[发明专利]一种基于光场成像的输送带上烟丝物料流量检测方法及系统

说明书

一种基于光场成像的输送带上烟丝物料流量检测方法及系统，是通过由光场相机、线性激光器、速度传感器和信息处理计算机组成的检测系统对输送带上的烟丝物料流量进行实时检测，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，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输送带前进速度；信息处理计算机对采集的光场信息进行数据处理获取烟丝截面高度，并根据输送带速度计算得到烟丝的体积流量。本发明的优点是：为非接触式、无损测量，不影响烟丝物料的正常输送，检测系统简单，避免了传统视觉检测技术需使用两台或者多台摄像机而导致的系统复杂性，且具有瞬时性以及可视化的特点，测量准确度高。

技术领域

本发明属于物料输送流量检测领域，具体涉及一种基于光场成像的输送带上烟丝物料流量检测方法及系统。

背景技术

烟丝输送是卷烟加工过程必不可少的环节,输送的方式主要有皮带送丝、夹带送丝、风力送丝等。实践证明，在烟丝以皮带输送时,送丝造碎最小，可有效降低卷烟加工消耗，因而广泛应用于卷烟工艺中。为了保障各工序加工的稳定性，通常需要对输送烟丝的流量进行测量控制，目前烟草行业主要使用电子皮带秤和核子称两种类型，其中由于核子称存在辐射风险逐步被电子皮带秤替代。电子皮带秤属于称重工具，主要对散状物料进行动态计量，能够在不影响物料流动的基础上，将皮带输送机上物料瞬时流量与累积的流量测量出来。电子皮带秤作为重要的配比、控制、计量设备，广泛应用于烟叶加工、叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝等工艺段。为保证电子皮带秤测量的准确性，通常需要注意以下环节，一是安装位置要在输送机皮带张力变化不大的地方安装秤体，且不能出现伸缩、接头和纵梁拼接处；二是合理选择设备安装环境，最大限度减少温度、湿度、振动及电磁干扰等造成的影响。

虽然电子皮带秤相对精度较高，但在实际使用过程中容易受到多种因素的影响，主要包括称重秤架托辊运动灵活性、径向跳动程度等，因此需要对称重托辊转动进行定期检查。在电子皮带秤称重托辊长期运行过程中，容易导致出现破损失圆、转动不灵活等问题，从而会极大增加电子皮带秤皮带运行阻力，让计量出现测量偏差，因此电子皮带秤的定期维护和标定成为其稳定运行的重要因素，实际使用中存在的诸多不确定因素影响了其测量的精度。

近年来，因变频技术调速平稳、瞬态稳定性高、节能等比较优势，国内外研究学者纷纷提出了基于输送带实时负荷的带式输送机变频调速控制方法。为使输送带运行在最佳负荷状态，烟丝物料瞬时流量成为调节带式输送机运行速度的重要指标。但在皮带速度不断变化的条件下，电子皮带秤计量精度易受真实物料分布不均、断续等因素影响。同时，带式输送机系统结构复杂，带速调节不当会直接影响系统各机械部件使用寿命和运行安全，需要较大的安装空间，在一些空间狭小的区域应用受限。随着带式输送机向高带速、大运量方向发展，实时、准确的物料流瞬时流量检测方法对于保障带式输送机系统生产安全，同时切实提高系统生产效率具有重要意义。

光学测量技术以其柔性大、结构简单、低成本和高精度等优点，逐渐被用于输煤量或煤堆体积等物料非接触式测量，包括视觉检测和激光测量两种。基于视觉检测方法虽具有可行性，但该系统采集终端基于双目视觉原理，需要用到两台工业数字摄像机、增加了系统的复杂性。此外图像处理速度因受纹理特征提取、摄像机标定等复杂算法限制而无法满足带式输送机物料流量实时采集与测量的要求。激光三维测量技术是一种高效率、高精度测得物料堆体体积有效监测方法。但二维激光扫描仪需通过扫描获得运动皮带上的物料点云数据需要一定扫描时间，瞬时性不好。对不同输送带进行测量前需要手动设定激光扫描仪的扫描起始角度与终止角度，自动化程度不高。不同物质的激光反射率不同，黑色物质反射率低，测量误差大。二维激光扫描仪安装时必须保证扫描平面与水平面垂直，否则对重复测量精度有较大影响。因此安装过程难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于光场成像的输送带上烟丝物料流量检测方法及系统。

为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：