本發(fā)明涉及一種消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的檢重系統(tǒng)和檢重數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

動態(tài)檢重系統(tǒng)一般包括進皮帶、稱重皮帶(秤)和出皮帶三部分，其中進出皮帶部分為檢重系統(tǒng)的輔助部分，稱重皮帶是負責(zé)檢重稱重的主要部分。在檢重稱重過程中，被檢物首先隨著進皮帶的運行逐漸進入稱重皮帶，然后恒速通過稱重皮帶，最后逐漸進入出皮帶完成檢重稱重操作。檢重稱重系統(tǒng)通過獲取被檢物完全上稱重皮帶時的重量減去稱重皮帶上空載時的重量作為被檢物的檢重重量，實現(xiàn)檢測物體重量的應(yīng)用功能。

被檢物完全上秤(稱重皮帶)的運行長度不隨檢重速度vw變化而變化，輥筒的轉(zhuǎn)動直徑dw與被檢物完全上秤運行長度lw的比例恒定不變。

在機械設(shè)計中，隨著檢重速度的增加，驅(qū)動檢重皮帶工作運行需要的驅(qū)動力增加，主動輥筒的直徑較難減小。造成輥筒的轉(zhuǎn)動半徑與被檢物完全上秤運行長度的比例(dw/lw)較難降低，進而引入的較低頻率的輥筒轉(zhuǎn)動干擾(較稱重皮帶機械固有振動干擾頻率)。

在檢重應(yīng)用中，隨著檢重速度vw的增加，輥筒的轉(zhuǎn)速逐漸增加(ωw＝vw/(π*dw))，造成輥筒的轉(zhuǎn)動干擾強度快速增加(通常離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比)，進而造成濾波器較難抑制輥筒轉(zhuǎn)動干擾噪音。

在檢重數(shù)據(jù)處理中，隨著檢重速度vw的增加，物體完全上秤時間(tw＝lw/vw)逐漸減小，濾波器能夠花費的時間資源也相應(yīng)的逐漸減小，這造成濾波器對輥筒轉(zhuǎn)動低頻干擾的噪音抑制能力降低。

在檢重應(yīng)用中，隨著檢重速度vw的增加，輥筒轉(zhuǎn)動干擾強度快速增加。在檢重數(shù)據(jù)處理中，隨著檢重速度vw的增加，用于抑制輥筒轉(zhuǎn)動噪音干擾的 濾波器的噪音抑制能力受應(yīng)用物體完全上秤時間的減小而降低。提高檢重速度vw造成輥筒轉(zhuǎn)動干擾與濾波器之間的矛盾激化，進而造成較難在保證檢重精度的前提下提高檢重速度。

通過上述分析可以看出，消除/降低輥筒轉(zhuǎn)動干擾的影響既能通過降低濾波器對輥筒低頻干擾的抑制效果需求提高動態(tài)檢重應(yīng)用精度性能又能通過減小濾波器對低頻噪音干擾的時間花費需求提高動態(tài)檢重應(yīng)用速度性能,是動態(tài)檢重應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域需要迫切解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是針對稱重皮帶部分的主、從輥筒引入的轉(zhuǎn)動動不平衡干擾，設(shè)計一套方便使用(不需要拆卸改動設(shè)備，不影響檢重應(yīng)用過程)的檢測輥筒轉(zhuǎn)動動不平衡干擾的設(shè)備及方法，并在后續(xù)的檢重數(shù)據(jù)處理中即消除/降低輥筒轉(zhuǎn)動干擾的影響又減少數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對抑制輥筒轉(zhuǎn)動干擾的時間需求，實現(xiàn)進一步提高檢重系統(tǒng)精度與速度的應(yīng)用效果。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的檢重系統(tǒng)，包括：

檢重皮帶秤，該檢重皮帶秤包括主動輥筒、安裝在主動輥筒或驅(qū)動電機上的編碼器、驅(qū)動電機、傳動皮帶、從動輥筒和安裝在從動輥筒上的編碼器，

其中，該驅(qū)動電機驅(qū)動主動輥筒旋轉(zhuǎn)，且該從動輥筒經(jīng)由傳動皮帶在該主動輥筒的帶動下旋轉(zhuǎn)，

其中，該主動輥筒的輥筒直徑不同于該從動輥筒的輥筒直徑，

其中，安裝在主動輥筒或驅(qū)動電機上的編碼器檢測該主動輥筒的轉(zhuǎn)速和角度位置信息；且該安裝在從動輥筒上的編碼器檢測該從動輥筒的轉(zhuǎn)速和角度位置信息。

較佳地，在上述的檢重系統(tǒng)中，該主動輥筒的輥筒直徑大于該從動輥筒的輥筒直徑。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的檢重數(shù)據(jù)處理方法，該檢重數(shù)據(jù)處理方法適用于以上所討論的檢重系統(tǒng)，該檢重數(shù)據(jù)處理方法包括：

a.檢測一時間段內(nèi)的空秤數(shù)據(jù)；

b.根據(jù)該空秤數(shù)據(jù)分別提取該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)；

c.通過該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)該，獲得輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)；

d.在檢重數(shù)據(jù)處理過程中，根據(jù)該輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)，對實際稱重數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，以獲得消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的稱重數(shù)據(jù)。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該時間段大于或等于使該主動輥筒和該從動輥筒中的輥筒直徑較大的一個旋轉(zhuǎn)一周的時間。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該空秤數(shù)據(jù)進一步包括該主動輥筒和該從動輥筒的各自角度位置信息以及與該各自角度位置信息相對應(yīng)的稱重數(shù)據(jù)。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)包括：該主動輥筒和該從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)進一步包括：該主動輥筒和從動輥筒的角度位置信息。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該步驟c進一步包括，根據(jù)該主動輥筒和該從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)該和該主動輥筒和從動輥筒的角度位置信息，建立周期性的主動輥筒和從動輥筒的干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)和角度位置信息之間的對應(yīng)關(guān)系模型。

較佳地，在上述的檢重數(shù)據(jù)處理方法中，該步驟d進一步包括：在時域上或者角度位移域上將實際稱重數(shù)據(jù)減去該干擾波動模型數(shù)據(jù)。

綜上，本發(fā)明的特點至少在于以下幾點：

1、區(qū)別于現(xiàn)有系統(tǒng)采用相同直徑的輥筒設(shè)計做法，本發(fā)明的檢重系統(tǒng)采用差異的輥筒直徑設(shè)計方法以便能夠?qū)y試數(shù)據(jù)中的不同輥筒轉(zhuǎn)動干擾方便的區(qū)分開來。

2、區(qū)別于現(xiàn)有檢重系統(tǒng)僅使用一個編碼器測量皮帶速度的做法，本發(fā)明的檢重系統(tǒng)存在多個編碼器分別測試主動輥筒或驅(qū)動電機和從動輥筒轉(zhuǎn)速和相位信息。

3、區(qū)別于現(xiàn)有檢重系統(tǒng)對輥筒轉(zhuǎn)動干擾做為一般干擾處理的做法，本發(fā)明的檢重系統(tǒng)對輥筒干擾進行針對性處理。

4、區(qū)別于現(xiàn)有檢重系統(tǒng)盡力減小輥筒動不平衡的做法，本發(fā)明的檢重系 統(tǒng)盡力消除動不平衡對檢重測量的影響。

5、區(qū)別于現(xiàn)有檢重系統(tǒng)僅在時間域上對稱重數(shù)據(jù)進行分析處理的做法，本發(fā)明的檢重系統(tǒng)還在角位移域上對稱重數(shù)據(jù)進行分析處理。

6、本發(fā)明的檢重系統(tǒng)和方法以輥筒轉(zhuǎn)動干擾是周期干擾為基礎(chǔ)對稱重數(shù)據(jù)進行分析處理。

7、本發(fā)明的檢重系統(tǒng)和方法以抵消的方法消除輥筒轉(zhuǎn)動周期干擾。

本發(fā)明的稱重系統(tǒng)可以在不拆卸或調(diào)整機械系統(tǒng)、不影響檢重應(yīng)用的前提下，通過測試使用速度下的空秤稱重數(shù)據(jù)的方法，分析建立輥筒轉(zhuǎn)動干擾模型，在不消耗(濾波需要消耗時間)時間的情況下抵消輥筒轉(zhuǎn)動干擾對后續(xù)檢重數(shù)據(jù)處理的影響，提高檢重系統(tǒng)的精度與速度。

應(yīng)當理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進一步的解釋。

附圖說明

包括附圖是為提供對本發(fā)明進一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的檢重系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的檢重方法的基本步驟的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參考附圖描述本發(fā)明的實施例。

首先參考圖1，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的檢重系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，該消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的檢重系統(tǒng)主要包括：出料皮帶機1、主動輥筒2、安裝在主動輥筒或驅(qū)動電機上的編碼器3、驅(qū)動電機4、被檢工件5、檢重皮帶機6、進料皮帶機7、從動輥筒8、安裝在從動輥筒上的編碼器9、檢重皮帶框架(含皮帶)10、支撐框架11、稱重傳感器模塊12和檢重皮帶秤底架13。

其中，進料皮帶機7設(shè)置于該檢重皮帶秤6的一側(cè)，且出料皮帶機1設(shè)置于該檢重皮帶秤6的另一側(cè)。

作為最關(guān)鍵的部件，檢重皮帶秤6主要包括主動輥筒2、安裝在主動輥筒或驅(qū)動電機上的編碼器3、驅(qū)動電機4、從動輥筒8和安裝在從動輥筒上的編碼器9。其中，該驅(qū)動電機4驅(qū)動主動輥筒2旋轉(zhuǎn)，且該從動輥筒8經(jīng)由皮帶在該主動輥筒2的帶動下旋轉(zhuǎn)。

特別是，在檢重系統(tǒng)的稱重皮帶部分(秤)，主要存在主動輥筒2和從動輥筒8兩個轉(zhuǎn)速較低的旋轉(zhuǎn)部件，其它例如驅(qū)動電機4等的轉(zhuǎn)速均明顯高于(幾倍以上)上述兩個輥筒轉(zhuǎn)速，主動輥筒2和從動輥筒8引入的干擾頻率較低，并且直徑較大(質(zhì)量偏心較大)，是引起檢重稱重過程中轉(zhuǎn)動干擾的主要部件。因此，為了能夠在測試數(shù)據(jù)中能夠明確區(qū)分主動輥筒2和從動輥筒8，本發(fā)明設(shè)計成該主動輥筒2的輥筒直徑不同于該從動輥筒8的輥筒直徑。例如，在本例中，該主動輥筒2的輥筒直徑大于該從動輥筒8的輥筒直徑。

此外，由于(1)皮帶與輥筒之間存在打滑問題，兩輥筒之間存在速度差、(2)輥筒旋轉(zhuǎn)不平衡周期干擾相位與輥筒本身屬性存在固定聯(lián)系且(3)當有物體上秤時皮帶機輥筒速度會變化，因此本發(fā)明在上述的主動輥筒和從動輥筒上同時安裝編碼器以便分別確定兩個輥筒的真實轉(zhuǎn)速和相位信息。即，該安裝在主動輥筒或驅(qū)動電機上的編碼器3檢測該主動輥筒2的轉(zhuǎn)速和角度位置信息；且該安裝在從動輥筒上的編碼器9檢測該從動輥筒8的轉(zhuǎn)速和角度位置信息。

此外，輥筒引入的旋轉(zhuǎn)干擾以離心力的方向指向輥筒的旋轉(zhuǎn)軸心，則其在稱重數(shù)據(jù)上的影響投影為余弦三角周期函數(shù)形式(本實現(xiàn)例采用三角周期函數(shù)動不平衡模型假設(shè)，存在其它周期模型)。

另一方面，本發(fā)明基于上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提出了一套全新的檢重方法。其基本構(gòu)思為：測試空秤運行數(shù)據(jù)；分別建立以編碼器角度位移為基礎(chǔ)的主動輥筒和從動輥筒稱重數(shù)據(jù)序列(干擾與輥筒轉(zhuǎn)動相關(guān))，輥筒的轉(zhuǎn)動頻率及相位信息已經(jīng)包含在所獲得的稱重數(shù)據(jù)序列中(每周數(shù)據(jù)點數(shù)及干擾相位角)；對上述數(shù)據(jù)分別進行輥筒轉(zhuǎn)動周期的數(shù)據(jù)分析，按照輥筒轉(zhuǎn)動周期提取輥筒轉(zhuǎn)動干擾波動數(shù)據(jù)；將輥筒干擾波動數(shù)據(jù)與輥筒角度位置信息(可以是編碼器位置信息) 進行關(guān)聯(lián)，以便在后續(xù)檢重數(shù)據(jù)處理中使用輥筒干擾模型解決輥筒旋轉(zhuǎn)干擾問題。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的檢重方法的基本步驟的流程圖。其中該檢重方法200適用于以上所討論的檢重系統(tǒng)。

如圖2所示，本發(fā)明的消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的檢重方法200主要包括以下步驟：

步驟201：檢測一時間段內(nèi)的空秤數(shù)據(jù)；

步驟202：根據(jù)該空秤數(shù)據(jù)分別提取該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)；

步驟203：通過該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)，獲得輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)；

步驟204：在檢重過程中，根據(jù)該輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)，對實際稱重數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，以獲得消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的稱重數(shù)據(jù)。

以下結(jié)合一個示例來更詳細地討論該檢重方法200的實施。但，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，以下詳細討論的示例并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。例如，各種優(yōu)選實施例可以在不背離本發(fā)明的原理的基礎(chǔ)上在上述各步驟中選擇性地組合、省略或者變換次序。

首先，可以在用戶要求的檢重速度下檢測一時間段內(nèi)的空秤數(shù)據(jù)，步驟201。較佳地，該空秤數(shù)據(jù)包括該主動輥筒和該從動輥筒的各自角度位置信息以及與該各自角度位置信息相對應(yīng)的稱重數(shù)據(jù)。這樣可以克服轉(zhuǎn)速變化對數(shù)據(jù)分析的影響。一般采用有起始位置信息的增量式編碼器，則直接以增量脈沖為間距對重量數(shù)據(jù)進行采集即可，記錄data0[m]為主動輥筒數(shù)據(jù)，記錄data1[n]，由于兩輥筒轉(zhuǎn)速不同，在相同時間內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)量存在差異，m≠n。采集的數(shù)據(jù)量必須大于兩個輥筒轉(zhuǎn)動一周的數(shù)據(jù)量(即，上述的時間段優(yōu)選大于或等于使該主動輥筒和該從動輥筒中的輥筒直徑較大的一個旋轉(zhuǎn)一周的時間)，否則影響數(shù)據(jù)處理精度。

接著，根據(jù)該空秤數(shù)據(jù)分別提取該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)，步驟202。由于稱重數(shù)據(jù)按照編碼器的角度位移信息記錄，則編碼器旋轉(zhuǎn)一周時所獲得的數(shù)據(jù)量剛好是旋轉(zhuǎn)編碼器的每周脈沖數(shù)參數(shù)p，即輥筒干擾模 型的周期為已知量，所以能夠按照干擾周期從數(shù)據(jù)中提取相關(guān)的周期的干擾波動數(shù)據(jù)。周期已知后的相關(guān)干擾波動提取的數(shù)學(xué)方法較多，本發(fā)明不做更進一步的論述。本實施例中優(yōu)選采用傅里葉變換法(以輥筒干擾為余弦函數(shù)模型為基礎(chǔ))提取數(shù)據(jù)中本輥筒旋轉(zhuǎn)干擾波動數(shù)據(jù)。

例如，以data0[m]數(shù)據(jù)為例說明數(shù)據(jù)處理過程：對data0[m]數(shù)據(jù)進行定周期為pq的傅里葉變換y0＝∑data0(i)*exp((-2*π*j)*i/pq)(其中i從1到m,pq為主動輥或驅(qū)動電機編碼器每周脈沖數(shù)，exp及后續(xù)的abs、angle和cos等為標準數(shù)學(xué)計算函數(shù))，獲得振幅為a0＝abs(y0)/m*2，獲得相位角為φ0＝angle(y0)，則數(shù)據(jù)中的輥筒旋轉(zhuǎn)干擾波動數(shù)據(jù)為f0＝a0*cos(2*π*i/pq+φ0)。采用相同的分析方法從數(shù)據(jù)中提取從動輥筒旋轉(zhuǎn)干擾波動數(shù)據(jù)為f1＝a1*cos(2*pi*i/pc+φ1)，其中pc為從動輥筒編碼器每周脈沖數(shù)。

然后，進行模型與輥筒固化?？梢酝ㄟ^該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)，獲得輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)，步驟203。優(yōu)選的，該轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)可以包括該主動輥筒和該從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)和/或該主動輥筒和從動輥筒的角度位置信息。且，該步驟可以進一步包括：根據(jù)該主動輥筒和該從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)和該主動輥筒和從動輥筒的角度位置信息該該，建立周期性的主動輥筒和從動輥筒的干擾對檢重稱重的影響數(shù)據(jù)和角度位置信息之間的對應(yīng)關(guān)系模型。進而，該步驟就可以通過該主動輥筒和從動輥筒的轉(zhuǎn)動干擾波動信息數(shù)據(jù)和該主動托輥和從動托輥的角度位置信息相結(jié)合，以獲得輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)。

例如，根據(jù)f0＝a0*cos(2*π*i/pq+φ0)、f1＝a1*cos(2*pi*i/pc+φ1)旋轉(zhuǎn)干擾波動數(shù)據(jù)和輥筒編碼器絕對位置定位信息(一般為z信號)，將輥筒干擾波動數(shù)據(jù)與輥筒編碼器位置信息相結(jié)合獲得輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)，即獲得檢重稱重干擾到輥筒編碼器絕對位置的干擾模型數(shù)據(jù)i0[iq]和i1[ic]，其中iq和ic為含有編碼器絕對位置信息的范圍從1到編碼器每周脈沖數(shù)(一整周)的位置信息序列。

最后，在檢重過程中，根據(jù)該輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重稱重影響模型數(shù)據(jù)，對實際稱重數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，以獲得消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾的稱重數(shù)據(jù)，步驟204。該步 驟使用輥筒干擾模型消除輥筒轉(zhuǎn)動干擾對檢重應(yīng)用的影響。

例如，在檢重數(shù)據(jù)處理過程中(本實施例在時域上進行數(shù)據(jù)處理，也可以在編碼器的角度位移域上進行數(shù)據(jù)處理)，同時獲得檢重重量時域數(shù)據(jù)w[t]、主動輥筒干擾模型時域數(shù)據(jù)wi0[t]和從動輥筒干擾模型時域數(shù)據(jù)wi1[t](使用i0[iq]和i1[ic]模型數(shù)據(jù)結(jié)合編碼器位置信息進行時域內(nèi)插獲得)，在時域稱重數(shù)據(jù)上使用數(shù)學(xué)上的減法直接消除/降低(殘差)輥筒動不平衡干擾(wnew＝w[t]-wi0[t]-wi1[t])。

綜上，本發(fā)明在正常檢重稱重中使用上述時間重量數(shù)據(jù)和主、從輥筒的角度位移模型數(shù)據(jù)，在稱重數(shù)據(jù)上直接減去兩個輥筒轉(zhuǎn)動干擾模型數(shù)據(jù)，將在原有檢重數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上消除/降低輥筒轉(zhuǎn)動不平衡干擾對后續(xù)數(shù)據(jù)處理的影響，提高檢重稱重精度，降低數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對被檢物完全上秤時間的需求，提高檢重速度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯見，可對本發(fā)明的上述示例性實施例進行各種修改和變型而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，旨在使本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案范圍內(nèi)的對本發(fā)明的修改和變型。