金屬尺寸形狀檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種金屬尺寸形狀檢測裝置，通過由底座與門型主體構(gòu)建一個(gè)空間，空間上設(shè)有電磁線圈，使空間內(nèi)具有均勻的磁場，同時(shí)通過三軸磁力計(jì)檢測空間內(nèi)的磁場。當(dāng)有金屬通過該空間時(shí)，空間內(nèi)的磁通量會發(fā)生改變。通過將檢測云圖和初始云圖進(jìn)行比較，計(jì)算出砂石骨料中金屬的尺寸和形狀。
【專利說明】
金屬尺寸形狀檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及自動識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于磁場云圖重構(gòu)，探測引 起磁場內(nèi)部金屬物體大小的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在沙石骨料生產(chǎn)中，金屬探測設(shè)備主要負(fù)責(zé)檢查破碎機(jī)進(jìn)料輸送帶金屬雜質(zhì)，一 般來說，較小的金屬雜質(zhì)不影響破碎機(jī)工作，生產(chǎn)中并不一定需要清除，而較大的金屬雜質(zhì) 如果進(jìn)入破碎機(jī)會造成設(shè)備的損壞。這就需要金屬探測設(shè)備使用前要采用不同大小的金屬 塊進(jìn)行測試，校正，其過程主要靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，具有較大的隨意性。由于現(xiàn)有技術(shù)中缺 乏此類檢測砂石骨料或其他原料中金屬大小形狀的裝置，金屬大小形狀的檢測問題亟待解 決。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于檢測砂石骨料中金屬尺寸形狀的裝置，使得 在砂石骨料進(jìn)入粉碎機(jī)之前先通過該檢測裝置檢測，當(dāng)金屬的尺寸形狀超過預(yù)設(shè)值的范圍 時(shí)，能夠發(fā)出警報(bào)，提醒用戶不要將相應(yīng)的砂石骨料放進(jìn)粉碎機(jī)中，以防損壞粉碎機(jī)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型提供一種金屬尺寸形狀檢測裝置，包括底座和門型 主體，所述底座與門型主體結(jié)合形成前后相通透的空間；
[0005] 底座與門型主體上相對平行的其中兩面分別設(shè)有電磁線圈，相對平行的另外兩面 分別設(shè)有三軸磁力計(jì)，非金屬傳送帶的運(yùn)輸層貫穿空間；
[0006] 控制單元分別與電磁線圈、三軸磁力計(jì)、非金屬傳送帶的動力部以及外部上位機(jī) 相連接，控制單元用于
[0007] 控制電磁線圈在空間范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場；
[0008] 接收三軸磁力計(jì)檢測到的磁場信號；
[0009] 控制非金屬傳送帶的傳動；
[0010] 將檢測到的磁場信號反饋給外部上位機(jī)。
[0011] 作為優(yōu)選的，空間的邊框與非金屬傳送帶之間設(shè)有用于檢測非金屬傳送帶傳送速 率的速度檢測裝置。
[0012] 作為優(yōu)選的，還包括報(bào)警單元；
[0013] 若通過空間的砂石骨料中含有金屬的尺寸大于預(yù)設(shè)值，則控制單元控制報(bào)警單元 發(fā)出報(bào)警。
[0014] 作為優(yōu)選的，還包括機(jī)械臂；
[0015] 若通過空間的砂石骨料中含有金屬的尺寸大于預(yù)設(shè)值，則控制單元控制機(jī)械臂將 對應(yīng)砂石骨料移出非金屬傳送帶。
[0016] 作為優(yōu)選的，三軸磁力計(jì)的數(shù)量為N個(gè);N大于等于2;
[0017] 三軸磁力計(jì)在空間上均勻分布。
[0018] 本實(shí)用新型還提供了一種金屬尺寸形狀檢測裝置，包括以下步驟：
[0019] S0、準(zhǔn)備上述任意一項(xiàng)的金屬尺寸形狀檢測裝置；
[0020] S1、初始化金屬尺寸形狀檢測裝置，得到初始云圖；
[0021] S2、將砂石骨料置于非金屬傳送帶上，控制非金屬傳送帶傳動，使砂石骨料從空間 穿過，若砂石骨料中含有金屬，進(jìn)入步驟S3，否則重復(fù)步驟S2;
[0022] S3、三軸磁力計(jì)檢測變化后的磁通量數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制單元，控制單元將磁通量 數(shù)據(jù)反饋給外部上位機(jī)，外部上位機(jī)根據(jù)磁通量數(shù)據(jù)構(gòu)建檢測云圖；
[0023] S4、對比檢測云圖和初始云圖，確定金屬尺寸形狀；
[0024] S5、重復(fù)步驟S2至S4，直至檢測完所有砂石骨料。
[0025]作為優(yōu)選的，步驟Sl具體為：
[0026] Sl. 1、對三軸磁力計(jì)初始化，并控制電磁線圈在空間內(nèi)產(chǎn)生靜態(tài)平行均勻磁場； [0027] SI. 2、根據(jù)三軸磁力計(jì)將空間內(nèi)分割成若干個(gè)大小相等的子空間區(qū)域；
[0028] Sl. 3、以三軸磁力計(jì)為基點(diǎn)，推算出各個(gè)空間磁通量分布特征；
[0029] Sl. 4、整合每個(gè)子空間區(qū)域的分布特征，形成設(shè)備空間內(nèi)磁場云圖。
[0030]作為優(yōu)選的，在步驟Sl. 2中，劃分的子空間區(qū)域數(shù)量在6N至8N之間，N為三軸磁力 計(jì)的數(shù)量。
[0031 ]作為優(yōu)選的，在步驟Sl. 3中，通過磁體模擬法推算出各個(gè)空間磁通量分布特征。 [0032]作為優(yōu)選的，在步驟S3中，含有金屬的砂石骨料經(jīng)過空間時(shí)，建立2N次采樣數(shù)據(jù)， 其中N為三軸磁力計(jì)的數(shù)量。
[0033]作為優(yōu)選的，在步驟S3中，將2N次采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚€(gè)三軸磁力計(jì)在不同空間 位置采樣的數(shù)據(jù)。
[0034] 本實(shí)用新型提供的金屬尺寸形狀檢測裝置，采用了磁體模擬法與壓縮采樣技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備空間內(nèi)的磁場云圖構(gòu)建。當(dāng)有金屬顆粒經(jīng)過空間，會對空間內(nèi)的磁場產(chǎn)生擾 動，通過對此刻的磁場云圖與之前初始云圖比對，通過磁力線分布差異，計(jì)算出金屬顆粒的 大小與形態(tài)，再與預(yù)先設(shè)定金屬顆粒報(bào)警的大小閾值比對，即可得到檢測到的最終結(jié)果。本 檢測裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同尺寸的傳送帶分別定制不同尺寸的檢測框 架。同時(shí)，該框架還可以設(shè)計(jì)為可拆卸式的，使得本實(shí)用新型的應(yīng)用場景更廣。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本實(shí)用新型中一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2為本實(shí)用新型中一實(shí)施方式的電子器件連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新 型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0038] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供的金屬尺寸形狀檢測裝置由底座9與門型主體10組合 成前后相通透的空間11，皮帶機(jī)(非金屬傳送帶的一種）的運(yùn)送帶8穿過該空間11。在底座上 安裝了測速傳感器1(速率檢測裝置的一種）用于測量皮帶傳動速度?？臻g11的左右兩側(cè)安 裝若干個(gè)三軸磁力計(jì)，分別在2，3，6，7等位置，上下方安裝可控電磁線圈4，12，產(chǎn)生平行均 勻磁場，也可以將三軸磁力計(jì)設(shè)于空間11的上下方，左右兩側(cè)安裝可控電磁線圈。電子部分 由控制單元，傳感模塊，電源模塊、電磁控制模塊及通訊模塊組成。較佳的，在本實(shí)用新型 中，多個(gè)三軸磁力計(jì)在該空間11上均勻分布。
[0039]傳感模塊由N個(gè)三軸磁力計(jì)組成，通過SPI總線與控制單元相連接，三軸磁力計(jì)用 于檢測空間內(nèi)XYZ三個(gè)方向軸上磁通量的大小及方向?？刂茊卧筛咝阅艿腄SP組成，電磁 控制模塊由IGBT和線圈組成，DSP通過PffM IO口直接控制IGBT模組，需要時(shí)使線圈通過大電 流，使空間內(nèi)部產(chǎn)生平行均勻磁場。測速傳感器連接到DSP的時(shí)序捕捉端口，通過測量信號 改變時(shí)間測量皮帶機(jī)運(yùn)送帶的速度。通訊模塊由信號輸出與RS485模組組成，DSP分別采用 GPIO與UART端口與之相連。信號輸出采用繼電器方式對外產(chǎn)生數(shù)字量信號，RS485接口采用 數(shù)字通訊方式與外部系統(tǒng)相連接，使用戶通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對設(shè)備參數(shù)的設(shè)置，包括金 屬異物的尺寸，報(bào)警方式等。此外，在本裝置中還可以配有一個(gè)機(jī)械臂，當(dāng)裝置檢測到砂石 骨料中包含的金屬大小、形狀超過預(yù)設(shè)值，在控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)的同時(shí)，還可以控制機(jī) 械臂將對應(yīng)的砂石骨料從傳送帶上取下，以防誤將該砂石骨料加入粉碎機(jī)中，導(dǎo)致粉碎機(jī) 故障。
[0040] 整個(gè)設(shè)備工作流程如下，首先啟動設(shè)備，DSP首先對各個(gè)三軸磁力計(jì)進(jìn)行初始化， 啟動PffM控制IGBT使設(shè)備上下方的電磁線圈激勵(lì)出一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)平行均勻磁場。DSP采集 對三軸磁力計(jì)數(shù)據(jù)，形成該點(diǎn)的磁力線特征，采用壓縮采樣的方法將空間11內(nèi)的空間分割 成多個(gè)大小相等的空間區(qū)域，具體的，建立電場云圖
[0041]
[0042]式中，Φμ,N為第M網(wǎng)絡(luò)中的三軸磁力計(jì)測量到的位于第N網(wǎng)絡(luò)中模擬磁通量值。較 佳的，有N個(gè)三軸磁力計(jì)可以分割成6Ν至8Ν個(gè)子空間區(qū)域。以各個(gè)三軸磁力計(jì)基點(diǎn)采用磁體 模擬法推算出其余各個(gè)空間磁通量分布特征。最后，將每個(gè)空間整合起來形成設(shè)備空間內(nèi) 磁場云圖，設(shè)備在運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地對設(shè)備空間內(nèi)的磁場云圖進(jìn)行重建，并實(shí)時(shí)地與初始化時(shí) 建立的磁場云圖進(jìn)行。在此過程中，需要確?？臻g內(nèi)沒有任何金屬異物，否則會對后續(xù)運(yùn)行 過程中探測準(zhǔn)確率造成誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)金屬異物大小超過限定閾值時(shí)，信號輸出接口將會輸 出通斷數(shù)量信號。
[0043]初始化完成后，啟動皮帶輸送機(jī)。由于運(yùn)送帶是非金屬物質(zhì)，在運(yùn)動的過程中不會 對設(shè)備空間內(nèi)的磁場產(chǎn)生任何的影響。當(dāng)運(yùn)送帶上金屬異物進(jìn)過設(shè)備空間時(shí)，空間內(nèi)的磁 場將受到金屬異物影響而發(fā)生改變。這時(shí)設(shè)備重建的空間內(nèi)磁場云圖將發(fā)生改變，設(shè)備將 新的云圖與初始化過程中建立的初始云圖比對。由于金屬異物的存在，會使得目標(biāo)區(qū)域內(nèi) 的磁通量發(fā)生改變，標(biāo)記這些磁通量改變的空間區(qū)域并將其組合，形成目標(biāo)探測物體的形 狀與大小。具體的，應(yīng)用成熟的圖像比對算法將背景圖中不同的部分提取出來，建立物體形 狀邊線，形成金屬異物的輪廓，并通過該輪廓測量輪廓的大小，形狀。探測物體形狀與大小 精度起決被分割的空間區(qū)域大小，空間區(qū)域越小探測物體的形狀與大小越精確，而分割空 間區(qū)域大小由可分間區(qū)域數(shù)量與空間大小確定，一般空間大小是根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際皮帶輸送機(jī) 尺寸相關(guān)，可分間區(qū)域數(shù)量與三軸磁力計(jì)的數(shù)量相關(guān)。
[0044] 由于實(shí)際系統(tǒng)中不可能無限增加三軸磁力計(jì)數(shù)量來提升重構(gòu)空間內(nèi)云圖精度，本 實(shí)用新型在設(shè)備被底部加裝了測速傳感器，可以測量運(yùn)送帶速度。系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)送帶速度的 調(diào)整采用頻率使金屬異物在通過空間時(shí)，建立2N次采樣數(shù)據(jù)。由于空間內(nèi)是平行磁場，金屬 異物在空間移動時(shí)對磁場產(chǎn)生影響。此時(shí)可以將磁場的變化轉(zhuǎn)變成金屬異物靜止、平行磁 場恒定，而是三軸磁力計(jì)在移動。通過將采集時(shí)的三軸磁力計(jì)采樣轉(zhuǎn)化為多個(gè)三軸磁力計(jì) 在不同空間位置采樣的數(shù)據(jù)，使三軸磁力計(jì)數(shù)量"成倍增長"，空間內(nèi)空間區(qū)域劃分更為精 細(xì)，探測結(jié)果更為準(zhǔn)確。
[0045] 上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理 解，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神 和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬尺寸形狀檢測裝置，其特征在于，包括底座和門型主體，所述底座與門型主 體結(jié)合形成前后相通透的空間； 所述底座與門型主體上相對平行的其中兩面分別設(shè)有電磁線圈，相對平行的另外兩面 分別設(shè)有三軸磁力計(jì)，非金屬傳送帶的運(yùn)輸層貫穿所述空間； 控制單元分別與所述電磁線圈、三軸磁力計(jì)、非金屬傳送帶的動力部以及外部上位機(jī) 相連接，所述控制單元用于 控制所述電磁線圈在所述空間范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場； 接收所述三軸磁力計(jì)檢測到的磁場信號； 控制所述非金屬傳送帶的傳動； 將檢測到的所述磁場信號反饋給外部上位機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬尺寸形狀檢測裝置，其特征在于，所述空間的邊框與所述 非金屬傳送帶之間設(shè)有用于檢測所述非金屬傳送帶傳送速率的速度檢測裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬尺寸形狀檢測裝置，其特征在于，還包括報(bào)警單元； 若通過所述空間的砂石骨料中含有金屬的尺寸大于預(yù)設(shè)值，則所述控制單元控制所述 報(bào)警單元發(fā)出報(bào)警。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬尺寸形狀檢測裝置，其特征在于，還包括機(jī)械臂； 若通過所述空間的砂石骨料中含有金屬的尺寸大于預(yù)設(shè)值，則所述控制單元控制所述 機(jī)械臂將對應(yīng)砂石骨料移出所述非金屬傳送帶。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬尺寸形狀檢測裝置，其特征在于，所述三軸磁力計(jì)的數(shù)量 為N個(gè);所述N大于等于2; 所述三軸磁力計(jì)在所述空間上均勻分布。
【文檔編號】G01B7/00GK205537484SQ201620256337
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】董斌, 于劍鋒, 毛嘉, 魯方林, 黃東波, 李超, 孔穎, 劉茜
【申請人】上海云統(tǒng)信息科技有限公司