專利名稱：皮帶垂度檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測皮帶運(yùn)行狀態(tài)的方法，特別是一種能定量檢測皮帶下垂程度的方法，本發(fā)明還涉及運(yùn)用該方法的實(shí)用檢測裝置。
背景技術(shù)：
由于皮帶秤的輸送帶(通稱皮帶)是由橡膠、塑料等非剛性材料制成的，輸送機(jī)皮帶托輥又有一定的間距，故而皮帶會(huì)因其自重及所輸送物料的重力作用發(fā)生下垂；從而使原本用于張緊皮帶的切向張力分解出與皮帶秤所稱量物料的重力同向的法向分力，于是對計(jì)量形成干擾。同時(shí)皮帶的張力在皮帶秤的不同位置和不同工作時(shí)段會(huì)隨機(jī)變化，因此無法用確定的量值來修正。如果能在線測得皮帶的垂度，就有可能推算出皮帶張力的分力大小，從而對皮帶秤進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。本發(fā)明申請人曾以“帶下沉量、下垂量、垂度、弛度、矢高，droop、sag、sagitta、 sagittarius、deflection、slack、prolapse、prolapsus、ptosis，，等作為關(guān)鍵詞，多次對中國專利庫與包括美、英、法、德、瑞士、俄、歐專、日、PCT組織等外國專利庫進(jìn)行了檢索，直到本申請文件完成時(shí)還未查到有已公開的相關(guān)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能對皮帶秤輸送帶的垂度在線定量實(shí)時(shí)檢測的裝置。據(jù)現(xiàn)場實(shí)測經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，皮帶秤輸送帶從空載到滿載時(shí)的下垂量變化范圍一般在
3 50mm，預(yù)期的測量分辨力須達(dá)到0. Imm或更高精度?？紤]到檢測過程中任何接觸皮帶的測量方法都可能影響到皮帶秤的準(zhǔn)確計(jì)量，又考慮到非接觸方式中的電渦流位移測量法的線性度一般較低，且要求被測對象為不導(dǎo)磁的導(dǎo)體，不適用于皮帶；而電容位移測量法的精度雖高但量程一般小于1mm，不能滿足皮帶下垂量的變化范圍；為了解決該技術(shù)問題，本發(fā)明人采用了如下的技術(shù)方案本發(fā)明所述皮帶垂度檢測方法，系一種基于激光反射與接收的非接觸式檢測方法；其特征在于包括下列步驟(一)位于靠近輸送機(jī)進(jìn)程皮帶垂度最大處的下方設(shè)置激光發(fā)生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進(jìn)程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時(shí)，光斑跟激光發(fā)生器與接收器的距離也發(fā)生改變，測到的光信號(hào)強(qiáng)度也隨之不同； (三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)求得垂度。本發(fā)明所述皮帶垂度檢測裝置，包括下位機(jī)、上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，其下位機(jī)由現(xiàn)場信號(hào)發(fā)生與采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊組成，負(fù)責(zé)測量皮帶低于基準(zhǔn)線的距離并將數(shù)據(jù)發(fā)送至串口，其上位機(jī)由數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊組成，使處理數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相減計(jì)算皮帶垂度，通訊模塊將下位機(jī)和上位機(jī)相互連接為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；其特征在于所述信號(hào)發(fā)生與采集模塊包含一個(gè)或幾個(gè)激光光源與激光捕捉器，放在現(xiàn)場輸送機(jī)相鄰兩托輥之間中部，位于皮帶非受料面的下方，與輸送帶不接觸；所述激光捕捉器對于所述激光光源在輸送帶非受料面上投射出的光斑予以采集，所測量到的皮帶最低點(diǎn)與預(yù)設(shè)基準(zhǔn)線的距離為皮帶垂度量值信號(hào)。若以沿皮帶輸送機(jī)縱梁的方向?yàn)閅軸，沿橫梁的方向?yàn)閄軸，Z軸垂直于坐標(biāo)平面 XOY ;皮帶運(yùn)行時(shí)沿Y軸方向前進(jìn)，跑偏則反映在X軸方向，而下垂量表現(xiàn)在Z軸方向。從理論上講，皮帶的最大下垂量發(fā)生在相鄰兩組托輥間的投影面中心下，因而激光發(fā)生與捕捉器一般宜安置在此處(參見圖2)，激光發(fā)生與捕捉器的安裝支架上設(shè)有絲桿，可在Z軸方向調(diào)節(jié)激光發(fā)生與捕捉器的高低；由于皮帶在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生跑偏，所輸送物料的重心也可能未均勻分布在皮帶中線的兩側(cè)，如果沿X軸同時(shí)安裝若干個(gè)激光發(fā)生與捕捉器(參見圖 3)，比較各激光捕捉器采集到的信號(hào)，可以在一定程度上彌補(bǔ)前一種方式的不足；倘若把激光發(fā)生與捕捉器安裝在沿X軸方向的導(dǎo)軌上(參見圖4)，使其能夠在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下來回移動(dòng)，并且不斷的采集與皮帶非受料面之間的距離信號(hào)，就可能在一定的測量時(shí)間內(nèi)，通過測量多組數(shù)據(jù)求出最低點(diǎn)；進(jìn)一步考慮到慣性的作用，皮帶及其所輸送物料的重心沿Y 軸方向也會(huì)偏離相鄰?fù)休伣M的間距中央，因此還可以再增加一根Y軸方向的導(dǎo)軌(參見圖 5)，從而將最大下垂量位置納入到檢測區(qū)域之中。以上四種方案各有所長，可以根據(jù)檢測要求和現(xiàn)場情況選用；其中，方案一最為簡單可靠，但檢測到的垂度很可能不是最大值；方案四能檢測到垂度的最大值，但機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。本發(fā)明所述現(xiàn)場信號(hào)發(fā)生與采集模塊可采用三角測量法的激光位移傳感器，所述激光位移傳感器包含激光光源和激光捕捉器，所述激光光源為波長630nm 700nm的紅色激光發(fā)射器，所述激光捕捉器為內(nèi)部含有CCD電荷稱合兀件陣列的線性相機(jī)。激光發(fā)射器通過鏡頭將激光射向皮帶非受料面，經(jīng)反射的激光通過激光捕捉器鏡頭，被CCD相機(jī)接收， 根據(jù)不同的距離，CCD相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)；根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、通訊模塊等基本沿用現(xiàn)有技術(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊用于處理所采集信號(hào)，將亮度信號(hào)轉(zhuǎn)換成后續(xù)電路能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，將該信號(hào)傳給PLC或單片機(jī)，同時(shí)PLC或單片機(jī)控制著步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式；數(shù)據(jù)分析模塊用來幫助用戶閱讀信號(hào)更深層的信息，并能形象地表現(xiàn)出來，判斷設(shè)備的狀態(tài)，為決策提供很好的幫助信息；數(shù)據(jù)顯示模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果制成波形圖，即將皮帶垂度隨時(shí)間的變化擬合成曲線，并且每一個(gè)離散點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間與重量信息，同時(shí)有與之相對應(yīng)的垂度； 通訊模塊是數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶，它將采集的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，以及為系統(tǒng)的擴(kuò)展或兼容提供接口。本發(fā)明的有益效果是，填補(bǔ)了皮帶垂度檢測領(lǐng)域的空白，并據(jù)此創(chuàng)造了定量檢測皮帶下垂程度的實(shí)用裝置，為提高皮帶秤準(zhǔn)確度的研究提供了有效手段。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)框圖。圖2是采用一個(gè)激光位移傳感器，且裝在固定位置的實(shí)施例之Y向示意圖。圖3是采用多個(gè)裝在固定位置的激光位移傳感器的實(shí)施例之Y向示意圖。圖4是采用安裝在X向?qū)к壣系目梢苿?dòng)激光位移傳感器的實(shí)施例之Y向示意圖。圖5是采用安裝在X向和Y向?qū)к壣系目梢苿?dòng)激光位移傳感器的實(shí)施例之Y向示意圖。
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圖6是圖5之三維立體示意圖。圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)硬件框圖。圖中標(biāo)記1_輸送機(jī)皮帶，10-皮帶垂度零基準(zhǔn)線，11-空載皮帶下垂曲線，2-輸送機(jī)縱梁，3-激光光源-激光捕捉器(激光位移傳感器)，30-底板，31-支架與調(diào)節(jié)絲桿， 32-Y向?qū)к墸?3-X向?qū)к墸?p-激光光源投射光線，3r-反射光線。
具體實(shí)施例方式圖I本發(fā)明系統(tǒng)原理框圖，圖7是本發(fā)明某實(shí)施例對圖I的具體化。系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定、性價(jià)比高的89C52單片機(jī)作為下位機(jī)主體，上位機(jī)為PC機(jī)，其軟件使用VB語言進(jìn)行開發(fā)，PC機(jī)與下位機(jī)的通訊使用RS-485總線進(jìn)行。下位機(jī)的輸入級(jí)為激光位移傳感器，裝在皮帶秤進(jìn)程皮帶的下方，激光位移傳感器的激光發(fā)生器將光束投射到進(jìn)程皮帶的非受料面上形成光斑，激光位移傳感器內(nèi)部的CCD線性相機(jī)可在不同的角度下捕捉到該光斑，激光位移傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)濾波和放大調(diào)理等電路單元進(jìn)行預(yù)處理，再通過A/D變換器將數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，由單片機(jī)將數(shù)據(jù)送至串口，通過485總線，由上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，如皮帶垂度計(jì)算，皮帶垂度與皮帶承載關(guān)系，皮帶垂度與張力關(guān)系等。圖2所示實(shí)施例采用一個(gè)裝在固定位置的激光位移傳感器。在皮帶輸送機(jī)中前后相鄰兩托輥組之間中部處的左右兩縱梁2上用底板30搭橋，在底板30的中央安裝支架與調(diào)節(jié)絲桿31，將激光位移傳感器3固定在支架與調(diào)節(jié)絲桿31上，轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿螺母能調(diào)節(jié)激光位移傳感器的位置高低。激光位移傳感器3產(chǎn)生的激光3p射向進(jìn)程皮帶的非受料面，其反射光線3r由激光位移傳感器內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，于是所帶有的垂度信息被采集到。圖3是采用多個(gè)裝在固定位置的激光位移傳感器的實(shí)施例。它與圖2的不同在于 在底板30上沿X軸同時(shí)安裝了多于一個(gè)的支架與調(diào)節(jié)絲桿31，每個(gè)支架與調(diào)節(jié)絲桿31上都裝了一個(gè)激光位移傳感器3，從而可同時(shí)對皮帶的多處檢測垂度。圖4和圖5所表達(dá)的實(shí)施例中，安裝激光位移傳感器3的支架與調(diào)節(jié)絲桿31不是直接固定于底板30上，而是先裝在導(dǎo)軌上，其中，圖5的實(shí)施例設(shè)有X向?qū)к?3和Y向?qū)к?2，激光位移傳感器3除了可在Z軸方向調(diào)節(jié)高低之外，還能夠沿X軸和Y軸往復(fù)移動(dòng)， 從而把檢測范圍由一點(diǎn)擴(kuò)大到XOY面內(nèi)位移傳感器3所能到達(dá)的區(qū)域；而圖4的實(shí)施例只用了 X向?qū)к?3，位移傳感器3能夠沿X軸來回移動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)通過轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)支架與調(diào)節(jié)絲桿31在導(dǎo)軌上左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器3由此被帶著來回移動(dòng)，同時(shí)不斷地發(fā)出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號(hào)，在一定的測量時(shí)間內(nèi)，通過測量多組數(shù)據(jù)求出最低點(diǎn)，經(jīng)過處理得到皮帶的垂度，同時(shí)經(jīng)數(shù)據(jù)歸納和正態(tài)函數(shù)分析，從而驗(yàn)證檢測數(shù)據(jù)的可靠性。圖6是圖5之三維立體示意圖。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式和實(shí)施例作了詳細(xì)說明，當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式和實(shí)施例，此裝置還可以在本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下作出各種變化，這樣的結(jié)構(gòu)變換均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種皮帶垂度檢測方法，系一種基于激光反射與接收的非接觸式檢測方法；其特征在于包括下列步驟(一)位于靠近輸送機(jī)進(jìn)程皮帶垂度最大處的下方設(shè)置激光發(fā)生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進(jìn)程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時(shí)，光斑跟激光發(fā)生器與接收器的距離也發(fā)生改變，測到的光信號(hào)強(qiáng)度也隨之不同；(三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)求得垂度。
2.一種皮帶垂度檢測裝置，包括下位機(jī)、上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，其下位機(jī)由現(xiàn)場信號(hào)發(fā)生與采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊組成，其上位機(jī)由數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊組成，通訊模塊將下位機(jī)和上位機(jī)相互連接為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；其特征在于所述信號(hào)發(fā)生與采集模塊包含一個(gè)或幾個(gè)激光光源與激光捕捉器，置于現(xiàn)場輸送機(jī)相鄰兩托輥之間中部，位于進(jìn)程皮帶非受料面的下方，與皮帶不接觸；所述激光光源投射在進(jìn)程皮帶非受料面上的光斑信號(hào)由所述激光捕捉器采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述現(xiàn)場信號(hào)發(fā)生與采集模塊為采用三角測量法的激光位移傳感器，所述激光位移傳感器包含激光光源和激光捕捉器，所述激光光源為波長630nm 700nm的紅色激光發(fā)射器，所述激光捕捉器為內(nèi)部含有 CCD電荷耦合元件陣列的線性相機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述激光位移傳感器[3] 安裝在支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]上，所述支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]安裝在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機(jī)前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機(jī)的左右兩縱梁[2]上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述底板[30]處于皮帶輸送機(jī)前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機(jī)的左右兩縱梁[2]上，所述底板[30] 上同時(shí)安裝了 2個(gè)或更多個(gè)支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]，它們沿X軸方向布置，每個(gè)支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]上都裝了一個(gè)激光位移傳感器[3]。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述激光位移傳感器[3] 安裝在支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]上，所述支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]安裝X向?qū)к塠33]上，所述X 向?qū)к塠33]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機(jī)前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機(jī)的左右兩縱梁[2]上；步進(jìn)電機(jī)通過轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]在導(dǎo)軌上左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器[3]由此被帶著來回移動(dòng)，同時(shí)不斷地發(fā)出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述激光位移傳感器[3] 安裝在支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]上，所述支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]安裝在X向?qū)к塠33]上，所述X 向?qū)к塠33]安裝在Y向?qū)к塠32]上，所述Y向?qū)к塠32]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機(jī)前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機(jī)的左右兩縱梁[2] 上；步進(jìn)電機(jī)通過轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)支架與調(diào)節(jié)絲桿[31]在X向?qū)к塠33]上左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)X向?qū)к塠33]在Y向?qū)к塠32]上前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，激光位移傳感器[3]由此被帶著在二維面內(nèi)來回移動(dòng)，同時(shí)不斷地發(fā)出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種皮帶垂度檢測方法與裝置，填補(bǔ)了皮帶垂度檢測技術(shù)的空白。本發(fā)明所述皮帶垂度檢測方法包括下列步驟(一)位于靠近輸送機(jī)進(jìn)程皮帶垂度最大處的下方設(shè)置激光發(fā)生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進(jìn)程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時(shí)，光斑跟激光發(fā)生器與接收器的距離也發(fā)生改變，測到的光信號(hào)強(qiáng)度也隨之不同；(三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)求得垂度。運(yùn)用相應(yīng)技術(shù)的實(shí)用裝置包含一個(gè)或幾個(gè)激光光源與激光捕捉器，置于現(xiàn)場輸送機(jī)相鄰兩托輥之間中部，位于進(jìn)程皮帶非受料面的下方，與皮帶不接觸；激光接收器采集激光發(fā)生器投射在皮帶非受料面上的光斑信號(hào)，以求得皮帶垂度量值。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102589445SQ20121005464
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者袁延強(qiáng) 申請人:南京三埃工控股份有限公司