金属尺寸形状检测装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种金属尺寸形状检测装置和方法，通过由底座与门型主体构建一个空间，空间上设有电磁线圈，使空间内具有均匀的磁场，同时通过三轴磁力计检测空间内的磁场。当有金属通过该空间时，空间内的磁通量会发生改变。通过将检测云图和初始云图进行比较，计算出砂石骨料中金属的尺寸和形状。
【专利说明】
金属尺寸形状检测装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及自动识别技术领域，特别涉及了一种基于磁场云图重构，探测引起磁 场内部金属物体大小的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 在沙石骨料生产中，金属探测设备主要负责检查破碎机进料输送带金属杂质，一 般来说，较小的金属杂质不影响破碎机工作，生产中并不一定需要清除，而较大的金属杂质 如果进入破碎机会造成设备的损坏。这就需要金属探测设备使用前要采用不同大小的金属 块进行测试，校正，其过程主要靠操作人员的经验，具有较大的随意性。由于现有技术中缺 乏此类检测砂石骨料或其他原料中金属大小形状的装置，金属大小形状的检测问题亟待解 决。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种用于检测砂石骨料中金属尺寸形状的装置，使得在砂 石骨料进入粉碎机之前先通过该检测装置检测，当金属的尺寸形状超过预设值的范围时， 能够发出警报，提醒用户不要将相应的砂石骨料放进粉碎机中，以防损坏粉碎机。
[0004] 为实现以上目的，本发明提供一种金属尺寸形状检测装置，包括底座和门型主体， 所述底座与门型主体结合形成前后相通透的空间；
[0005] 底座与门型主体上相对平行的其中两面分别设有电磁线圈，相对平行的另外两面 分别设有三轴磁力计，非金属传送带的运输层贯穿空间；
[0006] 控制单元分别与电磁线圈、三轴磁力计、非金属传送带的动力部以及外部上位机 相连接，控制单元用于
[0007] 控制电磁线圈在空间范围内产生均匀磁场；
[0008] 接收三轴磁力计检测到的磁场信号；
[0009] 控制非金属传送带的传动；
[0010] 将检测到的磁场信号反馈给外部上位机。
[0011] 作为优选的，空间的边框与非金属传送带之间设有用于检测非金属传送带传送速 率的速度检测装置。
[0012] 作为优选的，还包括报警单元；
[0013] 若通过空间的砂石骨料中含有金属的尺寸大于预设值，则控制单元控制报警单元 发出报警。
[0014] 作为优选的，还包括机械臂；
[0015] 若通过空间的砂石骨料中含有金属的尺寸大于预设值，则控制单元控制机械臂将 对应砂石骨料移出非金属传送带。
[0016] 作为优选的，三轴磁力计的数量为N个;N大于等于2;
[0017] 三轴磁力计在空间上均匀分布。
[0018] 本发明还提供了一种金属尺寸形状检测装置，包括以下步骤：
[0019] S0、准备上述任意一项的金属尺寸形状检测装置；
[0020] S1、初始化金属尺寸形状检测装置，得到初始云图；
[0021] S2、将砂石骨料置于非金属传送带上，控制非金属传送带传动，使砂石骨料从空间 穿过，若砂石骨料中含有金属，进入步骤S3，否则重复步骤S2;
[0022] S3、三轴磁力计检测变化后的磁通量数据，并发送给控制单元，控制单元将磁通量 数据反馈给外部上位机，外部上位机根据磁通量数据构建检测云图；
[0023] S4、对比检测云图和初始云图，确定金属尺寸形状；
[0024] S5、重复步骤S2至S4，直至检测完所有砂石骨料。
[0025]作为优选的，步骤Sl具体为：
[0026] Sl. 1、对三轴磁力计初始化，并控制电磁线圈在空间内产生静态平行均匀磁场； [0027] SI. 2、根据三轴磁力计将空间内分割成若干个大小相等的子空间区域；
[0028] Sl. 3、以三轴磁力计为基点，推算出各个空间磁通量分布特征；
[0029] Sl. 4、整合每个子空间区域的分布特征，形成设备空间内磁场云图。
[0030]作为优选的，在步骤Sl. 2中，划分的子空间区域数量在6N至8N之间，N为三轴磁力 计的数量。
[0031 ]作为优选的，在步骤Sl. 3中，通过磁体模拟法推算出各个空间磁通量分布特征。 [0032]作为优选的，在步骤S3中，含有金属的砂石骨料经过空间时，建立2N次采样数据， 其中N为三轴磁力计的数量。
[0033]作为优选的，在步骤S3中，将2N次采样数据转变为若干个三轴磁力计在不同空间 位置采样的数据。
[0034] 本发明提供的金属尺寸形状检测装置，采用了磁体模拟法与压缩采样技术，实现 现场设备空间内的磁场云图构建。当有金属颗粒经过空间，会对空间内的磁场产生扰动，通 过对此刻的磁场云图与之前初始云图比对，通过磁力线分布差异，计算出金属颗粒的大小 与形态，再与预先设定金属颗粒报警的大小阈值比对，即可得到检测到的最终结果。本检测 装置还具有结构简单的特点，可以根据不同尺寸的传送带分别定制不同尺寸的检测框架。 同时，该框架还可以设计为可拆卸式的，使得本发明的应用场景更广。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明中一实施方式的结构示意图。
[0036] 图2为本发明中一实施方式的电子器件连接示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。
[0038] 如图1所示，本发明提供的金属尺寸形状检测装置由底座9与门型主体10组合成前 后相通透的空间11，皮带机(非金属传送带的一种）的运送带8穿过该空间11。在底座上安装 了测速传感器1(速率检测装置的一种）用于测量皮带传动速度。空间11的左右两侧安装若 干个三轴磁力计，分别在2,3,6,7等位置，上下方安装可控电磁线圈4，12，产生平行均匀磁 场，也可以将三轴磁力计设于空间11的上下方，左右两侧安装可控电磁线圈。电子部分由控 制单元，传感模块，电源模块、电磁控制模块及通讯模块组成。较佳的，在本发明中，多个三 轴磁力计在该空间11上均匀分布。
[0039]传感模块由N个三轴磁力计组成，通过SPI总线与控制单元相连接，三轴磁力计用 于检测空间内XYZ三个方向轴上磁通量的大小及方向。控制单元由高性能的DSP组成，电磁 控制模块由IGBT和线圈组成，DSP通过PffM IO口直接控制IGBT模组，需要时使线圈通过大电 流，使空间内部产生平行均匀磁场。测速传感器连接到DSP的时序捕捉端口，通过测量信号 改变时间测量皮带机运送带的速度。通讯模块由信号输出与RS485模组组成，DSP分别采用 GPIO与UART端口与之相连。信号输出采用继电器方式对外产生数字量信号，RS485接口采用 数字通讯方式与外部系统相连接，使用户通过上位机软件实现对设备参数的设置，包括金 属异物的尺寸，报警方式等。此外，在本装置中还可以配有一个机械臂，当装置检测到砂石 骨料中包含的金属大小、形状超过预设值，在控制报警单元发出警报的同时，还可以控制机 械臂将对应的砂石骨料从传送带上取下，以防误将该砂石骨料加入粉碎机中，导致粉碎机 故障。
[0040] 整个设备工作流程如下，首先启动设备，DSP首先对各个三轴磁力计进行初始化， 启动PffM控制IGBT使设备上下方的电磁线圈激励出一个稳定的静态平行均匀磁场。DSP采集 对三轴磁力计数据，形成该点的磁力线特征，采用压缩采样的方法将空间11内的空间分割 成多个大小相等的空间区域，具体的，建立电场云图
[0041]
[0042]式中，Φμ,N为第M网络中的三轴磁力计测量到的位于第N网络中模拟磁通量值。较 佳的，有N个三轴磁力计可以分割成6Ν至8Ν个子空间区域。以各个三轴磁力计基点采用磁体 模拟法推算出其余各个空间磁通量分布特征。最后，将每个空间整合起来形成设备空间内 磁场云图，设备在运行时实时地对设备空间内的磁场云图进行重建，并实时地与初始化时 建立的磁场云图进行。在此过程中，需要确保空间内没有任何金属异物，否则会对后续运行 过程中探测准确率造成误差。当发现金属异物大小超过限定阈值时，信号输出接口将会输 出通断数量信号
[0043]初始化完成后，启动皮带输送机。由于运送带是非金属物质，在运动的过程中不会 对设备空间内的磁场产生任何的影响。当运送带上金属异物进过设备空间时，空间内的磁 场将受到金属异物影响而发生改变。这时设备重建的空间内磁场云图将发生改变，设备将 新的云图与初始化过程中建立的初始云图比对。由于金属异物的存在，会使得目标区域内 的磁通量发生改变，标记这些磁通量改变的空间区域并将其组合，形成目标探测物体的形 状与大小。具体的，应用成熟的图像比对算法将背景图中不同的部分提取出来，建立物体形 状边线，形成金属异物的轮廓，并通过该轮廓测量轮廓的大小，形状。探测物体形状与大小 精度起决被分割的空间区域大小，空间区域越小探测物体的形状与大小越精确，而分割空 间区域大小由可分间区域数量与空间大小确定，一般空间大小是根据现场实际皮带输送机 尺寸相关，可分间区域数量与三轴磁力计的数量相关。
[0044]由于实际系统中不可能无限增加三轴磁力计数量来提升重构空间内云图精度，本 发明在设备被底部加装了测速传感器，可以测量运送带速度。系统根据运送带速度的调整 采用频率使金属异物在通过空间时，建立2N次采样数据。由于空间内是平行磁场，金属异物 在空间移动时对磁场产生影响。此时可以将磁场的变化转变成金属异物静止、平行磁场恒 定，而是三轴磁力计在移动。通过将采集时的三轴磁力计采样转化为多个三轴磁力计在不 同空间位置采样的数据，使三轴磁力计数量"成倍增长"，空间内空间区域划分更为精细，探 测结果更为准确。
[0045]上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解， 而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【主权项】
1. 一种金属尺寸形状检测装置，其特征在于，包括底座和门型主体，所述底座与门型主 体结合形成前后相通透的空间； 所述底座与门型主体上相对平行的其中两面分别设有电磁线圈，相对平行的另外两面 分别设有三轴磁力计，非金属传送带的运输层贯穿所述空间； 控制单元分别与所述电磁线圈、三轴磁力计、非金属传送带的动力部以及外部上位机 相连接，所述控制单元用于 控制所述电磁线圈在所述空间范围内产生均匀磁场； 接收所述三轴磁力计检测到的磁场信号； 控制所述非金属传送带的传动； 将检测到的所述磁场信号反馈给外部上位机。2. 根据权利要求1所述的金属尺寸形状检测装置，其特征在于，所述空间的边框与所述 非金属传送带之间设有用于检测所述非金属传送带传送速率的速度检测装置。3. 根据权利要求1所述的金属尺寸形状检测装置，其特征在于，还包括报警单元； 若通过所述空间的砂石骨料中含有金属的尺寸大于预设值，则所述控制单元控制所述 报警单元发出报警。4. 根据权利要求1所述的金属尺寸形状检测装置，其特征在于，还包括机械臂； 若通过所述空间的砂石骨料中含有金属的尺寸大于预设值，则所述控制单元控制所述 机械臂将对应砂石骨料移出所述非金属传送带。5. 根据权利要求1所述的金属尺寸形状检测装置，其特征在于，所述三轴磁力计的数量 为N个;所述N大于等于2; 所述三轴磁力计在所述空间上均匀分布。6. -种金属尺寸形状检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 50、 准备权利要求1至5中任意一项所述的金属尺寸形状检测装置； 51、 初始化所述金属尺寸形状检测装置，得到初始云图； 52、 将砂石骨料置于所述非金属传送带上，控制所述非金属传送带传动，使砂石骨料从 所述空间穿过，若所述砂石骨料中含有金属，进入步骤S3，否则重复步骤S2; 53、 所述三轴磁力计检测变化后的磁通量数据，并发送给所述控制单元，所述控制单元 将所述磁通量数据反馈给外部上位机，外部上位机根据所述磁通量数据构建检测云图； 54、 对比所述检测云图和初始云图，确定金属尺寸形状； 55、 重复步骤S2至S4，直至检测完所有砂石骨料。7. 根据权利要求6所述的金属尺寸形状检测方法，其特征在于，所述步骤Sl具体为： SI. 1、对三轴磁力计初始化，并控制所述电磁线圈在所述空间内产生静态平行均匀磁 场； 51.2、 根据所述三轴磁力计将所述空间内分割成若干个大小相等的子空间区域； 51.3、 以所述三轴磁力计为基点，推算出各个空间磁通量分布特征； Sl .4、整合每个子空间区域的分布特征，形成设备空间内磁场云图。8. 根据权利要求7所述的金属尺寸形状检测方法，其特征在于，所述步骤SI. 2中，划分 的子空间区域数量在6N至8N之间，所述N为三轴磁力计的数量。9. 根据权利要求6所述的金属尺寸形状检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，含有金 属的砂石骨料经过所述空间时，建立2N次采样数据，其中所述N为三轴磁力计的数量。10.根据权利要求9所述的金属尺寸形状检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所 述2N次采样数据转变为若干个所述三轴磁力计在不同空间位置采样的数据。
【文档编号】G01B7/28GK105890505SQ201610192164
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】董斌, 黄东波, 李琨晟, 李超, 赵文龙, 徐梓涵, 黎志, 孙齐辉
【申请人】上海云统信息科技有限公司