基于激光測距的皮帶物料測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于激光測距的皮帶物料測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及激光測距和 通信等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)輸皮帶是物料短途運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦山、農(nóng)業(yè)、食品、煙草等生產(chǎn) 行業(yè)。準(zhǔn)確測量皮帶輸送物料的質(zhì)量對于生產(chǎn)自動控制、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、控制生產(chǎn)成本有著積極 重要的意義。目前實(shí)際生產(chǎn)中的皮帶測量主要使用電子皮帶秤和核子皮帶秤。電子皮帶 秤是利用壓力傳感器測量物料重量引起的皮帶對傳感器的壓力，從而實(shí)現(xiàn)對物料重量的測 量。電子皮帶秤采用接觸式測量，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括托輥、杠桿及各種連接機(jī)構(gòu)，機(jī)械裝置 眾多，任何裝置的故障都會影響測量的精度。所以存在測量精度低，故障率高、維護(hù)復(fù)雜等 問題。核子皮帶秤是通過向皮帶上的物料投射γ射線，γ射線穿過不同厚度物料所引起 的衰減不同，檢測穿過物料后γ射線強(qiáng)度，將強(qiáng)度帶入與物料成分、密度相關(guān)的公式即可 得到射線方向上的物料厚度，核子皮帶秤就是通過這一基本原理實(shí)現(xiàn)對物料的測量。核子 皮帶秤采用非接觸式測量，克服了電子皮帶秤存在的部分缺點(diǎn)，但仍存在精度低、放射源安 全管理、標(biāo)定復(fù)雜等問題。目前還有一些通過的圖像處理的原理進(jìn)行皮帶物料測量的方法， 但由于精度和可實(shí)施性方面的原因，多處于理論階段，未形成產(chǎn)品。
[0003] 因此，目前需要一種測量精度高、簡單可靠、成本低，便于實(shí)施的運(yùn)輸皮帶物料測 量的新方法與系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型目的在于提供一種測量精度高、簡單可靠、成本低，非接觸式的運(yùn)輸皮 帶測量系統(tǒng)。所述測量系統(tǒng)采用集中式系統(tǒng)架構(gòu)，可同時(shí)處理系統(tǒng)內(nèi)對多個(gè)運(yùn)輸皮帶的采 集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)運(yùn)輸皮帶輸送的物料的體積和質(zhì)量的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程測量。
[0005] 所述測量系統(tǒng)主要包括：激光掃描測距設(shè)備、皮帶速度測量設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)計(jì) 服務(wù)器；在每條運(yùn)輸皮帶上方安裝激光掃描測距設(shè)備，并在運(yùn)輸皮帶的滾筒上安裝皮帶速 度測量設(shè)備；統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收各條運(yùn)輸皮帶上設(shè)備通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)服務(wù)器 對數(shù)據(jù)處理得到各運(yùn)輸皮帶傳送的物料的體積和質(zhì)量。
[0006] 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：激光掃描測距設(shè)備安裝在每條運(yùn)輸皮帶的對稱軸線的正上 方，安裝高度應(yīng)高于物料高度；同時(shí)激光掃描測距設(shè)備的掃描面應(yīng)垂直于皮帶對稱軸線和 皮帶底部切面，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度。
[0007] 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：激光掃描測距設(shè)備的每個(gè)掃描周期可獲得一組數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù) 據(jù)表示激光頭到物料表面的距離值，這組數(shù)據(jù)為皮帶及物料的截面上部形狀數(shù)據(jù)。
[0008] 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器主要包括通信單元、存儲單元、數(shù)據(jù)處理單 元；通信單元負(fù)責(zé)采集接收通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸來的激光掃描測距設(shè)備和皮帶速度測量設(shè)備 的輸出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理單元處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給其它設(shè)備；存儲單元負(fù)責(zé)存儲所有皮帶 的物料質(zhì)量的實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)，及各皮帶相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)處理通信單元 接收的數(shù)據(jù)，得到各運(yùn)輸皮帶傳送的物料的體積和質(zhì)量。
[0009] 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器存儲有激光掃描測距設(shè)備在皮帶空載時(shí)的掃 描數(shù)據(jù)。
[0010] 該系統(tǒng)進(jìn)一步包括：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理單元包括乘法處理模塊和加法處 理模塊；加法處理模塊負(fù)責(zé)將掃描數(shù)據(jù)與預(yù)先記錄的皮帶空載掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行差值處理，得 到皮帶上物料截面數(shù)據(jù)；乘法處理模塊負(fù)責(zé)將物料截面數(shù)據(jù)、皮帶速度和采集數(shù)據(jù)的間隔 時(shí)間求積處理，得到瞬時(shí)物料體積，將結(jié)果和物料密度再求積處理，得到瞬時(shí)物料質(zhì)量；加 法處理模塊還負(fù)責(zé)將瞬時(shí)物料體積或質(zhì)量求和，得到皮帶傳送的物料的總體積和質(zhì)量。
【附圖說明】
[0011] 圖1基于激光測距的皮帶物料測量系統(tǒng)示意圖。
[0012] 圖2激光掃描測距設(shè)備與皮帶測速設(shè)備安裝示意圖。
[0013] 圖3統(tǒng)計(jì)服務(wù)器功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖4物料測量過程示意圖。
[0015] 圖5激光掃描測距標(biāo)定所采集的截面數(shù)據(jù)示意圖。
[0016] 圖6激光掃描測距測量所采集的瞬時(shí)截面數(shù)據(jù)示意圖。
[0017] 圖7差值處理獲得物料瞬時(shí)截面數(shù)據(jù)示意圖。
[0018] 圖8瞬時(shí)截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1所示實(shí)施示例中，所述測量系統(tǒng)組成包括：
[0020] 1.統(tǒng)計(jì)服務(wù)器（101)，負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)內(nèi)所有激光掃描測距設(shè)備和皮帶測速設(shè)備上 傳的數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)得到各皮帶傳送的物料體積和物料質(zhì)量，再將處理得到的數(shù)據(jù)發(fā)送 給其它設(shè)備。
[0021] 2.監(jiān)控主機(jī)（102)，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端查看皮帶運(yùn)行和運(yùn)輸物料的情 況，并可連接皮帶的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對皮帶的控制。
[0022] 3.核心交換設(shè)備（103)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的核心管理和交換設(shè)備，負(fù)責(zé)所有接入有線網(wǎng) 絡(luò)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換，如網(wǎng)絡(luò)范圍大，選用以太網(wǎng)組網(wǎng)，如網(wǎng)絡(luò)在一定范圍內(nèi)，也可 選用現(xiàn)場總線方式組建網(wǎng)絡(luò)。
[0023] 4.接入交換設(shè)備（104)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接入設(shè)備，負(fù)責(zé)將設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換。
[0024] 5.激光掃描測距設(shè)備（105)，可采用具有網(wǎng)絡(luò)接口的激光掃描測距儀，連接接入 交換機(jī)；如所選用的激光掃描測距儀沒有網(wǎng)絡(luò)接口，需增加通信轉(zhuǎn)換裝置將激光掃描測距 儀接入網(wǎng)絡(luò)。
[0025] 6.皮帶測速設(shè)備（106)，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理通信兩部分，采用光電編碼轉(zhuǎn) 速傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，與皮帶測速滾筒的軸直接或間接相連，實(shí)時(shí)測量滾筒的轉(zhuǎn)速，可產(chǎn) 生與托滾筒轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號；數(shù)據(jù)處理通信部分負(fù)責(zé)將脈沖信號結(jié)合滾筒直徑運(yùn)算 得到皮帶速度，并將皮帶速度通過網(wǎng)絡(luò)傳送給統(tǒng)計(jì)服務(wù)器。
[0026] 激光掃描測距設(shè)備和皮帶測速設(shè)備的安裝位置參考圖2 :
[0027] 1.激光掃描測距儀（105)每條運(yùn)輸皮帶的對稱軸線的正上方，安裝高度應(yīng)高于 物料高度；同時(shí)激光掃描測距設(shè)備的掃描面應(yīng)垂直于皮帶運(yùn)行軸線（201)和皮帶底部切面 (202)，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度。
[0028] 2.皮帶測速設(shè)備（106)的數(shù)據(jù)采集部分連接滾筒（203)的軸。
[0029] 參考圖3,統(tǒng)計(jì)服務(wù)器包括：
[0030] 1.通信單元（301)，負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)服務(wù)器數(shù)據(jù)的輸入輸出，功能主要由接口芯片（302) 實(shí)現(xiàn)，通過端口（303)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，接口芯片應(yīng)符合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)要求，可使用網(wǎng)卡芯 片，也可使用現(xiàn)場總線芯片。
[0031] 2.存儲單元（304)，包括數(shù)據(jù)管理模塊（305)和存儲元件（306)，數(shù)據(jù)管理模塊 負(fù)責(zé)對存儲元件的存儲空間資源進(jìn)行管理，包括存儲數(shù)據(jù)地址管理和數(shù)據(jù)檢索查詢服務(wù)管 理。
[0032] 3.數(shù)據(jù)處理單元（307)，包括加法處理模塊（308)和乘法處理模塊（309)，可利用 多數(shù)處理器內(nèi)置的加法器和乘法器，也可使用FPGA實(shí)現(xiàn)。加法處理模塊用于執(zhí)行加法和減 法的數(shù)據(jù)處理工作，乘法處理模塊用于執(zhí)行乘法的數(shù)據(jù)處理工作。
[0033] 物料測量的具體工作步驟如下：
[0034] 1.初次使用時(shí)需先進(jìn)行空載標(biāo)定（401))，標(biāo)定時(shí)需對空載皮帶使用激光掃描測 距設(shè)備進(jìn)行掃描，獲得空載皮帶的截面上部形狀數(shù)據(jù)A b，如圖5所示，記錄在統(tǒng)計(jì)服務(wù)器中。
[0035] 2. (402)測量時(shí)統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收激光掃描測距設(shè)備掃描獲得皮帶上物料的截面上 部形狀數(shù)據(jù)Ai,如圖6所示，同時(shí)接收皮帶測速設(shè)備上傳的實(shí)時(shí)皮帶移動速度 Vi，
[0036] 3. (403)將掃描數(shù)據(jù)與標(biāo)定時(shí)記錄的皮帶空載掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行差值處理，Si = Ab-Ai,如圖7所示；處理后獲得瞬時(shí)物料截面數(shù)據(jù)Si，如圖8所示。
[0037] 4. (404)瞬時(shí)截面輪廓數(shù)據(jù)與獲得的皮帶速度相乘再乘以采集數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間 Ati，得到此間隔時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸皮帶傳送的瞬時(shí)物料測量體積Vi, Vi= Si Ii · Ati;瞬時(shí)物料 體積乘以物料密度q，即得到瞬時(shí)物料質(zhì)量Mi, Mi= V i · q。
[0038] 5. (405)將該皮帶某段時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)物料質(zhì)量Mi累加，即可得到該皮帶此段時(shí)間 內(nèi)傳送的物料質(zhì)量Ζτ，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于激光測距的皮帶物料測量系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主要包括激光掃描測距 設(shè)備、皮帶速度測量設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)計(jì)服務(wù)器；在每條運(yùn)輸皮帶上方安裝激光掃描測距 設(shè)備，并在運(yùn)輸皮帶的滾筒上安裝皮帶速度測量設(shè)備；統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收各條運(yùn)輸皮帶上設(shè) 備通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)服務(wù)器對數(shù)據(jù)處理得到各運(yùn)輸皮帶傳送的物料的體積和 質(zhì)量。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于：激光掃描測距設(shè)備安裝在每條運(yùn)輸皮 帶的對稱軸線的正上方，安裝高度應(yīng)高于物料高度；同時(shí)激光掃描測距設(shè)備的掃描面應(yīng)垂 直于皮帶對稱軸線和皮帶底部切面，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度。
3. 如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于：激光掃描測距設(shè)備應(yīng)選用具有網(wǎng)絡(luò)或 總線接口的設(shè)備；如設(shè)備沒有網(wǎng)絡(luò)或總線接口，需增加通信轉(zhuǎn)換裝置將激光掃描測距設(shè)備 接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
4. 如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器主要包括通信單元、存 儲單元、數(shù)據(jù)處理單元；通信單元負(fù)責(zé)采集接收通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸來的激光掃描測距設(shè)備 和皮帶速度測量設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理單元處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給其它設(shè)備；存儲單 元負(fù)責(zé)存儲所有皮帶的物料質(zhì)量的實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)，及各皮帶相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單 元負(fù)責(zé)處理通信單元接收的數(shù)據(jù)，得到各運(yùn)輸皮帶傳送的物料的體積和質(zhì)量。
5. 如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器存儲有激光掃描測距 設(shè)備在皮帶空載時(shí)的掃描數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于：所述統(tǒng)計(jì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理單元包括 乘法處理模塊和加法處理模塊；加法處理模塊負(fù)責(zé)將掃描數(shù)據(jù)與預(yù)先記錄的皮帶空載掃描 數(shù)據(jù)進(jìn)行差值處理，得到皮帶上物料截面數(shù)據(jù)；乘法處理模塊負(fù)責(zé)將物料截面數(shù)據(jù)、皮帶速 度和采集數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間求積處理，得到瞬時(shí)物料體積，將結(jié)果和物料密度再求積處理，得 到瞬時(shí)物料質(zhì)量；加法處理模塊還負(fù)責(zé)將瞬時(shí)物料體積或質(zhì)量求和，得到皮帶傳送的物料 的總體積和質(zhì)量。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于激光測距的皮帶物料測量系統(tǒng)，屬于非接觸式皮帶秤系統(tǒng)。所述系統(tǒng)主要包括激光掃描測距設(shè)備、皮帶速度測量設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)計(jì)服務(wù)器；在每條運(yùn)輸皮帶上方安裝激光掃描測距設(shè)備，并在運(yùn)輸皮帶的滾筒上安裝皮帶速度測量設(shè)備；通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)服務(wù)器接收處理數(shù)據(jù)得到各運(yùn)輸皮帶傳送的物料的體積和質(zhì)量。所述系統(tǒng)采用集中式的數(shù)據(jù)處理方式，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對多個(gè)皮帶的準(zhǔn)確測量與監(jiān)控。本系統(tǒng)所用設(shè)備及原件極少，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，運(yùn)行安全可靠、實(shí)施成本低，便于在各運(yùn)輸皮帶使用行業(yè)中推廣應(yīng)用。
【IPC分類】G01B11-00
【公開號】CN204421832
【申請?zhí)枴緾N201520028151
【發(fā)明人】孫繼平, 劉毅
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月13日