CN1523330A - 视觉式皮带秤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视觉式皮带秤，属于在线物料质量测量技术领域，它包括：产生与物料截面积有关的视频信号的视觉式传感器，防止视觉式传感器被污染的防护罩，给视觉式传感器提供一定亮度的光源，消除背景影响视频信号的挡光板，测量输送带速度的速度传感器，用以接收处理视频信号、速度信号、密度信号并显示各种测量与工作状态的信号处理单元。该皮带秤通过测量输送带上物料的截面积、输送带速度和物料密度来确定在线物料的质量，因此，测量精度不受输送速度不恒定、物料堆积形状和物料密度变化大的影响，可广泛应用于电力、化工、矿冶、烟草、制糖等行业。

Description

视觉式皮带秤

技术领域

本发明涉及在线物料质量测量的技术领域，尤其涉及一种视觉式皮带秤动态测量输送带上物料质量。

背景技术

在线连续测量输送带物体质量的方法，目前应用较多的是核子秤法和电子秤法。核子秤法，利用r射线透射物料后的衰减规律，通过测量r射线透射物料后的衰减量来求得物料的平均质量厚度，再根据标定好的系数求出物料重量，这种方法，一方面由于物理方案本身的原因，在线动态测量精度不可能做得高，另一方面标定烦琐，使用过程中的放射性安全和使用后的处理都比较麻烦。电子秤法，利用压力传感器完成在线称重，虽然精度较高，但由于是接触式测量，且机械结构较复杂，故障率较高，无法做到长期稳定地测量。另外中国专利申请NO.02128861.5公开了一种在线测量物料重量的装置，该装置通过激光源经垂直玻璃棒形成扇形面光与输送带成45°角照在物料上，再通过CCD摄像头也与输送带成45°角刚好与上述光束成直角来测量物料的上轮廓线。这种方法一方面在物料堆积形状变化较大的时候，由于CCD摄像头与激光照射线在物料的上轮廓线上不能相交而无法测量；另一方面该装置测量下轮廓线的位置是远离输送带两头滚轴的，这些位置的下轮廓线在有物料时和没有物料时是不一样的，同时，它计算堆积体积采用累加法，非连续的，所以测量精度不高。另外该装置测量物料密度采用放射性法(r射线)，它的测量原理跟核子秤一样的，核子秤作为在线物料称重装置所存在的问题，它作为密度测量也同样存在，比如精度低、标定烦琐、安全等。因此，在物料密度变化比较大而要求精度高或者物料堆积形状变化大的场合，该装置还是无法适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种视觉式皮带秤，其测量精度不受输送带速度不恒定，物料堆积形状和物料密度变化的影响，且安装和维修方便。

本发明的视觉式皮带秤包括：产生与物料截面积有关的视频信号的视觉式传感器，防止视觉式传感器被污染的防护罩，给视觉式传感器提供一定亮度的光源，消除背景影响视频信号的挡光板，测量输送带速度的速度传感器，用以接收处理视频信号、速度信号、密度信号并显示各种测量与工作状态的信号处理单元。

由于本发明的皮带秤通过实时获得输送带上物料的截面积、输送带速度和物料密度来确定在线物料的质量，因此，测量精度高。

本发明已在工业现场应用一年多时间，达到了预期的效果。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是根据本发明的视觉式皮带秤的原理框图；

图2是根据本发明的视觉式皮带秤的结构示意图；

图3是根据本发明的视觉式传感器与被测物料的位置图；

图4是根据本发明的输送带测速器的原理图；和

图5是根据本发明的在线密度测量装置的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的视觉式皮带秤包括光源1，挡光板2，自动除尘防护罩4，包括聚焦镜头51和摄像头52的视觉式传感器5，包括采集卡61和计算机62的信号处理单元6，速度传感器7和在线密度测量装置8。视觉式传感器5和自动除尘防护罩4放置在物料输送带下料口的前方，用光源照在输送带上，光照应覆盖整个镜头调节范围，视觉式传感器5在光源1和挡光板2的辅助下，被测物料3的反射光线传播到镜头51，经镜头聚焦到摄像头52输出一个视频信号到采集卡61上。速度传感器7检测的输送带速度信号和在线密度测量装置8测量的物料密度信号也送到采集卡61上。采集卡61上采集到的数据经计算机62处理后可直接显示各种测量数据和图象，同时通过打印机10打印出各种报表，通过监视器9监测现场的运行状况。工作时，首先在输送带上没有物料的情况下，调节视觉式传感器，使其与输送带下料口处几乎处同一水平线上，同时调节聚焦镜头使其左右可视范围为皮带宽度，下端可视线为下料口滚动轴与皮带的上切线。此时视觉式传感器以一定的频率感应图象并转换成视频信号，此视频信号与输送带下料口处的几何形状是一一对应的，它经过信号处理单元处理后就可得知输送带下料口处的形状即截面积S₀。然后在输送带上有物料时，视觉式传感器也以一定频率感应图象并转换成视频信号，此视频信号与输送带下料口处包括物料在内的几何形状是一一对应的，它经过信号处理单元处理后就可以得知截面积S_i，那么此刻物料的截面积S＝S_i-S₀。设在某一刻内视觉式传感器测得物料截面积S_j，速度传感器测得输送带速度V_j，在线密度测量装置测得物料密度为ρ_j，那么在单位时间Δt_j内测得物料的质量M为M_j＝ρ_jS_jV_jΔt_j。从0时刻到T时刻这段时间范围内，输送的物料质量为： $M={\∫}_0^T{M}_j={\∫}_0^T{S}_j{V}_j{\mathrm{\ρ}}_j\mathrm{dt}$ 由于速度传感器测得的速度V_j与脉冲数成正比，即在T时间内，检测到的脉冲数越多表明输送带的速度越快，即V_j＝Kn_j其中K为常数，n_j为Δt_j时间内的脉冲数，则： $M={\∫}_O^T{\mathrm{\ρ}}_j{S}_j{K}_j{n}_j\mathrm{dt}=K{\∫}_O^T{\mathrm{\ρ}}_j{S}_j{n}_j\mathrm{dt}$ 如果在测量过程中，物料密度变化不大或者要求精度不高，那么为了节省成本，在线密度测量装置可以不配，物料密度作为一个常数ρ置入，这时T时间内物料的质量为：

$M=\mathrm{K\ρ}{\∫}_O^T{S}_j{n}_j\mathrm{dt}.$

图2给出了本发明的典型设计的结构示意图。光源1采用500W钨灯，放置于输送带两侧。当然它也可采用其他光源，只要它的发光强度适合于视觉式传感器即可。挡光板2是由铝板或相应的能经得起风吹雨淋的材料构成，其表面喷涂硫酸钡漫发射材料。挡光板的宽度要大于物料3宽度，其高度应高于镜头的可视高度，它放置于光源后面的输送带上方。自动除尘防护罩4包括自动除尘器、防护外壳和支架，自动除尘防护罩4也称云台采用铝合金材料防水、耐高温、耐老化，抗腐蚀，顶盖是弹簧支撑杆、气压支撑杆辅助前开式，内置可调节安装板和加热风扇自动控温电路，其输入电压为220VAC，承载方式座式，规格18＂。镜头51选用手动1/3″8mm。摄像头52选用1/3″数字式480线、768×582象数的进口CCD黑白摄像头，其输出为视觉图像信号。图像采集卡61安装在计算机内，同计算机62一起合成为信号处理单元6。7是速度传感器，其详细情况图4说明。8是物料在线密度测量装置，其详细情况图5说明。

图3所示的是视觉式传感器与物料测量口的相对位置图。视觉式传感器必须安装在物料下料口的前方，最好是正前方，且视觉式传感器与物料输送带下料口在同一水平线上，这样采集物料的面积大，测量精度高。当然，视觉式传感器上下、左右稍微偏离一点也是可以测量的，只是精度受些影响，但上下不能偏离30°，左右不能偏离90°。

图4是速度传感器的结构图，0是传递带，71是调节槽，72是压紧轮，73是拉簧，74是测量轮，75是检测头，76是磨擦轮，77是转动轮，78是本体，79是调节手轮。传送带0压在转动轮77上，压紧轮72由于弹簧73力的作用下把传送带0紧紧压在转动轮77上，避免了传送带0在运行过程中与转动轮77有相对运动，在传送带0运行时，带动转动轮77旋转，检测轮74与转动轮77在同一根轴上，所以检测轮与传动轮77同步旋转，在检测轮74的圆轴上均匀分布6个突出小圆柱，检测轮74旋转一周时，检测头75输出6个脉冲给信号处理单元处理，此时可以得到传送带的速度与脉冲信号n的关系V＝kn其中k为常数(这里k＝32)n为脉冲数。

图5是在线密度测量装置的结构图，81是取样器，82是旋转气缸，83是螺旋提升器，84是支架，85是平料气缸，86是变频电机，87是拉压传感器(称重传感器)，88是标准容器，89是卸料气缸。取样器81从物料输送带上取物料后，通过螺旋提升器83把物料输送到标准容器88，物料装满标准容器88后，通过平料气缸85把物料从标准容器上端口铲平，然后拉压传感器测出此时标准容器总重量M，那么在这一时间内物料的平均密度 $\mathrm{\ρ}=\frac{M-m}{V}$ 其中M为总质量，m为标准容器质量，V为标准容器体积。

此外，上述在线密度测量装置是在物料密度变化较大或要求更高测量精度的情况下加装的，本发明的视觉式皮带秤中也可以不加装在线密度测量装置。

需要指出的是，本发明对环境无污染，适用于所有用输送带输送的物料质量的在线测量，它对输送带速度不恒定、物料堆积形状各异和物料密度变化大等因素带来的影响都可以克服，可广泛应用于矿山、冶金、电力、烟草、化工等行业。

尽管已对本发明进行了描述，但其只是为了说明的目的，本发明不限于具体描述和结构，本领域普通技术人员可对其进行不脱离本发明精神的各种改变，本发明的保护范围由后附的权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种视觉式皮带秤，其特征在于包括：产生与物料截面积有关的视频信号的视觉式传感器，防止视觉式传感器被污染的防护罩，给视觉式传感器提供一定亮度的光源，消除背景影响视频信号的挡光板，测量输送带速度的速度传感器，用以接收处理视频信号、速度信号、密度信号并显示各种测量与工作状态的信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的视觉式传感器和防护罩放置在物料输送带下料口的前方。

3.根据权利要求2所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的视觉式传感器与物料输送带下料口处之间的上下夹角在±30°以内，左右夹角在±90°内。

4.根据权利要求3所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的视觉式传感器放置在物料输送带下料口的正前方，且视觉式传感器的下端可视线与下料口滚动轴和皮带的上切线处于同一水平线。

5.根据权利要求1所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的信号处理单元采用积分法来计算物料质量，即 $M=K{\∫}_0^T{\mathrm{\ρ}}_j{s}_j{n}_j\mathrm{dt}.$ 其中，M为物料质量，k为常数，ρ_j为物料密度，S_j为通过视觉式传感器测得的物料截面积，n_j为通过速度传感器测得的脉冲数，T为时间。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的视觉式传感器包括可调距离的聚焦镜头，与镜头连接的摄像头。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的防护罩，包括自动除尘器、防护外壳和支架。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的光源是500W钨灯，它放置于输送带的两侧。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的挡光板是由防反光材料所组成的白色面板，其大小覆盖视觉式传感器的整个视觉范围，它放置于离下料口一定距离的输送带上方。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的测量输送带速度的速度传感器，是装在输送带传动轴上的脉冲感应器，它包括压紧轮、拉簧、检测轮、检测头、磨擦轮、本体、调节手轮和调节槽。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：还包括用以测量物料密度的在线密度测量装置。

12.根据权利要求11所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的在线密度测量装置，它包括取样器、物料提升机、标准容器、称重传感器、自动铲平器和自动卸料器。

13.根据权利要求1-5中任一项所述的视觉式皮带秤，其特征在于：所述的信号处理单元与视觉式传感器、速度传感器、在线密度测量装置相连。

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