非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪及检测方法，该检测仪包括喂料系统、图像采集系统、图像处理分析系统及显示系统，所述图像采集系统包括光源、背景板及采集设备，所述光源与采集设备相对设置，光源与采集设备之间形成图像检测区，背景板位于临近光源的检测区内，所述喂料系统出（进）料口位于检测区上部且临近背景板位置，所述图像处理分析系统与显示系统信号连接，显示系统用于结果显示、报表输出。该检测仪采用图像处理及数字成像技术，当物料从检测区间自由下落时，实时精确测量其粒度级配、针片状含量、球形度、长径比、颗粒计数等多项指标，通过多组测试，多项指标综合，整体评判样品性能，自动判定砂石骨料的规格等级，给出检测报表。
【专利说明】非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种砂石骨料检测设备，具体涉及一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪及检测方法。
【背景技术】
[0002]目前，砂石骨料的需要量大，在每立方米的混凝土中需要1.5立方米，而骨料的质量也会直接影响到混凝土坝的质量。对于满足一定强度和密封性要求的混凝土来说，拌合物的施工性是保证混凝土最后质量的最重要性能。对混凝土施工性来说，骨料的粒形有时比级配的影响还要大。理想的骨料粒形呈等径状(即宏观球形)，表面粗糙程度相同时，等径状骨料的比表面积最小，需水量最小，可以同时满足施工性和强度等硬化混凝土性质。而砂石质量太差的原因主要是无人认真执行砂石标准和对其质量的监督、检验，我国当前的混凝土“难做”和骨料粒形有很大关系，中国常用石子中，针、片状显而易见，很少见等径状，而现有技术中国标是通过方孔筛筛分结合人工经验判断的方式实现砂石骨料规格评定，准确性差，费时费力，也没有统一的标准。可见，砂石粒形标准不统一、不规则，已严重影响砂石的有效利用率及混凝土质量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术中砂石骨料规格评定工作量大、准确度低的问题，提供一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪及利用该检测仪检测砂石规格的方法，该检测仪在国标的基础上增加了对砂石骨料球形度、长径比的检测，实现了砂石骨料规格等级的自动评定，检测方法操作简单，分析标准准确、统一，自动输出分析结果，快捷方便、实用性强。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪，包括喂料系统、图像采集系统、图像处理分析系统及显示系统，所述喂料系统完成石料自动进料、分散、出料，所述图像采集系统包括光源、背景板及采集设备，图像采集系统处于完全密闭空间，所述光源与采集设备相对设置，光源与采集设备之间形成图像检测区，背景板位于临近光源的检测区内，所述喂料系统出(进)料口位于检测区上部且临近背景板位置，所述图像处理分析系统用于接收图像采集系统采集的图片信息，通过图像处理算法获取被检测物体各项检测指标，并融合各检测指标得出分析结果，图像处理分析系统与显示系统信号连接，显示系统用于结果显示、报表输出。
[0005]基于上述技术方案，所述图像采集设备为摄像机，摄像机快门速度大于等于1/2000S，硬盘存储每秒至少50幅图像。
[0006]一种利用上述检测仪检测砂石骨料粒度粒形的方法，首先通过喂料系统完成砂石骨料样品的自动进料、分散，出料，通过软件控制，自动调节进样漏斗的位置和高低，控制样品流速，样品自上而下均匀流入图像采集系统的图像检测区，通过图像采集设备采集从检测区自由下落的物料图像，获取待检测物料下落过程的多角度图像，并将获取的物料图像送入到图像分析处理系统:
图像分析处理系统首先打开一幅待检测图片，对图片做预处理，包括滤波、亮度调整、背景消除；然后将视场中的多个目标分离为单个的独立个体，跟踪各独立个体的轮廓；利用轮廓信息计算各独立个体的面积、周长、外接矩形尺寸；然后利用面积、周长信息计算各独立目标的球形度，利用外界接矩形尺寸判断针片状、计算砂石骨料粒度、长径比；然后汇总计算单幅图像针片状含量、粒度级配、长径比均值、球形度均值，至此，一幅图片检测完毕，返回步骤1，继续检测下一幅图片，整批图片检测完毕，获取批次检测结果；
最后各批次检测结果输送至显示系统，显示系统通过软件界面实现人机交互、结果显不及报表输出。
[0007]基于上述技术方案，所述样品物料中同一个物料在视场中至少被图像采集设备多角度拍摄七次。
[0008]基于上述技术方案，所述上述检测方法检测的砂石骨料为粒度范围5mm?100mm
的建筑用石。
[0009]本发明的有益效果:本发明保护的一种砂石骨料粒度粒形检测仪，是一种集成了光、机、电技术于一体化的自动化光电检测系统，综合了光学、电子学、机械等领域的相关内容，涉及到人工智能、计算机科学、图像处理、模式识别等多个科研的前沿领域，该检测仪采用图像处理及数字成像技术，针对粒度范围5mm?100mm的建筑用石，当物料从检测区间自由下落时，实时精确测量其粒度级配、针片状含量、球形度、长径比、颗粒计数等多项指标，通过多组测试，多项指标综合，整体评判样品性能，自动判定砂石骨料的规格等级，给出检测报表。在国标的基础上增加了对砂石骨料球形度、长径比的检测，首次实现了砂石骨料规格等级的自动评定。该设备对控制砂石骨料广品质量，提尚建筑质量有着重大意义，对砂石、建筑等多个行业将产生深远的影响。本发明的检测方法操作合理、分析标准准确、统一，检测范围广，多角度分析，自动输出分析结果，快捷方便、输出图像直观、形象，实用性强，该方法也适用于其他行业颗粒的检测，如医药、食品、水泥、研磨材料等。
[0010]说明书附图
图1是本发明砂石骨料粒度粒形检测仪的系统框图；
图2是图1中的图像采集系统结构示意图；
图3是图2中图像采集系统采集的样品图片；
图4是本发明砂石骨料粒度粒形检测方法的图像处理算法流程示意图；
图5是图1中图像分析处理系统处理的图片结果示意图。
[0011]图中标号，1为光源，2为背景板，3为喂料系统出(进)料口，4为图像采集设备，5为待测样品采集图片，6为采集图片分析示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0013]实施例1: 一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪，参见图1，包括喂料系统、图像采集系统、图像处理分析系统及显示系统，所述喂料系统完成石料自动进料、分散、出料，通过软件控制，可以自动调节进样漏斗的位置和高低，控制样品流速，使样品达到均匀的分散和注入。如图2所示，所述图像采集系统包括光源1、背景板2及采集设备4，图像采集系统处于完全密闭空间，光照均匀，对被背景板2要求与样品物料色差大且透光性强。所述光源1与采集设备4相对设置，光源与采集设备之间形成图像检测区，背景板2位于临近光源1的检测区内，所述喂料系统出(进)料口 3位于检测区上部且临近背景板2位置。采集设备4为摄像机，要求:快门速度大于等于1/2000S ;硬盘存储每秒至少50幅图像，以保证同一个物体在视场中至少被多角度拍摄七次。图3所示为采集的样品图片。
[0014]采用上述非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪的具体的检测方法为:首先通过喂料系统完成砂石骨料样品的自动进料、分散，出料，通过软件控制，自动调节进样漏斗的位置和高低，控制样品流速，使样品达到向检测区均匀的分散和注入，样品自上而下均匀流入图像采集系统的图像检测区，通过图像采集设备采集从检测区自由下落的物料图像，保证同一个物体在视场中至少被多角度拍摄七次，以获取待检测物料下落过程的多角度图像，并将获取的物料图像送入到图像分析处理系统:；在此步骤中可以先将待检测样品平均分成若干份，几份之间相互组合形成份数相等的若干组，按组将物料图像送入到图像分析处理系统。:
如图4所示，图像分析处理系统首先打开一幅待检测图片，对图片做预处理，包括滤波、亮度调整、背景消除；然后将视场中的多个目标分离为单个的独立个体，跟踪各独立个体的轮廓；利用轮廓信息计算各独立个体的面积、周长、外接矩形尺寸；然后利用面积、周长信息计算各独立目标的球形度，利用外界接矩形尺寸判断针片状、计算砂石骨料粒度、长径比；然后汇总计算单幅图像针片状含量、粒度级配、长径比均值、球形度均值，至此，一幅图片检测完毕，返回步骤1，继续检测下一幅图片，整批图片检测完毕，获取批次检测结果；通过图像分析处理系统分组处理图片，获得各组的检测结果；图5所示为图片检测结果示意图。
[0015]然后将各组检测结果输送至显示系统，显示系统通过软件界面实现人机交互、结果显示及报表输出，最后将各组的测试结果融合，获得最终检测结果。
[0016]其中上述检测方法中涉及到的针片状含量是指石料尺寸大于该颗粒所属相应粒级平均粒级2.4倍石料的含量，粒度级配是指由不同粒度组成的散状物料中各级粒度所占的数量，常以占总量的百分数来表示。球形度是指同等面积正圆周长与石料实际周长的比值，反应物体类圆的程度。长径比是指石料的长与宽的比值，反应物体几何形状。
[0017]综上，本实施例通过图像采集设备获取待检测物料下落过程的多角度图像，接着基于多种图像处理算法获取粒度级配、针片状含量、球形度、长径比信息，最后通过对这些信息的融合自动评定骨料等级。而本实施例中骨料的规格等级是结合中华人民共和国国家标准GB/T14685-2011的要求，并增加对球形度、长径比的判断得出的。
【权利要求】
1.一种非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪，其特征是:包括喂料系统、图像采集系统、图像处理分析系统及显示系统，所述喂料系统完成石料自动进料、分散、出料，所述图像采集系统包括光源、背景板及采集设备，图像采集系统处于完全密闭空间，所述光源与采集设备相对设置，光源与采集设备之间形成图像检测区，背景板位于临近光源的检测区内，所述喂料系统出(进)料口位于检测区上部且临近背景板位置，所述图像处理分析系统用于接收图像采集系统采集的图片信息，通过图像处理算法获取被检测物体各项检测指标，并融合各检测指标得出分析结果，图像处理分析系统与显示系统信号连接，显示系统用于结果显不、报表输出。
2.根据权利要求1所述的非接触式砂石骨料粒度粒形检测仪，其特征是:所述图像采集设备为摄像机，摄像机快门速度大于等于1/2000S，硬盘存储每秒至少50幅图像。
3.一种利用如权利要求1所述的检测仪检测砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:首先通过喂料系统完成砂石骨料样品的自动进料、分散，出料，通过软件控制，自动调节进样漏斗的位置和高低，控制样品流速，样品自上而下均匀流入图像采集系统的图像检测区，通过图像采集设备采集从检测区自由下落的物料图像，获取待检测物料下落过程的多角度图像，并将获取的物料图像送入到图像分析处理系统: 图像分析处理系统首先打开一幅待检测图片，对图片做预处理，包括滤波、亮度调整、背景消除；然后将视场中的多个目标分离为单个的独立个体，跟踪各独立个体的轮廓；利用轮廓信息计算各独立个体的面积、周长、外接矩形尺寸；然后利用面积、周长信息计算各独立目标的球形度，利用外界接矩形尺寸判断针片状、计算砂石骨料粒度、长径比；然后汇总计算单幅图像针片状含量、粒度级配、长径比均值、球形度均值，至此，一幅图片检测完毕，返回步骤1，继续检测下一幅图片，整批图片检测完毕，获取批次检测结果； 最后各批次检测结果输送至显示系统，显示系统通过软件界面实现人机交互、结果显不及报表输出。
4.根据权利要求3所述的检测砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:所述样品物料中同一个物料在视场中至少被图像采集设备多角度拍摄七次。
5.根据权利要求3所述的检测砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:所述检测方法检测的砂石骨料为粒度范围5mm?10mm的建筑用石。
【文档编号】G01N15/14GK104458542SQ201410783770
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】谢婷婷, 王艳斌, 秦岭, 王中金, 师武旗, 岳鹏 申请人:中电科信息产业有限公司