专利名称：料位检测与控制方法、料位检测与控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种料位检测与控制方法、料位检测与控制系统。
背景技术：
混凝土泵送设备(指泵车、托泵、车载泵，后文简称泵送设备)与混凝土搅拌车(后文简称搅拌车)联合作业时，当泵送设备泵料速度较慢，而搅拌车卸料速度过快时，会导致泵送设备料斗内的混凝土溢出，产生浪费，当泵送设备泵料速度较快，而卸料速度较慢时，则会导致料斗无料可泵，产生吸空现象，降低作业效率。因此，现场作业时，需要对泵送设备的泵料状态及搅拌车的卸料状态进行实时监控及有效控制，以防止泵料速度与卸料速度不匹配时所产生的混凝土溢出或吸空现象。当前对泵料与卸料的监控主要靠人工完成，人工监控全凭操作员的人眼观察及操作员的经验，劳动成本及劳动强度较大，且观察误差不易把控。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种料位检测与控制方法、料位检测与控制系统，以解决料位控制过程中，由人工监控所导致的泵料与卸料劳动强度大，控制精度低的问题。第一方面，本发明公开了一种料位检测与控制方法，用于控制泵料输送设备料斗中的料位，所述料斗设置有过滤筛网，包括如下步骤图像数据接收步骤，接收图像传感器所获取的表征料斗中泵料多少的图像信息；图像数据处理步骤，根据所述表征料斗中泵料多少的图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势；以及，驱动步骤，基于所述泵料多少的变化趋势发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述泵料多少的变化趋势表现为泵料覆盖过所述过滤筛网面积大小的变化趋势。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤还包括，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对于给定参照物的面积之比；所述驱动步骤进一步为，基于所述过滤筛网面积大小的变化趋势和所述面积之比，发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述给定参照物为所述过滤筛网的面积。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据接收步骤中，所述表征料斗中泵料多少的图像信息为所述料斗的俯视图像信息；并且，所述料斗的俯视图像信息包括表示所述料斗中筛网面积的第一图像数据，以及表示所述料斗中被泵料所覆盖的过滤筛网面积的第二图像数据。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤进一步为，计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及，所述驱动步骤进一步为，比较获取的所述面积之比与预置的面积之比的阈值，并在所述面积之比大于所述面积之比的阈值时，发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构降低卸料速度，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤进一步包括，计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及，所述 驱动步骤进一步为，判断获取的所述面积之比是否在预置的面积之比的阈值区间内，若不在，则发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构停止卸料/或降低卸料速度，或驱动所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据接收步骤中，所述表征料位多少的图像信息包括第一时刻h获取的第二图像数据和第二时刻t2获取的第二图像数据；所述图像数据处理步骤进一步为，计算^(SfSD/a^ti);其中，V表示面积的变化速率，S2表示所述第二时刻t2获取的第二图像数据所表示的筛网面积，S1表示所述第一时刻
获取的第二图像数据所表示的筛网面积；以及，所述驱动步骤进一步为，判断V的正负若V为正数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成扩大趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构降低卸料速度，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度；若V为负数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成缩小趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构提高卸料速度，或驱动所述泵料输送设备的执行机构降低泵料速度；并且，依据V的绝对值大小调节执行机构的卸料或泵料速度的变化幅度。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述过滤筛网呈矩形，所述过滤筛网的筛网本体由多条成平行或垂直关系的直线滤条组成；所述图像数据处理步骤中，所述过滤筛网总面积，以及被泵料所覆盖的过滤筛网的面积根据所述过滤筛网的形状以及所述筛网本体的组成特性进行目标搜寻获取。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤中，所述过滤筛网的总面积依据如下步骤确定对所述表征料斗中料位高低的图像信息进行预处理；对预处理获取的图像信息进行二值化处理；在二值化处理后的图像信息中，寻找平行或垂直的直线；依据所寻找到的所述平行或垂直的直线，确定筛网区域；在所述筛网区域中，寻找各个区域内平行或垂直直线的端点；根据所述端点，确定筛网本体的边框位置；根据所述筛网本体的边框位置，计算所述过滤筛网的总面积。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤中，所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积依据如下步骤确定对所述表征料斗中料位多少的图像信息进行预处理；对预处理获取的图像信息进行二值化处理；在二值化处理后的图像信息中，寻找覆盖所述过滤筛网的泵料与筛网本体各个滤条交汇点；确定被泵料所覆盖的过滤筛网的边界；依据所述边界，计算所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据处理步骤中，所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积依据如下步骤确定对所述预处理获取的图像信息进行图形灰度化处理；将预先保存的没有被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行差分运算，获得仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像；对仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行二值化；依据二值化的结果计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。进一步地，上述料位检测与控制方法中，所述图像数据接收步骤中，所述图像传感器为摄像头，所述摄像头依据如下步骤获取图像信息所述摄像头进行自动角度调整，寻找所述料斗及所述过滤筛网；若找到所述料斗及所述过滤筛网，则固定所述摄像头的角度；判断成像是否清晰，若清晰，则采集该图像数据，若不清晰，则进行摄像头的焦距调整，直至成像清晰。本发明料位控制方法中，通过图像传感器获取表征料斗中料位高低(料位多少)的图像信息，通过不同时刻图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势，进而，根据面积之比发出控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。相对现有技术而言，本发明无需人工监控，极大的降低了劳动强度和人力成本；算法简单，容易实现。第二方面，本发明还提供了一种料位检测与控制系统，用于控制泵料输送设备料斗中的料位，包括图像传感器，用于获取表征料斗中料位多少的图像信息；料位控制器，与所述图像传感器相连接，用于接收图像传感器所获取的表征料斗
中料位多少的图像信息，并根据所述表征料位多少的图像信息计算I)被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对所述过滤筛网总面积的面积之比；和/或，2)所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积的变化趋势；以及，基于所述面积之比或所述面积的变化趋势，发出控制信号；并且，所述料位检测与控制系统还包括搅拌车执行单元及泵料输送设备执行单元该搅拌车执行单元及泵料输送设备执行单元分别与所述料位控制器的控制信号输出端相连接，用于依据所述控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。本发明料位检测与控制系统中，通过图像传感器获取表征料斗中料位高低的图像信息，通过图像信息，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对过滤筛网总面积的面积之比和/或被泵料所覆盖的过滤筛网的面积变化趋势，进而，根据面积之比或所述面积的变化趋势，发出控制信号，改变搅拌车的卸料速度和/或泵料输送设备泵料速度。相对现有技术而言，本发明具有如下优势第一、无需人工监控，极大的降低了劳动强度和人力成本；第二、结构简单，容易实现。第三、图像传感器无需设置在在料斗内，不与泵料接触，不受卸料口与料斗角度变化影响，不易受污染，精度闻。
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I为表明泵料输送设备的料斗、过滤筛网及料位状态关系的示意图；图2为本发明料位检测与控制方法实施例的步骤流程图；图3为表明泵料输送设备的料斗、过滤筛网及第一料位状态、第二料位状态关系的不意图；图4为本发明料位检测与控制方法实施例中，过滤筛网的几何特征示意图；图5为本发明料位检测与控制方法实施例中，计算过滤筛网总面积的步骤流程图；图6为本发明料位检测与控制方法实施例中，计算泵料覆盖筛网面积的步骤流程图；图7为本发明料位检测控制方法实施例中，另一计算泵料覆盖筛网面积的步骤流程图；图8为本发明料位检测控制方法实施例中，摄像头成像角度调节及摄像头聚焦调节的步骤流程图；图9为本发明料位检测与控制系统实施例的结构示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 下面，结合本发明料位检测与控制方法的具体实施方式
，对本发明做详细的说明。参照图1，图I为表明泵料输送设备的料斗、过滤筛网及料位状态关系的示意图。图I中，11为料斗外壳边框，12为过滤筛网，13为被泵料覆盖的过滤筛网区域。本实施例基本原理如图I所示，料位状态、料斗、过滤筛网及卸料、泵料速度有如下关系和特点I、如图I所示，过滤筛网低于料斗外壳边框，当混凝土淹没/溢出(后文淹没/溢出/覆盖意思一致)部分筛网时，并不会溢出料斗边框之外。2、如图I所示，当混凝土淹没筛网的面积S·(后文Ssft专指覆盖/淹没/溢出筛网的混凝土面积)呈扩大趋势时，说明搅拌车卸料速度大于泵送设备泵料速度，面积Ssft呈缩小趋势时，说明搅拌车卸料速度小于泵料速度。基于以上两个特点，本发明通过对混凝土覆盖过滤网的面积Ssft的大小及面积S 扩大、缩小状态的识别来实现对料位状态的监控，控制覆盖面积3_4保持在一定范围内，
来有效防止泵料溢出及吸空现象的发生。参照图2，图2为本发明料位控制方法实施例的步骤流程图。本实施例料位控制方法用于控制泵料输送设备料斗中的料位，料斗设置有过滤筛网，包括如下步骤图像数据接收步骤S21，接收图像传感器所获取的表征料斗中泵料多少的图像信息；图像数据处理步骤S22，根据所述表征料斗中泵料多少的图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势；以及驱动步骤S23，基于所述泵料多少的变化趋势发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。其中，泵料多少的变化趋势可以表现为泵料覆盖过所述过滤筛网面积大小的变
化趋势。可以看出，本实施例通过图像传感器获取表征料斗中料位高低(料位多少)的图像信息，通过不同时刻图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势，进而，根据面积之比发出控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。相对现有技术而言，本发明无需人工监控，极大的降低了劳动强度和人力成本；算法简单，容易实现。进一步优化上述技术方案，图像数据处理步骤还包括，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对于给定参照物的面积之比；驱动步骤进一步为，基于所述过滤筛网面积大小的变化趋势和所述面积之比，发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。可以看出，本实施例可以根据被泵料所覆盖筛网面积的变化趋势和面积之比发出控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。从而，更加全面的对搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度进行控制。为方便起见，给定参照物的面积为过滤筛网的面积。进一步地，图像数据接收步骤S21中，表征料位高低的图像信息为料斗的俯视图像信息；并且，料斗的俯视图像信息包括表示料斗中过滤筛网面积的第一图像数据，以及表示料斗中被泵料所覆盖的过滤筛网面积的第二图像数据。或者，换句话说，料斗的俯视图像信息中，包含可以计算出过滤筛网面积和被泵料所覆盖的过滤筛网面积的数据信息。
具体地说，图像数据处理步骤S22和驱动步骤S23可以通过如下三种方式进行(I)、图像数据处理步骤S22 :计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及驱动步骤S23 :比较获取的所述面积之比与预置的面积之比的阈值，并在所述面积之比大于所述面积之比的阈值时，发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构停止卸料，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。(2)、图像数据处理步骤S22:所述图像数据处理步骤进一步包括，计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及驱动步骤S23，判断获取的所述面积之比是否在预置的面积之比的阈值区间内，若不在，则发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构停止卸料，或驱动所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。(3)、图像数据接收步骤中，所述表征料位高低的图像信息包括第一时刻h获取的第二图像数据和第二时刻t2获取的第二图像数据；图像数据处理步骤S22 :计算V= (S2-S1)/(Vt1);其中，V表示面积的变化趋势，S2表示所述第二时刻t2获取的第二图像数据所表示的筛网面积，S1表示所述第一时刻获取的第二图像数据所表示的筛网面积；以及驱动步骤S23进一步为，判断V的正负若V为正数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成扩大趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构降低卸料速度，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度；若V为负数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成缩小趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构提高卸料速度，或驱动所述泵料输送设备的执行机构降低泵料速度。并且，依据V的大小调节执行机构的卸料或泵料速度变化幅度。下面，结合图3，对上述三种实现图像数据处理步骤S22和驱动步骤S23进行进一步地说明。图3中，31为料斗外壳边框，32为过滤筛网，33为第一时刻，被泵料覆盖的过滤筛网区域；34为第二时刻，被泵料覆盖的过滤筛网区域。Ca)筛网总面积Swra,泵料覆盖筛网的面积Ssft，泵料覆盖筛网与筛网面积比(后续间称復盖比)δ覆盡=S栗料/S筛网。(b)预设一个覆盖比阈值δ _,当δ職〉δ _时,可判定泵料有覆盖料斗的危险。如设置δ ΜΛ=0. 5时，当δ 9盖> δ w值时，即泵料覆盖筛网面积超过筛网面积的50%,可判定有覆盖料斗危险，此时数据处理单元可输出报警信号反馈至搅拌车或泵送设备，使之停止卸料，或加快泵料速度，防止泵料覆盖。(C)如图3所示,泵料覆盖位置I面积SlSi4，泵料覆盖位置2面积S2Si4,Sisi4<S2 单位时间T内泵料从位置I变为位置2，即覆盖面积呈扩大趋势，扩大变化速度记为V+，
V+= (S2sft-Sisft)/T。单位时间T内泵料从位置2变为位置1，即覆盖面积呈缩小趋势，变化速度记为V-，V-= (S2-Sisft)/T。数据处理单元将泵料覆盖趋势及变化速度反馈至搅拌车或泵送设备的控制单元，控制单元根据变化趋势及变化速度调整卸料速度或泵料速度。当覆盖面积呈扩大趋势时，搅拌车根据V+降低卸料速度，使时间T内卸料，或泵送设备可根据v+提高泵料速度，当覆盖面积呈缩小趋势时，搅拌车可根据V-提高卸料速度，或泵送设备可根据V-降低泵料速度，使卸料与泵料速度维持在平衡状态。(d)预设一个稳定的覆盖比值δ ，该值的设定要求不能过小，否则不易被图像
传感器识别，也不能过大，否则易发生泵料覆盖。该值通过大量的实验确定，并允许用户根据不同施工场景通过人机交互设备进行微调。使用描述项c)所述方法，保持泵料覆盖比值在S 值左右某预设范围内，此时的卸料与泵料速度维持在平衡状态，泵料既无覆盖危险，也无吸空现象发生，实现卸料与泵料最佳协同作业。例如设置δ稳定=0.2’设置左右稳定范围为50%，即实际测量覆盖比O. 1〈δ〈O. 3时，均可判定为平衡状态。此时数据处理单元将平衡状态信息反馈至搅拌车或泵送设备，使之保持当前的卸料或泵料速度，实现最佳的协同作业。参照图4，目前，泵料输送设备料斗中的过滤筛网的形状一般成矩形，过滤筛网的形态由平行或垂直的过滤条组成，这两个特性易被图像传感器识别。依据这一特性，图像数据处理步骤中，过滤筛网总面积，以及被泵料所覆盖的过滤筛网的面积就可以更加方便的根据过滤筛网的形状以及所述筛网本体的组成特性进行目标搜寻获取的。能发现过滤筛网的这种形状和组成特性，以及过滤筛网的形状和组成特性与图像传感器进行图像采集、后续的数据处理之间的特殊关系，也是本发明巧妙地设计所在。其中，41为料斗外壳边框，42为过滤网，43为横向过滤网条，44为竖向过滤网条，45为横向过滤网条与竖向过滤网条成90°关系，46为横向过滤网条之间成平行关系，47为过滤网条端点，48为溢出筛网泵料，49为溢出泵料边界，50为溢出泵料边界与过滤网条交汇点。下面，对如何利用筛网组成、形状等特性实现过滤筛网总面积、泵料覆盖筛网面积的计算进行说明。过滤筛网总面积的计算可以参照图5所示。具体而言，图像数据处理步骤中，过滤筛网的总面积依据如下步骤确定对所述表征料斗中料位高低的图像信息进行预处理；对预处理获取的图像信息进行二值化处理；在二值化处理后的图像信息中，寻找平行或垂直的直线；依据所寻找到的所述平行或垂直的直线，确定筛网区域；在所述筛网区域中，寻找各个区域内平行或垂直直线的端点；根据所述端点，确定筛网本体的边框位置；根据所述筛网本体的边框位置，计算所述过滤筛网的总面积。泵料覆盖筛网面积的计算，可采用两种方法，方法一如图6所示，图像经过滤波、灰度化等预处理后，进行二值化操作，寻找到溢出泵料区域。寻找溢出泵料边界与过滤网条交汇点，寻找到确定的溢出泵料边界，通过边界计算溢出泵料面积。具体而言，包括如下步骤对所述表征料斗中料位高低的图像信息进行预处理；对预处理获取的图像信息进行二值化处理；在二值化处理后的图像信息中，寻找覆盖所述过滤筛网的泵料与筛网本体各个滤条交汇点；确定被泵料所覆盖的过滤筛网的边界；依据所述边界，计算所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。在图像传感器成像条件稳定，成像质量较好条件下，可采用更简单的方法二，实现溢出泵料面积计算，具体算法流程如流程图7所示。具体而言，包括如下步骤对所述预处理获取的图像信息进行图形灰度化处理；然后与预先保存的没有被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行差分运算，获得仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像；对仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行二值化；依据二值化的结果计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。此外，本发明还可以利用筛网组成、形状等特性实现图像传感器对采集对象，即料斗的自动寻找。 例如，图像传感器可以选用摄像头，该摄像头角度可自动调节，且该摄像头能实现自动聚焦调节。该摄像头根据图4所描述的筛网形状，过滤条特性，自动搜寻目标位置，使采集对象即料斗及筛网始终处于成像的中心位置，且保持成像的清晰度，具体实现如图8所示。该方法能完全替代人工实现摄像头成像角度调节，及摄像头聚焦调节。进一步降低劳动强度，实现料位检测的完全智能化。综上，在本发明中I)通过图像传感器感知与识别泵料淹没料斗内过滤筛网的面积大小及面积变化趋势的方法来实现对料位的检测与控制。2)本发明无需在料斗内放置刻度标识等辅助识别设备，无需拆除料斗内的过滤筛网。3 )利用过滤筛网成矩形形状特性，及过滤筛网由多条成平行或垂直关系的直线组成的特性实现对目标物面积大小的计算。4)利用过滤筛网成矩形形状特性，及过滤筛网由多条成平行或垂直关系的直线组成的特性实现对目标的自动搜寻。6)对于需要实现料位监控的搅拌车、泵车、托泵、车载泵都适用。本发明料位控制方法可以具有以下优点I)无需在料斗内放置辅助设备，如刻度标识。2)无需拆除料斗过滤筛网。3)检测算法简单、可靠。4)不受卸料口与料斗角度变化影响。5)能自动寻找料斗区域，无需人工调节摄像头角度及焦距。第二方面，本发明还公开了一种料位检测与控制系统的实施例。参照图9，本实施例料位检测与控制系统用于控制泵料输送设备料斗中的料位，包括图像传感器901、料位检测与控制装置902和搅拌车执行单元及泵料输送设备执行单元903。
本实施例采用图像传感器实时采集施工时料斗内的实时图像，该实时图像信息作为后续料位状态检测的输入信号。料位检测与控制装置902通过对料斗内的实时图像信息进行识别与处理，处理后的结果即料位状态信息反馈至搅拌车或泵送设备执行单元903，执行单元根据料位状态信息控制卸料或泵料速度，实现卸料与泵料的良好联合作业，有效防止泵料溢出与吸空现象发生。进一步说，图像传感器901用于获取表征料斗中料位高低的图像信息。料位检测与控制装置902与所述图像传感器相连接，用于接收图像传感器所获取的表征料斗中料位高低的图像信息，并根据所述表征料位高低的图像信息，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对所述过滤筛网总面积的面积之比，或单位时间内所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积的变化趋势；以及，基于所述面积之比或所述面积的变化趋势，发出控制信号。搅拌车执行单元及泵料输送设备执行单元903，分别与所述料位检测与控制装置 的控制信号输出端相连接，用于依据所述控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。进一步地，图像传感器901可以选用摄像头，所述摄像头设置于于搅拌车的尾部，或泵料输送设备料斗的上方，或泵料输送设备的尾部，或者作为一个独立的设备放置于施工现场，实时采集料斗俯视图像。需要说明的是，摄像头仅仅是本发明的一种实现形式，本发明并不局限于此，能感知与识别料斗过滤筛网及淹没筛网混凝土面积的其他类型传感器均在本发明保护范围之内。并且，本发明对摄像头与料斗的拍摄角度及距离不敏感，只需保证摄像头能稳定采集完整的料斗俯视图像即可。进一步优选地，摄像头角度可自动调节，且该摄像头可自动聚焦。本发明料位检测与控制系统中，通过图像传感器获取表征料斗中料位高低的图像信息，通过图像信息，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对过滤筛网总面积的面积之比和被泵料所覆盖的过滤筛网的面积变化趋势，进而，根据面积之比或所述面积的变化趋势，发出控制信号，改变搅拌车的卸料速度和/或泵料输送设备泵料速度。相对现有技术而言，本发明具有如下优势第一、无需人工监控，极大的降低了劳动强度和人力成本；第二、结构简单，容易实现。第三、图像传感器无需设置在在料斗内，不与泵料接触，不受卸料口与料斗角度变化影响，不易受污染，精度闻。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种料位检测与控制方法，用于控制泵料输送设备料斗中的料位，所述料斗设置有过滤筛网，其特征在于，包括如下步骤 图像数据接收步骤，接收图像传感器所获取的表征料斗中泵料多少的图像信息； 图像数据处理步骤，根据所述表征料斗中泵料多少的图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势；以及 驱动步骤，基于所述泵料多少的变化趋势发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。
2.根据权利要求I所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述泵料多少的变化趋势表现为泵料覆盖过所述过滤筛网面积大小的变化趋势。
3.根据权利要求2所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据处理步骤还包括，计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对于给定参照物的面积之比； 所述驱动步骤进一步为，基于所述过滤筛网面积大小的变化趋势和所述面积之比，发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。
4.根据权利要求3所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述给定参照物为所述过滤筛网的面积。
5.根据权利要求4所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据接收步骤中，所述表征料斗中泵料多少的图像信息为所述料斗的俯视图像信息；并且 所述料斗的俯视图像信息包括表示所述料斗中筛网面积的第一图像数据，以及表示所述料斗中被泵料所覆盖的过滤筛网面积的第二图像数据。
6.根据权利要求5所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据处理步骤进一步为，计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及 所述驱动步骤进一步为，比较获取的所述面积之比与预置的面积之比的阈值，并在所述面积之比大于所述面积之比的阈值时，发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构降低卸料速度，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。
7.根据权利要求5所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据处理步骤进一步包括，计算所述第二图像数据所表示的筛网面积与所述第一图像数据所表示的筛网总面积之比；以及 所述驱动步骤进一步为，判断获取的所述面积之比是否在预置的面积之比的阈值区间内，若不在，则发出所述控制信号，驱动所述搅拌车的执行机构停止卸料/或降低卸料速度，或驱动所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度。
8.根据权利要求4所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据接收步骤中，所述表征料位多少的图像信息包括第一时刻^获取的第二图像数据和第二时刻t2获取的第二图像数据； 所述图像数据处理步骤进一步为，计算^(S^SD/a^ti);其中，V表示面积的变化速率，S2表示所述第二时刻t2获取的第二图像数据所表示的筛网面积，S1表示所述第一时刻h获取的第二图像数据所表示的筛网面积；以及所述驱动步骤进一步为，判断V的正负 若V为正数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成扩大趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构降低卸料速度，或所述泵料输送设备的执行机构加快泵料速度； 若V为负数，则被泵料所覆盖的过滤筛网面积成缩小趋势，则驱动所述搅拌车的执行机构提高卸料速度，或驱动所述泵料输送设备的执行机构降低泵料速度；并且依据V的绝对值大小调节执行机构的卸料或泵料速度的变化幅度。
9.根据权利要求8所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述过滤筛网呈矩形，所述过滤筛网的筛网本体由多条成平行或垂直关系的直线滤条组成； 所述图像数据处理步骤中，所述过滤筛网总面积，以及被泵料所覆盖的过滤筛网的面积根据所述过滤筛网的形状以及所述筛网本体的组成特性进行目标搜寻获取。
10.根据权利要求9所述的料位检测与控制方法，其特征在于，所述图像数据处理步骤中，所述过滤筛网的总面积依据如下步骤确定 对所述表征料斗中料位高低的图像信息进行预处理； 对预处理获取的图像信息进行二值化处理； 在二值化处理后的图像信息中，寻找平行或垂直的直线； 依据所寻找到的所述平行或垂直的直线，确定筛网区域； 在所述筛网区域中，寻找各个区域内平行或垂直直线的端点； 根据所述端点，确定筛网本体的边框位置； 根据所述筛网本体的边框位置，计算所述过滤筛网的总面积。
11.根据权利要求9所述的料位检测与控制方法，其特征在于，所述图像数据处理步骤中，所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积依据如下步骤确定 对所述表征料斗中料位多少的图像信息进行预处理； 对预处理获取的图像信息进行二值化处理； 在二值化处理后的图像信息中，寻找覆盖所述过滤筛网的泵料与筛网本体各个滤条交汇点； 确定被泵料所覆盖的过滤筛网的边界； 依据所述边界，计算所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。
12.根据权利要求9所述的料位检测与控制方法，其特征在于，所述图像数据处理步骤中，所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积依据如下步骤确定 对所述预处理获取的图像信息进行图形灰度化处理； 将预先保存的没有被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行差分运算，获得仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像； 对仅剩下被泵料所覆盖的过滤筛网的灰度图像进行二值化； 依据二值化的结果计算被泵料所覆盖的过滤筛网的面积。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的料位检测与控制方法，其特征在于， 所述图像数据接收步骤中，所述图像传感器为摄像头，所述摄像头依据如下步骤获取图像信息 所述摄像头进行自动角度调整，寻找所述料斗及所述过滤筛网；若找到所述料斗及所述过滤筛网，则固定所述摄像头的角度； 判断成像是否清晰，若清晰，则采集该图像数据，若不清晰，则进行摄像头的焦距调整，直至成像清晰。
14.一种料位检测与控制系统，用于控制泵料输送设备料斗中的料位，其特征在于，包括 图像传感器，用于获取表征料斗中料位多少的图像信息； 料位控制器，与所述图像传感器相连接，用于接收图像传感器所获取的表征料斗中料位多少的图像信息，并根据所述表征料位多少的图像信息计算 1)被泵料所覆盖的过滤筛网的面积相对所述过滤筛网总面积的面积之比；和/或， 2)所述被泵料所覆盖的过滤筛网的面积的变化趋势； 以及，基于所述面积之比或所述面积的变化趋势，发出控制信号； 并且，所述料位检测与控制系统还包括 搅拌车执行单元及泵料输送设备执行单元，分别与所述料位控制器的控制信号输出端相连接，用于依据所述控制信号，改变搅拌车和/或泵料输送设备的卸料或泵料速度。
全文摘要
本发明公开了一种料位检测与控制方法、料位检测与控制系统。其中，料位控制方法包括接收图像传感器所获取的表征料斗中泵料多少的图像信息；根据所述表征料斗中泵料多少的图像信息，识别料斗中泵料多少的变化趋势；基于所述泵料多少的变化趋势发出控制信号，改变搅拌车卸料速度和/或泵料输送设备的泵料速度。本发明无需人工监控，极大的降低了劳动强度和人力成本；控制过程简单，容易实现。
文档编号E04G21/02GK102936956SQ20121047557
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者熊俊, 李智勇, 刘洁 申请人:三一重工股份有限公司