一种图像皮带秤检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种图像皮带秤检测装置，属于物料流量检测技术领域。该图像皮带秤检测装置中辊筒转轴上安装测速仪，辊筒顶部正上方从下至上依次设有对比尺、线光源，辊筒输出端正前上方设有摄像头，摄像头通过图像采集模块与主机连接，线光源通过数字量输出模块与主机连接，线光源照射在辊筒顶部的物料并根据表面边缘形貌呈现出特征光带。该装置不受长度超限、有曲线段、跑偏、张力变化等因素的影响，具有检测精度更高、适应性更强的优点。
【专利说明】
一种图像皮带秤检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种图像皮带秤检测装置，属于物料流量检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，运输皮带物料流量的检测方法和装置主要有电子皮带秤和核子皮带秤。电 子皮带秤通过称量一定长度运输皮带的重量，并结合运输皮带的速度计算物料流量;核子 皮带秤则利用放射性同位素产生的r射线穿透物料时，r射线衰减量与物料厚度有关的特 性，通过测量剩余r射线的强度和结合运输皮带速度来计算物料流量。电子皮带秤检测精度 容易受运输皮带的长度、有曲线段、跑偏、张力变化等因素影响，电子皮带秤的使用条件要 求较为苛刻，运输皮带太长或太短都不适合使用电子皮带秤，运输皮带有曲线段也会造成 较大的检测误差，有的运输皮带容易出现跑偏或张力变化较大，造成检测误差很大甚至无 法正常检测。核子皮带秤采用的放射源主要为点式或线式，虽然核子皮带秤不受皮带长度、 皮带跑偏或张力变化等因素影响，但由于r射线穿透物料时的衰减量与物料厚度成对数关 系，当被测物料截面形状或物料分布均匀度频繁变化时，即使物料质量相同而r射线穿透物 料后的衰减程度也有很大差别，从而造成很大的检测误差，因此，对于运输皮带物料截面形 状变化较大或物料分布不均匀的情况，核子皮带秤也不能正常使用。
【发明内容】
[0003] 为克服电子皮带秤受运输皮带的长度超限、有曲线段、跑偏、张力变化等因素的影 响，以及核子皮带秤容易受物料截面形状变化或物料分布不均匀的影响，本发明提供一种 图像皮带秤检测装置。该图像皮带秤检测装置和方法不受上述因素影响，具有检测精度更 高、适应性更强的优点，本发明通过以下技术方案实现。
[0004] -种图像皮带秤检测装置，包括主机1、图像采集模块2、摄像头3、对比尺4、线光源 5、特征光带6、皮带8、测速仪9、辊筒10和数字量输出模块11，所述辊筒10上设有皮带8,辊筒 10转轴上安装测速仪9,辊筒10顶部正上方从下至上依次设有对比尺4、线光源5,对比尺4为 带颜色、水平方向与垂直方向呈直角的尺子，线光源5为平行光，辊筒10输出端正上前方设 有摄像头3,摄像头3根据物料7的高低与皮带8面呈6°~15° (以确保获得的图像能包括辊筒 10上半部分、辊筒10上方物料7、对比尺4和特征光带6)，测速仪9通过信号线连接主机1的 USB通信口，摄像头3通过图像采集模块2与主机1连接，线光源5通过数字量输出模块11与 主机1连接，线光源5照射在辊筒10顶部的物料7根据表面边缘形貌呈现出特征光带6。采用 对比尺4作为图像像素与实际尺寸的计算标准，无论摄像头3的位置远近高低或角度偏离等 变化，始终能确定图像像素与实际尺寸的对应关系，对比尺4为直角形，其水平方向长度与 辊筒10相当，垂直方向长度略大于物料7最大高度，对比尺4颜色与周围颜色有很大反差。
[0005] 所述图像采集模块2与主机1通过以太网通信。
[0006] 线光源5为带颜色的平行光，在物料7上形成细长的特征光带6,由此获得精确的物 料截面轮廓线，避免前后图像重叠而影响精确物料截面的获得，特征光带6的颜色与其他物 体颜色有很大的反差。
[0007] 所述摄像头3为周期性摄像模式，主机1周期性同时获取数字图像和测速仪9的速 度数据。
[0008] 上述图像皮带秤检测装置的检测方法：
[0009] (a)主机1通过数字量输出模块11控制线光源5打开和关闭；
[0010] (b)摄像头3周期性的获取运输皮带8输出辊筒10处的图像，通过图像采集模块2将 数字图像传到主机1中，并将数字图像存储到主机1的内存中；
[0011] (c)用测速仪9检测运输皮带8的速度，并通过信号线采集到主机1中；
[0012] (d)步骤(b)采集到的图像中，将线光源5在物料7两侧皮带8上形成的特征光带6连 接得到补充连线12,并以补充连线12为下边界、线光源5照射在辊筒10顶部的物料7形成的 特征光带6为上边界，通过数字图像分割获得物料分割图13,并以物料分割图13对应的实际 面积作为实际物料的截面面积；由于采集到的图像中对比尺4图像与其它部分图像的像素 反差大，通过数字图像分割获得对比尺分割图14;
[0013] (e)根据步骤(d)得到的对比尺分割图14,根据对比尺实际的水平方向和垂直方向 的实际长度，以及对比尺水平方向和垂直方向的像素，计算得到对比尺水平方向和垂直方 向的单位像素对应的实际长度，两者相乘计算单位像素对应的实际面积；
[0014] (f)根据步骤(d)得到的物料分割图13求得物料截面图像的总像素数，总像素数乘 以步骤(e)单位像素对应的实际面积，求得物料的实际截面面积；
[0015] (g)采用皮带空转校准物料截面积偏移量So,皮带8空载行运输皮带数周，系统得 到这段时间内的物料截面积Si，其中i = l~J，J为这段时间的计算周期数，根据公式 & = (￡爲)/ ?/计算物料截面积偏移量So; 1-1
[0016] (h)根据公式Q = KdV(S-So)计算每个检测周期内的物料流量，其中Q为物料流量， 单位为kg/s ;K为流量系数;d为物料堆积密度，单位为kg/m3; S为步骤(e)求得的物料截面 积，单位为m2; V为皮带速度，单位为m/s;物料截面积偏移量So，单位为m2。
[0017] 所述步骤(h)计算的物料流量与实际物料流量有偏差时，采用实物对比法校准流 量系数得到Kg，重新计算得到物料流量：
[0018] (i)计算物料流量累积值:假设在N个计算周期T的时间内，分别获得的截面积为 Si，单位为m2，获得的皮带速度为Vi，单位为m/s，其中i = 1~N表示从开始累积到结束累积的 周期数，Qi表示每个计算周期计算获得的物料流量，则在N个计算周期T的时间内的物料流 量累积值W的计算公式为：
[0019] 妒_=[(/^,认-.^ = ；|^7'，物料截面积偏移量3()通过步骤（8)求得的平均截 面积;31通过步骤(a)至(f)求得第i个周期内的物料的实际截面面积;K为流量系数，第一次 取值为1，后面取值为前一次的经校准的流量系数值；
[0020] (j)对流量系数K进行校正：
[0021]①称量已知质量的物料奶，将该物料通过运输皮带8输送检测，经步骤(a)至(f)求 得该物料在运输皮带8输送完为止得到n个计算周期的实际截面面积&~Sn和皮带速度 Vn；
[0022] ②根据步骤⑴求得的物料流量累积值W，求得计 M M. 算得到新的流量系数Kg;
[0023] (k)将经步骤（j)求得的Kg带入到公式Q = KgdV(S-So)，计算每个检测周期内的物 料流量，其中Q为物料流量，单位为kg/s; Kg为校正后的流量系数;d为物料堆积密度，单位为 kg/m3; S为步骤(e)求得的物料截面积，单位为m2; V为皮带速度，单位为m/s;物料截面积偏移 量So,单位为m2。
[0024]本发明的有益效果是：
[0025] 1、与现有电子皮带秤比较，本发明的检测精度不受运输皮带的长度、有曲线段、跑 偏、张力变化等因素影响，精度更高，适应性更强。
[0026] 2、与核子皮带秤比较，本发明不受物料截面形状变化或物料分布不均匀的影响， 无需放射源，无需防辐射措施，使用更安全环保，安装更方便，制造成本和使用成本都更低。 [0027] 3、通过图像来进行物料流量检测，可以实现运输皮带物料流量的非接触式检测， 因此可适用于温度高、腐蚀性强等场合。
[0028] 4、本发明不仅适用于常规的运输皮带的物料流量检测，也可以适用于其它物料输 送方式(如链板输送带）的物料流量检测。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明图像皮带秤检测装置结构示意图；
[0030]图2是本发明方法流程不意图；
[0031 ]图3是本发明图像皮带秤检测装置的侧面示意图；
[0032]图4是本发明检测装置获得的数字图像图；
[0033]图5是本发明检测装置获得的数字图像完善补充连线图；
[0034]图6是本发明物料分割图；
[0035]图7是本发明对比尺分割图。
[0036] 图中：1-主机，2-图像采集模块，3-摄像头，4-对比尺，5-线光源，6-特征光带，7-物 料，8-皮带，9-测速仪，10-辊筒，11-数字量输出模块，12-补充连线，13-物料分割图，14-对 比尺分割图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0038] 实施例1
[0039] 对某铜矿选矿厂磨矿作业的给矿皮带的矿石流量进行检测，矿石粒度为12mm以 下，皮带宽度为500mm，皮带速度范围为0.9~l.lm/s，矿石的堆积密度为2130kg/m 3,矿石颜 色为灰色。
[0040] 如图1所示，该图像皮带秤检测装置，包括主机1、图像采集模块2、摄像头3、对比尺 4、线光源5、特征光带6、皮带8、测速仪9、辊筒10和数字量输出模块11，所述辊筒10上设有皮 带8,辊筒10转轴上安装测速仪9,辊筒10顶部正上方从下至上依次设有对比尺4、线光源5， 对比尺4为带颜色、水平方向与垂直方向呈直角的尺子，线光源5为平行光，辊筒10输出端正 上前方设有摄像头3,摄像头3根据物料7的高低与皮带8面呈6° (以确保获得的图像能包括 辊筒10上半部分、辊筒10上方物料7、对比尺4和特征光带6)，测速仪9通过信号线连接主机1 的USB通信口，摄像头3通过图像采集模块2与主机1连接，线光源5通过数字量输出模块11与 主机1连接，线光源5照射在辊筒10顶部的物料7根据表面边缘形貌呈现出特征光带6。采用 对比尺4作为图像像素与实际尺寸的计算标准，无论摄像头3的位置远近高低或角度偏离 等变化，始终能确定图像像素与实际尺寸的对应关系，对比尺4为直角形，其水平方向长度 与辊筒10相当，垂直方向长度略大于物料7最大高度，对比尺4颜色与周围颜色有很大反差。 其中图像采集模块2与主机1通过以太网通信;线光源5为带颜色的平行光，在物料7上形成 细长的特征光带6,由此获得精确的物料截面轮廓线，避免前后图像重叠而影响精确物料截 面的获得，特征光带6的颜色与其他物体颜色有很大的反差;摄像头3为周期性摄像模式，主 机1周期性同时获取数字图像和测速仪9的速度数据。
[0041 ] 硬件配置为：
[0042] 主机1的配置为：CPU为154590,内存4G，硬盘800G，100/1000M以太网，USB3.0,21英 寸LCD显示器;图像采集模块2的分辨率为1920* 1080，提供100M以太网接口；摄像头3的分辨 率为1920X1080;对比尺4为白色，水平方向长度为600mm，垂直方向长度为300mm;线光源5 长度为600_，光线为红色且接近平行光;测速仪9采用USB通信方式，输出皮带速度数据。 [0043]硬件安装方法为：
[0044]在运输皮带输出端的辊筒10的顶部正上方约300mm处安装线光源5;在线光源5的 前下方安装对比尺4,对比尺4的垂直方向下端与辊筒10的上边对齐;对比尺4的前面安装摄 像头3，摄像头3与皮带8平面成6°角，摄像头3通过通信线与图像采集模块2连接，图像采集 模块2通过以太网与图像皮带秤主机1连接;测速仪9的轴连接在辊筒10的轴上，并且两者同 心，测速仪9通过USB通信与图像皮带秤主机1连接。摄像头3的安装位置是刚好使物料7、对 比尺4、辊筒9上边沿线包含在图像中。
[0045] 如图2至7所示，该图像皮带秤检测装置的检测方法：
[0046] (a)主机1通过数字量输出模块11控制线光源5打开和关闭；
[0047] (b)摄像头3周期性(设计算周期T为0.1s)的获取运输皮带8输出辊筒处的图像，通 过图像采集模块2将数字图像传到主机1中，数字图像分辨率为1920 X 1080，并将数字图像 存储到主机1的内存中；
[0048] (c)用测速仪9检测运输皮带8的速度，并通过信号线采集到主机1中，为了便于说 明，本例子假设某一时刻运输皮带速度为1.4m/s;
[0049] (d)步骤(b)采集到的图像中，将线光源5在物料7两侧皮带8上形成的特征光带6连 接得到补充连线12,并以补充连线12为下边界、线光源5照射在辊筒10顶部的物料7形成的 特征光带6为上边界，通过数字图像分割获得物料分割图13,并以物料分割图13对应的实 际面积作为实际物料的截面面积；由于采集到的图像中对比尺4图像与其它部分图像的像 素反差大，通过数字图像分割获得对比尺分割图14;
[0050] (e)根据步骤(d)得到的对比尺分割图14,根据对比尺实际的水平方向和垂直方向 的实际长度，以及对比尺水平方向和垂直方向的像素，计算得到对比尺水平方向和垂直方 向的单位像素对应的实际长度，两者相乘计算单位像素对应的实际面积，由于该数字图像 得到的对比尺分割图14中，获得对比尺4水平方向长度为1920个像素，垂直方向长度为1080 个像素，对比尺水平方向单位像素对应的实际长度= 600/1920 = 0.3125(mm);对比尺垂直 方向单位像素对应的实际长度=300/1080 = 0.2778(mm);单位像素对应的实际面积= 0.3125X0.2778 = 0.0868(mm2)；
[0051] (f)根据步骤(d)得到的物料分割图13求得物料截面图像的总像素数，总像素数乘 以步骤(e)单位像素对应的实际面积，求得物料的实际截面面积，为了便于说明，本例子假 设某一时刻物料截面图像的总像素数339520个，则被测物料截面的实际面积= 339520 X 0.0868 = 29470(mm2) =0.02947m2;
[0052] (g)采用皮带空转校准物料截面积偏移量So,也就是空皮带运行时求物料截面积S 的平均值;假定皮带8空转3周需要的时间为60s，60s的计算周期数= 60/0.1 = 600(个），系 统获得的物料截面积累计值为〇. 〇9m2，则S〇 = 0.09/600 = 1.5 X 10-4。
[0053] (h)根据公式Q = KdV(S-So)计算每个检测周期内的物料流量，假设K = 0.98和d = 3100kg/m3，V=l .Om/s，利用上述结果S = 0.02947m2，S〇= = 1.5X 10-4m2,则物料流量Q = KdV (S-S〇) =0.98X3100 XI .OX (0.02947-0.00015) = 89.074(kg/s)。
[0054] (i)物料流量累积值计算方法为:假设皮带一直以89.074kg/s的流量输送，计算1 个小时的物料累积值。计算周期T = 0. ls，l小时的计算周期数N=3600/0.1 = 36000(个），则 36000个计算周期时间内的物料流量累积值W的计算方法为 N. 36000
[0055] h- = -SJr = HQ，r= X89-074A'°-1 = -^20666.4kg； b.i i-1
[0056] (j)采用实物对比法校准流量系数Kg，其方法为:将一定量的实物RilOOOkg放入 皮带8运输到实物运输完毕，需要的时间为13s，需要进行130个计算周期的采样计算，为了 便于计算，假设物料截面面积Si恒为0.02578m 2皮带8的速度V:恒为1.0m/s，利用前面的数 据，K = 0.98，d = 3100kg/m3，Si = 0? 02947m2，So = = 1 ? 5 X 10-4m2，则新的流量系数Kg的计算 公式为：
[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)通过公式Q = KgdV(S-S〇) =0.988X3100 XI .OX (0.02578-0.00015) = 78.499 (kg/s)〇
[0060] 实施例2
[0061] 对冶炼厂铁精矿粉的运输皮带的物料流量进行检测。铁精矿粉粒度为1mm以下。皮 带宽度为650mm，皮带速度范围为1.3~1.5m/s，铁精矿粉的堆积密度为2365kg/m 3,铁精矿 粉颜色为黑色。
[0062] 如图1所示，该图像皮带秤检测装置，包括主机1、图像采集模块2、摄像头3、对比尺 4、线光源5、特征光带6、皮带8、测速仪9、辊筒10和数字量输出模块11，所述辊筒10上设有皮 带8,辊筒10转轴上安装测速仪9,辊筒10顶部正上方从下至上依次设有对比尺4、线光源5， 对比尺4为带颜色、水平方向与垂直方向呈直角的尺子，线光源5为平行光，辊筒10输出端正 上前方设有摄像头3,摄像头3根据物料7的高低与皮带8面呈15° (以确保获得的图像能包括 辊筒10上半部分、辊筒10上方物料7、对比尺4和特征光带6)，测速仪9通过信号线连接主机1 的USB通信口，摄像头3通过图像采集模块2与主机1连接，线光源5通过数字量输出模块11与 主机1连接，线光源5照射在辊筒10顶部的物料7根据表面边缘形貌呈现出特征光带6。采用 对比尺4作为图像像素与实际尺寸的计算标准，无论摄像头3的位置远近高低或角度偏离等 变化，始终能确定图像像素与实际尺寸的对应关系，对比尺4为直角形，其水平方向长度与 辊筒10相当，垂直方向长度略大于物料7最大高度，对比尺4颜色与周围颜色有很大反差。其 中图像采集模块2与主机1通过以太网通信；线光源5为带颜色的平行光，在物料7上形成细 长的特征光带6,由此获得精确的物料截面轮廓线，避免前后图像重叠而影响精确物料截面 的获得，特征光带6的颜色与其他物体颜色有很大的反差;摄像头3为周期性摄像模式，主机 1周期性同时获取数字图像和测速仪9的速度数据。
[0063] 硬件配置为：
[0064] 主机1的配置为：CPU为134170,内存2G，硬盘500G，100/1000M以太网，USB3.0,23英 寸LCD显示器；图像采集模块2的分辨率为1280 X 1024,提供100M以太网接口；摄像头3的分 辨率为1280 X 1024;对比尺4为黄色，水平方向长度为700mm，垂直方向长度为350mm;线光源 5长度为700mm，光线为蓝色且接近平行光;测速仪9采用USB通信方式，输出皮带速度数据。 [0065]硬件安装方法为：
[0066]在运输皮带输出端的辊筒10的顶部正上方约300mm处安装线光源5;在线光源5的 下面安装对比尺4,对比尺4的垂直方向下端与辊筒10的上边对齐;对比尺4的前面安装摄像 头3,摄像头3与皮带8平面成15°角，摄像头3通过通信线与图像采集模块2连接，图像采集模 块2通过以太网与图像皮带秤主机1连接;测速仪9的轴连接在辊筒10的轴上，并且两者同 心，测速仪9通过USB通信与图像皮带秤主机1连接。摄像头3的安装位置是刚好使物料7、对 比尺4、辊筒9上边沿线包含在图像中。
[0067] 如图2至7所示，该图像皮带秤检测装置的检测方法：
[0068] (a)主机(1)通过数字量输出模块11控制线光源5打开和关闭；
[0069] (b)摄像头3周期性(设计算周期T为0.05s)的获取运输皮带8输出辊筒处的图像， 通过图像采集模块2将数字图像传到主机1中，数字图像分辨率为1280 X 1024,并将数字图 像存储到主机1的内存中；
[0070] (c)用测速仪9检测运输皮带8的速度，并通过信号线采集到主机1中，为了便于说 明，本例子假设某一时刻运输皮带速度为1.4m/s;
[0071] (d)步骤(b)采集到的图像中，将线光源5在物料7两侧皮带8上形成的特征光带6连 接得到补充连线12,并以补充连线12为下边界、线光源5照射在辊筒10顶部的物料7形成的 特征光带6为上边界，通过数字图像分割获得物料分割图13,并以物料分割图13对应的实际 面积作为实际物料的截面面积；由于采集到的图像中对比尺4图像与其它部分图像的像素 反差大，通过数字图像分割获得对比尺分割图14;
[0072] (e)根据步骤(d)得到的对比尺分割图14,根据对比尺实际的水平方向和垂直方向 的实际长度，以及对比尺水平方向和垂直方向的像素，计算得到对比尺水平方向和垂直方 向的单位像素对应的实际长度，两者相乘计算单位像素对应的实际面积，由于该数字图像 得到的对比尺分割图14中，获得对比尺4水平方向长度为1280个像素，垂直方向长度为1024 个像素，对比尺水平方向单位像素对应的实际长度= 700/1280 = 0.547(mm);对比尺垂直方 向单位像素对应的实际长度= 350/1024 = 0.342(mm);单位像素对应的实际面积= 0.547 X 0.342 = 0.187(mm2);
[0073] (f)根据步骤(d)得到的物料分割图13求得物料截面图像的总像素数，总像素数乘 以步骤(e)单位像素对应的实际面积，求得物料的实际截面面积，为了便于说明，本例子假 设某一时刻物料截面图像的总像素数313000个，则被测物料截面的实际面积= 31300 X 0.187 = 5853(mm2)=0.00585m2；
[0074] (g)采用皮带空转校准物料截面积偏移量So,也就是空皮带时求物料截面积S的平 均值;假定皮带8空转2周需要的时间为30 8,308的计算周期数=30/0.05 = 600(个），系统获 得的物料截面积累计值为〇. 2m2，则S〇 = 0.2/600 = 3.3 X KT4。
[0075] (h)根据公式Q = KdV(S-So)计算每个检测周期内的物料流量，假设K=1.0和d = 2365kg/m3，V= 1 ? 4m/s，利用上述结果S = 0 ? 00585m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，则物料流量Q = KdV (S-S〇) = 1 ? 0 X 2365 X 1 ? 4 X (0 ? 00585-0 ? 00033) = 18 ? 277(kg/s)
[0076] (i)物料流量累积值计算方法为:假设皮带一直以18.277kg/s的流量输送，计算2 个小时的物料累积值。计算周期T = 0.05s，2小时的计算周期数N= 7200/0.05 = 144000 (个），则144000个计算周期时间内的物料流量累积值W的计算方法为 汉144000
[0077] vr = V(A-4/i;(.V, -sm):!.二 t 18.277 x0.05 = 131594.4 kg； i：=i ；=i
[0078] (j)采用实物对比法校准流量系数Kg，其方法为:将一定量的实物1 = 9001^放入 皮带8运输到实物运输完毕，需要的时间为11s，需要进行220个计算周期的采样计算，为了 便于计算，假设物料截面面积Si恒为0.024m2皮带8的速度I恒为1.4m/s，利用前面的数据，K =1 ? 0，d = 2365kg/m3，Si = 0 ? 03m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，则新的流量系数Kg的计算公式为： 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)通过公式Q = KgdV(S-S〇) = 1.043 X 2365 XI .4X (0.00585-0.00033) = 19.062 (kg/s)〇
[0081 ] 实施例3
[0082]对某配料车间的煤粉输送皮带的物料流量进行检测，煤粉粒度为2mm以下。皮带宽 度为1000mm，皮带速度范围为0.5~0.6m/s，煤粉的堆积密度为475kg/m3,煤粉颜色为黑色。 [0083]如图1所示，该图像皮带秤检测装置，包括主机1、图像采集模块2、摄像头3、对比尺 4、线光源5、特征光带6、皮带8、测速仪9、辊筒10和数字量输出模块11，所述辊筒10上设有皮 带8,辊筒10转轴上安装测速仪9,辊筒10顶部正上方从下至上依次设有对比尺4、线光源5， 对比尺4为带颜色、水平方向与垂直方向呈直角的尺子，线光源5为平行光，辊筒10输出端正 上前方设有摄像头3,摄像头3根据物料7的高低与皮带8面呈10° (以确保获得的图像能包 括辊筒10上半部分、辊筒10上方物料7、对比尺4和特征光带6)，测速仪9通过信号线连接主 机1的USB通信口，摄像头3通过图像采集模块2与主机1连接，线光源5通过数字量输出模块 11与主机1连接，线光源5照射在辊筒10顶部的物料7根据表面边缘形貌呈现出特征光带6。 采用对比尺4作为图像像素与实际尺寸的计算标准，无论摄像头3的位置远近高低或角度偏 离等变化，始终能确定图像像素与实际尺寸的对应关系，对比尺4为直角形，其水平方向长 度与辊筒10相当，垂直方向长度略大于物料7最大高度，对比尺4颜色与周围颜色有很大反 差。其中图像采集模块2与主机1通过以太网通信;线光源5为带颜色的平行光，在物料7上形 成细长的特征光带6,由此获得精确的物料截面轮廓线，避免前后图像重叠而影响精确物料 截面的获得，特征光带6的颜色与其他物体颜色有很大的反差;摄像头3为周期性摄像模式， 主机1周期性同时获取数字图像和测速仪9的速度数据。
[0084] 硬件配置为：
[0085] 主机1的配置为：型号为L1041，内存1G，固态硬盘32G，100M以太网，USB2.0，10.4英 寸LCD显示屏；图像采集模块2的分辨率为2048X1536，提供100M以太网接口；摄像头3的分 辨率为2048X1536;对比尺4为白色，水平方向长度为1100mm，垂直方向长度为400mm;线光 源5长度为1100mm，光线为蓝色且接近平行光;测速仪9采用USB通信方式，输出皮带速度数 据。
[0086]硬件安装方法为：
[0087]在运输皮带输出端的辑筒10的轴线正上方约300mm处安装线光源5 ;在线光源5的 下面安装对比尺4,对比尺4的垂直方向下端与辊筒10的上边对齐;对比尺4的前面安装摄像 头3,摄像头3与皮带8平面成10°角，摄像头3通过通信线与图像采集模块2连接，图像采集模 块2通过以太网与图像皮带秤主机1连接;测速仪9的轴连接在辊筒10的轴上，并且两者同 心，测速仪9通过USB通信与图像皮带秤主机1连接。摄像头3的安装位置是刚好使物料7、对 比尺4、辊筒9上边沿线包含在图像中。
[0088] 如图2至7所示，该图像皮带秤检测装置的检测方法：
[0089] (a)主机1通过数字量输出模块11控制线光源5打开和关闭；
[0090] (b)摄像头3周期性(设计算周期T为0.02s)的获取运输皮带8输出辊筒处的图像， 通过图像采集模块2将数字图像传到主机1中，数字图像分辨率为2048 X 1536,并将数字图 像存储到主机1的内存中；
[0091] (c)用测速仪9检测运输皮带8的速度，并通过信号线采集到主机1中，为了便于说 明，本例子假设某一时刻运输皮带速度为〇. 5m/s;
[0092] (d)步骤(b)采集到的图像中，将线光源5在物料7两侧皮带8上形成的特征光带6连 接得到补充连线12,并以补充连线12为下边界、线光源5照射在辊筒10顶部的物料7形成的 特征光带6为上边界，通过数字图像分割获得物料分割图13,并以物料分割图13对应的实际 面积作为实际物料的截面面积；由于采集到的图像中对比尺4图像与其它部分图像的像素 反差大，通过数字图像分割获得对比尺分割图14;
[0093] (e)根据步骤(d)得到的对比尺分割图14,根据对比尺实际的水平方向和垂直方向 的实际长度，以及对比尺水平方向和垂直方向的像素，计算得到对比尺水平方向和垂直方 向的单位像素对应的实际长度，两者相乘计算单位像素对应的实际面积，由于该数字图像 得到的对比尺分割图14中，获得对比尺4水平方向长度为2048个像素，垂直方向长度为1536 个像素，对比尺水平方向单位像素对应的实际长度= 1100/2048 = 0.537(mm);对比尺垂直 方向单位像素对应的实际长度= 400/1536 = 0.260(mm);单位像素对应的实际面积= 0.537 X 0.26 = 0.1396(mm2)；
[0094] (f)根据步骤(d)得到的物料分割图13求得物料截面图像的总像素数，总像素数乘 以步骤(e)单位像素对应的实际面积，求得物料的实际截面面积，为了便于说明，本例子假 设某一时刻物料截面图像的总像素数520000个，则被测物料截面的实际面积= 520000 X 0.1396 = 72592(mm2)=0.0726m2；
[0095] (g)采用皮带空转校准物料截面积偏移量So,也就是空皮带时求物料截面积S的平 均值;假定皮带8空转2周需要的时间为50 8,508的计算周期数=50/0.02 = 2500(个），系统 获得的物料截面积累计值为〇. 5m2，则S〇 = 0.5/2500 = 2 X KT4。
[0096] (h)根据公式Q = KdV(S-So)计算每个检测周期内的物料流量，假设K=l.l和d = 475kg/m3，V = 0 ? 5m/s，利用上述结果S = 0 ? 0726m2，S〇 = = 2 X 10-4m2，则物料流量〇 = 1(狀(3-S〇) = 1.1 X475X0.5 X (0.072-0.0002) = 18.758(kg/s)
[0097]以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。
【主权项】
1. 一种图像皮带秤检测装置，其特征在于：包括主机（I)、图像采集模块（2)、摄像头 (3)、对比尺(4)、线光源(5)、特征光带(6)、皮带(8)、测速仪(9)、辊筒（10)和数字量输出模 块(11)，所述辊筒（10)上设有皮带(8)，辊筒（10)转轴上安装测速仪(9)，辊筒（10)顶部正上 方从下至上依次设有对比尺(4)、线光源（5)，对比尺(4)为带颜色、水平方向与垂直方向呈 直角的尺子，线光源(5)为平行光，辊筒（10)输出端正上前方设有摄像头(3)，摄像头(3)与 皮带(8)面呈6°~15°的角度，测速仪(9)通过信号线连接主机（1)的USB通信口，摄像头(3) 通过图像采集模块(2)与主机（1)连接，线光源（5)通过数字量输出模块（11)与主机（1)连 接，线光源(5)照射在辊筒(10)顶部的物料(7)并根据表面边缘形貌呈现出特征光带(6)。2. 根据权利要求1所述的图像皮带秤检测装置，其特征在于:所述图像采集模块(2)与 主机(1)通过以太网通信。3. 根据权利要求1所述的图像皮带秤检测装置，其特征在于:所述线光源(5)为带颜色 的平行光。4. 根据权利要求1所述的图像皮带秤检测装置，其特征在于:所述摄像头（3)为周期性 摄像模式，主机(1)周期性同时获取数字图像和测速仪(9)的速度数据。
【文档编号】G01G11/00GK205506179SQ201521081323
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】黄宋魏, 张覃, 和丽芳, 卯松
【申请人】昆明理工大学, 贵州大学