基于激光測距的皮帶檢測報警裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于激光測距的皮帶檢測報警裝置，該裝置涉及激光測距和通信等領域。
【背景技術】
[0002]運輸皮帶是物料短途運輸的重要設備，廣泛應用于礦山、農業、食品、煙草等生產行業。皮帶跑偏是運輸皮帶作業過程中最為常見的故障，其危害性極大，主要影響有以下幾個方面:皮帶跑偏引起系統故障停機影響生產作業效率；易造成設備主要部件的非正常損壞；皮帶跑偏造成的物料遺灑容易形成安全隱患。所以及時、準確地檢測皮帶跑偏具有非常重要的意義。目前皮帶跑偏檢測主要的方法是使用跑偏檢測開關，即行程開關。使用時將行程開關成對安裝于輸送機頭部或尾部，當皮帶跑偏時皮帶邊緣接觸壓迫行程開關觸頭產生移動觸發報警。跑偏檢測開關是機械式開關，采用接觸式檢測方式，當其應用于如煤礦井下等較為惡劣的生產環境時，極易被煤塵、泥污、油泥等影響，易發生誤報、漏報等故障。因此，跑偏檢測開關的故障率較高。為保障跑偏檢測開關正常工作，需專職人員人工對開關進行定期維護，使用的人力成本較高。
[0003]因此，目前需要一種采用非接觸式檢測原理的、運行可靠、便于實施、維護成本低的檢測運輸皮帶跑偏的新設備。
【發明內容】
[0004]本實用新型目的在于提供一種基于激光測距的皮帶檢測報警裝置，采用非接觸式檢測原理，運行可靠且維護成本低。
[0005]1.所述檢測報警裝置主要包括激光掃描測距設備、皮帶測速單元、人機交互單元、存儲單元、數據處理單元和通信單元；激光掃描測距設備安裝在運輸皮帶上方，用于獲取物料截面數據；皮帶測速單元連接皮帶滾筒軸，用于獲取皮帶運動速度；人機交互單元包括按鍵、顯示屏和報警器，按鍵用于對檢測相關參數進行設置操作，顯示屏用于數據顯示，報警器用于聲光報警；通信單元負責采集和發送數據；存儲單元負責存儲皮帶在正常狀態下的邊緣位置數據、檢測相關參數數據；數據處理單元對激光掃描測距設備的掃描數據和皮帶測速單元的信號或數據進行處理，得到皮帶速度及皮帶是否跑偏的邏輯數據。
[0006]2.該裝置進一步包括:激光掃描測距設備安裝在每條運輸皮帶的對稱軸線的正上方，安裝高度應高于物料高度；同時激光掃描測距設備的掃描面應垂直于皮帶對稱軸線和皮帶底部切面，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度。
[0007]3.該裝置進一步包括:皮帶測速單元直接或間接連接皮帶滾筒軸，測量滾筒的轉速，根據轉速發送相應的脈沖信號。
[0008]4.該裝置進一步包括:通信單元包括輸入和輸出端口，通過數據輸入端口接收激光掃描測距單元設備的掃描數據，通過脈沖輸入端口接收皮帶測速單元設備的脈沖數據；將數據處理單元處理結果通過通信端口發送給其它監控管理設備，通過脈沖輸出端口連接皮帶控制設備，當皮帶跑偏報警時通過皮帶控制設備控制皮帶停止運行
[0009]5.該裝置進一步包括:檢測報警裝置的數據處理單元包括乘法器和比較器，乘法器用于處理皮帶測速單元發送的脈沖信號；處理得到皮帶速度；采用比較器處理元激光掃描測距單元設備的掃描數據得到皮帶邊緣位置；比較器還處理實時皮帶邊緣位置和標定位置數據，處理得到皮帶是否跑偏的邏輯數據。
【附圖說明】
[0010]圖1基于激光測距的皮帶檢測報警裝置示意圖。
[0011]圖2設備安裝示意圖。
[0012]圖3檢測報警實施過程示意圖。
[0013]圖4標定時激光掃描測距所采集的截面數據示意圖。
[0014]圖5皮帶跑偏時激光掃描測距所采集的瞬時截面數據示意圖。
【具體實施方式】
[0015]所述檢測報警裝置如圖1所示實施例中，包括:
[0016]1.激光掃描測距單元(101)，采用測距距離大于5米的激光掃描測距儀(102)。
[0017]2.皮帶測速單元(103)，采用光電轉速傳感器(104)，與皮帶滾筒軸直接或間接相連，實時測量滾筒的轉速。
[0018]3.通信單元(105)，包括輸入端口(106)和輸入端口(107)，數據輸入端口接收激光掃描測距儀(102)發送的掃描數據可選用RS232、RS485、USB等標準端口。，脈沖輸入端口接收光電轉速傳感器(104)的脈沖信。數據輸出端口將數據發送給其它設備，可采用網絡端口或現場總線端口，除有線端口外，也可使用無線通信方式；脈沖輸出端口連接皮帶控制設備(如PLC)，當皮帶跑偏時發送脈沖信號控制皮帶停止運轉，保護相關設備。
[0019]4.人機交互單元(108)，包括顯示屏(109)和按鍵(111)，顯示屏采用兩行點陣型IXD液晶顯示模塊，視域尺寸:60.5X18.0mm，54.8X18.3m。設計使用4個按鍵，采用獨立按鍵式鍵盤，結合顯示屏的顯示介面，實現對檢測相關參數進行設置操作的功能。報警器(112)具有喇叭和報警燈，實現聲光報警功能。
[0020]5.存儲單元(113)、采用I片24C512存儲芯片(114)，24C512使用I2C總線通信，使用兩個標準I/o接口加上拉電阻連接SCL和SDA管腳，實現處理器與存儲芯片通信控制。存儲芯片主要存儲裝置中與檢測有關的參數，及標定時皮帶的位置數據。
[0021]6.數據處理單元(115)，比較器(116)，用于執行數據比較處理工作，乘法器用(117)于執行乘法的數據處理工作，實施時可使用MCU，也可使用FPGA實現。
[0022]7.輔助電路(118)，除以上提到的各單元設備外，裝置還包括電源電路等輔助電路和相關元件，為各單元設備元件提供支持，如在煤礦井下使用下所有元件及電路應符合本質安全要求。
[0023]激光掃描測距單元和皮帶測速單元的安裝位置參考圖2:
[0024]1.激光掃描測距儀(102)安裝在每條運輸皮帶的對稱軸線的正上方，安裝高度應高于物料高度；同時激光掃描測距設備的掃描面應垂直于皮帶對稱軸線(201)和皮帶底部切面(202)，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度；。
[0025]2.光電轉速傳感器(104)直接或間接連接滾筒(203)的軸。
[0026]3.除激光掃描測距單元和皮帶測速單元外的其他單元元件集中在裝置殼體(204)內，裝置殼體可安裝在皮帶測速單元所在滾筒的支架上。
[0027]檢測報警的具體實施步驟如圖3所示:
[0028]1.位置標定(301)，標定時需對位置正常的皮帶使用激光掃描測距設備進行掃描，獲得皮帶的邊緣位置慫和々，，如圖4所示，記錄在存儲單元中。過程如下:
[0029]a)通信單元接收激光掃描測距設備掃描獲得皮帶上物料的截面上部形狀數據，數據為一組激光頭到目標的距離值，大多激光掃描測距儀的掃描角度較大，一般都達到180度以上，最大可達到360度，為防止干擾，只截取皮帶檢測角度區域內的數據組成數組X(n)進行處理；
[0030]b)數據處理單元比較器從X(O)開始向后逐個求相鄰兩數的差X(i)-X(1-1)，當發現某個差大于閾值G時x(i)-xa-l) >G，則結束比較并記錄當前值在數組中的位置i，左邊界位置Alj= i ；
[0031]c)同理從X(n-l)開始向前重復以上過程，得到右邊界位置Ak，將所得位置存儲在存儲單元。
[0032]2.(302)通信單元接收光電轉速傳感器上傳的脈沖數據，數據處理單元使用乘法器處理得到Vi, Vi= S.P.L.31，式中S為脈沖間隔時間，P為傳感器分辨率即轉一周的脈沖總數，L為滾筒直徑。
[0033]3.(303)通信單元接收激光掃描測距儀掃描獲得皮帶上物料的截面上部形狀實時數據，數據處理單元通過以上提到的比較器處理過程得到實時皮帶的邊緣位置BjP Bk，如圖5所示。
[0034]4.(304)數據處理單元比較器通過比較實時皮帶的邊緣位置Bk與已記錄的皮帶的邊緣位置\、Ak，如Ibk-AkI >F，且|BfA」> F，同時Bk-AA BfA』負號相同；如符合以上條件則觸發皮帶跑偏報警(305)，報警器聲光報警，并在顯示屏顯示相關信息，通過通信單元并向皮帶控制設備發送控制信號。
【主權項】
1.一種基于激光測距的皮帶檢測報警裝置，其特征在于:裝置主要包括激光掃描測距設備、皮帶測速單元、人機交互單元、存儲單元、數據處理單元和通信單元；激光掃描測距設備安裝在運輸皮帶上方，用于獲取物料截面數據；皮帶測速單元連接皮帶滾筒軸，用于獲取皮帶運動速度；人機交互單元包括按鍵、顯示屏和報警器，按鍵用于對檢測相關參數進行設置操作，顯示屏用于數據顯示，報警器用于聲光報警；通信單元負責采集和發送數據；存儲單元負責存儲皮帶在正常狀態下的邊緣位置數據、檢測相關參數數據；數據處理單元對激光掃描測距設備的掃描數據和皮帶測速單元的信號或數據進行處理，得到皮帶速度及皮帶是否跑偏的邏輯數據。
2.如權利要求1所述的檢測報警裝置，其特征在于:激光掃描測距設備安裝在每條運輸皮帶的對稱軸線的正上方，安裝高度應高于物料高度；同時激光掃描測距設備的掃描面應垂直于皮帶對稱軸線和皮帶底部切面，并且需保證掃描測距范圍大于皮帶寬度。
3.如權利要求1所述的檢測報警裝置，其特征在于:皮帶測速單元直接或間接連接皮帶滾筒軸，測量滾筒的轉速，根據轉速發送相應的脈沖信號。
4.如權利要求1所述的檢測報警裝置，其特征在于:通信單元包括輸入和輸出端口，通過數據輸入端口接收激光掃描測距設備的掃描數據，通過脈沖輸入端口接收皮帶測速單元的脈沖數據；將數據處理單元處理結果通過通信端口發送給其它監控管理設備，通過脈沖輸出端口連接皮帶控制設備，當皮帶跑偏報警時通過皮帶控制設備控制皮帶停止運行。
5.如權利要求1所述的檢測報警裝置，其特征在于:檢測報警裝置的數據處理單元包括乘法器和比較器，乘法器用于處理皮帶測速單元發送的脈沖信號；處理得到皮帶速度；采用比較器處理激光掃描測距設備的掃描數據，處理得到皮帶邊緣位置；比較器還處理實時皮帶邊緣位置和標定位置數據，處理得到皮帶是否跑偏的邏輯數據。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于激光測距的皮帶檢測報警裝置，采用非接觸式測量原理，有效避免行程開關測量受接觸環境影響產生的漏報誤報等故障。所述系統通過激光掃描測距設備掃描物料表面，獲得激光頭到物料表面的距離值，再通過距離值獲得皮帶的邊緣位置，通過與裝置標定時記錄的皮帶邊緣位置進行比較處理，判定皮帶是否跑偏，當發現皮帶跑偏，通過發送脈沖控制信號通知皮帶控制設備做出相應的動作，保護皮帶設備不受損壞。本系統所用設備及原件極少，結構簡單，檢測可靠高，系統維護成本低、便于在各運輸皮帶使用行業中推廣應用。
【IPC分類】B65G43-02
【公開號】CN204528511
【申請號】CN201520028021
【發明人】劉毅, 孫繼平
【申請人】中國礦業大學(北京)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月13日