基于激光测距的皮带秤的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光测距的皮带秤，属于非接触式皮带秤。所述皮带秤通过激光扫描测距设备扫描物料表面，获得激光头到物料表面的距离值，再通过距离值获得物料的截面形状与面积，结合通过皮带测速设备获得的皮带实时运行速度，得到皮带所运输的物料的瞬时体积与质量，将任意时间段内的所有瞬时物料质量求和，即可得到该段时间内传送的物料质量。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。
【专利说明】基于激光测距的皮带秤
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于激光测距的皮带秤，该系统涉及激光测距和通信等领域。
【背景技术】
[0002] 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y射线，y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y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。
[0003] 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】
[0004] 本发明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，本 发明的皮带秤主要组成包括：激光扫描测距单元、皮带测速单元、人机交互单元、数据处理 单元和通信单元；激光扫描测距单元设备安装在运输皮带上方，扫描面应垂直于皮带对称 轴线和皮带底部切面，扫描范围应大于皮带宽度，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，通过这组数据可还原出皮带及物料的截面上部形状；皮 带测速单元设备安装在皮带滚筒上，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 光扫描测距单元设备的扫描数据和皮带测速单元设备的信号，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单元设备的扫描数据和皮带 测速单元设备的信号进行处理，得到皮带运输的物料的体积和质量。
[0005] 物料测量的具体步骤如下：
[0006] 1.在进行测量前，先对空载皮带使用激光扫描测距设备进行扫描，获得空载皮带 的截面上部形状数据，记录在数据处理单元中。
[0007] 2.通信单元接收由激光扫描测距设备发送的距离数据和皮带测速设备发送的皮 带速度数据，并将数据传至数据处理单元。
[0008] 3.数据处理单元将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行相减运算，获得 物料截面轮廓数据。
[0009] 4.将截面轮廓数据、皮带速度和采集数据的间隔时间进行乘法运算，得到此间隔 时间内运输皮带传送的瞬时物料体积。
[0010] 5.将物料体积和物料密度进行乘法运算得到瞬时物料质量。
[0011] 6.将任意时间段内的所有瞬时物料质量求和，即可得到该段时间内传送的物料质 量。
[0012] 7.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 单元的显示屏显示相关数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1基于激光测距的皮带秤结构示意图。
[0014] 图2设备安装示意图。
[0015] 图3物料测量过程示意图。
[0016] 图4激光扫描测距标定所采集的截面数据示意图。
[0017] 图5激光扫描测距测量所采集的瞬时截面数据示意图。
[0018] 图6相减运算获得物料瞬时截面数据示意图。
[0019] 图7物料瞬时截面数据示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示实施示例中，所述皮带秤组成包括：
[0021] 1.激光扫描测距单元（101)，采用测距距离大于5米的激光扫描测距仪（102)。
[0022] 2.皮带测速单元（103)，采用光电编码测速传感器（104)，与皮带滚筒轴直接或间 接相连，实时测量滚筒的转速，产生与滚筒转速成正比的脉冲信号；也可直接选用数字式皮 带测速传感器可直接输出皮带速度数据。
[0023] 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)信号或数据。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端口，除有线端口外，也可 使用无线通信方式。
[0024] 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 IXD液晶显示模块，视域尺寸：60. 5X18. 0mm，54. 8X18. 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。
[0025]5.数据处理单元（108)，包括存储芯片（109)和处理器（110)，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。处理器（113)可选用TI公司的MSP430F147单片机。该型号为16 位RISC结构，具有32kFlash，IkRAM;并有丰富的片内外围模块便于为通信单元提供硬件 支持，内置乘法器便于数据运算处理。
[0026] 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。
[0027] 激光扫描测距单元和皮带测速单元的安装位置参考图2 :
[0028] 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；。
[0029] 2.皮带测速设备（104)的数据采集部分连接滚筒（203)的轴。
[0030] 所述皮带秤的具体工作步骤如下：
[0031] 1.判断装置是否已经标定（301)，如未标定，则进行空载标定（302)，如已标定可 直接测量。
[0032] 2.空载标定（302)，标定时需对空载皮带使用激光扫描测距仪进行扫描，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。
[0033] 3. (303)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设备上传信号或数据，获得实 时皮带移动速度Vi，如测速传感器输出信号为脉冲信号则Vi=s?p?L? 31，式中s为脉冲 间隔时间，P为传感器分辨率即转一周的脉冲总数，L为滚筒直径。
[0034] 4. (304)将扫描数据与标定时记录的皮带空载扫描数据进行相减运算Si=Ab-Ai, 如图6所示；运算获得瞬时物料截面数据Si,如图7所示。
[0035] 5. (305)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 Ati,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=SiIi ?Ati;瞬时物料 体积乘以物料密度q，即得到瞬时物料质量Mi,Mi=Vi?q。
[0036] 6. (306)将该皮带某段时间内的瞬时物料质量Mi累加，即可得到该皮带此段时间
【权利要求】
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单 元、皮带测速单元、人机交互单元、数据处理单元和通信单元；激光扫描测距单元设备安装 在运输皮带上方，用于获取物料截面数据；皮带测速单元设备连接皮带滚筒轴，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单元设备的扫描数据和皮带测速单元 设备的信号或数据，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单元设备的扫描数据和皮带测速单元设备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：测量前预先采集并存储激光扫描测距单 元设备在皮带空载时的扫描数据。
4. 如权利要求1所述的皮带秤，其特征在于：数据处理单元处理激光扫描测距仪输出 的数据，将扫描数据与预先记录的皮带空载扫描数据进行相减运算，获得皮带上物料截面 数据。
5. 如权利要求1所述的皮带秤，其特征在于：如皮带测速单元设备发送的是脉冲信号， 数据处理单元根据信号频率和滚筒直径得到皮带速度。
6. 如权利要求4所述的皮带秤，其特征在于：数据处理单元将截面数据、皮带速度和采 集数据的间隔时间的积作为此间隔时间内运输皮带传送的瞬时物料体积；将物料体积与物 料密度的积作为瞬时物料质量；将任意时间段内的所有瞬时物料质量求和，即可得到该段 时间内传送的物料质量。
【文档编号】G01G11/00GK104515572SQ201510014054
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2015年1月13日 优先权日:2015年1月13日
【发明者】刘毅, 孙继平 申请人:中国矿业大学(北京)