一種圖像皮帶秤檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種圖像皮帶秤檢測裝置，屬于物料流量檢測技術領域。該圖像皮帶秤檢測裝置中輥筒轉軸上安裝測速儀，輥筒頂部正上方從下至上依次設有對比尺、線光源，輥筒輸出端正前上方設有攝像頭，攝像頭通過圖像采集模塊與主機連接，線光源通過數字量輸出模塊與主機連接，線光源照射在輥筒頂部的物料并根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶。該裝置不受長度超限、有曲線段、跑偏、張力變化等因素的影響，具有檢測精度更高、適應性更強的優點。
【專利說明】
一種圖像皮帶秤檢測裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種圖像皮帶秤檢測裝置，屬于物料流量檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，運輸皮帶物料流量的檢測方法和裝置主要有電子皮帶秤和核子皮帶秤。電 子皮帶秤通過稱量一定長度運輸皮帶的重量，并結合運輸皮帶的速度計算物料流量;核子 皮帶秤則利用放射性同位素產生的r射線穿透物料時，r射線衰減量與物料厚度有關的特 性，通過測量剩余r射線的強度和結合運輸皮帶速度來計算物料流量。電子皮帶秤檢測精度 容易受運輸皮帶的長度、有曲線段、跑偏、張力變化等因素影響，電子皮帶秤的使用條件要 求較為苛刻，運輸皮帶太長或太短都不適合使用電子皮帶秤，運輸皮帶有曲線段也會造成 較大的檢測誤差，有的運輸皮帶容易出現跑偏或張力變化較大，造成檢測誤差很大甚至無 法正常檢測。核子皮帶秤采用的放射源主要為點式或線式，雖然核子皮帶秤不受皮帶長度、 皮帶跑偏或張力變化等因素影響，但由于r射線穿透物料時的衰減量與物料厚度成對數關 系，當被測物料截面形狀或物料分布均勻度頻繁變化時，即使物料質量相同而r射線穿透物 料后的衰減程度也有很大差別，從而造成很大的檢測誤差，因此，對于運輸皮帶物料截面形 狀變化較大或物料分布不均勻的情況，核子皮帶秤也不能正常使用。

【發明內容】

[0003] 為克服電子皮帶秤受運輸皮帶的長度超限、有曲線段、跑偏、張力變化等因素的影 響，以及核子皮帶秤容易受物料截面形狀變化或物料分布不均勻的影響，本發明提供一種 圖像皮帶秤檢測裝置。該圖像皮帶秤檢測裝置和方法不受上述因素影響，具有檢測精度更 高、適應性更強的優點，本發明通過以下技術方案實現。
[0004] -種圖像皮帶秤檢測裝置，包括主機1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對比尺4、線光源 5、特征光帶6、皮帶8、測速儀9、輥筒10和數字量輸出模塊11，所述輥筒10上設有皮帶8,輥筒 10轉軸上安裝測速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設有對比尺4、線光源5,對比尺4為 帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正上前方設 有攝像頭3,攝像頭3根據物料7的高低與皮帶8面呈6°~15° (以確保獲得的圖像能包括輥筒 10上半部分、輥筒10上方物料7、對比尺4和特征光帶6)，測速儀9通過信號線連接主機1的 USB通信口，攝像頭3通過圖像采集模塊2與主機1連接，線光源5通過數字量輸出模塊11與 主機1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶6。采用 對比尺4作為圖像像素與實際尺寸的計算標準，無論攝像頭3的位置遠近高低或角度偏離等 變化，始終能確定圖像像素與實際尺寸的對應關系，對比尺4為直角形，其水平方向長度與 輥筒10相當，垂直方向長度略大于物料7最大高度，對比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。
[0005] 所述圖像采集模塊2與主機1通過以太網通信。
[0006] 線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成細長的特征光帶6,由此獲得精確的物 料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物 體顏色有很大的反差。
[0007] 所述攝像頭3為周期性攝像模式，主機1周期性同時獲取數字圖像和測速儀9的速 度數據。
[0008] 上述圖像皮帶秤檢測裝置的檢測方法：
[0009] (a)主機1通過數字量輸出模塊11控制線光源5打開和關閉；
[0010] (b)攝像頭3周期性的獲取運輸皮帶8輸出輥筒10處的圖像，通過圖像采集模塊2將 數字圖像傳到主機1中，并將數字圖像存儲到主機1的內存中；
[0011] (c)用測速儀9檢測運輸皮帶8的速度，并通過信號線采集到主機1中；
[0012] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補充連線12,并以補充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過數字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對應的實際 面積作為實際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過數字圖像分割獲得對比尺分割圖14;
[0013] (e)根據步驟(d)得到的對比尺分割圖14,根據對比尺實際的水平方向和垂直方向 的實際長度，以及對比尺水平方向和垂直方向的像素，計算得到對比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對應的實際長度，兩者相乘計算單位像素對應的實際面積；
[0014] (f)根據步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素數，總像素數乘 以步驟(e)單位像素對應的實際面積，求得物料的實際截面面積；
[0015] (g)采用皮帶空轉校準物料截面積偏移量So,皮帶8空載行運輸皮帶數周，系統得 到這段時間內的物料截面積Si，其中i = l~J，J為這段時間的計算周期數，根據公式 & = (￡爲)/ ?/計算物料截面積偏移量So; 1-1
[0016] (h)根據公式Q = KdV(S-So)計算每個檢測周期內的物料流量，其中Q為物料流量， 單位為kg/s ;K為流量系數;d為物料堆積密度，單位為kg/m3; S為步驟(e)求得的物料截面 積，單位為m2; V為皮帶速度，單位為m/s;物料截面積偏移量So，單位為m2。
[0017] 所述步驟(h)計算的物料流量與實際物料流量有偏差時，采用實物對比法校準流 量系數得到Kg，重新計算得到物料流量：
[0018] (i)計算物料流量累積值:假設在N個計算周期T的時間內，分別獲得的截面積為 Si，單位為m2，獲得的皮帶速度為Vi，單位為m/s，其中i = 1~N表示從開始累積到結束累積的 周期數，Qi表示每個計算周期計算獲得的物料流量，則在N個計算周期T的時間內的物料流 量累積值W的計算公式為：
[0019] 妒_=[(/^,認-.^ = ；|^7'，物料截面積偏移量3()通過步驟（8)求得的平均截 面積;31通過步驟(a)至(f)求得第i個周期內的物料的實際截面面積;K為流量系數，第一次 取值為1，后面取值為前一次的經校準的流量系數值；
[0020] (j)對流量系數K進行校正：
[0021]①稱量已知質量的物料奶，將該物料通過運輸皮帶8輸送檢測，經步驟(a)至(f)求 得該物料在運輸皮帶8輸送完為止得到n個計算周期的實際截面面積&~Sn和皮帶速度 Vn；
[0022] ②根據步驟⑴求得的物料流量累積值W，求得計 M M. 算得到新的流量系數Kg;
[0023] (k)將經步驟（j)求得的Kg帶入到公式Q = KgdV(S-So)，計算每個檢測周期內的物 料流量，其中Q為物料流量，單位為kg/s; Kg為校正后的流量系數;d為物料堆積密度，單位為 kg/m3; S為步驟(e)求得的物料截面積，單位為m2; V為皮帶速度，單位為m/s;物料截面積偏移 量So,單位為m2。
[0024]本發明的有益效果是：
[0025] 1、與現有電子皮帶秤比較，本發明的檢測精度不受運輸皮帶的長度、有曲線段、跑 偏、張力變化等因素影響，精度更高，適應性更強。
[0026] 2、與核子皮帶秤比較，本發明不受物料截面形狀變化或物料分布不均勻的影響， 無需放射源，無需防輻射措施，使用更安全環保，安裝更方便，制造成本和使用成本都更低。 [0027] 3、通過圖像來進行物料流量檢測，可以實現運輸皮帶物料流量的非接觸式檢測， 因此可適用于溫度高、腐蝕性強等場合。
[0028] 4、本發明不僅適用于常規的運輸皮帶的物料流量檢測，也可以適用于其它物料輸 送方式(如鏈板輸送帶）的物料流量檢測。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明圖像皮帶秤檢測裝置結構示意圖；
[0030]圖2是本發明方法流程不意圖；
[0031 ]圖3是本發明圖像皮帶秤檢測裝置的側面示意圖；
[0032]圖4是本發明檢測裝置獲得的數字圖像圖；
[0033]圖5是本發明檢測裝置獲得的數字圖像完善補充連線圖；
[0034]圖6是本發明物料分割圖；
[0035]圖7是本發明對比尺分割圖。
[0036] 圖中：1-主機，2-圖像采集模塊，3-攝像頭，4-對比尺，5-線光源，6-特征光帶，7-物 料，8-皮帶，9-測速儀，10-輥筒，11-數字量輸出模塊，12-補充連線，13-物料分割圖，14-對 比尺分割圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明作進一步說明。
[0038] 實施例1
[0039] 對某銅礦選礦廠磨礦作業的給礦皮帶的礦石流量進行檢測，礦石粒度為12mm以 下，皮帶寬度為500mm，皮帶速度范圍為0.9~l.lm/s，礦石的堆積密度為2130kg/m 3,礦石顏 色為灰色。
[0040] 如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測裝置，包括主機1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測速儀9、輥筒10和數字量輸出模塊11，所述輥筒10上設有皮 帶8,輥筒10轉軸上安裝測速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設有對比尺4、線光源5， 對比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設有攝像頭3,攝像頭3根據物料7的高低與皮帶8面呈6° (以確保獲得的圖像能包括 輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對比尺4和特征光帶6)，測速儀9通過信號線連接主機1 的USB通信口，攝像頭3通過圖像采集模塊2與主機1連接，線光源5通過數字量輸出模塊11與 主機1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶6。采用 對比尺4作為圖像像素與實際尺寸的計算標準，無論攝像頭3的位置遠近高低或角度偏離 等變化，始終能確定圖像像素與實際尺寸的對應關系，對比尺4為直角形，其水平方向長度 與輥筒10相當，垂直方向長度略大于物料7最大高度，對比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。 其中圖像采集模塊2與主機1通過以太網通信;線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成 細長的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截 面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式，主 機1周期性同時獲取數字圖像和測速儀9的速度數據。
[0041 ] 硬件配置為：
[0042] 主機1的配置為：CPU為154590,內存4G，硬盤800G，100/1000M以太網，USB3.0,21英 寸LCD顯示器;圖像采集模塊2的分辨率為1920* 1080，提供100M以太網接口；攝像頭3的分辨 率為1920X1080;對比尺4為白色，水平方向長度為600mm，垂直方向長度為300mm;線光源5 長度為600_，光線為紅色且接近平行光;測速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數據。 [0043]硬件安裝方法為：
[0044]在運輸皮帶輸出端的輥筒10的頂部正上方約300mm處安裝線光源5;在線光源5的 前下方安裝對比尺4,對比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對齊;對比尺4的前面安裝攝 像頭3，攝像頭3與皮帶8平面成6°角，攝像頭3通過通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集 模塊2通過以太網與圖像皮帶秤主機1連接;測速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測速儀9通過USB通信與圖像皮帶秤主機1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0045] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測裝置的檢測方法：
[0046] (a)主機1通過數字量輸出模塊11控制線光源5打開和關閉；
[0047] (b)攝像頭3周期性(設計算周期T為0.1s)的獲取運輸皮帶8輸出輥筒處的圖像，通 過圖像采集模塊2將數字圖像傳到主機1中，數字圖像分辨率為1920 X 1080，并將數字圖像 存儲到主機1的內存中；
[0048] (c)用測速儀9檢測運輸皮帶8的速度，并通過信號線采集到主機1中，為了便于說 明，本例子假設某一時刻運輸皮帶速度為1.4m/s;
[0049] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補充連線12,并以補充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過數字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對應的實 際面積作為實際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對比尺4圖像與其它部分圖像的像 素反差大，通過數字圖像分割獲得對比尺分割圖14;
[0050] (e)根據步驟(d)得到的對比尺分割圖14,根據對比尺實際的水平方向和垂直方向 的實際長度，以及對比尺水平方向和垂直方向的像素，計算得到對比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對應的實際長度，兩者相乘計算單位像素對應的實際面積，由于該數字圖像 得到的對比尺分割圖14中，獲得對比尺4水平方向長度為1920個像素，垂直方向長度為1080 個像素，對比尺水平方向單位像素對應的實際長度= 600/1920 = 0.3125(mm);對比尺垂直 方向單位像素對應的實際長度=300/1080 = 0.2778(mm);單位像素對應的實際面積= 0.3125X0.2778 = 0.0868(mm2)；
[0051] (f)根據步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素數，總像素數乘 以步驟(e)單位像素對應的實際面積，求得物料的實際截面面積，為了便于說明，本例子假 設某一時刻物料截面圖像的總像素數339520個，則被測物料截面的實際面積= 339520 X 0.0868 = 29470(mm2) =0.02947m2;
[0052] (g)采用皮帶空轉校準物料截面積偏移量So,也就是空皮帶運行時求物料截面積S 的平均值;假定皮帶8空轉3周需要的時間為60s，60s的計算周期數= 60/0.1 = 600(個），系 統獲得的物料截面積累計值為〇. 〇9m2，則S〇 = 0.09/600 = 1.5 X 10-4。
[0053] (h)根據公式Q = KdV(S-So)計算每個檢測周期內的物料流量，假設K = 0.98和d = 3100kg/m3，V=l .Om/s，利用上述結果S = 0.02947m2，S〇= = 1.5X 10-4m2,則物料流量Q = KdV (S-S〇) =0.98X3100 XI .OX (0.02947-0.00015) = 89.074(kg/s)。
[0054] (i)物料流量累積值計算方法為:假設皮帶一直以89.074kg/s的流量輸送，計算1 個小時的物料累積值。計算周期T = 0. ls，l小時的計算周期數N=3600/0.1 = 36000(個），則 36000個計算周期時間內的物料流量累積值W的計算方法為 N. 36000
[0055] h- = -SJr = HQ，r= X89-074A'°-1 = -^20666.4kg； b.i i-1
[0056] (j)采用實物對比法校準流量系數Kg，其方法為:將一定量的實物RilOOOkg放入 皮帶8運輸到實物運輸完畢，需要的時間為13s，需要進行130個計算周期的采樣計算，為了 便于計算，假設物料截面面積Si恒為0.02578m 2皮帶8的速度V:恒為1.0m/s，利用前面的數 據，K = 0.98，d = 3100kg/m3，Si = 0? 02947m2，So = = 1 ? 5 X 10-4m2，則新的流量系數Kg的計算 公式為：
[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)通過公式Q = KgdV(S-S〇) =0.988X3100 XI .OX (0.02578-0.00015) = 78.499 (kg/s)〇
[0060] 實施例2
[0061] 對冶煉廠鐵精礦粉的運輸皮帶的物料流量進行檢測。鐵精礦粉粒度為1mm以下。皮 帶寬度為650mm，皮帶速度范圍為1.3~1.5m/s，鐵精礦粉的堆積密度為2365kg/m 3,鐵精礦 粉顏色為黑色。
[0062] 如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測裝置，包括主機1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測速儀9、輥筒10和數字量輸出模塊11，所述輥筒10上設有皮 帶8,輥筒10轉軸上安裝測速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設有對比尺4、線光源5， 對比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設有攝像頭3,攝像頭3根據物料7的高低與皮帶8面呈15° (以確保獲得的圖像能包括 輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對比尺4和特征光帶6)，測速儀9通過信號線連接主機1 的USB通信口，攝像頭3通過圖像采集模塊2與主機1連接，線光源5通過數字量輸出模塊11與 主機1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶6。采用 對比尺4作為圖像像素與實際尺寸的計算標準，無論攝像頭3的位置遠近高低或角度偏離等 變化，始終能確定圖像像素與實際尺寸的對應關系，對比尺4為直角形，其水平方向長度與 輥筒10相當，垂直方向長度略大于物料7最大高度，對比尺4顏色與周圍顏色有很大反差。其 中圖像采集模塊2與主機1通過以太網通信；線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形成細 長的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料截面 的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式，主機 1周期性同時獲取數字圖像和測速儀9的速度數據。
[0063] 硬件配置為：
[0064] 主機1的配置為：CPU為134170,內存2G，硬盤500G，100/1000M以太網，USB3.0,23英 寸LCD顯示器；圖像采集模塊2的分辨率為1280 X 1024,提供100M以太網接口；攝像頭3的分 辨率為1280 X 1024;對比尺4為黃色，水平方向長度為700mm，垂直方向長度為350mm;線光源 5長度為700mm，光線為藍色且接近平行光;測速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數據。 [0065]硬件安裝方法為：
[0066]在運輸皮帶輸出端的輥筒10的頂部正上方約300mm處安裝線光源5;在線光源5的 下面安裝對比尺4,對比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對齊;對比尺4的前面安裝攝像 頭3,攝像頭3與皮帶8平面成15°角，攝像頭3通過通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集模 塊2通過以太網與圖像皮帶秤主機1連接;測速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測速儀9通過USB通信與圖像皮帶秤主機1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0067] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測裝置的檢測方法：
[0068] (a)主機(1)通過數字量輸出模塊11控制線光源5打開和關閉；
[0069] (b)攝像頭3周期性(設計算周期T為0.05s)的獲取運輸皮帶8輸出輥筒處的圖像， 通過圖像采集模塊2將數字圖像傳到主機1中，數字圖像分辨率為1280 X 1024,并將數字圖 像存儲到主機1的內存中；
[0070] (c)用測速儀9檢測運輸皮帶8的速度，并通過信號線采集到主機1中，為了便于說 明，本例子假設某一時刻運輸皮帶速度為1.4m/s;
[0071] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補充連線12,并以補充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過數字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對應的實際 面積作為實際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過數字圖像分割獲得對比尺分割圖14;
[0072] (e)根據步驟(d)得到的對比尺分割圖14,根據對比尺實際的水平方向和垂直方向 的實際長度，以及對比尺水平方向和垂直方向的像素，計算得到對比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對應的實際長度，兩者相乘計算單位像素對應的實際面積，由于該數字圖像 得到的對比尺分割圖14中，獲得對比尺4水平方向長度為1280個像素，垂直方向長度為1024 個像素，對比尺水平方向單位像素對應的實際長度= 700/1280 = 0.547(mm);對比尺垂直方 向單位像素對應的實際長度= 350/1024 = 0.342(mm);單位像素對應的實際面積= 0.547 X 0.342 = 0.187(mm2);
[0073] (f)根據步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素數，總像素數乘 以步驟(e)單位像素對應的實際面積，求得物料的實際截面面積，為了便于說明，本例子假 設某一時刻物料截面圖像的總像素數313000個，則被測物料截面的實際面積= 31300 X 0.187 = 5853(mm2)=0.00585m2；
[0074] (g)采用皮帶空轉校準物料截面積偏移量So,也就是空皮帶時求物料截面積S的平 均值;假定皮帶8空轉2周需要的時間為30 8,308的計算周期數=30/0.05 = 600(個），系統獲 得的物料截面積累計值為〇. 2m2，則S〇 = 0.2/600 = 3.3 X KT4。
[0075] (h)根據公式Q = KdV(S-So)計算每個檢測周期內的物料流量，假設K=1.0和d = 2365kg/m3，V= 1 ? 4m/s，利用上述結果S = 0 ? 00585m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，則物料流量Q = KdV (S-S〇) = 1 ? 0 X 2365 X 1 ? 4 X (0 ? 00585-0 ? 00033) = 18 ? 277(kg/s)
[0076] (i)物料流量累積值計算方法為:假設皮帶一直以18.277kg/s的流量輸送，計算2 個小時的物料累積值。計算周期T = 0.05s，2小時的計算周期數N= 7200/0.05 = 144000 (個），則144000個計算周期時間內的物料流量累積值W的計算方法為 漢144000
[0077] vr = V(A-4/i;(.V, -sm):!.二 t 18.277 x0.05 = 131594.4 kg； i：=i ；=i
[0078] (j)采用實物對比法校準流量系數Kg，其方法為:將一定量的實物1 = 9001^放入 皮帶8運輸到實物運輸完畢，需要的時間為11s，需要進行220個計算周期的采樣計算，為了 便于計算，假設物料截面面積Si恒為0.024m2皮帶8的速度I恒為1.4m/s，利用前面的數據，K =1 ? 0，d = 2365kg/m3，Si = 0 ? 03m2，S〇 = = 3 ? 3 X 10-4m2，則新的流量系數Kg的計算公式為： 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)通過公式Q = KgdV(S-S〇) = 1.043 X 2365 XI .4X (0.00585-0.00033) = 19.062 (kg/s)〇
[0081 ] 實施例3
[0082]對某配料車間的煤粉輸送皮帶的物料流量進行檢測，煤粉粒度為2mm以下。皮帶寬 度為1000mm，皮帶速度范圍為0.5~0.6m/s，煤粉的堆積密度為475kg/m3,煤粉顏色為黑色。 [0083]如圖1所示，該圖像皮帶秤檢測裝置，包括主機1、圖像采集模塊2、攝像頭3、對比尺 4、線光源5、特征光帶6、皮帶8、測速儀9、輥筒10和數字量輸出模塊11，所述輥筒10上設有皮 帶8,輥筒10轉軸上安裝測速儀9,輥筒10頂部正上方從下至上依次設有對比尺4、線光源5， 對比尺4為帶顏色、水平方向與垂直方向呈直角的尺子，線光源5為平行光，輥筒10輸出端正 上前方設有攝像頭3,攝像頭3根據物料7的高低與皮帶8面呈10° (以確保獲得的圖像能包 括輥筒10上半部分、輥筒10上方物料7、對比尺4和特征光帶6)，測速儀9通過信號線連接主 機1的USB通信口，攝像頭3通過圖像采集模塊2與主機1連接，線光源5通過數字量輸出模塊 11與主機1連接，線光源5照射在輥筒10頂部的物料7根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶6。 采用對比尺4作為圖像像素與實際尺寸的計算標準，無論攝像頭3的位置遠近高低或角度偏 離等變化，始終能確定圖像像素與實際尺寸的對應關系，對比尺4為直角形，其水平方向長 度與輥筒10相當，垂直方向長度略大于物料7最大高度，對比尺4顏色與周圍顏色有很大反 差。其中圖像采集模塊2與主機1通過以太網通信;線光源5為帶顏色的平行光，在物料7上形 成細長的特征光帶6,由此獲得精確的物料截面輪廓線，避免前后圖像重疊而影響精確物料 截面的獲得，特征光帶6的顏色與其他物體顏色有很大的反差;攝像頭3為周期性攝像模式， 主機1周期性同時獲取數字圖像和測速儀9的速度數據。
[0084] 硬件配置為：
[0085] 主機1的配置為：型號為L1041，內存1G，固態硬盤32G，100M以太網，USB2.0，10.4英 寸LCD顯示屏；圖像采集模塊2的分辨率為2048X1536，提供100M以太網接口；攝像頭3的分 辨率為2048X1536;對比尺4為白色，水平方向長度為1100mm，垂直方向長度為400mm;線光 源5長度為1100mm，光線為藍色且接近平行光;測速儀9采用USB通信方式，輸出皮帶速度數 據。
[0086]硬件安裝方法為：
[0087]在運輸皮帶輸出端的輯筒10的軸線正上方約300mm處安裝線光源5 ;在線光源5的 下面安裝對比尺4,對比尺4的垂直方向下端與輥筒10的上邊對齊;對比尺4的前面安裝攝像 頭3,攝像頭3與皮帶8平面成10°角，攝像頭3通過通信線與圖像采集模塊2連接，圖像采集模 塊2通過以太網與圖像皮帶秤主機1連接;測速儀9的軸連接在輥筒10的軸上，并且兩者同 心，測速儀9通過USB通信與圖像皮帶秤主機1連接。攝像頭3的安裝位置是剛好使物料7、對 比尺4、輥筒9上邊沿線包含在圖像中。
[0088] 如圖2至7所示，該圖像皮帶秤檢測裝置的檢測方法：
[0089] (a)主機1通過數字量輸出模塊11控制線光源5打開和關閉；
[0090] (b)攝像頭3周期性(設計算周期T為0.02s)的獲取運輸皮帶8輸出輥筒處的圖像， 通過圖像采集模塊2將數字圖像傳到主機1中，數字圖像分辨率為2048 X 1536,并將數字圖 像存儲到主機1的內存中；
[0091] (c)用測速儀9檢測運輸皮帶8的速度，并通過信號線采集到主機1中，為了便于說 明，本例子假設某一時刻運輸皮帶速度為〇. 5m/s;
[0092] (d)步驟(b)采集到的圖像中，將線光源5在物料7兩側皮帶8上形成的特征光帶6連 接得到補充連線12,并以補充連線12為下邊界、線光源5照射在輥筒10頂部的物料7形成的 特征光帶6為上邊界，通過數字圖像分割獲得物料分割圖13,并以物料分割圖13對應的實際 面積作為實際物料的截面面積；由于采集到的圖像中對比尺4圖像與其它部分圖像的像素 反差大，通過數字圖像分割獲得對比尺分割圖14;
[0093] (e)根據步驟(d)得到的對比尺分割圖14,根據對比尺實際的水平方向和垂直方向 的實際長度，以及對比尺水平方向和垂直方向的像素，計算得到對比尺水平方向和垂直方 向的單位像素對應的實際長度，兩者相乘計算單位像素對應的實際面積，由于該數字圖像 得到的對比尺分割圖14中，獲得對比尺4水平方向長度為2048個像素，垂直方向長度為1536 個像素，對比尺水平方向單位像素對應的實際長度= 1100/2048 = 0.537(mm);對比尺垂直 方向單位像素對應的實際長度= 400/1536 = 0.260(mm);單位像素對應的實際面積= 0.537 X 0.26 = 0.1396(mm2)；
[0094] (f)根據步驟(d)得到的物料分割圖13求得物料截面圖像的總像素數，總像素數乘 以步驟(e)單位像素對應的實際面積，求得物料的實際截面面積，為了便于說明，本例子假 設某一時刻物料截面圖像的總像素數520000個，則被測物料截面的實際面積= 520000 X 0.1396 = 72592(mm2)=0.0726m2；
[0095] (g)采用皮帶空轉校準物料截面積偏移量So,也就是空皮帶時求物料截面積S的平 均值;假定皮帶8空轉2周需要的時間為50 8,508的計算周期數=50/0.02 = 2500(個），系統 獲得的物料截面積累計值為〇. 5m2，則S〇 = 0.5/2500 = 2 X KT4。
[0096] (h)根據公式Q = KdV(S-So)計算每個檢測周期內的物料流量，假設K=l.l和d = 475kg/m3，V = 0 ? 5m/s，利用上述結果S = 0 ? 0726m2，S〇 = = 2 X 10-4m2，則物料流量〇 = 1(狀(3-S〇) = 1.1 X475X0.5 X (0.072-0.0002) = 18.758(kg/s)
[0097]以上結合附圖對本發明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發明并不限于上述 實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權項】
1. 一種圖像皮帶秤檢測裝置，其特征在于：包括主機（I)、圖像采集模塊（2)、攝像頭 (3)、對比尺(4)、線光源(5)、特征光帶(6)、皮帶(8)、測速儀(9)、輥筒（10)和數字量輸出模 塊(11)，所述輥筒（10)上設有皮帶(8)，輥筒（10)轉軸上安裝測速儀(9)，輥筒（10)頂部正上 方從下至上依次設有對比尺(4)、線光源（5)，對比尺(4)為帶顏色、水平方向與垂直方向呈 直角的尺子，線光源(5)為平行光，輥筒（10)輸出端正上前方設有攝像頭(3)，攝像頭(3)與 皮帶(8)面呈6°~15°的角度，測速儀(9)通過信號線連接主機（1)的USB通信口，攝像頭(3) 通過圖像采集模塊(2)與主機（1)連接，線光源（5)通過數字量輸出模塊（11)與主機（1)連 接，線光源(5)照射在輥筒(10)頂部的物料(7)并根據表面邊緣形貌呈現出特征光帶(6)。2. 根據權利要求1所述的圖像皮帶秤檢測裝置，其特征在于:所述圖像采集模塊(2)與 主機(1)通過以太網通信。3. 根據權利要求1所述的圖像皮帶秤檢測裝置，其特征在于:所述線光源(5)為帶顏色 的平行光。4. 根據權利要求1所述的圖像皮帶秤檢測裝置，其特征在于:所述攝像頭（3)為周期性 攝像模式，主機(1)周期性同時獲取數字圖像和測速儀(9)的速度數據。
【文檔編號】G01G11/00GK205506179SQ201521081323
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月23日
【發明人】黃宋魏, 張覃, 和麗芳, 卯松
【申請人】昆明理工大學, 貴州大學