[发明专利]一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法

权利要求书

1.一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，其特征在于：是通过烟丝物料体积流量检测系统对传送带上的烟丝物料流量进行实时检测得出在测量时间T内通过的烟丝体积流量Q、以及通过在线皮带称重系统对传送带上的烟丝物料进行实时称重得出在检测时间T内的烟丝质量M，通过质量与体积的比值，获得测量时间T内的烟丝物料堆积密度ρb：

所述烟丝物料体积流量检测系统包括光场相机、线性激光器、速度传感器和信息处理计算机组成，光场相机用于采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测，线型激光器用于增强烟丝颗粒表面纹理以提高测量的准确度；速度传感器用以实时测量传送带前进速度；信息处理计算机用于接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取烟丝截面高度，并根据传送带的速度计算得到烟丝的体积流量；

所述在线皮带称重系统为生产线原有或新增皮带秤，光场相机及线性激光器安装于在线皮带秤之后的传送带上方，称重系统实时称重输出重量；

具体包括以下步骤：

1)通过光场成像测量传送带上烟丝物料在线体积流量，

在烟丝物料传送带上方安装光场相机和线型激光器，且二者均垂直指向下方烟丝物料，线型激光器用于增强烟丝颗粒表面纹理，光场相机用于采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测；在传送带滚轮处安装有速度传感器，用以实时测量传送带前进速度；信息处理计算机用于接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取瞬时烟丝截面高度，并根据传送带的速度计算得到烟丝的体积流量，具体方案如下：

(1)将光场相机采集的光场信息用四维光场函数L(u,v,x,y)表示，用两组坐标(u,v)、(x,y)记录每一束进入相机的光线的方向，其中，光场相机中的微透镜阵列面上坐标(u,v)用于记录入射到的微透镜的位置，光场相机中的CCD平面上记录的坐标(x,y)用于表示入射光线到达像素的几何位置；

(2)对光场相机采集的四维光场信息进行可视化操作，通过固定u＝u^*,x＝x^*，对于第u^*列微透镜下的v幅图像，抽取第x^*列像素并按从左到右的顺序排列组合成为极平面图像如下式所示，

(3)通过对极平面图像进行边缘检测，然后进行直线检测，获得纹理线斜率，其中，通过边缘检测算子检测极平面图像中的纹理线，采用霍夫变换(Hough Transform)进行直线检测，并获得纹理线斜率k，边缘检测算子采用Sobel各向同性算子，横向和纵向算子的表达式分别为：

(4)纹理深度计算，首先由三角测量原理，计算被测对象虚拟成像面到图像探测器CCD的距离：

式中，l_MLA,CCD为微透镜阵列到图像探测器之间的距离，l_p为单个像素尺寸，d为微透镜直径，

则虚拟成像面到主透镜的距离为：

l_s',ML＝l_ML,CCD-l_s',CCD

式中，l_ML,CCD为主透镜到图像探测器的距离，

因此根据透镜成像公式，被测对象到主透镜的距离为：

式中，f为主透镜焦距，在得到被测对象到主透镜的距离l_O,ML之后，选定基线零点所在位置，得到被测对象高度h；

(5)对所获取的烟丝表面光场图像进行数据处理计算得到烟丝表面高度图h(x,y)，在y方向取均值，得到烟丝截面高度曲线H(x)，

烟丝截面高度：

式中，Y为激光照射带宽度；

(6)对计算得到的烟丝截面高度H_i进行滤波、函数拟合操作，使其高度分布更加符合烟丝散落规律，其中，函数拟合采用傅里叶级数拟合，滤波公式为

(7)设传送带宽度为X，在t时刻烟丝瞬时截面高度为H(x,t)，皮带速度测量传感器得到烟丝瞬时前进速度v(t)，计算烟丝体积流量Q

烟丝截面积为：

烟丝瞬时体积流量为Q(t):

Q(t)＝S(t)·v(t)

在测量时间T内，烟丝通过的体积流量Q：

2)通过在线皮带称重系统读取在线烟丝质量，

皮带称重系统为生产线原有或新增皮带秤，光场相机及线性激光器安装于在线皮带秤之后的传送带上方，皮带称重系统实时称重输出重量，皮带称重系统中的皮带秤称重桥架安装于传送带机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带秤的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带负荷的电压信号，记录测量时间T内通过的烟丝质量M：

3)结合皮带秤重量检测点与体积流量检测点之间距离及皮带速率，得到两者数据对应的烟丝迟滞时间差△t，获得烟丝物料同步对应的瞬时体积流量Q(t)和瞬时质量流量M(t)；

4)根据烟丝物料颗粒度控制需求，通过质量与体积的比值，获得自定义时间量T或物料量的烟丝堆积密度；

将测量时间T内的质量M与体积流量Q相比得到堆积密度ρb：