本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種物料測量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

皮帶輸送機(jī)是輸送物料的基本設(shè)備，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中，如發(fā)電廠、港口、礦山、食品加工等，由于物料輸送自動(dòng)化控制和安全生產(chǎn)的需要，對于皮帶輸送機(jī)實(shí)時(shí)物料質(zhì)量的檢測和實(shí)時(shí)料流的監(jiān)控有一定的需求。當(dāng)前在物料質(zhì)量檢測方面，已應(yīng)用的皮帶秤有電子皮帶秤、核子皮帶秤和激光皮帶秤等，這些皮帶秤以單純稱量物料質(zhì)量為主；在實(shí)時(shí)料流的監(jiān)控方面，主要采用工業(yè)電視和大物料保護(hù)裝置，采用工業(yè)電視監(jiān)控皮帶實(shí)時(shí)畫面存在對人員和現(xiàn)場照明的要求較高，且往往清晰度和鏡頭數(shù)量不足，不能準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的在皮帶輸送物料時(shí)，不能準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物問題，提供一種物料測量方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物，減輕工作人員工作量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種物料測量方法，包括：

獲取皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，所述平均曲率為所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

根據(jù)所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，提供物料中是否存在異形物體的提示信息，所述預(yù)設(shè)比值范圍為物料中不存在異形物體時(shí)對應(yīng)的截面積與平均曲率的比值范圍。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

獲取皮帶空載時(shí)皮帶上的第二截面線數(shù)據(jù)；

所述根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值包括：

根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)和第二截面線數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)物料的截面積；

計(jì)算所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

計(jì)算得到所述截面積與平均曲率的比值。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，提供物料中是否存在異形物體的提示信息包括：

當(dāng)所述比值超出所述預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，提供物料中存在異形物體的報(bào)警信號。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

當(dāng)所述比值與預(yù)設(shè)最大限值的差值大于所述預(yù)設(shè)最大限值的規(guī)定比例時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號，所述預(yù)設(shè)最大限值為所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)的最大值。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

獲取皮帶速度，以及皮帶上的物料密度；

根據(jù)所述截面積、皮帶速度、間隔時(shí)間和所述物料密度，計(jì)算得到皮帶上的物料質(zhì)量，其中所述物料質(zhì)量與預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍的比較結(jié)果與所述皮帶速度相關(guān)聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

根據(jù)所述截面積、皮帶速度和間隔時(shí)間，仿真并顯示所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像。

本發(fā)明第二方面提供一種物料測量系統(tǒng)，包括物料測量裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中，所述物料測量裝置，安裝在皮帶上方，用于獲取皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)處理裝置對所述物料測量裝置的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括：

比值計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，所述平均曲率為所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

信息提示單元，用于根據(jù)所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，提供物料中是否存在異形物體的提示信息，所述預(yù)設(shè)比值范圍為物料中不存在異形物體時(shí)對應(yīng)的截面積與平均曲率的比值范圍。

進(jìn)一步地，所述物料測量裝置還用于獲取皮帶空載時(shí)皮帶上的第二截面線數(shù)據(jù)；

所述比值計(jì)算單元包括：

截面積計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)和第二截面線數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)物料的截面積；

平均曲率計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

比值模塊，用于計(jì)算得到所述截面積與平均曲率的比值。

進(jìn)一步地，所述信息提示單元還用于當(dāng)所述比值超出所述預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，提供物料中存在異形物體的報(bào)警信號。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理裝置還包括處理單元，用于當(dāng)所述比值與預(yù)設(shè)最大限值的差值大于所述預(yù)設(shè)最大限值的規(guī)定比例時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號，所述預(yù)設(shè)最大限值為所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)的最大值。

進(jìn)一步地，所述物料測量系統(tǒng)還包括：

皮帶速度檢測裝置，用于獲取皮帶速度；

在線密度測量裝置，用于獲取皮帶上的物料密度；

所述數(shù)據(jù)處理裝置還包括質(zhì)量計(jì)算單元，用于根據(jù)所述截面積、皮帶速度、間隔時(shí)間和所述物料密度，計(jì)算得到皮帶上的物料質(zhì)量，其中，所述物料質(zhì)量與預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍的比較結(jié)果與所述皮帶速度相關(guān)聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理裝置還包括仿真單元，用于根據(jù)所述截面積、皮帶速度和間隔時(shí)間，仿真所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像；以及顯示單元，用于顯示所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像。

通過上述技術(shù)方案，根據(jù)皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，由所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，判斷所述物料中是否存在異形物體，解決了不能準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物，并減輕工作人員工作量。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種物料測量方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的皮帶承載物料時(shí)獲取到第一截面線數(shù)據(jù)的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的皮帶空載時(shí)獲取到第二截面線數(shù)據(jù)的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的獲取到物料截面積的示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的獲取到第三截面線數(shù)據(jù)的示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的獲取到物料截面積的示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種物料測量系統(tǒng)的示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種物料測量系統(tǒng)的示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種物料測量系統(tǒng)的示意圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的再一種物料測量系統(tǒng)的示意圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的再又一種物料測量系統(tǒng)的示意圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例提供的物料測量系統(tǒng)工作的架構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種物料測量方法，執(zhí)行主體為物料測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括物料測量裝置，所述方法包括如下步驟：

101、獲取皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)。

當(dāng)皮帶上承載物料時(shí)，物料測量裝置測得的皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)a1，對應(yīng)于圖2所示的物料測量裝置掃描的劃線區(qū)域，而圖2中標(biāo)注的11表示為第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一截面線。

102、根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，所述平均曲率為所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率。

由于大部分異形物體在高度上比較突出，可以在皮帶上方設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)線，將該基準(zhǔn)線與所述第一截面線圍成的面積作為對應(yīng)物料的截面積。

在不同的實(shí)施方式中，可以將皮帶空載時(shí)的上表面截面線作為基準(zhǔn)線。例如，在初次使用時(shí)，先獲取皮帶空載時(shí)，皮帶上的第二截面線數(shù)據(jù)a2，對應(yīng)于圖3所示的物料測量裝置掃描的劃線區(qū)域，而圖3中標(biāo)注的12表示為第二截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的第二截面線。

其中，第一截面線11與第二截面線12圍成的面積即為對應(yīng)物料的截面積，如圖4中所示的截面積13。而根據(jù)物料測量裝置得到的第二截面線數(shù)據(jù)a2與第一截面線數(shù)據(jù)a1之間的差值，即得到對應(yīng)物料的截面積s＝a2-a1。

再根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線，即第一截面線11，計(jì)算得到第一截面線11的平均曲率。

對于平均曲率的計(jì)算可參照現(xiàn)有技術(shù)中平均曲率的計(jì)算公式：

計(jì)算得到所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率，其中，表示平均曲率，表示所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線上切線變化的角度，δs表示所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線長度。

然后，計(jì)算得到所述截面積s與平均曲率的比值，即g表示為所述截面積與平均曲率的比值。

或者，在所述皮帶上方設(shè)置第三截面線，如圖5中標(biāo)注的14為第三截面線，其中第一截面線11與第三截面線14圍成的面積即為對應(yīng)物料的截面積，如圖6中所示的截面積15。而根據(jù)物料測量裝置得到的第三截面線對應(yīng)的第三截面線數(shù)據(jù)a3與第一截面線數(shù)據(jù)a1之間的差值，即得到對應(yīng)物料的截面積s′＝a2-a1。

再根據(jù)上述計(jì)算平均曲率的公式得到第一截面線11的平均曲率，然后，計(jì)算得到所述截面積s′與平均曲率的比值，即g′表示為所述截面積與平均曲率的比值。

通過上述兩種方式均可以得到對應(yīng)物料的截面積，從而得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值。這里并不限定使用哪一種方式，其中，優(yōu)選為皮帶空載時(shí)得到的第二截面線數(shù)據(jù)，從而對應(yīng)得到的截面積。

103、根據(jù)所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，提供物料中是否存在異形物體的提示信息，所述預(yù)設(shè)比值范圍為物料中不存在異形物體時(shí)對應(yīng)的截面積與平均曲率的比值范圍。

將所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍進(jìn)行比較，當(dāng)所述比值在所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)時(shí)，表示所述物料中不存在異形物體，當(dāng)所述比值超出所述預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，表示所述物料中存在異形物體，則可以提供物料中存在異形物體的報(bào)警信號，以便提醒工作人員采取相應(yīng)的措施。

另外，當(dāng)所述比值與所述預(yù)設(shè)最大限值的差值大于所述預(yù)設(shè)最大限值的規(guī)定比例時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號，即所述物料中可能存在超大體積的異形物體，存在損壞其他設(shè)備的危險(xiǎn)性，故直接發(fā)出停機(jī)信號處理。其中，所述預(yù)設(shè)最大限值為所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)的最大值。

通過上述技術(shù)方案，根據(jù)皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，由所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，判斷所述物料中是否存在異形物體，解決了不能準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物，并減輕工作人員工作量。

本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述物料測量系統(tǒng)還包括皮帶速度檢測裝置和在線密度測量裝置，可以分別獲取皮帶速度，以及皮帶上的物料密度。

根據(jù)所述截面積、皮帶速度、間隔時(shí)間和所述物料密度，計(jì)算得到皮帶上的物料質(zhì)量。

其中，通過上述步驟102已經(jīng)得到截面積s，由皮帶速度檢測裝置得到單位時(shí)間內(nèi)的皮帶速度v，間隔時(shí)間t，得到物料的體積v＝s*v*t，物料的體積與在線密度測量裝置得到的物料密度q求積處理，即得到皮帶上的物料質(zhì)量m＝v*q。

另外，所述物料質(zhì)量與預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍的比較結(jié)果與所述皮帶速度相關(guān)聯(lián)，當(dāng)所述物料質(zhì)量在所述預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍內(nèi)時(shí)，無需調(diào)節(jié)皮帶速度；當(dāng)所述物料質(zhì)量低于所述預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍時(shí)，降低皮帶速度，以便皮帶上承載更多物料，提高傳送效率；當(dāng)所述物料質(zhì)量超過所述預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍時(shí)，提高皮帶速度，以便減少皮帶上的物料，保護(hù)皮帶不會(huì)被壓壞，實(shí)現(xiàn)了對皮帶輸送的安全節(jié)能調(diào)控。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，根據(jù)所述截面積、皮帶速度和間隔時(shí)間，仿真并顯示所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像。

其中，通過上述步驟102已經(jīng)得到截面積s，由皮帶速度檢測裝置得到單位時(shí)間內(nèi)的皮帶速度v，間隔時(shí)間t，得到物料的體積v＝s*v*t，通過現(xiàn)有的仿真圖像處理方法，可以將仿真得到的所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像顯示出來，例如在間隔時(shí)間內(nèi)獲得了多個(gè)瞬時(shí)物料的截面積之后，可以利用現(xiàn)有的圖像處理技術(shù)，得到所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料輪廓圖像，則使工作人員更加直觀清晰的觀察物料狀態(tài)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過攝像頭獲取物料圖像受周圍環(huán)境光線的影響，減輕人員的工作壓力和強(qiáng)度。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種物料測量系統(tǒng)70，如圖7所示，包括物料測量裝置71和數(shù)據(jù)處理裝置72，

其中，所述物料測量裝置71，安裝在皮帶上方，用于獲取皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)。

其中，所述物料測量裝置的安裝高度應(yīng)高于物料高度，屬于非接觸測量，同時(shí)所述物料測量裝置的掃描面應(yīng)垂直于皮帶對稱軸線和皮帶底部切面，并且需要保證掃描范圍大于皮帶寬度。

另外，所述物料測量裝置要求具有測量速度快、壽命長抗老化、防水防塵自清潔、耐震動(dòng)、溫度范圍廣(-20℃至+55℃)、防爆等功能，因此，所述物料測量裝置的測量媒介可以為激光、超聲波、微波、雷達(dá)等。

所述數(shù)據(jù)處理裝置72對所述物料測量裝置71的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括：

比值計(jì)算單元721，用于根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，所述平均曲率為所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

信息提示單元722，用于根據(jù)所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，提供物料中是否存在異形物體的提示信息，所述預(yù)設(shè)比值范圍為物料中不存在異形物體時(shí)對應(yīng)的截面積與平均曲率的比值范圍。

通過上述技術(shù)方案，根據(jù)皮帶上物料的第一截面線數(shù)據(jù)，計(jì)算得到對應(yīng)物料的截面積與平均曲率的比值，由所述比值與預(yù)設(shè)比值范圍的比較結(jié)果，判斷所述物料中是否存在異形物體，解決了不能準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，準(zhǔn)確及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物，并減輕工作人員工作量。

進(jìn)一步地，如圖8所示，所述物料測量裝置71還用于獲取皮帶空載時(shí)皮帶上的第二截面線數(shù)據(jù)；

所述比值計(jì)算單元721包括：

截面積計(jì)算模塊81，用于根據(jù)所述第一截面線數(shù)據(jù)和第二截面線數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)物料的截面積；

平均曲率計(jì)算模塊82，用于計(jì)算所述第一截面線數(shù)據(jù)對應(yīng)的曲線的平均曲率；

比值模塊83，用于計(jì)算得到所述截面積與平均曲率的比值。

進(jìn)一步地，所述信息提示單元722還用于當(dāng)所述比值超出所述預(yù)設(shè)比值范圍時(shí)，提供物料中存在異形物體的報(bào)警信號。

進(jìn)一步地，如圖9所示，所述數(shù)據(jù)處理裝置72還包括處理單元723，用于當(dāng)所述比值與預(yù)設(shè)最大限值的差值大于所述預(yù)設(shè)最大限值的規(guī)定比例時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號，所述預(yù)設(shè)最大限值為所述預(yù)設(shè)比值范圍內(nèi)的最大值。

進(jìn)一步地，如圖10所示，所述物料測量系統(tǒng)70還包括：

皮帶速度檢測裝置73，用于獲取皮帶速度；

在線密度測量裝置74，用于獲取皮帶上的物料密度；

所述數(shù)據(jù)處理裝置72還包括質(zhì)量計(jì)算單元724，用于根據(jù)所述截面積、皮帶速度、間隔時(shí)間和所述物料密度，計(jì)算得到皮帶上的物料質(zhì)量，其中，所述物料質(zhì)量與預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍的比較結(jié)果與所述皮帶速度相關(guān)聯(lián)。

進(jìn)一步地，如圖11所示，所述數(shù)據(jù)處理裝置72還包括仿真單元725，用于根據(jù)所述截面積、皮帶速度和間隔時(shí)間，仿真所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像；以及顯示單元726，用于顯示所述間隔時(shí)間內(nèi)的物料圖像。

如圖12所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種物料測量系統(tǒng)工作的架構(gòu)示意圖，圖中包括物料測量系統(tǒng)中的物料測量裝置71，數(shù)據(jù)處理裝置72，皮帶速度檢測裝置73，在線密度測量裝置74，仿真單元725和顯示單元726，還包括程控裝置75和變頻器76。

其中，所述程控裝置75，用于接收報(bào)警信號和停機(jī)信號，還用于接收所述物料質(zhì)量與預(yù)設(shè)質(zhì)量范圍的比較結(jié)果，并根據(jù)所述比較結(jié)果控制變頻器54，從而改變皮帶電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)皮帶的優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行。

所述數(shù)據(jù)處理裝置72、仿真單元725以及顯示單元726可以安裝在控制室中。

其中，所述數(shù)據(jù)處理裝置72不與所述程控裝置75共用，可以降低系統(tǒng)開發(fā)的難度和減輕程控裝置的負(fù)擔(dān)。

本發(fā)明通過物料測量裝置在線測量皮帶輸送機(jī)上物料的截面形狀，將數(shù)據(jù)通過仿真單元和顯示單元，在顯示器上顯示仿真出皮帶上的物料的真實(shí)實(shí)體情況，并實(shí)施物料監(jiān)控，一是可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)危及皮帶運(yùn)行安全的異物，減輕運(yùn)行人員工作量；二可以實(shí)時(shí)輸出物料質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的節(jié)能控制；三可以提供清晰的實(shí)時(shí)物料狀態(tài)畫面，供運(yùn)行人員調(diào)節(jié)、監(jiān)控上料量。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，包括各個(gè)具體技術(shù)特征以任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。但這些簡單變型和組合同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。