CN204535825U - 基于激光测距的皮带秤 - Google Patents

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刘毅
孙继平
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China University of Mining and Technology CUMT
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Abstract

本实用新型公开了一种基于激光测距的皮带秤,属于非接触式皮带秤。所述皮带秤主要包括激光扫描测距设备、皮带测速单元、人机交互单元、数据处理单元和通信单元;激光扫描测距设备安装在运输皮带上方,用于获取物料距离数据;皮带测速单元用于获取皮带运动速度;人机交互单元用于设置操作和数据显示;通信单元负责采集和发送数据;数据处理单元对数据处理得到皮带运输的物料的体积和质量。本皮带秤所用设备及原件极少,结构简单,测量精度高,运行安全可靠、实施成本低,便于在各运输皮带使用行业中推广应用。

Description

基于激光测距的皮带秤
技术领域
本实用新型涉及一种基于激光测距的皮带秤,该皮带秤涉及激光测距和通信等领域。
背景技术
运输皮带是物料短途运输的重要设备,广泛应用于矿山、农业、食品、烟草等生产行业。准确测量皮带输送物料的质量对于生产自动控制、产量统计、控制生产成本有着积极重要的意义。目前实际生产中的皮带测量主要使用电子皮带秤和核子皮带秤。电子皮带秤是利用压力传感器测量物料重量引起的皮带对传感器的压力,从而实现对物料重量的测量。电子皮带秤采用接触式测量,机械结构复杂,包括托辊、杠杆及各种连接机构,机械装置众多,任何装置的故障都会影响测量的精度。所以存在测量精度低,故障率高、维护复杂等问题。核子皮带秤是通过向皮带上的物料投射γ射线,γ射线穿过不同厚度物料所引起的衰减不同,检测穿过物料后γ射线强度,将强度带入与物料成分、密度相关的公式即可得到射线方向上的物料厚度,核子皮带秤就是通过这一基本原理实现对物料的测量。核子皮带秤采用非接触式测量,克服了电子皮带秤存在的部分缺点,但仍存在精度低、放射源安全管理、标定复杂等问题。目前还有一些通过的图像处理的原理进行皮带物料测量的方法,但由于精度和可实施性方面的原因,多处于理论阶段,未形成产品。
因此,目前需要一种测量精度高、简单可靠、成本低,便于实施的运输皮带物料测量的新方法与装置。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种测量精度高、简单可靠、成本低,非接触式的皮带秤。
所述皮带秤主要包括:激光扫描测距设备、皮带测速单元、人机交互单元、数据处理单元和通信单元;激光扫描测距设备安装在运输皮带上方,用于获取物料截面数据;皮带测速单元连接皮带滚筒轴,用于获取皮带运动速度;人机交互单元包括按键和显示屏,按键用于对测量相关参数进行设置操作,显示屏用于数据显示;通信单元负责采集激光扫描测距设备的扫描数据和皮带测速单元的数据,并将数据处理单元处理结果通过通信端口发送给其它设备;数据处理单元对激光扫描测距设备的扫描数据和皮带测速单元的信号或数据进行处理,得到皮带运输的物料的体积和质量。
该皮带秤进一步包括:激光扫描测距设备安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方,安装高度应高于物料高度;同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面,并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度。
该皮带秤进一步包括:激光扫描测距设备的每个扫描周期可获得一组数据,每个数据表 示激光头到物料表面的距离值,这组数据为皮带及物料的截面上部形状数据。
该皮带秤进一步包括:所述数据处理单元包括存储芯片、乘法处理模块和加法处理模块;加法处理模块负责将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行差值处理,得到皮带上物料截面数据;乘法处理模块负责将物料截面数据、皮带速度和采集数据的间隔时间求积处理,得到瞬时物料体积,将结果和物料密度再求积处理,得到瞬时物料质量;加法处理模块还负责将瞬时物料体积或质量求和,得到皮带传送的物料的总体积和质量。
该皮带秤进一步包括:所述存储芯片存储有激光扫描测距设备在皮带空载时的扫描数据。
附图说明
图1基于激光测距的皮带秤结构示意图。
图2设备安装示意图。
图3物料测量过程示意图。
图4激光扫描测距标定所采集的截面数据示意图。
图5激光扫描测距测量所采集的瞬时截面数据示意图。
图6差值处理获得物料瞬时截面数据示意图。
图7物料瞬时截面示意图。
具体实施方式
如图1所示实施示例中,所述皮带秤组成包括:
1.激光扫描测距设备(101),采用测距距离大于5米的激光扫描测距仪(102)。
2.皮带测速单元(103),采用光电测速传感器(104),与皮带滚筒轴直接或间接相连,实时测量滚筒的转速,直接输出皮带速度数据。
3.通信单元(105),包括输入端口(106)和输入端口(107),输入端口部分接收激光扫描测距仪(102)发送的扫描数据,并接收测速传感器(104)数据,可选用RS232、RS485、USB等标准端口。输出端口部分将数据通过数据网络发送给其它设备,可采用网络端口或现场总线端口,除有线端口外,也可使用无线通信方式。
4.人机交互单元(108),包括显示屏(109)和按键(110),显示屏采用两行点阵型LCD液晶显示模块,视域尺寸:60.5×18.0mm,54.8×18.3m。设计使用4个按键,采用独立按键式键盘,结合显示屏的显示介面,实现对测量相关参数进行设置操作的功能。
5.数据处理单元(108),包括存储芯片(109)、加法器(110),乘法器(111)存储芯片采用1片24C512,24C512使用I2C总线通信,使用两个标准I/O接口加上拉电 阻连接SCL和SDA管脚,实现处理器与存储芯片通信控制。存储芯片主要存储装置中与测量有关的参数,及标定时空载皮带的截面数据。加法器(110)用于执行加法和减法的数据处理工作,乘法器用(111)于执行乘法的数据处理工作,实施时可使用FPGA实现。
6.辅助电路(114),除以上提到的各单元设备外,装置还包括电源电路等辅助电路(114)和相关元件,为各单元设备元件提供支持,如在煤矿井下使用下所有元件及电路应符合本质安全要求。
激光扫描测距设备和皮带测速单元的安装位置参考图2:
1.激光扫描测距仪(12)每条运输皮带的对称轴线的正上方,安装高度应高于物料高度;同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带运行轴线(201)和皮带底部切面(202),并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度;。
2.皮带测速设备(104)的数据采集部分连接滚筒(203)的轴。
所述皮带秤的具体工作步骤如下:
1.初次使用时需先进行空载标定(301),标定获得空载皮带的截面上部形状数据Ab,如图4所示,记录在存储芯片中,每次开机时自动将所存数据调入寄存器。
2.(302)测量时通信单元的输入端口接收激光扫描测距设备扫描获得皮带上物料的截面上部形状数据Ai,如图5所示,同时接收皮带测速单元上传信号或数据,获得实时皮带移动速度vi
3.(303)将扫描数据与标定时记录的皮带空载扫描数据进行差值处理Si=Ab-Ai,如图6所示;获得瞬时物料截面数据Si,如图7所示。
4.(304)瞬时截面轮廓数据与获得的皮带速度相乘再乘以采集数据的间隔时间Δti,得到此间隔时间内运输皮带传送的瞬时物料测量体积Vi,Vi=Si·vi·Δti;瞬时物料和物料密度q进行求积处理,即得到瞬时物料质量Mi,Mi=Vi·q。
5.(305)将该皮带某段时间内的瞬时物料质量Mi累加处理,即可得到该皮带此段时间内传送的物料质量ZT式中N为在时间段T中统计服务器对激光扫描测距设备扫描数据的采集数据次数,Δti越小则N越大测量精度越高。
6.(306)将物料质量数据通过通信单元的通信端口发送给其它设备;并通过人机交互单元的LCD显示屏显示皮带速度和累积传输的物料质量。

Claims (5)

1.一种基于激光测距的皮带秤,其特征在于:所述皮带秤主要包括激光扫描测距设备、皮带测速单元、人机交互单元、数据处理单元和通信单元;激光扫描测距设备安装在运输皮带上方,用于获取物料截面数据;皮带测速单元连接皮带滚筒轴,用于获取皮带运动速度;人机交互单元包括按键和显示屏,按键用于对测量相关参数进行设置操作,显示屏用于数据显示;通信单元负责采集激光扫描测距设备的扫描数据和皮带测速单元的数据,并将数据处理单元处理结果通过通信端口发送给其它设备;数据处理单元对激光扫描测距设备的扫描数据和皮带测速单元的信号或数据进行处理,得到皮带运输的物料的体积和质量。
2.如权利要求1所述的皮带秤,其特征在于:激光扫描测距设备安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方,安装高度应高于物料高度;同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面,并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度。
3.如权利要求1所述的皮带秤,其特征在于:激光扫描测距设备的每个扫描周期可获得一组数据,每个数据表示激光头到物料表面的距离值,这组数据为皮带及物料的截面上部形状数据。
4.如权利要求1所述的皮带秤,其特征在于:所述数据处理单元包括存储芯片、乘法处理模块和加法处理模块;加法处理模块负责将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行差值处理,得到皮带上物料截面数据;乘法处理模块负责将物料截面数据、皮带速度和采集数据的间隔时间求积处理,得到瞬时物料体积,将结果和物料密度再求积处理,得到瞬时物料质量;加法处理模块还负责将瞬时物料体积或质量求和,得到皮带传送的物料的总体积和质量。
5.如权利要求4所述的皮带秤,其特征在于:所述存储芯片存储有激光扫描测距设备在皮带空载时的扫描数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104515572A (zh) * 2015-01-13 2015-04-15 中国矿业大学(北京) 基于激光测距的皮带秤
CN106895897A (zh) * 2017-04-17 2017-06-27 华侨大学 一种质量测量装置及测量方法
CN110902313A (zh) * 2019-12-05 2020-03-24 天津成科传动机电技术股份有限公司 皮带轮廓检测、输送带流量检测方法、装置、设备及存储介质

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