CN114136232A - 一种物料堆积形态测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种物料堆积形态测量方法及系统，其中的方法包括：获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息，其中不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面；将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。采用本申请的以上方案，能够提高对料仓内物料料位的检测精度。

Description

一种物料堆积形态测量方法及系统

技术领域

本申请涉及煤炭开采过程中物料运输检测技术领域，具体地，涉及一种物料堆积形态测量方法及系统。

背景技术

料仓是储存固体物料的常用系统，对料仓内颗粒状固体物料料位的连续测量是工业现场运行控制中常见且重要的需求，准确的料位测量能够对后续料仓内物料的管理监控起到指导意义。

目前，料仓内物料高度的检测主要通过料位计，常用的料位计主要以电磁波、超声波、重锤等方式为主。然而，现有的这些测量方式均是采用单点测量，这种单点测量的方式由于只能测量出仓内物料某个点的高度，对料仓内整体物料的堆积形态无法做到全面掌握，这样就导致难以得到料仓内的实时料位，从而难以避免顶仓冒仓等不良现象的发生。

发明内容

本申请旨在提供一种物料堆积形态测量方法及系统，以解决现有技术中料仓内物料料位的检测精度较低的技术问题。

为此，本申请一部分实施例提供一种物料堆积形态测量方法，包括如下步骤：

获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息，其中不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面；

将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

本申请一些实施例所述的物料堆积形态测量方法，获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息的步骤中：

所述轮廓信息包括物料与测量件之间的距离信息以及物料表面的轮廓图形，且每一所述距离信息与轮廓图形相关联。

本申请一些实施例所述的物料堆积形态测量方法，将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形的步骤包括：

为不同测量件配置检测视角，对任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的轮廓图形进行拼接；

任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的两个轮廓图形中重叠区域的记录一致时，完成轮廓信息的拼接。

本申请一些实施例所述的物料堆积形态测量方法，任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的两个轮廓图形中重叠区域的记录一致时，完成轮廓信息的拼接的步骤包括：

获取两幅轮廓图形中用于记录所述重叠区域内预设子区域图像的第一像素点集合和第二像素点集合，所述预设子区域至少为两个；

拼接两幅轮廓图形时，所述第一像素点集合与所述第二像素点集合完全重叠，则确定两幅轮廓图形中对重叠区域的记录一致。

本申请一些实施例所述的物料堆积形态测量方法，在获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息的步骤之前还包括：

对每一测量件的检测精度进行校正的步骤。

本申请一些实施例所述的物料堆积形态测量方法，对每一测量件的检测精度进行校正的步骤包括：

利用测量件拍摄设置在料仓壁上的校正板得到校正板图像；

根据所述校正板图像与预存的校正板标准图像进行比较得到图像差异结果；

根据所述图像差异结果对所述测量件进行校正。

基于同一发明构思，本申请一些实施例中还提供一种物料堆积形态测量系统，包括至少一个测量件，以及与所述测量件连接的控制器；其中：

每一所述测量件可转动地设置于料仓的顶部，每一所述测量件在转动状态下对料仓内堆积的物料的表面进行扫描得到轮廓信息，不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面；

所述控制器，获取每一所述测量件发送的所述轮廓信息，将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

本申请一些实施例中所述的物料堆积形态测量系统，还包括：

固定架，设置于所述料仓的顶部；所述固定架上具有多个固定点，每一固定点上设置有万向节或者转轴，所述测量件固定于所述万向节或者所述转轴上。

本申请一些实施例中所述的物料堆积形态测量系统，所述测量件包括摄像头和测距传感器。

本申请一些实施例中所述的物料堆积形态测量系统，还包括：

校正板，包括多块，每一所述校正板均设置于料仓壁的设定位置处，每一所述校正板与一个所述测量件对应；

所述控制器，控制所述测量件拍摄对应的校正板时，根据测量件的拍摄结果对所述测量件进行校正。

与现有技术相比，本申请实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

本申请实施例提供的物料堆积形态测量方法及系统，获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息，其中不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面，将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形，能够提高对料仓内物料料位的检测精度。

附图说明

图1为本申请一个实施例所述的物料堆积形态测量方法的流程图；

图2为本申请另一个实施例所述的物料堆积形态测量方法的流程图；

图3为本申请一个实施例所述相邻两个测量件拍摄到的检测图像中的自区域的示意图；

图4为本申请一个实施例所述物料堆积形态测量系统的结构示意图；

图5为本申请一个实施例所述测量件固定方式示意图；

图6为本申请一个实施例所述物料堆积形态测量系统的各部件信号传输逻辑的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本申请实施例。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。本申请中提供的以下实施例中的各个技术方案，除非彼此之间相互矛盾，否则不同技术方案之间可以相互组合，其中的技术特征可以相互替换。

本实施例提供一种物料堆积形态测量方法，如图1所示，包括如下步骤：

S101：获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息，其中不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面。

S102：将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

以上方案中，能够利用测量件对料仓内物料进行扫描，测量件能够根据扫描到图像的结果得到物料的轮廓信息，轮廓信息中包含高度信息。可以通过控制器接收包含高度信息的轮廓信息并分析计算以得到物料的三维堆积图像，以上方案能够提高对料仓内物料料位的检测精度。具体地，测量件可以包括高清摄像头和激光测距传感器。

具体地，控制器中可以预先内置有图像处理器，对测量件中的高清摄像头拍摄的图像进行分析，物料中不同位置处的表面颜色有所不同，因为物料中的成分并不完全一致，在实际中，可以根据图像中各个像素点的像素值等确定图像中物料的不同成分。测距传感器能够测量各个点与测量件之间的距离，由于测量件的设置高度是已知的，因此当确定出物料与测量件之间的距离之后就能够确定出物料的分布情况，如此能够得到物料表面轮廓的高度分布还能够得到每一个位置处的物料成分概况。

在一些实施例中，如图2所示，以上方法还可以包括如下步骤：对每一测量件的检测精度进行校正的步骤。具体地，包括：

S001：利用测量件拍摄设置在料仓壁上的校正板得到校正板图像。

S002：根据所述校正板图像与预存的校正板标准图像进行比较得到图像差异结果。

S003：根据所述图像差异结果对所述测量件进行校正。

可以在料仓壁较高的位置处设置校正板，避免被物料覆盖。当需要对测量件进行校正时，可以控制测量件的角度调整到预先设置好的角度，在图像处理中存储的也是该角度下的校正板标准图像，可以通过对比距离值检测差异和像素值检测差异判断测量件是否需要重新校正。

进一步地，以上方案中的物料堆积形态测量方法，步骤S102包括：

为不同测量件配置检测视角，对任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的轮廓图形进行拼接；任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的两个轮廓图形中重叠区域的记录一致时，完成轮廓信息的拼接。优选地，任意相邻检测视角对应的两个测量件拍摄到的两幅检测图像中对重叠区域的记录一致时，完成图像拼接的步骤包括：获取两幅检测图像中用于记录所述重叠区域内预设子区域图像的第一像素点集合和第二像素点集合，所述预设子区域至少为两个；拼接两幅检测图像时，所述第一像素点集合与所述第二像素点集合完全重叠，则确定两幅检测图像中对重叠区域的记录一致。如图3所示，假设左侧图像为一个测量件拍摄到的图像，右侧为相邻视角测量件拍摄到的图像，其中A1和A2，B1和B2为相同区域，在拼接时保证这两个区域内的像素值完全一致则说明其拼接完成。因为每一个测量件的拍摄区域都是预先确定好的，所以理论上重叠区域也应该是确认好的，自区域也就是选定好的，当不同测量件得到图像后直接根据自区域的像素值进行拼接即可。

本申请一些实施例中还提供一种物料堆积形态测量系统，参考图4至图6所示，所述系统包括至少一个测量件10，以及与所述测量件10连接的控制器20；其中，每一所述测量件10可转动地设置于料仓30的顶部，每一所述测量件10在转动状态下对料仓内堆积的物料40的表面进行扫描得到检测图像，不同测量件10的拍摄范围之和完全覆盖料仓横截面；所述控制器20，获取每一所述测量件10发送的所述检测图像，将各幅所述检测图像进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

上述示例中是以多点测量、形成多个网格点，对每一个网格点进行分析，以得到三维图像和/或最高点、最低点、平均值等的方式进行的举例说明。在其他的实施例中，本申请也可以采用多线测量的方式进行，即一次扫描一条线，以得到该线条对应的形状及各处高度值等，以此反复，扫描足够数量的线条，并进行拟合分析及计算以得到三维图像等。控制器20对测量件10得到的数据进行分析计算的方式本申请不做限制，只要控制器20能根据测量件10的测量数据得到物料40的三维图像即可。

以上方案中的物料堆积形态测量系统是用于进行料仓30内的物料40的三维形态测量的，以为了获取料仓30内更加精准的物料40的堆积信息。通过对料仓内的物料的三维堆积形态的测量加之堆积高度的信息的分析可以获取较为精准的料仓内的物料体积，从而避免顶仓或者冒仓的现象的发生，为后续加工(例如加料情况)过程提供良好的数据支持。测量件10通过扫描和测量可以获取物料40的堆积形态和各位置的高度(此高度指代物料40的上表面各点至料仓30底部的距离)，这样一来，测量件10将获取到的物料40信息传输至控制器20，便于复位器进行分析计算。控制器20接收到测量件10发送的物料40信息后，可以对物料40信息进行分析计算从而可以得到物料40的三维堆积图像。示例地，测量件10通过扫描和测量可以获取物料40上表面的各个坐标，及与各个坐标一一对应的物料40高度值，然后传输至控制器20；控制器20可以根据坐标值和物料40高度值之间的对应关系分析计算得到物料40的三维堆积图像。另外，控制器20也可以通过对得到的该三维堆积图像进行分析处理可以得到物料40的总体积以及料仓30内的剩余可存储物料40体积量，这样可便于后续工序的操作(例如后续加料量的选择或者加料位置的选择等)。

进一步地，以上系统还可以包括固定架，设置于所述料仓30的顶部；所述固定架上具有多个固定点，每一固定点上设置有万向节或者转轴，所述测量件10固定于所述万向节或者所述转轴上。对测量件10转动连接于料仓30顶部的方式不做限制，只要测量件10可以相对料仓30转动即可。例如，可以将测量件10通过万向节或者转轴安装于料仓30的顶部等。测量件10的转动可以通过控制器20控制也可以通过人为控制。优选地，以上固定点设置旋转机构50，该旋转机构50可以包括连接于料仓上的底座、转动连接于底座上的转动件，以及用于驱动转动件转动的电机；测量件10连接于转动件上。这样，在进行物料的高度信息测量时，可以通过电机控制转动件转动，从而使得转动件再带动测量件10，进而使得测量件10对物料进行扫描测量。上述旋转机构50可以可拆卸连接于料仓内，且测量件10也可以可拆卸连接于旋转机构50的底座上，这样可便于旋转机构50和料仓30的安装与拆邪，以及测量件10与底座的安装与拆卸。从而可以便于对旋转机构50和/或测量件10进行维修检查。

参考图4，在本实施例中，电机驱动测量件10以预设角度θ逐步旋转，以使测量件10对物料40的表面进行360°扫描。也就是说，电机可以驱动测量件10进行步进式旋转，即电机先驱动测量件10转动预设角度θ对此角度下的物料40进行扫描和测量；然后再驱动测量件10转动预设角度θ再对该角度下的物料40进行扫描和测量；依次重复以上步骤，直至电机驱动测量件10旋转一周。预设角度θ在2°至10°之间。例如，预设角度θ可以为2°、3°、5°、7°、8°、10°等。具体地，预设角度θ的确定可根据实际需求而定，本实施例不做限制。例如，当需要获取的物料40的三维图像要求精度高则可以适应性地下调预设角度θ；当需要金地控制器20的计算压力，可以适应性地上调预设角度θ。当预设角度θ为10°时，测量件10初始位置为0°；电机先驱动测量件10转动10°对测量件10处于10°位置的物料40进行扫描和测量；然后再驱动测量件10转动10°，此时测量件10处于20°的位置，从而利用测量件10对处于20°位置的物料40进行扫描和测量；如此以10°为周期依次转动测量件10并扫描和测量物料40，直至电机驱动测量件10旋转一周将物料40进行全方位的扫描。测量件10每一次扫描均可以扫描处于该角度下的一整条线的物料40信息并测量高度信息，因此，在其旋转的预设角度θ为10°的情况下，其可以旋转18次便开始实现360°的全面扫描和测量。

优选地，以上系统还可以包括校正板，包括多块，每一所述校正板均设置于料仓壁的设定位置处，每一所述校正板与一个所述测量件10对应；所述控制器20，控制所述测量件10拍摄对应的校正板时，根据测量件10的拍摄结果对所述测量件进行校正。具体地，所述控制器20内部存储有每一测量件10的编号信息，并且为每一测量件10配置检测视角，每一测量件的编号信息和检测视角相关联；所述控制器20，对任意相邻检测视角对应的两个测量件10拍摄到的检测图像进行拼接；任意相邻检测视角对应的两个测量件拍摄到的两幅检测图像中对重叠区域的记录一致时，完成图像拼接。

进一步地，所述控制器20，获取两幅检测图像中用于记录所述重叠区域内预设子区域图像的第一像素点集合和第二像素点集合，所述预设子区域至少为两个；拼接两幅检测图像时，所述第一像素点集合与所述第二像素点集合完全重叠，则确定两幅检测图像中对重叠区域的记录一致；所述控制器20还配置有显示屏60，所述控制器20将拼接完成后得到的所述料仓内物料的表面轮廓图形发送至所述显示屏60进行显示。显示屏60可以显示物料的三维堆积图像，同时也可以在控制器20的控制下显示物料的总体积和物料的最高点和最低点等，本领域技术人员可根据需求选择需要的数据进行对应显示，以便于用户观看。

在一些实施例中，该系统还可以包括分别与控制器20电连接的报警器70和压力传感器80，压力传感器80设于料仓30的下方，用于检测料仓30底部的压力信息，控制器20根据压力信息控制报警器70发出警报。控制器20设有预设压力阈值，当压力传感器80检测到的料仓30底部的压力值大于或者等于预设阈值时，则控制器20控制报警器70发出警报。其中，预设压力阈值的设置可以是料仓30内的可装载物料40的最大压力值，这样，压力传感器80在料仓30内部压力到达限定值时控制器20可直接控制报警器70连通，用于防止料仓30内压力过大导致料仓30爆仓；也可以是料仓30内需要装载的物料40的对应压力值，从而可作为提醒用户物料40装载完毕的信号，具体本领域技术人员可视情况而定。

本申请以上实施例提供的物料堆积形态测量系统能够提高对料仓30内物料40料位的检测精度。在实际应用中，通过该物料堆积形态测量系统的测量件10扫描并测量料仓30内的物料信息，然后传输至控制器；控制器20接收该物料信息，并进行分析计算可以得到料仓30内的物料40的三维堆积图像，从而为料仓30内物料40装载等工艺提供数据库支持，可以有效防止出现顶仓或者冒仓现象。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种物料堆积形态测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息，其中不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面；

将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

2.根据权利要求1所述的物料堆积形态测量方法，其特征在于，获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息的步骤中：

所述轮廓信息包括物料与测量件之间的距离信息以及物料表面的轮廓图形，且每一所述距离信息与轮廓图形相关联。

3.根据权利要求2所述的物料堆积形态测量方法，其特征在于，将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形的步骤包括：

为不同测量件配置检测视角，对任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的轮廓图形进行拼接；

任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的两个轮廓图形中重叠区域的记录一致时，完成轮廓信息的拼接。

4.根据权利要求3所述的物料堆积形态测量方法，其特征在于，任意相邻检测视角对应的两个测量件检测到的两个轮廓图形中重叠区域的记录一致时，完成轮廓信息的拼接的步骤包括：

获取两幅轮廓图形中用于记录所述重叠区域内预设子区域图像的第一像素点集合和第二像素点集合，所述预设子区域至少为两个；

拼接两幅轮廓图形时，所述第一像素点集合与所述第二像素点集合完全重叠，则确定两幅轮廓图形中对重叠区域的记录一致。

5.根据权利要求1-4任一项所述的物料堆积形态测量方法，其特征在于，在获取料仓顶部设置的不同测量件检测到的轮廓信息的步骤之前还包括：

对每一测量件的检测精度进行校正的步骤。

6.根据权利要求5所述的物料堆积形态测量方法，其特征在于，对每一测量件的检测精度进行校正的步骤包括：

利用测量件拍摄设置在料仓壁上的校正板得到校正板图像；

根据所述校正板图像与预存的校正板标准图像进行比较得到图像差异结果；

根据所述图像差异结果对所述测量件进行校正。

7.一种物料堆积形态测量系统，其特征在于，包括至少一个测量件，以及与所述测量件连接的控制器；其中：

每一所述测量件可转动地设置于料仓的顶部，每一所述测量件在转动状态下对料仓内堆积的物料的表面进行扫描得到轮廓信息，不同测量件的检测范围之和完全覆盖料仓横截面；

所述控制器，获取每一所述测量件发送的所述轮廓信息，将各轮廓信息进行拼接得到料仓内物料的表面轮廓图形。

8.根据权利要求7所述的物料堆积形态测量系统，其特征在于，还包括：

固定架，设置于所述料仓的顶部；所述固定架上具有多个固定点，每一固定点上设置有万向节或者转轴，所述测量件固定于所述万向节或者所述转轴上。

9.根据权利要求8所述的物料堆积形态测量系统，其特征在于：

所述测量件包括摄像头和测距传感器。

10.根据权利要求9所述的物料堆积形态测量系统，其特征在于，还包括：

校正板，包括多块，每一所述校正板均设置于料仓壁的设定位置处，每一所述校正板与一个所述测量件对应；

所述控制器，控制所述测量件拍摄对应的校正板时，根据测量件的拍摄结果对所述测量件进行校正。

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