匀，从而对光照强度进行优化；

针对温度的优化具体的：实时对扫描检测器周边温度进行检测，当实时温度与预设的适宜温度的差值超过预设差值时，则通过自动控制扫描检测器周边安装的温控器启动，并根据实时温度是大于还是小于适宜温度，当实时温度大于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制冷，降低扫描检测器周边温度；当实时温度小于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制热，提高扫描检测器周边温度，使扫描检测器周边温度始终保持在适宜温度上下，从而实现对温度进行优化；

针对震动强度的优化具体的：获取实时传出带上的震动强度，并与正常震动强度计算差值，由于不同重量的物料所产生的震动强度不同，故存在一组震动强度差值，将震动强度差值为纵坐标，时间为纵坐标，建立震动强度差值曲线，当曲线的上下端点超过预设范围时，自动调整运输带的张力，使震动强度差值位于预设范围内，可有效避免运输带带动物料震动过大导致扫描检测器对物料的扫描存在偏差，由此对震动强度进行优化；

计算机内还设置有预测模块，用于通过计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测；

对计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模通过计算式：得到测算物料体积V_实，式中κ为测算物料体积V_实计算的修正因子，κ的取值为1.003；

再获取堆积在运输带上的物料密度，采用体积法进行分区域检测，分别对堆积的物料不同区域进行体积法测量密度，具体的将物料堆积在已知体积的容器中，再称量体积内物料的重量，并根据公式计算此处堆积物料的密度；将多个区域的物料密度通过均值计算式得到密度均值，以此密度均值确定为堆积在运输带上物料密度的标准；

同时获取所需传输物料的总重量，根据获取的物料密度计算所需传输物料的总体积，并将所需传输物料总体积标记为V_总；

根据已传输的测算物料体积V_实及传输测算物料体积V_实的已用时间计算运输带的传输效率，代入公式：V_实/t得到每分钟或小时的传输体积，并根据公式：得到预计对所需传输物料完成传输的总时间；

再通过计算式：得到剩余所需时间；根据现有时间点判断完成传输的时间点；

当预计完成传输时间点位于预计时间点后，则自动控制运输带的传输速度提速，提高物料的传输效率，相反当预计完成传输时间点位于预计时间点前，则自动控制运输带的传输速度减慢；使预计完成传输时间点位于预计时间左右；可实现通过物料总量完成传输的时间点进行精准预测，可以更好地安排生产计划和生产流程，从而提高生产效率。

本发明在使用时，通过运输带对物料进行传输，利用运输带上方安装的扫描检测器对运输带上传输的物料进行扫描，激光发射器用于向运输带上的物料发送激光，激光接收器用于接收激光经过物料后的反射信号，将激光接收器接收的反射信号进行预处理，并将预处理的反射信号向计算机中进行发送，计算机根据物料发射信号计算运输带表面物料的体积并进行累计计算，并利用计算机内的校验模块对第一次尧庙的实时体积进行验证，当误差过大时，通过优化模块将扫描检测器对物料的扫描进行优化；

在对物料进行传输的过程中通过预测模块对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测，当预计完成传输时间点位于预计时间点后，则自动控制运输带的传输速度提速，提高物料的传输效率，相反当预计完成传输时间点位于预计时间点前，则自动控制运输带的传输速度减慢；使预计完成传输时间点位于预计时间范围内。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，包括：

运输带，用于对物料进行传输；

扫描检测器，用于对运输带上传输的物料进行扫描；

计算机，用于接收扫描检测器扫描的物料反射信号，根据物料发射信号计算运输带表面物料的体积并进行累计计算，将此次扫描的实时体积标定为V_算；

计算机内还包括：

校验模块，用于对第一次扫描的实时体积V_算进行验证；

验证过程包括以下步骤：

将接收的物料激光发射信号进行特征提取，获取物料中各个点位的高度，得到一系列离散的点云数据；

利用一系列离散点云数据通过三维重建算法转换为三维模型；

得到物料的三维模型后，使用数值积分法计算物料的体积，标定为V_模；

再将建模计算的物料体积V_模与第一次扫描的实时体积V_算进行比对，利用公式V_差＝|V_模-V_算|，得到体积差值V_差，将得到的体积差值V_差与预设的差值阈值再次比对，当体积差值V_差大于差值阈值时，则生成异常信令；

优化模块，用于接收校验模块生成的异常信令并对扫描检测器对物料的扫描进行优化；

当接收到异常信令时，则获取扫描检测器的作业环境因素，并计算分析得到环响值；

将计算得到的环响值与预设的环响值阈值进行比对，当环响值大于环响值阈值时，则对分别针对扫描检测器的作业环境因素中光照强度、温度及震动强度三个因素进行优化；

预测模块，用于通过计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测。

2.根据权利要求1所述的一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，所述扫描检测器包括激光发射器及激光接收器，激光发射器用于向运输带上的物料发送激光，激光接收器用于接收激光经过物料后的反射信号；

扫描检测器内还设置有信号发送器，用于将激光接收器接收的反射信号进行预处理，并将预处理的反射信号向计算机中进行发送。

3.根据权利要求1所述的一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，所述校验模块中通过数值积分法计算物料的体积的具体操作步骤如下：

首先将物料分成若干个小块，对每个小块利用扫描检测器检测小块的高度及底面积；

对每个小块利用公式：V_块＝A*H，得到小块体积V_块；

其中，V_块表示小块体积，A表示小块底面积，h表示小块高度；

将所有小块体积V_块通过公式：V_模＝V_块1+V_块2+V_块3+.....+V_块n，得到整个物料的体积V_模，式中n为小块的数量。

4.根据权利要求1所述的一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，所述优化模块获取扫描检测器的作业环境因素的具体操作步骤如下：

扫描检测器的作业环境因素包括：光照强度、温度及震动强度；

对光照强度的获取包括：采集扫描检测器扫描区域的光照强度，并获取正常光照强度，计算光照强度差值；

对扫描区域进行分区域检测，获取每个分区域的光照强度；

计算若干个分区域光照强度的方差，并与预设方差进行比对，当大于预设方差时，则判断扫描区域内存在阴影或光照不均；

计算每个分区域的光照强度均值，将得到的光照强度均值与获取的正常光照强度计算差值得到光照强度差值；

对温度的获取包括：采集扫描检测器的使用周边温度，在扫描检测器扫描期间抽取若干个时间点，对若干个时间点的使用温度进行采集，将采集的若干个时间点的温度值计算均值；将得到的均值与获取的适宜温度计算差值；

对震动强度的获取包括：采集运输带的震动强度通过安装在传输装置上的振动传感器对运输带传输时的震动强度进行检测，以此反应运输带上传输物料的震动情况；将对不同重量的物料传输过程中的震动强度进行实时检测，并计算得到的震动强度均值；再将得到的震动强度均值与预设的正常震动强度计算差值。

5.根据权利要求1所述的一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，所述优化模块针对扫描检测器的作业环境因素进行优化的具体操作步骤如下：

针对光照强度的优化包括：对扫描区域存在阴影或光照不均的区域通过监控设备进行拍摄，获取图像或视频数据，并与阴影或光照不均区域的具体位置向管理人员终端发送；提示管理人员撤去不必要的遮挡物，使扫描区域的光照强度更加均匀，从而对光照强度进行优化；

针对温度的优化包括：实时对扫描检测器周边温度进行检测，当实时温度与预设的适宜温度的差值超过预设差值时，则通过自动控制扫描检测器周边安装的温控器启动，并根据实时温度是大于还是小于适宜温度进行温控器的控制；当实时温度大于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制冷，降低扫描检测器周边温度；当实时温度小于适宜温度超过预设差值时，则控制温控器进行制热，提高扫描检测器周边温度，使扫描检测器周边温度始终保持在适宜温度上下，从而实现对温度进行优化；

针对震动强度的优化包括：获取实时传出带上的震动强度，并与正常震动强度计算差值，由于不同重量的物料所产生的震动强度不同，故存在一组震动强度差值，将震动强度差值为纵坐标，时间为纵坐标，建立震动强度差值曲线，当曲线的上下端点超过预设范围时，自动调整运输带的张力，使震动强度差值位于预设范围内，可有效避免运输带带动物料震动过大导致扫描检测器对物料的扫描存在偏差，由此对震动强度进行优化。

6.根据权利要求1所述的一种用于测距法物料外表面体积累计的扫描检测装置，其特征在于，所述预测模块对运输带的传输效率及完成传输时间点进行预测的具体操作步骤如下：

对计算机中扫描的实时体积V_算及建模计算后的物料体积V_模通过计算式：得到测算物料体积V_实，式中κ为测算物料体积V_实计算的修正因子；

再获取堆积在运输带上的物料密度，采用体积法进行分区域检测；

体积法具体包括：分别对堆积的物料不同区域进行体积法测量密度，将物料堆积在已知体积的容器中，再称量体积内物料的重量，并根据公式计算此处堆积物料的密度；

将体积法测量的多个区域的物料密度通过均值计算式得到密度均值，以此密度均值确定为堆积在运输带上物料密度的标准；

同时获取所需传输物料的总重量，根据获取的物料密度计算所需传输物料的总体积，并将所需传输物料总体积标记为V_总；

根据已传输的测算物料体积V_实及传输测算物料体积V_实的已用时间计算运输带的传输效率，代入公式：V_实/t得到每分钟或小时的传输体积，并根据公式：得到预计对所需传输物料完成传输的总时间；

再通过计算式：得到剩余所需时间；根据现有时间点判断完成传输的时间点；

当预计完成传输时间点位于预计时间点后，则自动控制运输带的传输速度提速，提高物料的传输效率，相反的，当预计完成传输时间点位于预计时间点前，则自动控制运输带的传输速度减慢；使预计完成传输时间点位于预计时间点的预设范围内。