CN203772403U - 皮带秤计量监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种皮带秤计量监测系统，该系统包括：皮带秤及图像校验装置，皮带秤包括承载器、速度传感器及电子称重仪，图像校验装置包括两个摄像仪及图像处理仪；承载器的输出端与电子称重仪的第一输入端连接；速度传感器的输出端与电子称重仪的第二输入端连接；电子称重仪与图像处理仪通过通信端口连接；两个摄像仪的输出端分别与图像处理仪的第一、第二输入端连接。图像处理装置根据两个摄像仪采集的皮带工况图像确定皮带上物料的体积，再结合电子称重仪采集的皮带上的物料的质量确定皮带上物料的堆积密度，进而根据确定的物料的堆积密度与标定的堆积密度的关系，对皮带秤进行实时的校验提高了皮带秤计量数据的可信度。

Description

皮带秤计量监测系统

技术领域

本实用新型涉及仪器计量领域，尤其涉及一种皮带秤计量监测系统。

背景技术

电子皮带秤，是目前普遍应用于冶金、矿业等生产领域物料输送机的一种计量设施。皮带秤计量的数据关系多方利益，计量数据偏小，可使生产企业的工资和税收支出少，提高企业效益，但是税收部门和安监部门，希望皮带秤计量数据准确，以监控煤矿产能，实现税源控制，避免超能力生产，确保生产安全。

目前，电子皮带秤主要通过称重传感器检测经过皮带秤秤架皮带单位长度上物料的重量，速度传感器检测皮带的运行速度，根据皮带单位长度上物料的重量和皮带的运行速度确定皮带秤计量的物料质量。

但是，上述方法并未对皮带秤计量的数据进行实时的校验，使得皮带秤计量数据的可信度较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种皮带秤计量监测系统，用于解决现有技术中皮带秤计量的数据可信度较低的问题。

本实用新型提供一种皮带秤计量监测系统，包括：皮带秤及图像校验装置，所述皮带秤包括承载器、速度传感器及电子称重仪，所述图像校验装置包括第一摄像仪、第二摄像仪及图像处理仪，所述第一摄像仪和第二摄像仪沿皮带运行方向依次安装于垂直于皮带表面的平面上；

所述承载器的输出端与所述电子称重仪的第一输入端连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号发送给所述电子称重仪；

所述速度传感器的输出端与所述电子称重仪的第二输入端连接，以将采集到的皮带运行速度信号发送给所述电子称重仪；

所述电子称重仪的通信端口与所述图像处理仪的通信端口连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号、皮带的运行速度信号发送给所述图像处理仪；

所述第一摄像仪和第二摄像仪的输出端分别与所述图像处理仪的第一、第二输入端连接，以将采集到的皮带工况图像发送给所述图像处理仪，所述皮带的工况图像包括物料在皮带上的分布图像。

在本实用新型的一种可能的实现形式中，所述两个摄像仪的视场重叠区域的宽度与所述皮带的宽度相等。

在本实用新型的另一种可能的实现形式中，所述图像处理仪，包括：

显示器，用于显示所述皮带秤的工况图像数据，所述皮带秤的工况图像数据包括皮带单位长度上物料的体积、堆积密度及皮带秤运行状态。

在本实用新型的又一种可能的实现形式中，所述皮带秤监测系统，还包括：

电源，所述电源输出端与所述承载器、电子称重仪、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及图像处理仪的供电端连接，用于为所述承载器、电子称重仪、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及所述图像处理仪提供电源。

在本实用新型的再一种可能的实现形式中，所述皮带秤监测系统，还包括：

指示灯，与所述图像处理仪的第一输出端连接，用于指示所述皮带秤的运行状态，所述皮带秤的运行状态包括运行稳定或运行异常。

在本实用新型的又一种可能的实现形式中，所述皮带秤监测系统，还包括：

校零装置，所述零点校验装置的第一输入端与所述图像处理仪的第二输出端连接，用于根据所述图像处理仪的指示对所述皮带秤进行零点校验。

本实用新型提供的皮带秤计量监测系统，图像处理仪根据两个摄像仪采集的皮带工况图像，可确定皮带上物料的体积，再结合电子称重仪采集的皮带上的物料的质量可确定皮带上物料的堆积密度，进而可根据确定的物料的堆积密度与物料标定的堆积密度的关系，对皮带秤计量的数据进行实时的校验，提高了皮带秤计量数据的可信度。

附图说明

图1为本实用新型提供的皮带秤计量监测系统实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型提供的皮带秤图像校验的方法实施例一的流程示意图；

图3为双目三维体积重建方法原理示意图；

图4为本实用新型提供的皮带秤计量监测系统实施例二的结构示意图；

图5为本实用新型提供的皮带秤图像校验的方法实施例二的流程示意图；

具体实施方式

图1为本实用新型提供的皮带秤计量监测系统实施例一的结构示意图。如图1所示，该系统包括：皮带秤100及图像校验装置110，所述皮带秤100包括承载器101、速度传感器102及电子称重仪103，所述图像校验装置110包括第一摄像仪111、第二摄像仪112及图像处理仪113，所述第一摄像仪111和第二摄像仪112沿皮带运行方向依次安装于垂直于皮带表面的平面上。

其中，所述承载器101的输出端与所述电子称重仪103的第一输入端连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号发送给所述电子称重仪；所述速度传感器102的输出端与所述电子称重仪103的第二输入端连接，以将采集到的皮带运行速度信号发送给所述电子称重仪103；所述电子称重仪103的通信端口与所述图像处理仪113的通信端口连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号、皮带的运行速度信号发送给所述图像处理仪113；所述第一摄像仪111和第二摄像仪112的输出端分别与所述图像处理仪113的第一、第二输入端连接，以将采集到的皮带工况图像发送给所述图像处理仪113，所述皮带的工况图像包括物料在皮带上的分布图像。

具体的，本实施例中的第一摄像仪111和第二摄像仪112为性能参数完全相同的摄像仪，为了得到清晰的皮带工况图像，第一摄像仪111和第二摄像仪112尽量采用像素较高的摄像机，第一摄像仪111和第二摄像仪112的视场重叠区域的宽度与皮带的宽度相同。在皮带空带时，第一摄像仪111和第二摄像仪112还可采集到此时皮带的图像，并发送给图像处理仪113。

图像处理仪。摄像仪与图像处理仪间可通过数据线传输数据，或者图像处理仪通过无线通信传输数据，比如，通过红外、蓝牙或者wifi等形式传输数据。相应的，承载器与电子称重仪、速度传感器与电子称重仪及电子称重仪与图像处理仪间均可通过与摄像仪和图像处理仪间相同或相似的方式传输数据。

图像处理仪113包括图像处理模块、存储模块、通信模块。图像处理模块用于处理图像处理仪从第一摄像仪111和第二摄像仪112采集到的皮带图像及皮带上物料的分布图像，利用双目视觉三维重建方法，可得到皮带上物料的体积，再根据电子称重仪采集的皮带上物料的质量，确定皮带上物料的堆积密度，然后将确定的堆积密度与物料标定的堆积密度进行比较，若二者相等或者二者的差值在一定的范围内，即可确定皮带秤运行稳定，计量的物料的质量准确，否则可确定皮带秤不稳定。存储模块，可用于存储皮带的工况图像、及处理模块处理的工况图像数据，比如皮带单位长度上物料的体积，皮带单位长度上物料的堆积密度及皮带上物料的标定堆积密度及对应的时间等。通信模块可以为数据接口或者无线通信模块，用于与摄像仪、电子称重仪进行通信。

需要说明的是，本实施例中提供的皮带秤计量监测系统中，速度传感器与承载器采集的数据经电子称重仪处理后才传递给图像处理仪，但是本领域的技术人员可以理解的是，直接将速度传感器与载器采集的数据发送给图像处理仪，由图像处理仪进行数据处理，而省掉本实施例中的电子称重仪，使系统更简化的方法也在本实用新型保护的范围内。

本实施例提供的皮带秤监测系统，图像处理仪根据两个摄像仪采集的皮带工况图像及皮带的运行速度，可确定皮带上物料的体积，再根据电子称重仪采集的皮带上的物料的质量可确定皮带上物料的堆积密度，进而可根据确定的物料的堆积密度与物料标定的堆积密度的关系，对皮带秤计量的数据进行实时的校验，提高了皮带秤计量数据的可信度。

图2为本实用新型提供的皮带秤图像校验方法实施例一的流程示意图。图2所示的皮带秤监控方法基于图1所述的皮带秤监测系统。如图2所示，该皮带秤图像校验方法包括：

S201，获取皮带秤上的皮带的工况图像，所述皮带的工况图像包括物料在皮带上的分布图像。

其中，本方法的执行主体可以为图1中所示的图像处理仪。假设图像处理仪113与摄像仪111和摄像仪112间通过数据线连接，则摄像仪111和摄像仪112可通过数据线将采集的皮带上的工况图像实时的传给图像处理仪113。

S202，获取所述皮带秤上的皮带的运行速度。

其中，图像处理仪可以从电子称重仪侧获取皮带的运行速度，还可以通过直接与速度传感器连接，从速度传感器侧直接获取皮带的运行速度。

S203，根据所述工况图像及所述皮带的运行速度确定所述皮带单位长度上物料的体积。

举例来说，皮带秤初始使用时，工作人员已将皮带在空带状态下，摄像仪采集的皮带的工况图像保存在图像处理仪中，则该皮带秤监测系统正式使用时，图像处理仪可将实时获得的皮带的工况图像与皮带的空带图像进行比较，若二者相同或者接近相同则确定皮带空带，若二者不同，则可利用双目三维重建方法，确定摄像仪采集的皮带工况图像对应区域内物料的体积。

具体的，假设图1所示的皮带秤监测系统中，第一摄像仪111的焦点O_L311与第二摄像仪112的焦点O_R321的距离为a，第一摄像仪111的焦点311到第一摄像仪111的焦平面L_L312的距离为b，第一摄像仪111和第二摄像仪112与皮带表面平行的同一高度的平面上，则第二摄像仪112的焦点321到第二摄像仪112的焦平面L_R322的距离为b，假设以焦点O_L作为原点，以焦点O_L和O_R所在的直线为X轴，以与焦平面L_L和L_R所在的平面平行的平面作为XY平面，与XY平面垂直且指向皮带表面的方向作为Z轴，构建空间坐标系。

图3为双目三维体积重建方法原理示意图。如图3所示，以P点331、焦点O_L和焦点O_R在同一XZ平面为例，皮带上物料的上表面上的任一点P331到焦点O_L和O_R所在的直线间的距离为H，点P与焦点O_L的连线与焦平面L_L的交点为P_L（X^L，f），点P与焦点O_R的连线与焦平面L_R的交点为P_R（X^R，f），则根据相似三角形原理可知，皮带上与焦点O_L和焦点O_R在同一XZ平面内的任一点到XY平面的距离H为：

$H=\frac{f\×a}{a-X^a+X^l}---\left(1\right)$

利用式（1）可计算出P点在XZ平面变化时，各个P点到X轴的距离。依次类推，可计算出皮带上物料的上表面上各个点P到X轴的距离H（x，y），假设摄像仪111和摄像仪112的视场重叠区域的长度为L，皮带的宽度为D，则皮带上物料的上表面与XY平面间空间的体积V为：

相同的方法，可确定皮带空带时，皮带上表面与XY平面间空间的体积V₀，则任一时刻，摄像仪视场重叠区域内皮带上物料的体积为：

V₁＝F₂-F   (3)

若摄像仪的视场重叠区域的长度为L，则皮带上物料的“荷体积”q_v可根据下式（4）确定：

q_v-V_l/L   （4）

相应的，若速度传感器测得的皮带的速度为v(t)，则皮带上物料的瞬时“体积流量”F(t)为：

F_r(t)-q_r×P(f)   （5）

因为皮带上物料不均匀性的变化，所以在一连续预设的时间段T内通过皮带秤有效称量段上的物料的体积可以下式（6）式算出。

$V=\underset{a}{\overset{f}{\∫}}{F}_r\left(L\right)\mathrm{dt}---\left(6\right)$

S204，获取所述皮带单位长度上物料的质量。

具体的，承载器安装在输运机的皮带上，输运机皮带上物料质量的变化量将直接传递到与承载器相连的称重传感器上。因此，称重传感器输出电压的大小反应了承载器皮带上物料质量的大小。通过称重传感器可以动态检测单位长度皮带上的物料重量--“荷质量q_w”，假设皮带上无物料时，称重传感器输出的电压信号为U₀，皮带上有物料时，称重传感器输出的电压信号为U₁，则单位长度皮带上的物料的质量q_w为：

q_w＝k(U₁-U₂)   （7）

其中，k为质量标定系数。

S205，根据所述皮带单位长度上物料的体积及质量确定皮带单位长度上物料的堆积密度。

S206，将所述堆积密度与所述物料标定的堆积密度进行比较，若所述堆积密度与标定的物料的堆积密度的差值在第一预设的范围内，则确定所述皮带秤运行稳定。

例如，皮带上运输的物料为煤，煤的标定堆积密度为（0.8～0.9）t/m³，利用上述方法，确定的皮带上煤的堆积密度为0.85t/m³，则可确定此时皮带秤运行稳定，皮带秤计量的数据准确。

进一步地，上述方法，还包括：若所述堆积密度与物料标定的堆积密度的差值不在第一预设的范围内，则确定所述皮带秤运行异常。

若利用上述方法，确定的皮带上煤的堆积密度为0.7t/m³或更小，则可确定承载器采集的皮带上物料的质量偏小，有可能是承载器上的称重传感器故障，或者是皮带秤零点发生了负向偏移。或者是人为原因改变了称重传感器的受力，使称重传感器计量的质量偏小。或者若利用上述方法，确定的皮带上煤的堆积密度为0.9t/m³或更大，则可确定承载器采集的皮带上物料的质量偏大，有可能是皮带秤的零点发生了正向偏移等等。

本实施例提供的皮带秤校验方法，根据皮带工况图像，可确定皮带上物料的体积，再根据皮带上的物料的质量可确定皮带上物料的堆积密度，进而可根据确定的物料的堆积密度与物料标定的堆积密度的关系，对皮带秤计量的数据进行实时的校验，提高了皮带秤计量数据的可信度。

图4为本实用新型提供的皮带秤监测系统实施例二的结构示意图。如图4所示，在图1所示的皮带秤监测系统的基础上，该皮带秤监测系统，还包括：校零装置120，所述校零装置120的第一输入端与所述图像处理仪113的第二输出端连接，用于根据所述图像处理仪的指示对所述皮带秤进行零点校验。

其中，本实施例中的校零装置可以是独立于图像处理仪的另外的装置，也可以与图像处理仪一体设置，用于对皮带秤进行零点测量，校准皮带秤零点，保证皮带秤的计量基准的真实性和准确性。

图5为本实用新型提供的皮带秤图像校验的方法实施例二的流程示意图。如图5所示，该皮带秤图像校验的方法，还包括：

S501，根据所述皮带单位长度上物料的体积及所述皮带的运行速度，确定第一连续预设时间内经过所述皮带的物料的体积。

根据上式（6）可获得一连续预设的时间段T内通过皮带秤有效称量段上的物料的体积。

S502，根据所述第一连续预设时间内经过所述皮带的物料的体积及所述物料标定的堆积密度，确定第一连续预设时间内经过所述皮带的物料的质量。

其中，不同的物料有不同的标定堆积密度，在确定物料在一连续预设的时间段T内通过皮带秤有效称量段上的物料的体积后，结合该物料的堆积密度，即可确定在该预设的时间段内通过皮带秤有效称量段上的物料的质量。

S503，若所述确定的第一连续预设时间内经过所述皮带的物料的质量与皮带秤的累积量的差值在第二预设的范围内，则确定所述皮带秤在第一连续预设的时间内计量准确。

其中，第一连续预设的时间可以为1小时、一天、一周等等，可根据皮带秤运行情况具体设定，此处对此不做限定。第二预设的范围可以为0.1吨、0.2吨或0.5吨等，可结合第一连续预设的时间、物料的堆积密度及皮带秤的具体应用场合设定，此处对此不做限定。

具体的，利用上式（7）可确定皮带单位长度上物料的质量q_w，再结合皮带的运行速度v(t)，可确定皮带上物料的瞬时“质量流量”F_w(t)：

F_w(t)-q_w-v(t)   （8）

因通过承载器皮带上物料不均匀性的变化，所以在一连续预设的时间段T内通过皮带秤的有效称量段上的物料的质量可以用（9）式算出。

$M=\underset{a}{\overset{f}{\∫}}{F}_w\left(L\right)\mathrm{dt}---\left(9\right)$

需要说明的是，上述确定皮带秤的累积量的过程可以是由通常的皮带秤的称重显示仪执行的，也可以由本实施例中的图像处理仪执行，此处对此不做限定。

若根据获取的皮带上物料的体积确定的皮带秤在一连续时间段内计量的物料的质量，与根据称重传感器采集的数据确定的皮带秤在相同的时间段内计量的物料的质量相同或差值在一预设的范围内，则可确定该皮带秤在该时间段内计量准确，否则说明在该时间段内皮带秤计量的物料的质量错误。然后可根据图像处理仪中存储的皮带秤工况图像数据，确定皮带秤的故障起始时刻，分析皮带秤故障原因。

需要说明的是，本实施例提供的皮带秤图像校验方法中S501～S503与上述皮带秤图像校验方法实施例一中的S201～S205间无先后顺序限定，二者可同时交叉执行。

进一步地，还包括：若根据所述工况图像确定在第二连续预设时间内经过皮带的物料的体积在第三预设的范围内，且根据所述皮带单位长度上物料的质量确定在第二连续预设时间内经过皮带的物料的质量在第四预设的范围内，则触发对所述皮带秤进行零点校验。

其中，第二连续预设的时间可以为1小时、一天或者皮带连续运行一圈的时间等，此处对此不做限定。

具体的，若根据摄像仪采集的皮带的工况图像确定皮带上物料的体积为零或在可近似认为皮带空带的范围内，同时根据称重传感器采集的皮带上物料的质量为零或者物料的质量在可近似认为皮带空带的范围内，则可确定皮带处于空带，从而可触发校零装置对皮带秤实施零点测量，校准皮带秤零点。本方法仅在皮带上物料的“体积”和“质量”都为“零”时，才触发对皮带进行零点测量，提高了皮带零点校零的准确性，保证皮带秤的计量基准的真实性和准确性。

本实施例提供的皮带秤图像校验的方法，结合物料的标定堆积密度，利用根据皮带的工况图像确定一段时间内皮带秤计量的物料的质量来判断皮带秤称重传感器直接测量的经过皮带秤的物料的质量是否准确，提高了皮带秤在一段时间段内计量数据的可信度。另外，仅在皮带上物料的“体积”和“质量”都为“零”时，才触发对皮带进行零点测量，保证皮带秤的计量基准的真实性和准确性。

进一步地，上述图像处理仪，包括：显示器，用于显示所述皮带秤的工况图像数据，所述皮带秤的工况图像数据包括皮带单位长度上物料的体积、堆积密度及皮带秤运行状态。

具体的，考虑皮带秤在环境恶劣的使用环境下时，工作人员不易长期处于使用现场读取数据，显示器可设置为高亮显示，使工作人员在远端通过监视仪器即可读取使用现场显示器上的各数据。

或者，图像处理仪上可不安显示器，图像处理仪处理完工况图像后，可将工况图像数据通过有线或无线连接方式发送给电子称重仪，由电子称重仪的显示器显示。

或者还可以将图像处理仪处理的工况图像数据传送给远端，由远端的显示器显示。

该显示器上还可以显示承载器计量的数据，比如经过皮带秤上的皮带的物料的累计量、物料的流量、皮带单位长度上物料的体积、皮带运行速度等。

进一步地，该皮带秤图像校验的系统，还包括：电源，所述电源输出端与所述承载器、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及所述图像处理仪的供电端连接，用于为所述承载器、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及所述图像处理仪提供电源。

优先地，皮带秤监测系统，还包括：指示灯，与所述图像处理仪的第一输出端连接，用于指示所述皮带秤的运行状态，所述皮带秤的运行状态包括运行稳定或运行异常。

具体的，为了直观的反映皮带秤的运行状态，可通过设置指示灯不同的显示状态标识皮带秤不同的运行状态。举例来说，可设置当皮带秤故障时，该指示灯点亮，或者设置该皮带秤正常状态时，指示灯为绿色，当该皮带秤异常状态时，指示灯为红色，或连续闪烁等等。此处对此不做限定。

本实施例提供的皮带秤监测系统，通过在设置显示器，使工作人员可实时的监控皮带秤计量的物料的情况及皮带秤的运行状态，另外，通过设置指示灯，可直观的将皮带秤的运行状态反映出来，以引起工作人员注意。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种皮带秤计量监测系统，其特征在于，包括：皮带秤及图像校验装置，所述皮带秤包括承载器、速度传感器及电子称重仪，所述图像校验装置包括第一摄像仪、第二摄像仪及图像处理仪，所述第一摄像仪和第二摄像仪沿皮带运行方向依次安装于垂直于皮带表面的平面上；

所述承载器的输出端与所述电子称重仪的第一输入端连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号发送给所述电子称重仪；

所述速度传感器的输出端与所述电子称重仪的第二输入端连接，以将采集到的皮带运行速度信号发送给所述电子称重仪；

所述电子称重仪的通信端口与所述图像处理仪的通信端口连接，以将采集到的皮带上物料的质量信号、皮带的运行速度信号发送给所述图像处理仪；

所述第一摄像仪和第二摄像仪的输出端分别与所述图像处理仪的第一、第二输入端连接，以将采集到的皮带工况图像发送给所述图像处理仪，所述皮带的工况图像包括物料在皮带上的分布图像。

2.根据权利要求1所述的皮带秤计量监测系统，其特征在于，所述两个摄像仪的视场重叠区域的宽度与所述皮带的宽度相等。

3.根据权利要求1所述的皮带秤计量监测系统，其特征在于，所述图像处理仪，包括：

显示器，用于显示所述皮带秤的工况图像数据，所述皮带秤的工况图像数据包括皮带单位长度上物料的体积、堆积密度及皮带秤运行状态。

4.根据权利要求1～3任一所述的皮带秤计量监测系统，其特征在于，还包括：

电源，所述电源输出端与所述承载器、电子称重仪、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及图像处理仪的供电端连接，用于为所述承载器、电子称重仪、速度传感器、第一摄像仪、第二摄像仪及所述图像处理仪提供电源。

5.根据权利要求4所述的皮带秤计量监测系统，其特征在于，还包括：

指示灯，与所述图像处理仪的第一输出端连接，用于指示所述皮带秤的运行状态，所述皮带秤的运行状态包括运行稳定或运行异常。

6.根据权利要求1～3任一所述的皮带秤计量监测系统，其特征在于，还包括：

校零装置，所述零点校验装置的第一输入端与所述图像处理仪的第二输出端连接，用于根据所述图像处理仪的指示对所述皮带秤进行零点校验。