專利名稱：皮帶垂度檢測方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測皮帶運行狀態的方法，特別是一種能定量檢測皮帶下垂程度的方法，本發明還涉及運用該方法的實用檢測裝置。
背景技術：
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，輸送機皮帶托輥又有一定的間距，故而皮帶會因其自重及所輸送物料的重力作用發生下垂；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，于是對計量形成干擾。同時皮帶的張力在皮帶秤的不同位置和不同工作時段會隨機變化，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，從而對皮帶秤進行實時補償。本發明申請人曾以“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行了檢索，直到本申請文件完成時還未查到有已公開的相關技術。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能對皮帶秤輸送帶的垂度在線定量實時檢測的裝置。據現場實測經驗數據，皮帶秤輸送帶從空載到滿載時的下垂量變化范圍一般在
3 50mm，預期的測量分辨力須達到0. Imm或更高精度。考慮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確計量，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磁的導體，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；為了解決該技術問題，本發明人采用了如下的技術方案本發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)位于靠近輸送機進程皮帶垂度最大處的下方設置激光發生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時，光斑跟激光發生器與接收器的距離也發生改變，測到的光信號強度也隨之不同； (三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數據處理和分析系統求得垂度。本發明所述皮帶垂度檢測裝置，包括下位機、上位機和通訊網絡，其下位機由現場信號發生與采集模塊、數據處理模塊組成，負責測量皮帶低于基準線的距離并將數據發送至串口，其上位機由數據分析模塊、數據顯示模塊組成，使處理數據與標準值進行相減計算皮帶垂度，通訊模塊將下位機和上位機相互連接為數據傳輸網絡；其特征在于所述信號發生與采集模塊包含一個或幾個激光光源與激光捕捉器，放在現場輸送機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與預設基準線的距離為皮帶垂度量值信號。若以沿皮帶輸送機縱梁的方向為Y軸，沿橫梁的方向為X軸，Z軸垂直于坐標平面 XOY ;皮帶運行時沿Y軸方向前進，跑偏則反映在X軸方向，而下垂量表現在Z軸方向。從理論上講，皮帶的最大下垂量發生在相鄰兩組托輥間的投影面中心下，因而激光發生與捕捉器一般宜安置在此處(參見圖2)，激光發生與捕捉器的安裝支架上設有絲桿，可在Z軸方向調節激光發生與捕捉器的高低；由于皮帶在運行中會發生跑偏，所輸送物料的重心也可能未均勻分布在皮帶中線的兩側，如果沿X軸同時安裝若干個激光發生與捕捉器(參見圖 3)，比較各激光捕捉器采集到的信號，可以在一定程度上彌補前一種方式的不足；倘若把激光發生與捕捉器安裝在沿X軸方向的導軌上(參見圖4)，使其能夠在步進電機的驅動下來回移動，并且不斷的采集與皮帶非受料面之間的距離信號，就可能在一定的測量時間內，通過測量多組數據求出最低點；進一步考慮到慣性的作用，皮帶及其所輸送物料的重心沿Y 軸方向也會偏離相鄰托輥組的間距中央，因此還可以再增加一根Y軸方向的導軌(參見圖 5)，從而將最大下垂量位置納入到檢測區域之中。以上四種方案各有所長，可以根據檢測要求和現場情況選用；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，但機構較為復雜。本發明所述現場信號發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的紅色激光發射器，所述激光捕捉器為內部含有CCD電荷稱合兀件陣列的線性相機。激光發射器通過鏡頭將激光射向皮帶非受料面，經反射的激光通過激光捕捉器鏡頭，被CCD相機接收， 根據不同的距離，CCD相機可以在不同的角度下“看見”這個光點；根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。本發明的數據處理模塊、數據分析模塊、數據顯示模塊、通訊模塊等基本沿用現有技術。數據處理模塊用于處理所采集信號，將亮度信號轉換成后續電路能夠識別的數字信號，將該信號傳給PLC或單片機，同時PLC或單片機控制著步進電機的運轉方式；數據分析模塊用來幫助用戶閱讀信號更深層的信息，并能形象地表現出來，判斷設備的狀態，為決策提供很好的幫助信息；數據顯示模塊根據數據分析的結果制成波形圖，即將皮帶垂度隨時間的變化擬合成曲線，并且每一個離散點對應時間與重量信息，同時有與之相對應的垂度； 通訊模塊是數據傳輸的紐帶，它將采集的數據傳輸給上位機，以及為系統的擴展或兼容提供接口。本發明的有益效果是，填補了皮帶垂度檢測領域的空白，并據此創造了定量檢測皮帶下垂程度的實用裝置，為提高皮帶秤準確度的研究提供了有效手段。


圖I為本發明系統框圖。圖2是采用一個激光位移傳感器，且裝在固定位置的實施例之Y向示意圖。圖3是采用多個裝在固定位置的激光位移傳感器的實施例之Y向示意圖。圖4是采用安裝在X向導軌上的可移動激光位移傳感器的實施例之Y向示意圖。圖5是采用安裝在X向和Y向導軌上的可移動激光位移傳感器的實施例之Y向示意圖。
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圖6是圖5之三維立體示意圖。圖7是本發明一個實施例的系統硬件框圖。圖中標記1_輸送機皮帶，10-皮帶垂度零基準線，11-空載皮帶下垂曲線，2-輸送機縱梁，3-激光光源-激光捕捉器(激光位移傳感器)，30-底板，31-支架與調節絲桿， 32-Y向導軌，33-X向導軌，3p-激光光源投射光線，3r-反射光線。
具體實施例方式圖I本發明系統原理框圖，圖7是本發明某實施例對圖I的具體化。系統采用性能穩定、性價比高的89C52單片機作為下位機主體，上位機為PC機，其軟件使用VB語言進行開發，PC機與下位機的通訊使用RS-485總線進行。下位機的輸入級為激光位移傳感器，裝在皮帶秤進程皮帶的下方，激光位移傳感器的激光發生器將光束投射到進程皮帶的非受料面上形成光斑，激光位移傳感器內部的CCD線性相機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經濾波和放大調理等電路單元進行預處理，再通過A/D變換器將數字信號傳給單片機，由單片機將數據送至串口，通過485總線，由上位機網絡將采集到的數據進行分析處理，如皮帶垂度計算，皮帶垂度與皮帶承載關系，皮帶垂度與張力關系等。圖2所示實施例采用一個裝在固定位置的激光位移傳感器。在皮帶輸送機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節絲桿31，將激光位移傳感器3固定在支架與調節絲桿31上，轉動絲桿螺母能調節激光位移傳感器的位置高低。激光位移傳感器3產生的激光3p射向進程皮帶的非受料面，其反射光線3r由激光位移傳感器內部的CCD線性相機接收，于是所帶有的垂度信息被采集到。圖3是采用多個裝在固定位置的激光位移傳感器的實施例。它與圖2的不同在于 在底板30上沿X軸同時安裝了多于一個的支架與調節絲桿31，每個支架與調節絲桿31上都裝了一個激光位移傳感器3，從而可同時對皮帶的多處檢測垂度。圖4和圖5所表達的實施例中，安裝激光位移傳感器3的支架與調節絲桿31不是直接固定于底板30上，而是先裝在導軌上，其中，圖5的實施例設有X向導軌33和Y向導軌32，激光位移傳感器3除了可在Z軸方向調節高低之外，還能夠沿X軸和Y軸往復移動， 從而把檢測范圍由一點擴大到XOY面內位移傳感器3所能到達的區域；而圖4的實施例只用了 X向導軌33，位移傳感器3能夠沿X軸來回移動；步進電機通過轉換器驅動支架與調節絲桿31在導軌上左右往復運動，激光位移傳感器3由此被帶著來回移動，同時不斷地發出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號，在一定的測量時間內，通過測量多組數據求出最低點，經過處理得到皮帶的垂度，同時經數據歸納和正態函數分析，從而驗證檢測數據的可靠性。圖6是圖5之三維立體示意圖。上面結合附圖對本發明優選的實施方式和實施例作了詳細說明，當然，本發明并不限于上述實施方式和實施例，此裝置還可以在本技術領域技術人員所具備的知識范圍內，在不脫離本發明構思的前提下作出各種變化，這樣的結構變換均落在本發明的保護范圍之內。
權利要求
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)位于靠近輸送機進程皮帶垂度最大處的下方設置激光發生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時，光斑跟激光發生器與接收器的距離也發生改變，測到的光信號強度也隨之不同；(三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數據處理和分析系統求得垂度。
2.一種皮帶垂度檢測裝置，包括下位機、上位機和通訊網絡，其下位機由現場信號發生與采集模塊、數據處理模塊組成，其上位機由數據分析模塊、數據顯示模塊組成，通訊模塊將下位機和上位機相互連接為數據傳輸網絡；其特征在于所述信號發生與采集模塊包含一個或幾個激光光源與激光捕捉器，置于現場輸送機相鄰兩托輥之間中部，位于進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程皮帶非受料面上的光斑信號由所述激光捕捉器采集。
3.根據權利要求2所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述現場信號發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的紅色激光發射器，所述激光捕捉器為內部含有 CCD電荷耦合元件陣列的線性相機。
4.根據權利要求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] 安裝在支架與調節絲桿[31]上，所述支架與調節絲桿[31]安裝在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機的左右兩縱梁[2]上。
5.根據權利要求3所述的皮帶垂度檢測裝置，其特征在于所述底板[30]處于皮帶輸送機前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機的左右兩縱梁[2]上，所述底板[30] 上同時安裝了 2個或更多個支架與調節絲桿[31]，它們沿X軸方向布置，每個支架與調節絲桿[31]上都裝了一個激光位移傳感器[3]。
6.根據權利要求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] 安裝在支架與調節絲桿[31]上，所述支架與調節絲桿[31]安裝X向導軌[33]上，所述X 向導軌[33]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機的左右兩縱梁[2]上；步進電機通過轉換器驅動支架與調節絲桿[31]在導軌上左右往復運動，激光位移傳感器[3]由此被帶著來回移動，同時不斷地發出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號。
7.根據權利要求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] 安裝在支架與調節絲桿[31]上，所述支架與調節絲桿[31]安裝在X向導軌[33]上，所述X 向導軌[33]安裝在Y向導軌[32]上，所述Y向導軌[32]固定在底板[30]的中央，所述底板[30]處于皮帶輸送機前后相鄰兩托輥組之間中部，搭橋在皮帶輸送機的左右兩縱梁[2] 上；步進電機通過轉換器驅動支架與調節絲桿[31]在X向導軌[33]上左右往復運動，并驅動X向導軌[33]在Y向導軌[32]上前后往復運動，激光位移傳感器[3]由此被帶著在二維面內來回移動，同時不斷地發出激光并采集與皮帶非受料面之間的距離信號。
全文摘要
本發明公開了一種皮帶垂度檢測方法與裝置，填補了皮帶垂度檢測技術的空白。本發明所述皮帶垂度檢測方法包括下列步驟(一)位于靠近輸送機進程皮帶垂度最大處的下方設置激光發生器與接收器；(二)激光光束由下而上投向進程皮帶的非受料面形成光斑，皮帶垂度變化時，光斑跟激光發生器與接收器的距離也發生改變，測到的光信號強度也隨之不同；(三)激光接收器將獲得的信息通往有電腦支持的數據處理和分析系統求得垂度。運用相應技術的實用裝置包含一個或幾個激光光源與激光捕捉器，置于現場輸送機相鄰兩托輥之間中部，位于進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生器投射在皮帶非受料面上的光斑信號，以求得皮帶垂度量值。
文檔編號G01B11/02GK102589445SQ20121005464
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者袁延強 申請人:南京三埃工控股份有限公司