|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[**] 1. Устройство измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера, включающее в себя два источника светового потока, при этом форма светового потока, отражающегося на поверхности материала, представляет собой узкую световую полосу, видеокамеру, вычислительный блок с цифровым интерфейсом, датчик скорости ленты, при этом видеокамера и источник светового потока установлены над тяговым органом конвейера под одинаковыми углами по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящем в одной плоскости с оптической осью видеокамеры, при этом источники светового потока установлены по обе стороны конвейера симметрично относительно продольной оси конвейера в одной плоскости, отличающееся тем, что дополнительно использован калибровочный элемент, имеющий форму треугольной призмы, на боковых гранях которой под углом выполнены маркировочные полосы, направление которых совпадает с направлением излучения источников светового потока, для получения в видеокамере видеоизображения треугольника с известными размерами. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковых гранях калибровочного элемента дополнительно нанесены линии допустимого отклонения светового потока. 3. Устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что калибровочный элемент оснащен платформой с направляющими элементами, в которые закреплено основание калибровочного элемента для его перемещения по платформе в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Устройство измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера, включающее в себя два источника светового потока, при этом форма светового потока, отражающегося на поверхности материала, представляет собой узкую световую полосу, видеокамеру, вычислительный блок с цифровым интерфейсом, датчик скорости ленты, при этом видеокамера и источник светового потока установлены над тяговым органом конвейера под одинаковыми углами по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящем в одной плоскости с оптической осью видеокамеры, при этом источники светового потока установлены по обе стороны конвейера симметрично относительно продольной оси конвейера в одной плоскости, отличающееся тем, что дополнительно использован калибровочный элемент, имеющий форму треугольной призмы, на боковых гранях которой под углом выполнены маркировочные полосы, направление которых совпадает с направлением излучения источников светового потока, для получения в видеокамере видеоизображения треугольника с известными размерами. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковых гранях калибровочного элемента дополнительно нанесены линии допустимого отклонения светового потока. 3. Устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что калибровочный элемент оснащен платформой с направляющими элементами, в которые закреплено основание калибровочного элемента для его перемещения по платформе в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости.
Евразийское 020917 (13) B1
патентное
ведомство
(51) Int. Cl. G01F1/00 (2006.01) G01F1/76 (2006.01) G01B11/24 (2006.01)
G01G 11/00 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2015.02.27
(21) Номер заявки 201000694
(22) Дата подачи заявки
2010.04.07
(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА И МАССЫ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА НА ТЯГОВОМ ОРГАНЕ КОНВЕЙЕРА
(43) 2011.10.31 (56) WO-A1-2002016866
(96) 2010/EA/0022 (BY) 2010.04.07 US^^^JsiS
(71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец: US-B2-6830189
БЕРДНИКОВ ВАЛЕРИЙ US-A-6133948
АЛЕКСАНДРОВИЧ (BY) SU-A1-1803726
(74) Представитель:
Свидерский Э.А. (BY)
(57) Изобретение относится к устройствам измерений объема и массы материалов, транспортируемых | на конвейерах и используемых на предприятиях горнорудной, химической и других отраслей промышленности. Задача, решаемая изобретением, - усовершенствование существующих устройств измерения объема и массы с обеспечением их измерения с учетом желобообразного I тягового органа. Поставленная задача достигается тем, что материал освещают плоским световым | лучом и снимают огибающую светового луча под одинаковыми углами по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящему в одной плоскости с оптической осью видеокамеры, а объем материала определяют умножением расчетной площади на расстояние между смежными снимками, определенное произведением скорости конвейера на время между снимками и синусом угла установки видеокамеры. Имеются и другие отличия от прототипа. Предлагаемое устройство и способ позволяют обеспечить измерение объема и массы на конвейерах с различными тяговыми органами; измерение объема и массы на конвейерах без ограничения угла наклона тягового органа; возможность применения устройства в качестве дозирующего и в транспортных системах со сложным алгоритмом управления грузопотоками. Разработаны рабочие чертежи, схемотехнические решения и программное обеспечение, изготовлены и испытаны опытные образцы.
Изобретение относится к устройствам измерений объема и массы материалов, транспортируемых на конвейерах и используемых на предприятиях горнорудной, химической и других отраслей промышленности.
Известна система измерения материала, проходящего по конвейерной ленте фирмы Bulkscan, предназначенная для непрерывного бесконтактного измерения объема сыпучего материала на конвейерной ленте. Для оптического определения объема, объемного расхода, массы и весового расхода сыпучего материала в системе используют лазерный сканер, блок для обработки сигнала, контроля функций системы и приема/выдачи входного/выходного сигналов [1].
Разница во времени при передаче и приеме лазерного импульса используется для определения контура сыпучего материала на сканируемом уровне. Сравнивая полученный контур с профилем пустой конвейерной ленты, соответственно рассчитывают площадь поперечного сечения сыпучего материала. Объем и массу определяют соответственно с учетом значений скорости движения ленты и плотности материала.
Известная система используется для выполнения различных задач по контролю, управлению и учету. Однако эта система не обеспечивает измерение при уровне материала менее 200 мм и имеющаяся погрешность измерения не позволяет применять ее в качестве точных дозирующих устройств.
Известно устройство для определения объема движущихся на чашеобразном конвейере предметов с оптоэлектронным сенсором, для одновременного определения геометрических размеров чаши и находящегося в чаше предмета, и блоком для обработки данных, который по разнице размеров чаши корректирует объем предмета [2].
При этом в качестве сенсора могут быть использованы лазерный сканер, видеокамера со строчным или матричным чипом или две смещенных друг относительно друга видеокамеры. При определении объема в этом устройстве учитывается изменение геометрических размеров чаши от веса загруженного предмета по трем параметрам: высоте, углу опрокидывания и радиусу изгиба.
Известное устройство не позволяет определять объем и массу сыпучего материала.
Известен способ для определения объема движущихся на желобообразном конвейере предметов с линейной поверхностью основания, в котором геометрия поверхности желоба измеряется до измерения объема предмета путем сканирования [3]. Этот способ обеспечивает измерение объема предмета, находящегося на желобообразном тяговом органе конвейера, в том числе и расположенном под углом к перпендикуляру оси конвейера, за счет определения объема фигуры, находящейся между поверхностью основания предмета и поверхностью желоба, прилегающей к основанию.
Известный способ не позволяет определить объем и массу сыпучего материала на желобообразном тяговом органе конвейеров.
Известно оптическое устройство, относящееся к аппаратам по записи изображений объектов, перемещаемых устройством конвейерного типа, предназначенное для автоматизации процессов в логистике [5]. Оно базируется на принципе распознавания и реагирования с последующей корректировкой скорости движения конвейера и в нем измерение скорости также используется как базовое условие. Для известного устройства предпочтительно, чтобы конвейерным устройством был лотковый тип конвейера.
В качестве прототипа принято устройство измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера, включающее в себя источник плоского светового потока, видеокамеру, вычислительный блок с цифровым интерфейсом, датчик скорости ленты [6]. Устройство включает в себя источник светового потока с цилиндрической линзой для отображения плоского светового потока в виде узкой полосы, видеокамеру с интерференционным фильтром для подавления помех, ось изображения которой находится под углом 10-80° к плоскости светового потока, вычислительный блок для расчета высоты и представления видеоизображения, калибровочный элемент с известными координатами трех точек и механизмом просмотра (линейный или ротационный конвейер или манипулятор робота).
Недостатком прототипа является то, что он не учитывает особенности, связанные с определением высоты точек профиля сыпучего материала, транспортируемого желобообразным тяговым органом ленточных конвейеров.
Задача, решаемая изобретением, - усовершенствование существующих устройств измерения объема и массы с обеспечением их измерения с учетом желобообразного тягового органа.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера, включающем в себя два источника светового потока, при этом форма светового потока отражающегося на поверхности метариала представляет собой узкую световую полосу, видеокамеру, вычислительный блок с цифровым интерфейсом, датчик скорости ленты, при этом видеокамера и источник светового потока установлены над тяговым органом конвейера под одинаковыми углами по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящем в одной плоскости с оптической осью видеокамеры, при этом источники светового потока, установлены по обе стороны конвейера симметрично относительно продольной оси конвейера в одной плоскости согласно изобретению дополнительно использован калибровочный элемент, имеющий форму треугольной призмы, на боковых гранях которой под углом, выполнены маркировочные полосы, направление которых совпадает с направлением излучения источников светового потока, для получения в видеокамере видеоизображения
треугольника с известными размерами.
Поставленная задача решается также и тем, что на боковых гранях калибровочного элемента дополнительно нанесены линии допустимого отклонения светового потока.
Поставленная задача решается также и тем, что калибровочный элемент оснащен платформой с направляющими элементами, в которые закреплено основание калибровочного элемента для его перемещения по платформе в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено устройство измерения объема и массы. На фиг. 2 показано устройство измерения объема и массы с двумя источниками света. На фиг. 3 показана установка крепежного элемента с видеокамерой и источником светового потока над тяговым органом конвейера. На фиг. 4 изображен калибровочный элемент, который оснащен платформой с направляющими элементами, в которые закреплено основание калибровочного элемента для его перемещения по платформе в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости. На фиг. 5 показаны проекции на матрицу видеокамеры порожнего, загруженного тягового органа и результирующее расчетное сечение материала. На фиг. 6 изображены плоскости сечений материала на тяговом органе.
Устройство измерения объема и массы, предназначенное для мелкокускового и сыпучего материала, включает в себя тяговый орган конвейера 1 с продольной осью конвейера 2 и расположенным на нем материалом 3, световой источник 4, плоскость светового потока 5 которого отражается на порожнем и загруженном тяговом органе в виде узкой полосы 6, видеокамеру 7, оптическая ось 8 которой наклонена под углом, равным углу плоскости светового потока 5 по отношению к перпендикуляру 9 к продольной оси 2 конвейера, проходящем в одной плоскости с оптической осью 8 видеокамеры и оптической осью 10 источника светового потока 4, вычислительный блок 11, датчик скорости 12.
Устройство может содержать два световых источника 4, 13, установленных по обе стороны конвейера симметрично относительно продольной оси 2 конвейера, световые лучи которых совмещают в одной плоскости 5 для отражения на порожнем и загруженном тяговом органе в виде общей узкой полосы 6, Установка световых источников 4, 13 с двух сторон тягового органа обеспечивает точное повторение контура поверхности материала по всей ширине тягового органа во всех точках, что исключает ошибки при определении высоты материала в теневых зонах.
Световой источник 4 в устройствах измерения объема и массы устанавливают над тяговым органом 1 так, чтобы поперечная полоса 6 плоского светового потока на материале была над местом расположения продольной оси горизонтального ролика 14 роликоопоры конвейера при высоте материала на тяговом органе в точке А, соответствующей средней границе диапазона измерений.
Калибровочный элемент 15, имеющий форму треугольной призмы, используют для получения данных, необходимых для расчета площадей поперечных сечений материала на тяговом органе конвейера. На боковых гранях 16 наносят по три маркировочных линии 17, 18, 19, исходящие из одной точки 20, расположенной на верхнем ребре 21 призмы. Плоскость светового потока образует на призме сечение равнобедренного треугольника, расположенного под углом а, равным углу плоскости светового потока к оси 2 конвейера 1. В частном случае, это угол 45°. Призму устанавливают на основание 22. На выступающей за границы калибровочного элемента 15 части основания наносят поперечную маркировочную линию 23, перпендикулярную оси основания 22. Калибровочный элемент 15 оснащают платформой 24 с направляющими элементами 25, в которых закрепляют основание 22 с возможностью перемещения калибровочного элемента 15 по платформе 24 в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера 2 и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости, а плоскость платформы была параллельна оси горизонтального ролика 14 роликоопоры конвейера. Видеоизображение треугольника используют при расчете площади, соответствующей одному элементу матрицы. Это значение является эталонным при расчете площадей поперечных сечений материала на тяговом органе конвейера. Две других линии 17, 19, расположенные по обе стороны от центральных линий 18, ограничивают допустимую зону отклонения узкой полосы светового потока при проверке установки источника светового потока 4 над тяговым органом конвейера 1.
Проекции на матрицу видеокамеры представляют собой линии, повторяющие профиль незагруженного тягового органа 26 и огибающую поверхности материала 27, имеющие свои координаты в вертикальных столбцах матрицы. При вычислении площади фигуры, образуемой огибающей проекции потока на поверхности груза и запомненной кривой огибающей на незагруженном тяговом органе, производится вычитание координат огибающих по высоте и в результате вычитания координат образуется фигура, образующаяся результирующей кривой 28 и осью нулевой высоты 29, представляющая собой проекцию сечения материала на тяговом органе, принимаемую в расчет при определении площади сечения материала.
Формирование секущих плоскостей материала 3 на тяговом органе 1 происходит при его движении, и в зависимости от применяемых для измерения объема и массы устройств, расстояния Н между смежными сечениями могут быть одинаковыми при постоянной скорости тягового органа и разными - при
переменной скорости тягового органа. Угол наклона секущих плоскостей а равен углу пересечения продольной оси конвейера с плоскостью светового потока. Расстояние, равное перпендикуляру r к сечениям, используют при расчете объема материала.
Принцип действия устройства измерения объема и массы основан на освещении участка поверхности материала на тяговом органе конвейера плоским поперечным лучом и передаче изображения его проекции на матрицу видеокамеры. Изображение плоского светового потока в виде линии на поверхности материала и незагруженном тяговом органе конвейера проецируется при помощи линзовой системы на светочувствительную матрицу видеокамеры.
Для повышения контрастности изображения в полосе спектра частот работы светового источника и частичной компенсации влияния постороннего искусственного и естественного освещения поверхности материала и незагруженного тягового органа конвейера в состав видеокамеры включают полосовой оптический фильтр, полоса пропускания которого соответствует длине волны излучения светового источника.
Предлагаемое устройство измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера используют следующим образом.
Перед измерением объема и массы материала на движущемся тяговом органе конвейера выполняют процедуру калибровки, которая заключается в определении площади, соответствующей одному элементу матрицы, и проверку установки светового источника и видеокамеры над тяговым органом конвейера в зоне измерения.
Для определения площади, соответствующей одному элементу матрицы, используют калибровочное приспособление. Площадь равнобедренного треугольника, ограниченного центральными маркировочными линиями, рассчитывают по известной формуле
где а, b - длины основания и стороны треугольника.
Это значение вводят в вычислительный блок в качестве эталона при определении площади, соответствующей одному элементу матрицы. Калибровочное приспособление устанавливают на гладкой горизонтальной поверхности и проверяют совпадение плоскости узконаправленного светового потока с центральными маркировочными линиями. Передвижением калибровочного элемента в направляющих обеспечиваем попадание светового потока на поперечную маркировочную линию на его основании для запоминания вычислительным блоком координат основания проекции треугольника, ограниченного световым лучом. Возвращают калибровочный элемент в прежнюю зону, и вычислительный блок определяет количество элементов в столбцах матрицы, попадающих в контур проекции равнобедренного треугольника, складывает их и затем по формуле
где N - суммарное количество элементов, рассчитывает искомое значение площади. В дальнейшем это значение вычислительный блок использует при определении площадей сечений материала на движущемся тяговом органе конвейера.
Для проверки правильности установки светового источника и видеокамеры над тяговым органом конвейера в зоне измерения калибровочное приспособление располагают на тяговом органе конвейера так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного приспособления находились в одной вертикальной плоскости, поперечная маркировочная линия была параллельна оси горизонтального ролика ролико-опоры конвейера, а узконаправленный световой луч совпадал с общей для маркировочных линий точкой. При правильной установке световой луч должен находиться на боковых гранях в зоне, ограниченной маркировочными линиями, расположенными по обе стороны от центральных маркировочных линий. Передвижением калибровочного элемента в направляющих обеспечиваем попадание светового потока в зону поперечной маркировочной линии на его основании для запоминания вычислительным блоком координат основания проекции треугольника, ограниченного световым лучом. Возвращают калибровочный элемент в прежнюю зону и вычислительный блок определяет количество элементов матрицы N1, попадающих в контур проекции треугольника. С учетом известного значения площади, соответствующей одному элементу матрицы Sp, по формуле Бд1 = Sp-N1 определяют значение площади, соответствующей местонахождению видеокамеры и светового источника над тяговым органом конвейера. Если при этом SAI^SA, ТО вычислительный блок определит значение поправочного коэффициента по формуле
k = -^-cosa
где cosa - известное значение угла между плоскостью равнобедренного треугольника, ограниченного центральными маркировочными линиями, и плоскостью, перпендикулярной основанию калибровочного элемента. Значение k в дальнейшем используют при определении объема материала на тяговом органе конвейера.
Устройство измерения объема и массы при подаче на движущийся тяговый орган конвейера мате
риала, в частном случае, в котором плоскость изображения видеокамеры и плоскость светового потока имеют углы 45° по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящему в одной плоскости с оптической осью видеокамеры и осью источника светового потока, работает следующим образом.
Так как для получения геометрических характеристик материала, транспортируемого конвейером, необходимо учитывать положение тягового органа, скрытого материалом, вначале производят запоминание огибающей проекции плоскости потока на незагруженном тяговом органе. Для этого на остановленном незагруженном тяговом органе плоским поперечным лучом освещают поверхность незагруженного, расположенного на всех роликах роликоопоры конвейера, тягового органа в зоне расположения горизонтального ролика и проецируют огибающую тяговый орган линию светового потока при помощи линзовой системы на светочувствительную матрицу видеокамеры, расположенную параллельно плоскости потока. При передаче этого видеоизображения в вычислительный блок производится процедура запоминания огибающей проекции плоскости потока на незагруженный тяговый орган конвейера и определение координат элементов матрицы, относящихся к этой проекции.
Затем включают конвейер, подают на него материал и приступают к определению объема и массы материала, загруженного на тяговый орган конвейера, с учетом скорости V, м/с, тягового органа и введенного значения насыпной плотности транспортируемого материала у, кг/м3. При пересечении материала на тяговом органе зоны измерения на матрице видеокамеры получают проекции огибающих линий, образующихся на поверхности движущегося материала секущей плоскостью плоского светового потока с заданной частотой сканирования видеокамеры F. При передаче этих видеоизображений в вычислительный блок производится процедура запоминания огибающих проекций плоскости потока на загруженный тяговый орган конвейера и определение координат элементов матрицы, относящихся к этим проекциям.
Координаты крайних нижних и верхних элементов матрицы, относящихся соответственно к проекциям огибающих линий на незагруженном и загруженном тяговом органе конвейера, используют для расчета площадей сечений материала плоскостью светового потока путем вычитания по столбцам матрицы из верхних координат нижние и переноса их в результирующий массив и количество элементов матрицы nci в каждой плоскости материала определяется путем суммирования данных массива, относящихся к каждой плоскости.
С учетом известного значения Sp вычислительный блок рассчитывает площадь каждого из сечений по формуле Ssi= Spnsi. Объем транспортируемого материала за единицу времени, в частном случае за 1 c Vic, определяется как сумма объемов Vi, между параллельными текущим и предыдущим сечениями по формуле
Vic=EVi.
При скорости съемки F кадров в секунду и постоянной скорости тягового органа V длину отрезка Н между текущим и предыдущим сечениями, находящегося в частном случае под углом 45° по отношению к перпендикуляру г между текущим и смежным сечениями, определяют по формуле
Расчет объема Vi материала между двумя сечениями производится по формуле Vi = Ssi r k, где r=H sin 45°. После вычисления объема материала, измеренного за l c Vic, вычислительный блок определяет значение массы Mic материала, измеренной за 1 с по формуле Mic= Vic-у. Значение массы транспортируемого материала за любой промежуток времени с нарастающим итогом вычислительный блок определяет по формуле Mt = EMic.
При использовании второго устройства измерения объема и массы вычисление объема и массы выполняют аналогично, указанному для первого устройства.
При измерении объема и массы на конвейерах с переменной скоростью определение площадей поперечных сечений материала производят аналогично указанному выше. При скорости съемки F кадров в секунду и переменной скорости тягового органа Vi длины отрезков Hi определяют по формуле
Расчет объема Vi материала между двумя сечениями производится по формуле Vi=Ssi-ri-k, где ri =Hi sin 45°. Расчет массы материала производится аналогично указанному выше.
Таким образом, предлагаемое устройство и способ позволяют обеспечить
измерение объема и массы на конвейерах с различными тяговыми органами;
измерение объема и массы на конвейерах без ограничения угла наклона тягового органа;
возможность применения устройства в качестве дозирующего и в транспортных системах со сложным алгоритмом управления грузопотоками.
Разработаны рабочие чертежи, схемотехнические решения и программное обеспечение, изготовлены и испытаны опытные образцы.
Источники информации
1. Bulkscan. Система измерения материала, проходящего по конвейерной ленте. Инструкция по эксплуатации. 8008154/01.2006. SICK MAIHAK, Germany.
2. Патент Germany DE 102006056556 A1 2008.06.05.
3. Патент США US 199385 В2, опубл. 03.04.2007.
4. Патент США US 0095600 Al, опубл. 16.04.2009.
5. Патент США US 4979815, опубл. 25.12.1990 - прототип для способа и устройства.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство измерения объема и массы материала на тяговом органе конвейера, включающее в себя два источника светового потока, при этом форма светового потока, отражающегося на поверхности материала, представляет собой узкую световую полосу, видеокамеру, вычислительный блок с цифровым интерфейсом, датчик скорости ленты, при этом видеокамера и источник светового потока установлены над тяговым органом конвейера под одинаковыми углами по отношению к перпендикуляру к продольной оси конвейера, проходящем в одной плоскости с оптической осью видеокамеры, при этом источники светового потока установлены по обе стороны конвейера симметрично относительно продольной оси конвейера в одной плоскости, отличающееся тем, что дополнительно использован калибровочный элемент, имеющий форму треугольной призмы, на боковых гранях которой под углом выполнены маркировочные полосы, направление которых совпадает с направлением излучения источников светового потока, для получения в видеокамере видеоизображения треугольника с известными размерами.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на боковых гранях калибровочного элемента дополнительно нанесены линии допустимого отклонения светового потока.
3. Устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что калибровочный элемент оснащен платформой с направляющими элементами, в которые закреплено основание калибровочного элемента для его перемещения по платформе в зоне измерения так, чтобы продольные оси конвейера и калибровочного элемента находились в одной вертикальной плоскости.
1.
7 8 10 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
020917
- 4 -
(19)
020917
- 6 -
|
