一种转运物料厚度检测系统及其应用的制作方法

本发明涉及一种物料输送装置，特别的涉及一种可对输送物料厚度进行采集的输送装置。

背景技术：

目前，我国电厂、煤矿、选煤厂输煤系统以及其它散装物料在输送过程中，一般采用传统的电子皮带秤进行称重，但由于皮带秤价格高，对安装条件要求比较苛刻，运行维护工作量大，因此，一般在由多条皮带组成的整个输送链中，只选择在某一条皮带上安装皮带秤以用于计量。对于未安装的皮带则无法实时获知物料量的详细情况，而且在多级联动的皮带运行中，下游皮带在启动初期存在空负载运行，或是低物料量高速度运行，无法精确实行输送带的变速度控制，存在大量用电浪费。还有一种称重方式是激光皮带秤，采用激光扫描成像技术，通过取得物料的截面积来计算皮带上的煤量。这种测量方式基于对发射到皮带物料上激光的摄像，来计算重量。在物料输送中由于物料的飞扬污染，运行环境恶劣，摄像镜头容易被污染遮挡，影响测量效果。

本发明希望通过测量皮带上物料的厚度来推算物料重量，因此，提供一种能够稳定测量物料时时厚度的装置是急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种转运物料厚度检测系统，以解决现有技术中皮带上物料厚度难以实时测量的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种转运物料厚度检测系统，包括转运皮带，所述转运皮带的输入端上罩设有导料槽，所述导料槽的顶端与落料管连接，所述导料槽朝向转运皮带的端部上开设有供物料输出的出料口，所述转运皮带输出端的正上方设置有第一角位移线性传感器，所述第一角位移线性传感器的输入轴上固定连接有与其垂直的测量杆，且测量杆中线所在竖直面与转运皮带中心所在竖直面重合，所述测量杆的另一端上转动安装有接触装置，所述接触装置底部为向下凸起的弧形板结构，其顶部中心处与测量杆转动连接，还设置有一端与测量杆转动连接并可使其始终与转运皮带顶部或转运皮带上物料顶部保持接触的复位装置，且接触装置设置在第一角位移线性传感器输入轴所在竖直面两侧中临近转运皮带输出端的一侧，所述转运皮带和第一角位移线性传感器分别与控制器连接，出料口输出物料的高度与其自身高度相同时对应物料运动至与接触装置接触时，接触装置的垂直投影仍处于转运皮带上。

进一步，所述转运皮带的两侧分别设置有导料板。

进一步，所述接触装置具体由顶部为水平面底部为弧形凸起的凸起结构、底部外缘与凸起结构顶部外缘固定连接且向上凸起的弹性气囊、安装在凸起结构内部且触发端活动安装在凸起结构底部中心处的第一信号采集装置构成，所述测量杆的一端穿过弹性气囊与凸起结构的顶部转动连接，且其与弹性气囊接触部分密封连接，所述第一信号采集装置触发端的底端设置在凸起结构底端外侧且当其与物料接触时可被挤压收纳至凸起结构内并触发第一信号采集装置，所述第一信号采集装置与控制器信号连接。

进一步，所述复位装置包括第一复位弹簧。

进一步，所述复位装置还包括与第一复位弹簧背离测量杆的端部连接的且可改变该端与第一角位移线性传感器输入轴轴线所在竖直面之间间距的驱动装置，所述驱动装置安装在固定架上，所述驱动装置与控制器信号连接。

进一步，所述导料槽内还转动安装有延伸方向与转运皮带延伸方向垂直的刮板，所述刮板朝向转运皮带输出端旋转时旋转极限为与出料口接触，且刮板处于竖直状态时其底端与转运皮带顶部间距为零。

进一步，所述刮板的顶部还连接有在受到物料冲击后可令其恢复至竖直状态的第二复位弹簧。

进一步，所述第二复位弹簧通过第二信号采集装置与导料槽连接，所述第二信号采集装置与控制器信号连接，且刮板底部朝向转运皮带输出端旋转时其顶部拉动第二复位弹簧触发第二信号采集装置。

进一步，所述刮板的一端还与固定安装在导料槽上的第二角位移线性传感器的输入轴固定连接，二者同轴分布，第二角位移线性传感器与控制器信号连接。

本发明还提供一种利用上述系统进行物料重量检测的方法，该方法包括：

步骤1、通过第二角位移线性传感器获取刮板不同倾角时对应的物料厚度，同时获取相应物料厚度时第一角位移线性传感器对应获取的测量杆的倾角数据，计算获得刮板倾角和测量杆倾角的关系式；

步骤2、在转运皮带转速不变其上物料厚度不变的情况下，初始时通过驱动装置调整第一复位弹簧与其连接端的位置使得第一信号采集装置的触发端与物料接触且接触位置的物料不发生超过5毫米的下陷；

步骤3、开启转运皮带，控制器获取第一信号采集装置触发数据；

步骤4、当第一信号采集装置持续或间隔性的不被触发时，调整驱动装置使得第一复位弹簧与其连接端相对第一角位移线性传感器输入轴轴线所在竖直面间间距持续减小，直至第一信号采集装置能够持续触发，然后将此时驱动装置输出端的位置记为该转速和物料高度下的应调位置；

步骤5、重复上述步骤2-4统计不同速度不同高度下的应调位置；

步骤6、获取以下参数：a、一段时间内转运皮带输出物料的总重量；b、根据转运皮带转速和时长获取皮带的物料输送里程；c、获取皮带的宽度；d、根据第一角位移线性传感器获取的测量杆倾角数据计算该段时间内接触装置底部至转运皮带顶部之间物料厚度的厚度均值，令：总重量＝输送里程×宽度×厚度均值×单位体积密度(1)

求取单位体积密度；

步骤7、设备正常运转，物料自落料管落入导料槽内转运皮带上，并经刮板和出料口运出导料槽，物料经过刮板时，刮板发生倾斜，第二角位移线性传感器获取其倾斜角度，根据步骤1所得关系式获取测量杆的应倾斜角度，在对应物料运动到接触装置下方并与其接触前控制驱动装置带动第一复位弹簧的端部运动至应倾斜角度对应的应调位置，第一角位移线性传感器检测对应物料运动至与接触装置接触时测量杆的倾角并获取对应的物料厚度；

步骤8、根据步骤6所得单位体积密度和公式1及步骤7采集的物料厚度的均值计算对应时间段内输出物料重量。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种转运物料厚度检测系统，通过设置角位移线性传感器可有效监测测量杆的倾斜角度，并根据倾斜角度可有效计算对应物料的厚度，实现了物料厚度的有效检测；同时通过采用信号采集装置使得设备能够及时发现接触装置是否发生悬空，提高了测量精度；采用刮板结合角位移线性传感器可有效的对物料削峰平整，便于提高测量精度，同时能够对后继测量杆的测量值进行预测并结合驱动装置进行相应动作，提高了测量准确率，利用本发明提供的物料重量测量方法，能够快速实现物料重量测量，相比传统设备节约了设备成本。

附图说明

图1是实施例提供一种转运物料厚度检测系统的结构示意图。

图中：1、转运皮带；2、导料槽；3、落料管；4、出料口；5、第一角位移线性传感器；6、测量杆；7、控制器；8、导料板；9、凸起结构；10、弹性气囊；11、第一信号采集装置；12、第一复位弹簧；13、驱动装置；14、刮板；15、第二复位弹簧；16、第二信号采集装置；17、第二角位移线性传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式

结合图1，本实施例提供一种转运物料厚度检测系统，包括转运皮带1，所述转运皮带1的输入端上罩设有导料槽2，所述导料槽2的顶端与落料管3连接，所述导料槽2朝向转运皮带1的端部上开设有供物料输出的出料口4，传统的设备结构为上述内容，但是采用视频、激光扫描等设备手段获取输入物料的重量均存在一定的缺陷，本实施例为了降低检测称量成本并提高设备的稳定性，采用以下设备进行物料重量的获取：

本实施例中，在所述转运皮带1输出端所在部分的正上方设置有第一角位移线性传感器5，所述第一角位移线性传感器5的输入轴上固定安装有与其垂直的测量杆6的一端(二者垂直连接，当测量杆6转动时可带动第一角位移线性传感器5输入轴转动，从而第一角位移线性传感器5可检测测量杆6对应的倾斜角度)，且第一角位移线性传感器5输入轴旋转测量杆6同步旋转时，测量杆6中线所在竖直面与转运皮带1中心线所在竖直面相同(即测量杆6所测倾角为转运皮带1中心处物料带动测量杆6产生的倾角)，为了避免测量杆6的端部直接与物料接触，造成测量杆6的端部被击飞或在物料上留下较深的压痕影响测量精度，在所述测量杆6的另一端上转动安装有接触装置，所述接触装置底部为向下凸起的弧形板结构，其顶部中心处与测量杆6转动连接，且接触装置仅可绕其与测量杆6连接处在竖直面上旋转运动(该竖直面与测量杆6旋转运动竖直面相同)，这样通过接触装置与物料接触增大了接触面积，可有效避免产生较深的压痕导致测量值不准的缺陷(明显压痕为压痕深度不小于5毫米-1厘米)；

通过上述设置，首先接触装置底部的弧形板结构可有效增加横向部分与物料的接触面积，从而可分摊测量杆6和接触装置自身的重量，从而不会在物料上留下明显压痕(避免后期影响测量精度)，同时弧形结构又可降低沿转运皮带1延伸方向上与物料的接触面积，降低了摩擦力，且便于接触装置相对物料滑动，弧形结构两端翘起可降低与物料的碰撞程度，便于物料顺利通过；

为了避免接触装置在与物料接触的过程中出现被击飞的现象，在本实施例中，还设置有一端与测量杆6转动连接并可使测量杆6底部接触装置始终与转运皮带1顶部或其上物料顶部保持接触的复位装置，转运皮带1上无物料时接触装置设置在转运皮带1上，且接触装置设置在第一角位移线性传感器5输入轴轴线所在竖直面两侧中临近转运皮带1输出端一侧，所述转运皮带1和第一角位移线性传感器5分别与控制器7连接，且出料口4输出物料的高度与其自身高度相同时对应物料运动至与接触装置接触时，接触装置的垂直投影仍处于转运皮带1上。

通过上述设置，复位装置为测量杆6和接触装置提供复位拉力，当接触装置底部与物料接触产生摩擦力推动接触装置和测量杆6发生旋转运动时复位装置提供复位拉力，从而可避免被击飞，使其始终贴合在物料顶部，同时当出料口4输出物料厚度达到最大时，接触装置的垂直投影仍处于转运皮带1上，可保证极限时仍能够采集物料对应测量杆6倾角的信息。

工作原理：

当设备正常运行时，物料由落料管3进入导料槽2后落在转运皮带1上，转运皮带1将物料由导料槽2内运出后，可带动其经过接触装置，经过接触装置时可带动测量杆6发生旋转运动，第一角位移线性传感器5实时检测测量杆6的倾角并发送给控制器7，同时复位装置可为测量杆6提供复位力，避免其底部的接触装置被击飞悬空，导致测量结果不准确，根据第一角位移线性传感器5检测的倾角数据，结合设备安装位置固定、测量杆6长度固定等可有效的计算出不同时刻经过其下方的转运皮带1上物料的厚度，从而实现物料厚度的检测；

特别的，转运皮带1的带体宽度和物料的自身密度是不会发生改变的，变化的为转运皮带1的运行速度和输送到接触装置下方物料的厚度，那么当转运皮带1的运行速度不变，变化的仅为物料的厚度时，结合上述设备可有效获取物料厚度的变化，进而在转运皮带1运行速度不变时收集一段时间内所有输出的物料后称重，可获取该段时间内物料的总重量，然后根据转运皮带1的速度和该段时长可获取对应皮带运行的长度，然后将获得的物料厚度数据进行均值处理获得平均厚度，然后根据上述所得的带体宽度、长度、平均厚度和物料总重，可求得对应物料的单位体积密度(不是物料自身的密度)；

那么当设备运行时，通过获取转运皮带1的运行速度、运行时间、测量杆6的倾角(通过倾角计算对应的厚度)(皮带宽度已知)，结合单位体积密度，可计算出对应时间段内物料的输出总重量。

特别的，在本实施例中，为了避免物料运动过程中流出至转运皮带1外侧，所述转运皮带1的两侧分别设置有导料板8。

通过两个导料板8可有效控制物料运行方向，避免其外流。

特别的，在本实施例中，所述接触装置具体由顶部为水平面底部为弧形凸起的凸起结构9、底部外缘与凸起结构9顶部外缘固定连接且顶部向上凸起的弹性气囊10(凸起的弹性气囊10可有将落在其上的物料弹开，避免了物料积在其上影响其整体重量造成测量精度不准的弊端，同时可降低设备自重)、安装在凸起结构9内部且触发端活动安装在凸起结构9底部外侧的第一信号采集装置11构成，所述测量杆6的一端穿过弹性气囊10与凸起结构9的顶部转动连接，且其与弹性气囊10接触部分密封连接，所述第一信号采集装置11触发端的底端设置在凸起结构9外侧且当其与物料接触时可被挤压收纳至凸起结构9内并触发第一信号采集装置11，所述第一信号采集装置11与控制器7信号连接。

通过上述设置，物料与接触装置底部的第一信号采集装置11的触发端接触后触发第一信号采集装置11并将信号发送给控制器7，控制器7可根据信号判断接触装置是否与物料保持接触，避免了接触装置悬空无法发现的弊端；同时弹性气囊10一方面可避免物料积聚在其上影响测量精度，另一方面也可为接触装置复原至初始位置提供一定的复位力，同时降低其自重。

特别的，复位装置的目的在于为测量杆6提供复位力避免其端部的接触装置出现悬空的情况，因此复位装置可以为第一复位弹簧12(第一复位弹簧12仅提供复位力)，但是考虑到第一复位弹簧12虽然可以提供复位力，但是当接触装置悬空时仅能通过肉眼观察，无法做到及时发现，存在一定的缺陷，且第一复位弹簧12提供的复位力无法准确调整，可能会出现压痕明显的情况；

因此，为了克服上述缺陷，在本实施例中，所述复位装置还包括与第一复位弹簧12背离测量杆6的端部连接的且可改变该端与第一角位移线性传感器5输入轴轴线所在竖直面之间间距的驱动装置13，所述驱动装置13(驱动装置13可以为驱动气缸等可带动第一复位弹簧12对应端部进行线性往复运动的装置，驱动装置13也可为由伺服电机、螺纹杆构成，螺纹杆活动安装在固定架上，其一端与第一复位弹簧12端部连接，另一端与伺服电机通过连接件啮合，伺服电机可驱动螺纹杆沿其轴线往复运动，从而带动第一复位弹簧12端部运动，达到调整第一复位弹簧12端部位置的目的)安装在固定架上(在本实施例中驱动装置13为驱动气缸)，且其输出端与第一复位弹簧12的另一端转动连接(驱动气缸的输出端伸出或收缩可同步带动第一复位弹簧12的端部运动，从而可调整测量杆6在同一倾角下受到第一复位弹簧12提供的复位力，例如在物料厚度不变的情况下，转运皮带1的转速不同，接触装置受到的摩擦力也不同，通过调整驱动装置13带动第一复位弹簧12的端部运行其可有效的调整测量杆6受到的复位力，从而使得接触装置能够始终与物料顶部保持接触)，所述驱动气缸与控制器7信号连接。

特别的，在部分情况下会出现物料过高或过低连续变换的情况，这就导致测量杆6的倾角会发生急剧的变化，不利于准确测量(虽然存在出料口4限制物料的最高高度，但是物料落在转运皮带1上时其竖直方向上的截面多为山字型，且高度连续变化，不利于厚度信息采集)，因此，为了避免上述情况，在本实施例中，所述导料槽2内还转动安装有延伸方向与转运皮带1延伸方向垂直且旋转运动所在竖直面与转运皮带1中线所在竖直面相同的刮板14，所述刮板14朝向转运皮带1输出端旋转时旋转极限为与出料口4接触，且刮板14处于竖直状态时其底端与转运皮带1顶部间距为零(即刮板14竖直状态下，无物料通过刮板14输出，其发生倾斜时可对经过的物料削顶，平整物料顶部，从而一方面便于后期测量另一方面便于提高测量精度)。

特别的，为了避免刮板14将过高的物料刮平限高后无法及时返回，在本实施例中，所述刮板14的顶部还连接有第二复位弹簧15，且所述第二复位弹簧15的另一端与出料口4上方的导料槽2内壁连接，刮板14未与物料接触时其为竖直状态。

通过上述设置刮板14能够及时复位。

特别的，虽然通过上述设置，物料能够被限高，但是被刮平的物料仍是高低起伏的，只是最高厚度保持了一致而已，而当物料经过接触装置时，驱动装置13需要对第一复位弹簧12进行调整使得接触装置能够与物料始终保持接触，同时避免其悬空，但是这种调整没有做到提前完成，导致无法调整精度较差，因此为了能够准确调整，所述第二复位弹簧15通过第二信号采集装置16与导料槽2连接，所述第二信号采集装置16与控制器7信号连接，且刮板14底部朝向转运皮带1输出端旋转时其顶部拉动第二复位弹簧15触发第二信号采集装置16。

通过上述设置，当刮板14倾斜时，可通过第二信号采集装置16采集其倾斜信号，表明有物料输出，从而可通过控制器7控制驱动装置13在对应物料运动到接触装置时提前运动，从而可避免上述情况。

特别的，虽然上述设置可令驱动装置13提前运动，但是其运动幅度等还是没法做到精确，可能出现压痕明显等情况，因此在本实施例中，所述刮板14的一端还与固定安装在导料槽2上的第二角位移线性传感器17的输入轴固定连接，二者同轴分布，第二角位移线性传感器17与控制器7信号连接。

通过上述设置，当刮板14出现倾斜时，第二角位移线性传感器17可有效监测刮板14倾斜角，根据第二角位移线性传感器17检测刮板14的倾角可有效计算出对应物料的厚度，从而可计算出对应测量杆6应该倾斜的角度，进而可获取对应驱动装置13应该带动第一复位弹簧12端部应该位移到的位置(避免压痕明显)，当对应厚度的物料运动至接触装置前控制驱动装置13带动第一复位弹簧12运动到对应位置为测量杆6提供需要的复位力，从而避免上述缺陷。

利用上述装置进行物料重量检测的步骤具体为：

步骤1、通过第二角位移线性传感器17获取刮板14不同倾角时对应的物料厚度，同时获取相应物料厚度时第一角位移线性传感器5对应获取的测量杆6的倾角数据，计算获得刮板14倾角和测量杆6倾角的关系式；

步骤2、在转运皮带1转速不变其上物料厚度不变的情况下，初始时通过驱动装置13调整第一复位弹簧12与其连接端的位置使得第一信号采集装置11的触发端与物料接触且接触位置的物料不发生超过5毫米的下陷；

步骤3、开启转运皮带1，控制器7获取第一信号采集装置11触发数据；

步骤4、当第一信号采集装置11持续或间隔性(即存在不被触发的情况，可以是连续的或不连续的)的不被触发时，调整驱动装置13使得第一复位弹簧12与其连接端相对第一角位移线性传感器5输入轴轴线所在竖直面间间距间隔性持续减小(即每次减小后均等待一段时间观测第一信号采集装置11能够持续触发)，直至第一信号采集装置11能够持续触发，然后将此时驱动装置13输出端的位置记为该转运皮带1运转速度和物料高度下的应调位置；

步骤5、重复上述步骤2-4统计不同速度不同高度下的应调位置；

步骤6、获取以下参数：a、一段时间内转运皮带1输出物料的总重量；b、根据转运皮带1转速和时长获取皮带的物料输送里程；c、获取皮带的宽度；d、根据第一角位移线性传感器5获取的测量杆6倾角数据计算该段时间内接触装置底部至转运皮带1顶部之间物料厚度的厚度均值，令：总重量＝输送里程x宽度x厚度均值x单位体积密度式1，求取单位体积密度；

步骤7、设备正常运转，物料自落料管3落入导料槽2内转运皮带1上，并经刮板14和出料口4运出导料槽2，物料经过刮板14时，刮板14发生倾斜，第二角位移线性传感器17获取其倾角，根据步骤1所得关系式获取测量杆6的应倾斜角度，并在对应物料运动到接触装置下方并与其接触前(1秒内完成动作)控制驱动装置13带动第一复位弹簧12的端部运动至应倾斜角度对应的应调位置(结合步骤5，转运皮带1运行速度已知，将此时刮板14对应的厚度作为接触装置即将接触的预接触物料厚度，从而可确定对应的应调位置)，第一角位移线性传感器5检测运动物料运动至与其接触时测量杆6的倾角并获取对应的物料厚度；

步骤8、根据步骤6所得单位体积密度和公式1及步骤7采集的物料厚度的均值计算对应时间段内输出物料重量。

其中虽然物料本身自己具有固定的密度，但是因为物料为由落料管3落下落在转运皮带1上，物料单位时间输入量不一定是稳定的，因此前后时刻落在转运皮带1上物料的量可能会不同，导致对应的物料厚度可能不同，进而出现前后时刻物料厚度高低不平的现象，且物料在转运皮带1上并不是呈长方体状的均匀分布，其截面呈中间凸起的山型结构，而经过刮板14削峰的顶部则会平整一些，部分截面呈梯形，因此，不能够利用物料自身的密度和测得的高度进行总重量的直接计算，而本实施例中采用测量所得的厚度均值作为参数计算得出的单位体积密度可有效地将厚度和截面形状不规则产生的误差进行规避，从而提高了测量精度，采用上述方法计算所得物料输送总重量和实际值得误差在±5％之内；同时本实施例采用两个角位移线性传感器，并分别设置在转运皮带1的两端，从而可有效避免物料在被转运皮带1转运的过程中可能因震动等原因导致的前后厚度不一致等情况(物料落在转运皮带1上时不可避免的会带来震动，使得输出出料口4的物料厚度在运输途会发生变化，因此，设置两个角位移线性传感器进行检测，并在最后时刻进行测量，可有效降低误差)，进而进一步提高了测量精度；且本设备结构简单，操作方便，避免了传统红外扫描等设备的缺陷。

在本实施例中，多个信号采集装置可为触点开关等设备，只需要能够实现受压触发并可被采集触发信号的设备便可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。