[发明专利]一种图像皮带秤检测装置及其方法

权利要求书

1.一种图像皮带秤检测装置，其特征在于：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)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)；

所述图像采集模块(2)与主机(1)通过以太网通信；

所述线光源(5)为带颜色的平行光。

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。

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：所述图像皮带秤检测装置安装于室外时，还设有遮阳或遮雨装置。

4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的图像皮带秤检测装置的检测方法，其特征在于：

(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；

(b)摄像头(3)周期性的获取运输皮带(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，并将数字图像存储到主机(1)的内存中；

(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；

(d)步骤(b)采集到的图像中，将物料图像两侧皮带(8)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截面图；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截图；

(e)根据步骤(d)得到的对比尺截图，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；

(f)根据步骤(d)得到的物料截面图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；

(g)采用皮带空转校准物料截面积偏移量S₀，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S_i，其中i＝1～J，J为这段时间的周期数，根据公式计算物料截面积偏移量S₀；

(h)根据公式Q＝KdV(S-S₀)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S₀，单位为m²。

5.根据权利要求4所述的图像皮带秤检测装置的检测方法，其特征在于：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K_校，重新计算得到物料流量：

(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S_i，单位为m²，获得的皮带速度为v_i，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，Q_i表示每个计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：

物料截面积偏移量S₀通过步骤(g)求得；S_i通过步骤(a)至(f)求得第i个周期内的截面积；K为流量系数，第一次取值为1，后面取值为前一次经校准的流量系数值；

(j)对流量系数K进行校正：

①称量已知质量的物料w₁，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S₁～S_n和皮带速度v₁～v_n，其中i＝1～n；

②根据步骤(i)求得的物料流量累积值W，求得计算得到新的流量系数K_校；

(k)将经步骤(j)求得的K_校带入到公式Q＝K_校dv(S-S₀)，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_校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S₀，单位为m²。