本发明涉及物料在线检测技术领域，尤其涉及一种皮带机物料水分率的在线检测方法与装置。
背景技术：
皮带输送机简称皮带机，作为一种物料运输装置，目前已被广泛应用于冶金、煤炭以及化工等各行业。例如，在烧结生产中，首先，将各种成分不同的物料通过皮带机送往混料机，然后，根据各物料的水分率，在混料机中加适量的水后进行混料，最后，将混合好的物料送往烧结机进行物料烧结。由于在烧结生产过程中混合料的水分率会直接影响到烧结矿的制粒效果，因此，皮带机所运输的物料中水分数据的实时采集和分析工作，对指导烧结生产操作起着十分重要的作用。
现有技术中，皮带机物料水分率的检测方法主要有红外水分仪检测法和微波水分仪检测法两种。其中，红外水分仪检测法是利用水分子对不同近红外波段的红外光的吸收率不同来实现的，红外水分仪利用该原理，把近红外光投射到物料上，通过测量反射回来的光能量，测算出被测物料的水分含量；而微波水分仪，是利用其发射的低能微波经被测物料中所含水分吸收一部分后，对反射微波来进行检测，从而实现物料水分的检测。图1是皮带机物料水分在线检测装置的结构示意图。如图1所示，通过在运输物料的传送带01上方安装检测探头02(红外探头或微波探头)，利用检测探头02分别发射探测信号和接收反射信号，利用接收到的反射信号与事先标定好的反射信号-水分率曲线进行对比分析，实现传送带01上所运输物料03的水分率检测。
但是，上述检测探头02安装在传送带01上方直接检测物料03的水分率，只能检测到物料03靠近表面较小区域范围内的水分率，并不能检测到所有厚度物料的水分率，检测结果精确度较差；并且，上述检测方式容易受到外界光线及蒸汽等干扰，对检测环境要求较高，检测稳定性较差。
技术实现要素：
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种皮带机物料水分率的在线检测方法与装置。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种皮带机物料水分率的在线检测方法，该包括：
当物料进入皮带机称重段起始位置时，则控制图像采集装置按照预设频率对位于所述皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集；
根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量；
判断当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和是否满足所述皮带机称重段长度要求；
如果当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和满足所述皮带机称重段长度要求，则控制物料称重装置采集所述皮带机称重段上的物料实际重量；
根据所述物料实际重量和所述已采集到的单帧物料图像对应的单帧物料干基重量之和，计算出所述皮带机称重段上的物料水分率。
优选地，控制图像采集装置按照预设频率对位于所述皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集，包括：
控制激光线光源垂直照射在位于所述皮带机称重段起始位置的物料表面上；
控制图像采集装置，按照预设频率采集所述激光线光源照射在所述物料表面上的图像。
优选地，根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息、采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离、以及所述物料的干基密度，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量，包括：
根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，分别计算出所述单帧物料图像中料面宽度和物料表面各像素点对应的料面高度；
根据所述料面宽度和各物料表面像素点对应的料面高度，计算出所述单帧物料图像对应物料横截面积；
根据所述物料横截面积、采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离，计算所述单帧物料图像对应的单帧物料体积；
根据所述单帧物料体积和所述物料的干基密度，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量。
优选地，根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出物料表面各像素点对应的料面高度，包括：
对采集到的单帧物料图像进行图像分析，得到物料表面对应的像素点在所述单帧物料图像中的实际像素点位置；
根据所述实际像素点位置、以及已建立好的料面高度与像素点位置的对应关系，计算出物料表面各像素点对应的料面高度。
优选地，根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出所述单帧物料图像中的料面宽度，包括：
对采集到的单帧物料图像进行图像分析，得到所述单帧图像中物料宽度对应的料面像素点数量n和皮带机传送带对应的皮带像素点数量p；
根据所述料面像素点数量n、所述皮带像素点数量p和所述皮带机传送带的实际宽度w，计算出所述单帧物料图像中的料面宽度d，其中，
优选地，采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离的计算方法包括：
获取采集所述单帧物料图像时所述皮带机的传送带运行的瞬时速度vm；
根据所述预设频率f和所述瞬时速度vm，计算出采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离lm，其中，lm＝vm/f。
优选地，判断已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和是否满足所述皮带机称重段长度要求，包括：
判断已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和是否满足关系式
优选地，所述已采集到的物料图像的单帧物料干基重量之和的计算方法包括：
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种皮带机物料水分率的在线检测装置，该包括：
图像采集装置，用于在物料进入皮带机称重段起始位置时，按照预设频率对位于所述皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集；
物料称重装置，用于采集所述皮带机称重段上的物料实际重量；
中央处理器，分别与所述图像采集装置和物料称重装置通信连接，其中，所述中央处理器用于：
当物料进入皮带机称重段起始位置时，则控制图像采集装置按照预设频率对位于所述皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集；
根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量；
判断当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和是否满足所述皮带机称重段长度要求；
如果当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和满足所述皮带机称重段长度要求，则控制物料称重装置采集所述皮带机称重段上的物料实际重量；
根据所述物料实际重量和所述已采集到的单帧物料图像对应的单帧物料干基重量之和，计算出所述皮带机称重段上的物料水分率。
优选地，所述物料称重装置包括激光线光源和工业摄像机，其中：
所述激光线光源设置在所述皮带机称重段起始位置的正上方，用于将发射的激光线垂直照射在位于所述皮带机称重段起始位置的物料表面上；
所述工业摄像机设置在所述皮带机上方，用于按照预设频率采集所述激光线光源照射在所述物料表面上的图像。
优选地，所述装置还包括物料整形罩，其中：
所述物料整形罩设置在所述皮带机称重段起始位置的前方，用于对进入皮带机称重段起始位置的物料表面形状进行修整。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种皮带机物料水分率的在线检测方法与装置，首先，利用图像采集装置按照预设频率对位于皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集；其次，当已采集到的物料图像对应的物料前进距离之和满足皮带机称重段长度要求，则控制物料称重装置采集皮带机称重段上的物料实际重量，并根据已采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息以及已标定好的物理干基密度，计算出该皮带机称重段上物料干基重量；根据物料的实际重量与干基重量，计算出该物料水分率。由于本实施例中利用相机图像采集物料图像的方式来计算物料干基重量，并且物料的实际质量为接触式称重装置直接测量出，进而可以准确的测量出所有料层高度的含水重量，而非受限于物料表面区域含水率的检测且不容易受外界环境的干扰，所以本实施例的检测结果更为稳定、精确。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的皮带机物料水分在线检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种皮带机物料水分在线检测装置的硬件结构示意图；
图3为本发明实施例提供的皮带机物料水分在线检测装置的硬件组织框图；
图4为本发明实施例提供的非接触式物料体积检测部分的示意图
图5为本发明实施例提供的一种皮带机物料水分在线检测方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的料面高度标定与检测的原理示意图；
图7为本发明实施例提供的物料宽度与横截面积的计算方法示意图；
图8为本发明实施例提供的物料体积的计算方法示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
针对现有技术中的皮带机物料水分率的在线检测装置存在的检测稳定性差以及检测结果精确度较差的问题，本发明实施例提供了一种皮带机物料水分率的在线检测方法及装置，该检测方法的主要原理是利用非接触式物料体积检测单元检测出皮带机称重段上物料的体积，根据检测出的体积和已标定好的物料干基密度，便可以计算出物料的干基重量，同时，利用物料称重装置检测出皮带机称重段上物料的实际重量，根据上述物料的实际重量和干基重量，计算出物料的水分率。
图2为本发明实施例提供的一种皮带机物料水分在线检测装置的硬件结构示意图。图3为本发明实施例提供的皮带机物料水分在线检测装置的硬件组织框图。如图2和图3所示，该装置主要包括中央处理器4、以及与中央处理器4通信连接的图像采集装置3和物料称重装置5。
其中，物料称重装置5主要包括称重托辊51、称重传感器52和称重微处理器53。称重托辊51设置皮带机传送带10的下方，用来支撑传送带10传输的物料20，并且该称重托辊51可以将确定长度范围内皮带上的物料重力传递给称重传感器52，本发明实施例将该确定长度范围称为皮带机称重段l，并且，在物料前进方向上，将皮带机称重段l的两个边缘分别称为皮带机称重段起始位置a和皮带机称重段结束位置b。
在物料称重装置5工作过程中，物料重量通过皮带机称重段l将作用力加至称重托辊51之上，称重托辊51又将该作用力传输给称重传感器52，称重传感器52输出电压信号并通过信号放大后，传输给称重微处理器53，称重微处理器53经过相应的一系列计算后，便可以得到有关物料在皮带机称重段l的实际重量，并将该实际重量发送给中央处理器4。
图像采集装置3，用于在物料20进入皮带机称重段起始位置a时，按照预设频率对位于该皮带机称重段起始位置a的物料进行图像采集，并将采集的图像发送给中央处理器4，中央处理器4通过对采集到的物料图像中物料表面对应的像素点信息分析计算，便可以得到采集图像中物料实际的料面高度和物料宽度。
为了方便中央处理器4为物料图像中物料表面对应像素点的识别，本发明实施例中图像采集装置3主要包括工业摄像机31和激光线光源32，其中，激光线光源32设置在皮带机称重段起始位置a的正上方，用于将发射的激光线垂直照射在位于皮带机称重段起始位置a的物料表面上；工业摄像机31设置在皮带机上方，并且该工业摄像机的图像采集方向与位于皮带机称重段起始位置a的物料表面垂线具有一定的夹角，用于按照预设频率采集激光线光源32照射在物料表面上的图像，中央处理器4通过提取采集图像中激光光点位置，便可以计算出物料实际的料面高度和物料宽度。
为防止物料表面形貌的波动过大，给中央处理器4的图像分析带来困难，本实施例中，在所述皮带机称重段起始位置的前方(即来料方向上)还设置有整形罩60，该整形罩60与上述图像采集装置3共同构成了本发明实施例提供的在线检测装置中的非接触式物料体积检测部分。
如图4所示，为本发明实施例提供的非接触式物料体积检测部分的示意图，在物料进入皮带机称重段起始位置前，通过整形罩60对物料表面形状进行修整，然后经修整后的物料进入皮带机称重段起始位置时，则工业摄像机31开始捕捉激光线光源32照射在物料表面时的图像。
中央处理器4不仅用于接收图像采集装置3和物料称重装置5发送的重量数据和图像数据，还用于使能图像采集装置3和物料称重装置5，以控制图像采集装置3和物料称重装置5的具体工作过程。
图5是本发明实施例提供的一种皮带机物料水分在线检测方法的流程示意图。图5所示方法的执行主体为图2所示的中央处理器，图5所述方法包括如下步骤：
s110：当物料进入皮带机称重段起始位置时，则控制图像采集装置按照预设频率对位于所述皮带机称重段起始位置的物料进行图像采集。
具体的，首先，控制激光线光源垂直照射在位于皮带机称重段起始位置的物料表面上，当然，所述激光线光源可以保持常开状态；然后，控制图像采集装置按照预设频率采集所述激光线光源照射在物料表面上的图像，其中，所述预设频率可以是图像采集装置采集一帧图像所需要的时间对应的频率，也可以是采集装置根据物料水分率计算精度需要，自主设置的频率，例如，如果对物料水分率计算精度要求较低，则可以将采集频率设的低一些，即减少采样次数。
s120：根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量。
具体可以包括如下步骤：
s121：根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，分别计算出所述单帧物料图像中料面宽度和物料表面各像素点对应的料面高度。
其中，根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出单帧物料图像中的物料表面各像素点对应的料面高度，可以包括：
1)对采集到的单帧物料图像进行图像分析，得到物料表面对应的像素点在所述单帧物料图像中的实际像素点位置。
对采集到的单帧物料图像进行中各像素点的像素值以及位置分析，得到物料表面对应的像素点在该单帧物料图像中的实际像素点位置，例如，当使用激光线光源照射物料表面时，则采集图像中的光点在图像中的位置。
2)根据所述实际像素点位置、以及已建立好的料面高度与像素点位置的对应关系，计算出物料表面各像素点对应的料面高度。
如图6所示，为本发明实施例提供的料面高度标定与检测的原理示意图，在进行料面高度与物料表面像素点位置关系进行标定时，首先，将用于标定的刻度尺23竖直立于激光线光源32的正下方，即皮带机称量段起始位置a处，并用工业摄像机31采集到的此时刻度尺23的图像作为标定素材。由于图像中刻度尺上刻度和图像中代表此刻度的像素点坐标一一对应，从而建立起料面高度和像素点的对应关系，进而，在实际测量中，根据激光线在物料表面上形成的投射点在便图像中像素点的坐标位置，可以得到相应的料面高度，例如，图6中的n点和m点可以根据对应关系分别得到其位置点h(n)、h(m)。
进一步的，根据采集到的单帧物料图像中物料表面对应的像素点信息，计算出所述单帧物料图像中料面宽度，可以包括：
1)对采集到的单帧物料图像进行图像分析，得到所述单帧图像中物料宽度对应的料面像素点数量n和皮带机传送带对应的皮带像素点数量p。
2)根据所述料面像素点数量n、所述皮带像素点数量p和所述皮带机传送带的实际宽度w，计算出所述单帧物料图像中的料面宽度d，其中，
s122：根据所述料面宽度和各物料表面像素点对应的料面高度，计算出所述单帧物料图像对应物料横截面积。
如图7所示，根据所述料面宽度d和图像中料面宽度所对应的像素点个数n，则图像上每一个像素点所对应的实际宽度
s123：根据所述物料横截面积、采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离，计算所述单帧物料图像对应的单帧物料体积。
其中，采集所述单帧物料图像对应的物料前进距离的计算方法包括：
首先，获取皮带机传送带在图像采集装置采集该单帧物料图像时，对应的运行瞬时速度vm，然后，根据步骤s110中图像采集装置采集物料图像的预设频率，便可以计算出图像对单帧物料图像对应的采集时间(即相邻两帧图像之间的时间间隔)
通过上述计算出物料前进距离后，图像中物料横截面积s与物料前进距离lm的乘积，便为单帧物料图像中的物料体积vm。
s124：根据所述单帧物料体积和所述物料的干基密度，计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量。
根据质量计算公式，将单帧物料体积vm与该物料的干基密度ρdry进行乘积，便可以计算出所述单帧物料图像对应的单帧物料干基重量mm。
s130：判断当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和是否满足所述皮带机称重段长度要求。
在初始状态下，即物料刚进入皮带机称重段起始位置时，设定物料前进距离为0，累加次数m也为0，每采集一帧图像，将物料前进距离累加lm，并且m增加1，则采集m帧图像后，对应的物料前进距离之和便为
通过判断目前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和，是否满足关系式
s140：如果当前已采集到的单帧物料图像对应的物料前进距离之和满足所述皮带机称重段长度要求，则控制物料称重装置采集所述皮带机称重段上的物料实际重量mwet。
s150：根据所述物料实际重量和所述已采集到的单帧物料图像对应的单帧物料干基重量之和，计算出所述皮带机称重段上的物料水分率。
根据已采集到物料图像的单帧物料干基重量之和(已采集到物料图像对应于皮带机称重段上的物料干基重量)
如图8所示，为本发明实施例提供的物料体积的计算方法示意图。由于本发明实施例采用每采集一帧图像，则将该帧图像对应的物料前进距离加入到序列
公式(2)中，lm为采集第m帧物料图像对应的物料前进距离，sm第m帧物料图像对应物料横截面积，s1第1帧物料图像对应物料横截面积。
相对应的，根据公式(2)，物料称重段上物料的干基重量的计算公式为：
所以，公式(1)关于物料称重段上的物料的水分率，相应的变更为：
执行完步骤s150后，便可以返回步骤s110，继续对下一进入物料称重段的物料进行水分率检测，因此，利用上述方法，便可以对皮带机上每一段经过物料机称重段的物料进行物料水分率检测，然后，将检测出的所有分段物料的水分率进行求平均值运算后，进而可以计算出皮带机上所运输物料的水分率。
本发明实施例提供的物料检测方法，根据物料在皮带机上的运输的工作特点，利用非接触式体积检测装置，计算出皮带机上物料的干基重量；以及，利用接触式的物料称重装置直接检测物料的实际质量，最后，根据上述物料实际重量和干基重量，便可以准确的测量出所有料层高度的含水重量，而非受限于物料表面区域含水率的检测；另外，本实施例中利用工业摄像机采集物料图像的方式来计算物料体积，工业摄像机并不容易受外界环境的干扰，并且物料的实际质量为接触式的检测方式，因此，本实施例的检测结果更为稳定、精确。
需要说明的是，本发明实施例提供的物料水分率检测方法及装置，并不限于烧结生产，其它所有皮带机或类似装置都可应用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。