[发明专利]基于激光扫描的输送带跑偏类型判断及跑偏量测算系统

权利要求书

1.一种基于激光扫描的输送带跑偏类型判断及跑偏量测算系统，其特征是：激光扫描仪A固定安装于可调节支架上，支架安装在输送带对称轴的正下方，激光扫描仪A垂直向上扫描输送带，支架位置和高度可以根据不同种类的输送带调节；激光扫描数据经串口处理器送至以太网实现远程数据传输；测速传感器安装在输送带上行托辊中轴上，与托辊同轴共转；带速数据由测速传感器采集后由GSM/GPRS模块传输至上位机；由上位机整合所有检测结果数据并输出最后的跑偏量测值及跑偏类型的判定结果，最后结果将决定报警模块P、Q工作；

工作流程包含以下步骤：

步骤1：初始化:令激光扫描仪A扫描次数i＝0，其中i＝0,1,2,···,N，N为激光扫描仪A在采集时间T内采集输送带边缘坐标数据总次数，由采集时间T和激光扫描仪A频率f_speed确定其大小N＝T·f_speed；

步骤2：激光扫描仪A启动后，以激光发射点为原点，以过发射点且垂直输送带正常工作时的传输方向的直线为X轴，以过发射点竖直向上的直线为Y轴建系；通信模块接收并记录单位时间T内输送带边缘轮廓所有点的扫描数据，扫描数据包括被扫描点与激光发射点的连线的长度S以及连线与X轴的夹角θ；激光扫描仪A在工作时得到的数据S会发生两次突变，其中一次为激光扫描仪A扫过左边缘点，此时采集得到的角度为α＝θ_max；一次为激光扫描仪A扫过右边缘点，此时采集得到的角度为β＝θ_min；其中左边缘点与激光发射点的距离满足(S_p+1-S_p)-(S_p-S_p-1)≥ζ，右边缘点与激光发射点的距离满足(S_q+1-S_q)-(S_q-S_q-1)≥δ，S_p指的是激光扫描仪A的激光发射点发出的第p条激光束与输送带交点的距离，S_q指的是激光扫描仪A的激光发射点发出的第q条激光束与输送带交点的距离，ζ、δ为常数，其值为激光扫描仪A在扫描输送带左、右两侧时获取相邻两点的数据S时的差值阈值，超过该阈值即表示激光扫描仪A扫描出了输送带范围；Sp与Sq并无严格的前后关系，这两个值是由采集时对应的角度θ定义的，即采集时角度为α＝θ_max时对应的为Sp，采集时角度为β＝θ_min对应的为Sq；

步骤3：通信模块将步骤2所得的数据传输进数据处理模块中，再由数据处理模块去除误差不满足精度要求的点，此处规定满足或的点应该去除，被去除的点记为X_ej，j＝1，2，3……M.其中j表示该点是第j个被去除的点，M表示被去除的点的总数,其中γ指误差允许的极限值；S_pi为输送带左边缘第i个点与激光发射点间的距离；为在采集时间T内采集到的所有S_pi的平均值；S_qi为输送带右边缘第i个点与激光发射点间的距离，为在采集时间T内采集到的所有S_qi的平均值；

步骤4：将S和θ的数据转换为输送带左右边缘点的坐标数据，其中：左边缘点的坐标数据为P_eLi(X_eLi,Y_eLi)，其中X_eLi＝S_picosα_i，Y_eLi＝S_pisinα_i；右边缘点的坐标数据为P_eRi(X_eRi,Y_eRi)，其中X_eRi＝S_qicosβ_i，Y_eRi＝S_qisinβ_i；其中，P_eLi为采集到的第i组数据中的左边缘点，其横坐标值为X_eLi＝S_picosα_i，纵坐标值为Y_eLi＝S_pisinα_i；P_eRi为采集到的第i组数据中的右边缘点，其横坐标值为X_eRi＝S_qicosβ_i，纵坐标值为Y_eRi＝S_qisinβ_i；其中α＝θ_max，β＝θ_min；S_pi为第i个输送带左边缘点与激光发射点之间的距离，α_i为第i个左边缘点与激光发射点连线与X轴正半轴的夹角；S_qi为第i个输送带右边缘点与激光发射点之间的距离，β_i为第i个右边缘点与激光发射点连线与X轴正半轴的夹角；取二者的横坐标值X_eLi＝S_picosα_i、X_eRi＝S_qicosβ_i用于后续计算；

步骤5：经数据处理模块计算后，在T时间内输送带左右边缘点的横坐标值可表示为:

其中N为T时间内扫描的总点数，S_pj、α_j、S_qj、β_j为第j个因为不满足精度要求而被去除的输送带边缘点数据组中左右边缘点的扫描数据，所有因不满足精度要求被去除的输送带边缘点的总数为M；

步骤6：以激光扫描仪A扫描过的输送带长度D为X轴，其中D＝ViTi；以输送带边缘横坐标数据Xe为Y轴建系；结合带速数据V(t)和输送带边缘坐标数据Xe，将扫描的点坐标数据拟合为一条直线Xe＝KViTi+b；用该直线表示输送带的运动轨迹，K为该直线的斜率，V为输送带的带速，b为函数辅助量，无计算意义；

其中

其中Vi为激光扫描仪A第i次扫描时的带速，Ti指从第一次激光扫描仪A获取数据到第i次获取数据的时长，Xei为输送带边缘点的坐标数据；N为激光扫描仪A获取数据的总次数，T为扫描的总时间；由此得出输送带边缘在空间中的相对位置，根据拟合结果的直线的斜率判断输送带的跑偏类型，当ηmin≤K≤ηmax时，输送带为横向跑偏，如不满足则为斜向跑偏；其中ηmin、ηmax分别为输送带横向跑偏时，在步骤6前述中获得的直线的斜率K的极值，二者均为常数；

步骤7：若输送带为横向跑偏，则经T时间后输出的跑偏量测量值L可表示为L＝|X_eL|-|X_eR|；L数值的正负号代表跑偏方向，L0表示左偏，L0表示右偏；当跑偏量满足|L|≥μ时，μ为带式输送机所允许的输送带横向跑偏量的极限值，若跑偏量超过该极限值，报警模块P立刻发出警报；

若输送带为存在中心线歪斜的特殊跑偏类型，则跑偏量由直线Xe＝KViTi+b确定；由于该类跑偏对输送带的损伤非常严重，会造成输送带产生严重形变，一经发现报警模块Q立刻发出警报；

步骤8：跑偏量及跑偏类型最终都经通信模块传送回人机交互模块作为最终输出检测结果显示在交互界面上。

2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的输送带跑偏类型判断及跑偏量测算系统，其特征是：激光扫描仪A采集所得的数据通过以太网传输给服务器。