一種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，屬于物料流量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置中輥筒轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀，輥筒頂部正上方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺、線光源，輥筒輸出端正前上方設(shè)有攝像頭，攝像頭通過(guò)圖像采集模塊與主機(jī)連接，線光源通過(guò)數(shù)字量輸出模塊與主機(jī)連接，線光源照射在輥筒頂部的物料并根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶。該裝置不受長(zhǎng)度超限、有曲線段、跑偏、張力變化等因素的影響，具有檢測(cè)精度更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，屬于物料流量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，運(yùn)輸皮帶物料流量的檢測(cè)方法和裝置主要有電子皮帶秤和核子皮帶秤。電 子皮帶秤通過(guò)稱量一定長(zhǎng)度運(yùn)輸皮帶的重量，并結(jié)合運(yùn)輸皮帶的速度計(jì)算物料流量;核子 皮帶秤則利用放射性同位素產(chǎn)生的r射線穿透物料時(shí)，r射線衰減量與物料厚度有關(guān)的特 性，通過(guò)測(cè)量剩余r射線的強(qiáng)度和結(jié)合運(yùn)輸皮帶速度來(lái)計(jì)算物料流量。電子皮帶秤檢測(cè)精度 容易受運(yùn)輸皮帶的長(zhǎng)度、有曲線段、跑偏、張力變化等因素影響，電子皮帶秤的使用條件要 求較為苛刻，運(yùn)輸皮帶太長(zhǎng)或太短都不適合使用電子皮帶秤，運(yùn)輸皮帶有曲線段也會(huì)造成 較大的檢測(cè)誤差，有的運(yùn)輸皮帶容易出現(xiàn)跑偏或張力變化較大，造成檢測(cè)誤差很大甚至無(wú) 法正常檢測(cè)。核子皮帶秤采用的放射源主要為點(diǎn)式或線式，雖然核子皮帶秤不受皮帶長(zhǎng)度、 皮帶跑偏或張力變化等因素影響，但由于r射線穿透物料時(shí)的衰減量與物料厚度成對(duì)數(shù)關(guān) 系，當(dāng)被測(cè)物料截面形狀或物料分布均勻度頻繁變化時(shí)，即使物料質(zhì)量相同而r射線穿透物 料后的衰減程度也有很大差別，從而造成很大的檢測(cè)誤差，因此，對(duì)于運(yùn)輸皮帶物料截面形 狀變化較大或物料分布不均勻的情況，核子皮帶秤也不能正常使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為克服電子皮帶秤受運(yùn)輸皮帶的長(zhǎng)度超限、有曲線段、跑偏、張力變化等因素的影 響，以及核子皮帶秤容易受物料截面形狀變化或物料分布不均勻的影響，本發(fā)明提供一種 圖像皮帶秤檢測(cè)裝置。該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置和方法不受上述因素影響，具有檢測(cè)精度更 高、適應(yīng)性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0004] -種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，包括主機(jī)1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對(duì)比尺4、線光源 5、特征光帶6、皮帶8、測(cè)速儀9、輥筒10和數(shù)字量輸出模塊11，所述輥筒10上設(shè)有皮帶8,輥筒 10轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺4、線光源5,對(duì)比尺4為 帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正上前方設(shè) 有攝像頭3,攝像頭3根據(jù)物料7的高低與皮帶8面呈6°~15° (以確保獲得的圖像能包括輥筒 10上半部分、輥筒10上方物料7、對(duì)比尺4和特征光帶6)，測(cè)速儀9通過(guò)信號(hào)線連接主機(jī)1的 USB通信口，攝像頭3通過(guò)圖像采集模塊2與主機(jī)1連接，線光源5通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11與 主機(jī)1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶6。采用 對(duì)比尺4作為圖像像素與實(shí)際尺寸的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論攝像頭3的位置遠(yuǎn)近高低或角度偏離等 變化，始終能確定圖像像素與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比尺4為直角形，其水平方向長(zhǎng)度與 輥筒10相當(dāng)，垂直方向長(zhǎng)度略大于物料7最大高度，對(duì)比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。
[0005] 所述圖像采集模塊2與主機(jī)1通過(guò)以太網(wǎng)通信。
[0006] 線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成細(xì)長(zhǎng)的特征光帶6,由此獲得精確的物 料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物 體顏色有很大的反差。
[0007] 所述攝像頭3為周期性攝像模式，主機(jī)1周期性同時(shí)獲取數(shù)字圖像和測(cè)速儀9的速 度數(shù)據(jù)。
[0008] 上述圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法：
[0009] (a)主機(jī)1通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11控制線光源5打開(kāi)和關(guān)閉；
[0010] (b)攝像頭3周期性的獲取運(yùn)輸皮帶8輸出輥筒10處的圖像，通過(guò)圖像采集模塊2將 數(shù)字圖像傳到主機(jī)1中，并將數(shù)字圖像存儲(chǔ)到主機(jī)1的內(nèi)存中；
[0011] (c)用測(cè)速儀9檢測(cè)運(yùn)輸皮帶8的速度，并通過(guò)信號(hào)線采集到主機(jī)1中；
[0012] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側(cè)皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補(bǔ)充連線12,并以補(bǔ)充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對(duì)應(yīng)的實(shí)際 面積作為實(shí)際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對(duì)比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得對(duì)比尺分割圖14;
[0013] (e)根據(jù)步驟(d)得到的對(duì)比尺分割圖14,根據(jù)對(duì)比尺實(shí)際的水平方向和垂直方向 的實(shí)際長(zhǎng)度，以及對(duì)比尺水平方向和垂直方向的像素，計(jì)算得到對(duì)比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度，兩者相乘計(jì)算單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積；
[0014] (f)根據(jù)步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素?cái)?shù)，總像素?cái)?shù)乘 以步驟(e)單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，求得物料的實(shí)際截面面積；
[0015] (g)采用皮帶空轉(zhuǎn)校準(zhǔn)物料截面積偏移量So,皮帶8空載行運(yùn)輸皮帶數(shù)周，系統(tǒng)得 到這段時(shí)間內(nèi)的物料截面積Si，其中i = l~J，J為這段時(shí)間的計(jì)算周期數(shù)，根據(jù)公式 & = (￡?duì)?wèi))/ ?/計(jì)算物料截面積偏移量So; 1-1
[0016] (h)根據(jù)公式Q = KdV(S-So)計(jì)算每個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)的物料流量，其中Q為物料流量， 單位為kg/s ;K為流量系數(shù);d為物料堆積密度，單位為kg/m3; S為步驟(e)求得的物料截面 積，單位為m2; V為皮帶速度，單位為m/s;物料截面積偏移量So，單位為m2。
[0017] 所述步驟(h)計(jì)算的物料流量與實(shí)際物料流量有偏差時(shí)，采用實(shí)物對(duì)比法校準(zhǔn)流 量系數(shù)得到Kg，重新計(jì)算得到物料流量：
[0018] (i)計(jì)算物料流量累積值:假設(shè)在N個(gè)計(jì)算周期T的時(shí)間內(nèi)，分別獲得的截面積為 Si，單位為m2，獲得的皮帶速度為Vi，單位為m/s，其中i = 1~N表示從開(kāi)始累積到結(jié)束累積的 周期數(shù)，Qi表示每個(gè)計(jì)算周期計(jì)算獲得的物料流量，則在N個(gè)計(jì)算周期T的時(shí)間內(nèi)的物料流 量累積值W的計(jì)算公式為：
[0019] 妒_=[(/^,認(rèn)-.^ = ；|^7'，物料截面積偏移量3()通過(guò)步驟（8)求得的平均截 面積;31通過(guò)步驟(a)至(f)求得第i個(gè)周期內(nèi)的物料的實(shí)際截面面積;K為流量系數(shù)，第一次 取值為1，后面取值為前一次的經(jīng)校準(zhǔn)的流量系數(shù)值；
[0020] (j)對(duì)流量系數(shù)K進(jìn)行校正：
[0021]①稱量已知質(zhì)量的物料奶，將該物料通過(guò)運(yùn)輸皮帶8輸送檢測(cè)，經(jīng)步驟(a)至(f)求 得該物料在運(yùn)輸皮帶8輸送完為止得到n個(gè)計(jì)算周期的實(shí)際截面面積&~Sn和皮帶速度 Vn；
[0022] ②根據(jù)步驟⑴求得的物料流量累積值W，求得計(jì) M M. 算得到新的流量系數(shù)Kg;
[0023] (k)將經(jīng)步驟（j)求得的Kg帶入到公式Q = KgdV(S-So)，計(jì)算每個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)的物 料流量，其中Q為物料流量，單位為kg/s; Kg為校正后的流量系數(shù);d為物料堆積密度，單位為 kg/m3; S為步驟(e)求得的物料截面積，單位為m2; V為皮帶速度，單位為m/s;物料截面積偏移 量So,單位為m2。
[0024]本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1、與現(xiàn)有電子皮帶秤比較，本發(fā)明的檢測(cè)精度不受運(yùn)輸皮帶的長(zhǎng)度、有曲線段、跑 偏、張力變化等因素影響，精度更高，適應(yīng)性更強(qiáng)。
[0026] 2、與核子皮帶秤比較，本發(fā)明不受物料截面形狀變化或物料分布不均勻的影響， 無(wú)需放射源，無(wú)需防輻射措施，使用更安全環(huán)保，安裝更方便，制造成本和使用成本都更低。 [0027] 3、通過(guò)圖像來(lái)進(jìn)行物料流量檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸皮帶物料流量的非接觸式檢測(cè)， 因此可適用于溫度高、腐蝕性強(qiáng)等場(chǎng)合。
[0028] 4、本發(fā)明不僅適用于常規(guī)的運(yùn)輸皮帶的物料流量檢測(cè)，也可以適用于其它物料輸 送方式(如鏈板輸送帶）的物料流量檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明圖像皮帶秤檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明方法流程不意圖；
[0031 ]圖3是本發(fā)明圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的側(cè)面示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明檢測(cè)裝置獲得的數(shù)字圖像圖；
[0033]圖5是本發(fā)明檢測(cè)裝置獲得的數(shù)字圖像完善補(bǔ)充連線圖；
[0034]圖6是本發(fā)明物料分割圖；
[0035]圖7是本發(fā)明對(duì)比尺分割圖。
[0036] 圖中：1-主機(jī)，2-圖像采集模塊，3-攝像頭，4-對(duì)比尺，5-線光源，6-特征光帶，7-物 料，8-皮帶，9-測(cè)速儀，10-輥筒，11-數(shù)字量輸出模塊，12-補(bǔ)充連線，13-物料分割圖，14-對(duì) 比尺分割圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 對(duì)某銅礦選礦廠磨礦作業(yè)的給礦皮帶的礦石流量進(jìn)行檢測(cè)，礦石粒度為12mm以 下，皮帶寬度為500mm，皮帶速度范圍為0.9~l.lm/s，礦石的堆積密度為2130kg/m 3,礦石顏 色為灰色。
[0040] 如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，包括主機(jī)1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對(duì)比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測(cè)速儀9、輥筒10和數(shù)字量輸出模塊11，所述輥筒10上設(shè)有皮 帶8,輥筒10轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺4、線光源5， 對(duì)比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設(shè)有攝像頭3,攝像頭3根據(jù)物料7的高低與皮帶8面呈6° (以確保獲得的圖像能包括 輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對(duì)比尺4和特征光帶6)，測(cè)速儀9通過(guò)信號(hào)線連接主機(jī)1 的USB通信口，攝像頭3通過(guò)圖像采集模塊2與主機(jī)1連接，線光源5通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11與 主機(jī)1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶6。采用 對(duì)比尺4作為圖像像素與實(shí)際尺寸的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論攝像頭3的位置遠(yuǎn)近高低或角度偏離 等變化，始終能確定圖像像素與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比尺4為直角形，其水平方向長(zhǎng)度 與輥筒10相當(dāng)，垂直方向長(zhǎng)度略大于物料7最大高度，對(duì)比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。 其中圖像采集模塊2與主機(jī)1通過(guò)以太網(wǎng)通信;線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成 細(xì)長(zhǎng)的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截 面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式，主 機(jī)1周期性同時(shí)獲取數(shù)字圖像和測(cè)速儀9的速度數(shù)據(jù)。
[0041 ] 硬件配置為：
[0042] 主機(jī)1的配置為：CPU為154590,內(nèi)存4G，硬盤800G，100/1000M以太網(wǎng)，USB3.0,21英 寸LCD顯示器;圖像采集模塊2的分辨率為1920* 1080，提供100M以太網(wǎng)接口；攝像頭3的分辨 率為1920X1080;對(duì)比尺4為白色，水平方向長(zhǎng)度為600mm，垂直方向長(zhǎng)度為300mm;線光源5 長(zhǎng)度為600_，光線為紅色且接近平行光;測(cè)速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數(shù)據(jù)。 [0043]硬件安裝方法為：
[0044]在運(yùn)輸皮帶輸出端的輥筒10的頂部正上方約300mm處安裝線光源5;在線光源5的 前下方安裝對(duì)比尺4,對(duì)比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對(duì)齊;對(duì)比尺4的前面安裝攝 像頭3，攝像頭3與皮帶8平面成6°角，攝像頭3通過(guò)通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集 模塊2通過(guò)以太網(wǎng)與圖像皮帶秤主機(jī)1連接;測(cè)速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測(cè)速儀9通過(guò)USB通信與圖像皮帶秤主機(jī)1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對(duì) 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0045] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法：
[0046] (a)主機(jī)1通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11控制線光源5打開(kāi)和關(guān)閉；
[0047] (b)攝像頭3周期性(設(shè)計(jì)算周期T為0.1s)的獲取運(yùn)輸皮帶8輸出輥筒處的圖像，通 過(guò)圖像采集模塊2將數(shù)字圖像傳到主機(jī)1中，數(shù)字圖像分辨率為1920 X 1080，并將數(shù)字圖像 存儲(chǔ)到主機(jī)1的內(nèi)存中；
[0048] (c)用測(cè)速儀9檢測(cè)運(yùn)輸皮帶8的速度，并通過(guò)信號(hào)線采集到主機(jī)1中，為了便于說(shuō) 明，本例子假設(shè)某一時(shí)刻運(yùn)輸皮帶速度為1.4m/s;
[0049] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側(cè)皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補(bǔ)充連線12,并以補(bǔ)充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對(duì)應(yīng)的實(shí) 際面積作為實(shí)際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對(duì)比尺4圖像與其它部分圖像的像 素反差大，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得對(duì)比尺分割圖14;
[0050] (e)根據(jù)步驟(d)得到的對(duì)比尺分割圖14,根據(jù)對(duì)比尺實(shí)際的水平方向和垂直方向 的實(shí)際長(zhǎng)度，以及對(duì)比尺水平方向和垂直方向的像素，計(jì)算得到對(duì)比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度，兩者相乘計(jì)算單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，由于該數(shù)字圖像 得到的對(duì)比尺分割圖14中，獲得對(duì)比尺4水平方向長(zhǎng)度為1920個(gè)像素，垂直方向長(zhǎng)度為1080 個(gè)像素，對(duì)比尺水平方向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度= 600/1920 = 0.3125(mm);對(duì)比尺垂直 方向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度=300/1080 = 0.2778(mm);單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積= 0.3125X0.2778 = 0.0868(mm2)；
[0051] (f)根據(jù)步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素?cái)?shù)，總像素?cái)?shù)乘 以步驟(e)單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，求得物料的實(shí)際截面面積，為了便于說(shuō)明，本例子假 設(shè)某一時(shí)刻物料截面圖像的總像素?cái)?shù)339520個(gè)，則被測(cè)物料截面的實(shí)際面積= 339520 X 0.0868 = 29470(mm2) =0.02947m2;
[0052] (g)采用皮帶空轉(zhuǎn)校準(zhǔn)物料截面積偏移量So,也就是空皮帶運(yùn)行時(shí)求物料截面積S 的平均值;假定皮帶8空轉(zhuǎn)3周需要的時(shí)間為60s，60s的計(jì)算周期數(shù)= 60/0.1 = 600(個(gè)），系 統(tǒng)獲得的物料截面積累計(jì)值為〇. 〇9m2，則S〇 = 0.09/600 = 1.5 X 10-4。
[0053] (h)根據(jù)公式Q = KdV(S-So)計(jì)算每個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)的物料流量，假設(shè)K = 0.98和d = 3100kg/m3，V=l .Om/s，利用上述結(jié)果S = 0.02947m2，S〇= = 1.5X 10-4m2,則物料流量Q = KdV (S-S〇) =0.98X3100 XI .OX (0.02947-0.00015) = 89.074(kg/s)。
[0054] (i)物料流量累積值計(jì)算方法為:假設(shè)皮帶一直以89.074kg/s的流量輸送，計(jì)算1 個(gè)小時(shí)的物料累積值。計(jì)算周期T = 0. ls，l小時(shí)的計(jì)算周期數(shù)N=3600/0.1 = 36000(個(gè)），則 36000個(gè)計(jì)算周期時(shí)間內(nèi)的物料流量累積值W的計(jì)算方法為 N. 36000
[0055] h- = -SJr = HQ，r= X89-074A'°-1 = -^20666.4kg； b.i i-1
[0056] (j)采用實(shí)物對(duì)比法校準(zhǔn)流量系數(shù)Kg，其方法為:將一定量的實(shí)物RilOOOkg放入 皮帶8運(yùn)輸?shù)綄?shí)物運(yùn)輸完畢，需要的時(shí)間為13s，需要進(jìn)行130個(gè)計(jì)算周期的采樣計(jì)算，為了 便于計(jì)算，假設(shè)物料截面面積Si恒為0.02578m 2皮帶8的速度V:恒為1.0m/s，利用前面的數(shù) 據(jù)，K = 0.98，d = 3100kg/m3，Si = 0? 02947m2，So = = 1 ? 5 X 10-4m2，則新的流量系數(shù)Kg的計(jì)算 公式為：
[0057] K- -^^kdvj^n/^kdvsT i-1 M 130. 1:30 =(1000 + X0-98 x 3100x 1 0 x 000015 x 〇? i)/ X0-98 x 3100 x 1 0 x 002758 x !
[0058] i-=l i;i. =0.988,
[0059] (k)通過(guò)公式Q = KgdV(S-S〇) =0.988X3100 XI .OX (0.02578-0.00015) = 78.499 (kg/s)〇
[0060] 實(shí)施例2
[0061] 對(duì)冶煉廠鐵精礦粉的運(yùn)輸皮帶的物料流量進(jìn)行檢測(cè)。鐵精礦粉粒度為1mm以下。皮 帶寬度為650mm，皮帶速度范圍為1.3~1.5m/s，鐵精礦粉的堆積密度為2365kg/m 3,鐵精礦 粉顏色為黑色。
[0062] 如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，包括主機(jī)1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對(duì)比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測(cè)速儀9、輥筒10和數(shù)字量輸出模塊11，所述輥筒10上設(shè)有皮 帶8,輥筒10轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺4、線光源5， 對(duì)比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設(shè)有攝像頭3,攝像頭3根據(jù)物料7的高低與皮帶8面呈15° (以確保獲得的圖像能包括 輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對(duì)比尺4和特征光帶6)，測(cè)速儀9通過(guò)信號(hào)線連接主機(jī)1 的USB通信口，攝像頭3通過(guò)圖像采集模塊2與主機(jī)1連接，線光源5通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11與 主機(jī)1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶6。采用 對(duì)比尺4作為圖像像素與實(shí)際尺寸的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論攝像頭3的位置遠(yuǎn)近高低或角度偏離等 變化，始終能確定圖像像素與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比尺4為直角形，其水平方向長(zhǎng)度與 輥筒10相當(dāng)，垂直方向長(zhǎng)度略大于物料7最大高度，對(duì)比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。其 中圖像采集模塊2與主機(jī)1通過(guò)以太網(wǎng)通信；線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成細(xì) 長(zhǎng)的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截面 的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式，主機(jī) 1周期性同時(shí)獲取數(shù)字圖像和測(cè)速儀9的速度數(shù)據(jù)。
[0063] 硬件配置為：
[0064] 主機(jī)1的配置為：CPU為134170,內(nèi)存2G，硬盤500G，100/1000M以太網(wǎng)，USB3.0,23英 寸LCD顯示器；圖像采集模塊2的分辨率為1280 X 1024,提供100M以太網(wǎng)接口；攝像頭3的分 辨率為1280 X 1024;對(duì)比尺4為黃色，水平方向長(zhǎng)度為700mm，垂直方向長(zhǎng)度為350mm;線光源 5長(zhǎng)度為700mm，光線為藍(lán)色且接近平行光;測(cè)速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數(shù)據(jù)。 [0065]硬件安裝方法為：
[0066]在運(yùn)輸皮帶輸出端的輥筒10的頂部正上方約300mm處安裝線光源5;在線光源5的 下面安裝對(duì)比尺4,對(duì)比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對(duì)齊;對(duì)比尺4的前面安裝攝像 頭3,攝像頭3與皮帶8平面成15°角，攝像頭3通過(guò)通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集模 塊2通過(guò)以太網(wǎng)與圖像皮帶秤主機(jī)1連接;測(cè)速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測(cè)速儀9通過(guò)USB通信與圖像皮帶秤主機(jī)1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對(duì) 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0067] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法：
[0068] (a)主機(jī)(1)通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11控制線光源5打開(kāi)和關(guān)閉；
[0069] (b)攝像頭3周期性(設(shè)計(jì)算周期T為0.05s)的獲取運(yùn)輸皮帶8輸出輥筒處的圖像， 通過(guò)圖像采集模塊2將數(shù)字圖像傳到主機(jī)1中，數(shù)字圖像分辨率為1280 X 1024,并將數(shù)字圖 像存儲(chǔ)到主機(jī)1的內(nèi)存中；
[0070] (c)用測(cè)速儀9檢測(cè)運(yùn)輸皮帶8的速度，并通過(guò)信號(hào)線采集到主機(jī)1中，為了便于說(shuō) 明，本例子假設(shè)某一時(shí)刻運(yùn)輸皮帶速度為1.4m/s;
[0071] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側(cè)皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補(bǔ)充連線12,并以補(bǔ)充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對(duì)應(yīng)的實(shí)際 面積作為實(shí)際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對(duì)比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得對(duì)比尺分割圖14;
[0072] (e)根據(jù)步驟(d)得到的對(duì)比尺分割圖14,根據(jù)對(duì)比尺實(shí)際的水平方向和垂直方向 的實(shí)際長(zhǎng)度，以及對(duì)比尺水平方向和垂直方向的像素，計(jì)算得到對(duì)比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度，兩者相乘計(jì)算單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，由于該數(shù)字圖像 得到的對(duì)比尺分割圖14中，獲得對(duì)比尺4水平方向長(zhǎng)度為1280個(gè)像素，垂直方向長(zhǎng)度為1024 個(gè)像素，對(duì)比尺水平方向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度= 700/1280 = 0.547(mm);對(duì)比尺垂直方 向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度= 350/1024 = 0.342(mm);單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積= 0.547 X 0.342 = 0.187(mm2);
[0073] (f)根據(jù)步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素?cái)?shù)，總像素?cái)?shù)乘 以步驟(e)單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，求得物料的實(shí)際截面面積，為了便于說(shuō)明，本例子假 設(shè)某一時(shí)刻物料截面圖像的總像素?cái)?shù)313000個(gè)，則被測(cè)物料截面的實(shí)際面積= 31300 X 0.187 = 5853(mm2)=0.00585m2；
[0074] (g)采用皮帶空轉(zhuǎn)校準(zhǔn)物料截面積偏移量So,也就是空皮帶時(shí)求物料截面積S的平 均值;假定皮帶8空轉(zhuǎn)2周需要的時(shí)間為30 8,308的計(jì)算周期數(shù)=30/0.05 = 600(個(gè)），系統(tǒng)獲 得的物料截面積累計(jì)值為〇. 2m2，則S〇 = 0.2/600 = 3.3 X KT4。
[0075] (h)根據(jù)公式Q = KdV(S-So)計(jì)算每個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)的物料流量，假設(shè)K=1.0和d = 2365kg/m3，V= 1 ? 4m/s，利用上述結(jié)果S = 0 ? 00585m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，則物料流量Q = KdV (S-S〇) = 1 ? 0 X 2365 X 1 ? 4 X (0 ? 00585-0 ? 00033) = 18 ? 277(kg/s)
[0076] (i)物料流量累積值計(jì)算方法為:假設(shè)皮帶一直以18.277kg/s的流量輸送，計(jì)算2 個(gè)小時(shí)的物料累積值。計(jì)算周期T = 0.05s，2小時(shí)的計(jì)算周期數(shù)N= 7200/0.05 = 144000 (個(gè)），則144000個(gè)計(jì)算周期時(shí)間內(nèi)的物料流量累積值W的計(jì)算方法為 漢144000
[0077] vr = V(A-4/i;(.V, -sm):!.二 t 18.277 x0.05 = 131594.4 kg； i：=i ；=i
[0078] (j)采用實(shí)物對(duì)比法校準(zhǔn)流量系數(shù)Kg，其方法為:將一定量的實(shí)物1 = 9001^放入 皮帶8運(yùn)輸?shù)綄?shí)物運(yùn)輸完畢，需要的時(shí)間為11s，需要進(jìn)行220個(gè)計(jì)算周期的采樣計(jì)算，為了 便于計(jì)算，假設(shè)物料截面面積Si恒為0.024m2皮帶8的速度I恒為1.4m/s，利用前面的數(shù)據(jù)，K =1 ? 0，d = 2365kg/m3，Si = 0 ? 03m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，則新的流量系數(shù)Kg的計(jì)算公式為： K rr(w： + 2kdvtsj)/2]kdv;stT
[0079] 孕 袈 =(900 +11.0 x 2365 x 1.4 x 0.00033 x 0.05}/ [ 1.0 x 2365 x 】.4 x 0.024 x 0.05 i=l i=l = 1.043
[0080] (k)通過(guò)公式Q = KgdV(S-S〇) = 1.043 X 2365 XI .4X (0.00585-0.00033) = 19.062 (kg/s)〇
[0081 ] 實(shí)施例3
[0082]對(duì)某配料車間的煤粉輸送皮帶的物料流量進(jìn)行檢測(cè)，煤粉粒度為2mm以下。皮帶寬 度為1000mm，皮帶速度范圍為0.5~0.6m/s，煤粉的堆積密度為475kg/m3,煤粉顏色為黑色。 [0083]如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，包括主機(jī)1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對(duì)比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測(cè)速儀9、輥筒10和數(shù)字量輸出模塊11，所述輥筒10上設(shè)有皮 帶8,輥筒10轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺4、線光源5， 對(duì)比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設(shè)有攝像頭3,攝像頭3根據(jù)物料7的高低與皮帶8面呈10° (以確保獲得的圖像能包 括輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對(duì)比尺4和特征光帶6)，測(cè)速儀9通過(guò)信號(hào)線連接主 機(jī)1的USB通信口，攝像頭3通過(guò)圖像采集模塊2與主機(jī)1連接，線光源5通過(guò)數(shù)字量輸出模塊 11與主機(jī)1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶6。 采用對(duì)比尺4作為圖像像素與實(shí)際尺寸的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論攝像頭3的位置遠(yuǎn)近高低或角度偏 離等變化，始終能確定圖像像素與實(shí)際尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比尺4為直角形，其水平方向長(zhǎng) 度與輥筒10相當(dāng)，垂直方向長(zhǎng)度略大于物料7最大高度，對(duì)比尺4顏色與周圍顏色有很大反 差。其中圖像采集模塊2與主機(jī)1通過(guò)以太網(wǎng)通信;線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形 成細(xì)長(zhǎng)的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料 截面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式， 主機(jī)1周期性同時(shí)獲取數(shù)字圖像和測(cè)速儀9的速度數(shù)據(jù)。
[0084] 硬件配置為：
[0085] 主機(jī)1的配置為：型號(hào)為L(zhǎng)1041，內(nèi)存1G，固態(tài)硬盤32G，100M以太網(wǎng)，USB2.0，10.4英 寸LCD顯示屏；圖像采集模塊2的分辨率為2048X1536，提供100M以太網(wǎng)接口；攝像頭3的分 辨率為2048X1536;對(duì)比尺4為白色，水平方向長(zhǎng)度為1100mm，垂直方向長(zhǎng)度為400mm;線光 源5長(zhǎng)度為1100mm，光線為藍(lán)色且接近平行光;測(cè)速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數(shù) 據(jù)。
[0086]硬件安裝方法為：
[0087]在運(yùn)輸皮帶輸出端的輯筒10的軸線正上方約300mm處安裝線光源5 ;在線光源5的 下面安裝對(duì)比尺4,對(duì)比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對(duì)齊;對(duì)比尺4的前面安裝攝像 頭3,攝像頭3與皮帶8平面成10°角，攝像頭3通過(guò)通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集模 塊2通過(guò)以太網(wǎng)與圖像皮帶秤主機(jī)1連接;測(cè)速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測(cè)速儀9通過(guò)USB通信與圖像皮帶秤主機(jī)1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對(duì) 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0088] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法：
[0089] (a)主機(jī)1通過(guò)數(shù)字量輸出模塊11控制線光源5打開(kāi)和關(guān)閉；
[0090] (b)攝像頭3周期性(設(shè)計(jì)算周期T為0.02s)的獲取運(yùn)輸皮帶8輸出輥筒處的圖像， 通過(guò)圖像采集模塊2將數(shù)字圖像傳到主機(jī)1中，數(shù)字圖像分辨率為2048 X 1536,并將數(shù)字圖 像存儲(chǔ)到主機(jī)1的內(nèi)存中；
[0091] (c)用測(cè)速儀9檢測(cè)運(yùn)輸皮帶8的速度，并通過(guò)信號(hào)線采集到主機(jī)1中，為了便于說(shuō) 明，本例子假設(shè)某一時(shí)刻運(yùn)輸皮帶速度為〇. 5m/s;
[0092] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側(cè)皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補(bǔ)充連線12,并以補(bǔ)充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對(duì)應(yīng)的實(shí)際 面積作為實(shí)際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對(duì)比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過(guò)數(shù)字圖像分割獲得對(duì)比尺分割圖14;
[0093] (e)根據(jù)步驟(d)得到的對(duì)比尺分割圖14,根據(jù)對(duì)比尺實(shí)際的水平方向和垂直方向 的實(shí)際長(zhǎng)度，以及對(duì)比尺水平方向和垂直方向的像素，計(jì)算得到對(duì)比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度，兩者相乘計(jì)算單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，由于該數(shù)字圖像 得到的對(duì)比尺分割圖14中，獲得對(duì)比尺4水平方向長(zhǎng)度為2048個(gè)像素，垂直方向長(zhǎng)度為1536 個(gè)像素，對(duì)比尺水平方向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度= 1100/2048 = 0.537(mm);對(duì)比尺垂直 方向單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度= 400/1536 = 0.260(mm);單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積= 0.537 X 0.26 = 0.1396(mm2)；
[0094] (f)根據(jù)步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素?cái)?shù)，總像素?cái)?shù)乘 以步驟(e)單位像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積，求得物料的實(shí)際截面面積，為了便于說(shuō)明，本例子假 設(shè)某一時(shí)刻物料截面圖像的總像素?cái)?shù)520000個(gè)，則被測(cè)物料截面的實(shí)際面積= 520000 X 0.1396 = 72592(mm2)=0.0726m2；
[0095] (g)采用皮帶空轉(zhuǎn)校準(zhǔn)物料截面積偏移量So,也就是空皮帶時(shí)求物料截面積S的平 均值;假定皮帶8空轉(zhuǎn)2周需要的時(shí)間為50 8,508的計(jì)算周期數(shù)=50/0.02 = 2500(個(gè)），系統(tǒng) 獲得的物料截面積累計(jì)值為〇. 5m2，則S〇 = 0.5/2500 = 2 X KT4。
[0096] (h)根據(jù)公式Q = KdV(S-So)計(jì)算每個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)的物料流量，假設(shè)K=l.l和d = 475kg/m3，V = 0 ? 5m/s，利用上述結(jié)果S = 0 ? 0726m2，S〇 = = 2 X 10-4m2，則物料流量〇 = 1(狀(3-S〇) = 1.1 X475X0.5 X (0.072-0.0002) = 18.758(kg/s)
[0097]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述 實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，其特征在于：包括主機(jī)（I)、圖像采集模塊（2)、攝像頭 (3)、對(duì)比尺(4)、線光源(5)、特征光帶(6)、皮帶(8)、測(cè)速儀(9)、輥筒（10)和數(shù)字量輸出模 塊(11)，所述輥筒（10)上設(shè)有皮帶(8)，輥筒（10)轉(zhuǎn)軸上安裝測(cè)速儀(9)，輥筒（10)頂部正上 方從下至上依次設(shè)有對(duì)比尺(4)、線光源（5)，對(duì)比尺(4)為帶顏色、水平方向與垂直方向呈 直角的尺子，線光源(5)為平行光，輥筒（10)輸出端正上前方設(shè)有攝像頭(3)，攝像頭(3)與 皮帶(8)面呈6°~15°的角度，測(cè)速儀(9)通過(guò)信號(hào)線連接主機(jī)（1)的USB通信口，攝像頭(3) 通過(guò)圖像采集模塊(2)與主機(jī)（1)連接，線光源（5)通過(guò)數(shù)字量輸出模塊（11)與主機(jī)（1)連 接，線光源(5)照射在輥筒(10)頂部的物料(7)并根據(jù)表面邊緣形貌呈現(xiàn)出特征光帶(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，其特征在于:所述圖像采集模塊(2)與 主機(jī)(1)通過(guò)以太網(wǎng)通信。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，其特征在于:所述線光源(5)為帶顏色 的平行光。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像皮帶秤檢測(cè)裝置，其特征在于:所述攝像頭（3)為周期性 攝像模式，主機(jī)(1)周期性同時(shí)獲取數(shù)字圖像和測(cè)速儀(9)的速度數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01G11/00GK205506179SQ201521081323
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日
【發(fā)明人】黃宋魏, 張覃, 和麗芳, 卯松
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué), 貴州大學(xué)