消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法

摘要

本发明提供了一种检重皮带秤，其具有不同辊筒直径的主动辊筒和从动辊筒，并在主动辊筒和从动辊筒上分别设置有第一同步点传感器和第二同步点传感器，且基于第一同步点传感器和第二同步点传感器所产生的第一同步点信息和第二同步点信息确定主动辊筒和从动辊筒的转速和/或相位信息。此外，本发明还提供了相应的消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法和系统。本发明能够消除/降低转动辊筒转动干扰对动态检重系统性能的影响，进而提高动态检重系统的精度与速度性能。

权利要求

1.一种检重皮带秤，其特征在于，包括：

主动辊筒；

驱动电机，用于驱动所述主动辊筒旋转；

传动皮带；

从动辊筒，经由所述传动皮带在所述主动辊筒的带动下旋转；

第一同步点传感器，安装在所述主动辊筒或者所述驱动电机上，用于在所述主动辊筒或所述驱动电机每旋转一圈时，产生一第一同步点信息；

第二同步点传感器，安装在所述从动辊筒上，用于在所述从动辊筒每旋转一圈时，产生一第二同步点信息；以及称重传感器，用于感测重量信息，并输出检重数据；

其中，所述主动辊筒的辊筒直径不同于所述从动辊筒的辊筒直径，所述第一同步点信息和第二同步点信息用于建立辊筒转动干扰模型，该辊筒转动干扰模型用于消除辊筒转动干扰。

2.根据权利要求1所述的检重皮带秤，其特征在于，所述第一同步点传感器和所述第二同步点传感器还分别根据所述第一同步点信息和第二同步点信息确定所述主动辊筒和所述从动辊筒的转速和/或相位信息。

3.根据权利要求1所述的检重皮带秤，其特征在于，所述第一同步点传感器和/或所述第二同步点传感器包括：开关，用于产生同步点信息；

触发装置，用于触发所述开关产生所述同步点信息。

4.根据权利要求1所述的检重皮带秤，其特征在于，所述主动辊筒的辊筒直径大于所述从动辊筒的辊筒直径。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的检重皮带秤，其特征在于，所述称重传感器以所述第一同步点信息和/或所述第二同步点信息为基准点，以固定时间间隔感测所述重量信息。

6.一种消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法，适用于如权利要求1至5中任一项所述的检重皮带秤，其特征在于，所述检重数据处理方法包括：a.在所述检重皮带秤恒速运转时，检测一时间段内的空秤数据；

b.根据所述空秤数据分别提取所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰波动信息；

c.通过所述主动辊筒和所述从动辊筒的所述转动干扰波动信息，获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据；

d.在检重数据处理过程中，根据所述影响模型数据，对实际检重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的检重数据。

7.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述时间段大于或等于使所述主动辊筒和所述从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间。

8.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述空秤数据进一步包括所述主动辊筒和所述从动辊筒的各自相位信息以及与所述各自相位信息相对应的检重数据。

9.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述转动干扰波动信息包括：所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重的影响数据。

10.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述转动干扰波动信息进一步包括：所述主动辊筒和所述从动辊筒的相位信息。

11.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述步骤c进一步包括，根据所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重的影响数据和所述主动辊筒和所述从动辊筒的相位信息，建立周期性的所述影响数据和所述相位信息之间的对应关系模型。

12.根据权利要求6所述的检重数据处理方法，其特征在于，所述步骤d进一步包括：在时域上将实际检重数据减去所述影响模型数据。

13.一种消除辊筒转动干扰的检重系统，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的检重皮带秤和检重数据处理装置；

所述检重数据处理装置包括：

存储器；以及

处理器，其中所述存储器包括其上存储的计算机代码，所述计算机代码被配置为当在所述处理器上运行时促使所述检重系统至少执行如权利要求6至12中任一项所述的方法。

说明书

消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及动态检重系统，尤其涉及一种消除辊筒转动干扰的检重系统和检重数据处理方法。

背景技术

[0002] 动态检重系统一般包括进皮带、检重皮带秤和出皮带三部分，其中进出皮带部分为检重系统的辅助部分，检重皮带秤是负责检重的主要部分。在检重过程中，被检物首先随着进皮带的运行逐渐进入检重皮带秤，然后恒速通过检重皮带秤，最后逐渐进入出皮带完成检重操作。检重系统通过获取被检物完全进入检重皮带秤(也称为上秤)时的重量减去检重皮带秤上空载时的重量作为被检物的检重重量，实现检测被检物重量的功能。

[0003] 被检物完全上秤运行长度LW(即被检物完全上秤后，在秤上的运行长度)不随检重速度VW(即检重时的运行速度)的变化而变化。辊筒的转动直径DW与被检物完全上秤运行长度LW的比例恒定不变。

[0004] 在机械设计中，随着检重速度的增加，驱动检重皮带运行需要的驱动力增加，主动辊筒的直径较难减小。这就造成辊筒的转动直径DW与被检物完全上秤运行长度LW的比例(DW/LW)较难降低，进而引入了较低频率(较检重皮带秤机械固有振动干扰频率)的辊筒转动干扰。

[0005] 在检重应用中，随着检重速度VW的增加，辊筒的转速ωW也逐渐增加(ωW＝VW/(π*DW))。这造成辊筒的转动干扰强度快速增加(通常离心力与转速的平方成正比)，进而造成滤波器较难抑制辊筒转动干扰噪音。

[0006] 在检重数据处理中，随着检重速度VW的增加，被检物完全上秤时间(TW＝LW/VW)逐渐减小，滤波器能够花费的时间资源也相应的逐渐减小，这造成滤波器对辊筒转动低频干扰噪音的抑制能力降低。

[0007] 在检重应用中，随着检重速度VW的增加，辊筒转动干扰强度快速增加。在检重数据处理中，随着检重速度VW的增加，用于抑制辊筒转动干扰噪音的滤波器的噪音抑制能力受被检物完全上秤时间的减小而降低。提高检重速度VW造成了辊筒转动干扰与滤波器之间的矛盾激化，进而造成较难在保证检重精度的前提下提高检重速度。

[0008] 通过上述分析可以看出，消除/降低辊筒转动干扰的影响，既能通过降低滤波器对辊筒低频干扰的抑制效果需求，以提高动态检重应用精度性能，又能通过减小滤波器对辊筒转动低频干扰噪音的时间花费需求，以提高动态检重应用速度性能，是动态检重应用技术领域需要迫切解决的技术问题。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种检重皮带秤和一种检重数据处理方法，能够以低成本地实现消除辊筒转动干扰以提高检重精度，从而允许进一步提高检重速度。

[0010] 本发明的一方面提供了一种检重皮带秤，包括：主动辊筒；驱动电机，用于驱动所述主动辊筒旋转；传动皮带；从动辊筒，经由所述传动皮带在所述主动辊筒的带动下旋转；第一同步点传感器，安装在所述主动辊筒或者所述驱动电机上，用于在所述主动辊筒或所述驱动电机每旋转一圈时，产生一第一同步点信息；第二同步点传感器，安装在所述从动辊筒上，用于在所述从动辊筒每旋转一圈时，产生一第二同步点信息；以及称重传感器，用于感测重量信息，并输出检重数据；其中，所述主动辊筒的辊筒直径不同于所述从动辊筒的辊筒直径。

[0011] 在本发明的一实施例中，所述第一同步点传感器和所述第二同步点传感器还分别根据所述第一同步点信息和第二同步点信息确定所述主动辊筒和所述从动辊筒的转速和/或相位信息。

[0012] 在本发明的一实施例中，所述第一同步点传感器和/或所述第二同步点传感器包括：开关，用于产生同步点信息；触发装置，用于触发所述开关产生所述同步点信息。

[0013] 在本发明的一实施例中，所述开关为光电开关，所述触发装置为反光片。

[0014] 在本发明的一实施例中，所述开关为磁控开关，所述触发装置为带磁部件。

[0015] 在本发明的一实施例中，所述主动辊筒的辊筒直径大于所述从动辊筒的辊筒直径。

[0016] 在本发明的一实施例中，所述称重传感器以所述第一同步点信息和/或所述第二同步点信息为基准点，以固定时间间隔感测所述重量信息。

[0017] 本发明的另一方面提供了一种消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法，适用于如上所述的检重皮带秤，所述检重数据处理方法包括：a.在所述检重皮带秤恒速运转时，检测一时间段内的空秤数据；b.根据所述空秤数据分别提取所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰波动信息；c.通过所述主动辊筒和所述从动辊筒的所述转动干扰波动信息，获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据；d.在检重数据处理过程中，根据所述影响模型数据，对实际检重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的检重数据。

[0018] 在本发明的一实施例中，所述时间段大于或等于使所述主动辊筒和所述从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间。

[0019] 在本发明的一实施例中，所述空秤数据进一步包括所述主动辊筒和所述从动辊筒的各自相位信息以及与所述各自相位信息相对应的检重数据。

[0020] 在本发明的一实施例中，所述转动干扰波动信息包括：所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重的影响数据。

[0021] 在本发明的一实施例中，所述转动干扰波动信息进一步包括：所述主动辊筒和所述从动辊筒的相位信息。

[0022] 在本发明的一实施例中，所述步骤c进一步包括，根据所述主动辊筒和所述从动辊筒的转动干扰对检重的影响数据和所述主动辊筒和所述从动辊筒的相位信息，建立周期性的所述影响数据和所述相位信息之间的对应关系模型。

[0023] 在本发明的一实施例中，所述步骤d进一步包括：在时域上将实际检重数据减去所述影响模型数据。

[0024] 本发明的另一方面提供了一种消除辊筒转动干扰的检重系统，包括：如上所述的检重皮带秤和检重数据处理装置；所述检重数据处理装置包括：存储器；以及处理器，其中所述存储器包括其上存储的计算机代码，所述计算机代码被配置为当在所述处理器上运行时促使所述检重系统至少执行如上所述的方法。

[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0026] 本发明的检重皮带秤采用同步点传感器来感测辊筒的转速和相位信息，降低了系统的实现成本，减少了系统的实现复杂度。

[0027] 本发明的检重系统可以在不拆卸或调整机械系统、不影响检重应用的前提下，通过测试恒定速度下的空秤数据，并对空秤数据进行分析，以建立辊筒转动干扰模型，在不消耗时间(滤波需要消耗的时间)的情况下抵消辊筒转动干扰对后续检重数据处理的影响，提高检重系统的精度与速度。

附图说明

[0028] 图1是本发明一实施例的检重系统的结构示意图。

[0029] 图2是本发明一实施例的检重数据处理方法的基本步骤流程图。

[0030] 图3是本发明另一实施例的检重系统的结构示意图。

具体实施方式

[0031] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0033] 如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

[0034] 图1是本发明一实施例的检重系统的结构示意图。请参考图1，该检重系统100主要包括出料皮带机1、检重皮带秤6和进料皮带机7。其中，进料皮带机7设置于检重皮带秤6的一侧，且出料皮带机1设置于检重皮带秤6的另一侧。被检物5沿着图中所示出的运行方向，由进料皮带机7运行到检重皮带秤6，以进行检重操作，而后，又由检重皮带秤6运行到出料皮带机1上。

[0035] 作为最关键的部件，检重皮带秤6主要包括主动辊筒2、第一同步点传感器3、驱动电机4、从动辊筒8、第二同步点传感器9、检重皮带框架(含传动皮带)10和称重传感器12。在检重皮带框架10和称重传感器12之间还可以设置有支承框架11。另外，检重皮带秤6还可以具有底架13，并将称重传感器12、制成框架11和检重皮带框架10等设置于底架13之上。

[0036] 其中，驱动电机4通过皮带、链条等驱动主动辊筒2旋转。从动辊筒8经由传动皮带在主动辊筒2的带动下旋转。第一同步点传感器3安装在主动辊筒2上，用于在主动辊筒2每旋转一圈时，产生一第一同步点信息。可以理解的，第一同步点传感器3还可以安装在驱动电机4上，并在驱动电机4每旋转一圈时，产生一第一同步点信息。第二同步点传感器9安装在从动辊筒8上，同样的在从动辊筒8每旋转一圈时，产生一第二同步点信息。称重传感器12用于感测重量信息，并输出检重数据。

[0037] 在检重系统的检重皮带秤6部分，主要存在主动辊筒2和从动辊筒8两个转速较低的旋转部件，其它例如驱动电机4等的转速均明显高于上述两个辊筒转速(通常为几倍以上)。主动辊筒2和从动辊筒8引入的干扰频率较低，并且直径较大(质量偏心较大)，是引起检重过程中转动干扰的主要部件。因此，为了能够在测试数据中能够明确区分主动辊筒2和从动辊筒8，本发明设计成主动辊筒2的辊筒直径不同于从动辊筒8的辊筒直径。例如，在本实施例中，主动辊筒2的辊筒直径大于从动辊筒8的辊筒直径。

[0038] 此外，由于(1)传动皮带与辊筒之间存在打滑问题，两辊筒之间存在速度差、(2)辊筒转动不平衡周期干扰相位与辊筒本身属性存在固定联系且(3)当有被检物上秤时皮带机辊筒速度会变化，因此本发明在上述的主动辊筒和从动辊筒上同时安装同步点传感器以便分别确定两个辊筒的真实转速和相位信息。即，安装在主动辊筒2或驱动电机4上的第一同步点传感器3还可以基于第一同步点信息确定主动辊筒2的转速和/或相位信息；安装在从动辊筒8上的第二同步点传感器9还可以基于第二同步点信息确定从动辊筒8的转速和/或相位信息。举例而言，可以先由两个相邻的同步点信息确定出辊筒的旋转周期，再根据辊筒的旋转周期计算辊筒的转速、相位信息。

[0039] 下面以第二同步点传感器9为例介绍同步点传感器可以采用的形式。第二同步点传感器9可以具有用于产生同步点信息的开关9b和用于触发开关9b产生同步点信息的触发装置9a。在一实施例中，开关9b可以是光电开关，触发装置9a可以是反光片。在另一实施例中，开关9b可以是磁控开关，触发装置9a可以是带磁部件。

[0040] 虽然在图1所示的实施例中，开关9b被设置为固定，触发装置9a跟随从动辊筒8转动，以在触发装置9a与开关9b近距离相对时，触发开关9b产生一个同步点信息，但是可以理解的，可以将开关9b设置为跟随从动辊筒8转动，触发装置9a设置为固定。

[0041] 可以理解的，第一同步点传感器3可以采用和第二同步点传感器9相同的形式和工作方式。

[0042] 在一实施例中，称重传感器12可以以第一同步点信息和/或第二同步点信息为基准点，以固定时间间隔感测重量信息。举例来说，称重传感器12可以在第一同步点传感器3产生一第一不同点信息时开始感测重量信息，而后以固定时间间隔感测多个重量信息，在下一个第一同步点信息被产生时，停止感测重量信息。可以理解的，称重传感器12还可以连续采集多个辊筒周期的重量信息，而不是如上所举例的仅采集一个辊筒周期的重量信息，本发明并不以此为限。

[0043] 图2是本发明一实施例的检重数据处理方法的基本步骤流程图。该检重数据处理方法适用于以上所讨论的检重皮带秤6。

[0044] 请参考图2，本发明的消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法200主要包括以下步骤：

[0045] 步骤201：在检重皮带秤恒速运转时，检测一时间段内的空秤数据；

[0046] 步骤202：根据空秤数据分别提取主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息；

[0047] 步骤203：通过主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息，获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据；

[0048] 步骤204：在检重数据处理过程中，根据辊筒转动干扰对检重的影响模型数据，对实际检重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的检重数据。

[0049] 以下结合一个示例来更详细地讨论该检重数据处理方法200的实施。但，本领域的技术人员应理解，以下详细讨论的示例并不构成对本发明的任何限制。例如，各种优选实施例可以在不背离本发明的原理的基础上在上述各步骤中选择性地组合、省略或者变换次序。

[0050] 首先，可以在用户要求的检重速度下，在检重皮带秤6恒速运转时，检测一时间段内的空秤数据，如步骤201。较佳的，空秤数据包括主动辊筒2和从动辊筒8的各自相位信息以及与该各自相位相对应的检重数据。举例而言，在检重皮带秤6恒速运转时，称重传感器12分别以第一同步点信息和第二同步点信息为基准点，以固定时间间隔感测重量信息，记录data0[M]为主动辊筒数据，记录data1[N]为从动辊筒数据。由于两辊筒周期不同，在相同周期数内采集到的两个辊筒的数据量不同，即M≠N。本领域技术人员应可以理解，由于检重皮带秤6恒速运转，称重传感器12又是分别以第一同步点信息和第二同步点信息为基准点，以固定时间间隔感测重量信息，因此，每次感测的重量信息对应于主动辊筒2和/或从动辊筒8的某一相位，也就是说，所得到的data0[M]和data1[N]是携带相位信息的。优选的，采集的数据量必须大于两个辊筒转动一周的数据量(即，上述的时间段优选大于或等于使该主动辊筒和该从动辊筒中的辊筒直径较大的一个旋转一周的时间)，否则将影响数据的处理精度。

[0051] 接着，根据空秤数据分别提取主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息，如步骤202。由于检重数据是以同步点信息为基础的相位信息来记录的，所以可以根据两相邻的同步点信息之间所记录的空称数据的个数来得到辊筒周期等分数P，因此也就能够按照干扰周期从空秤数据中提取周期的转动干扰波动信息。周期已知后的转动干扰波动信息提取的数学方法较多，本发明不做更进一步的论述。本实施例中优选采用傅里叶变换法(以辊筒干扰为余弦函数模型为基础)提取空秤数据中的辊筒转动干扰波动信息。

[0052] 例如，以data0[M]数据为例说明数据处理过程：对data0[M]数据进行定周期为PQ的傅里叶变换Y0＝∑data0(i)*EXP((-2*π*j)*i/PQ)(其中i从1到M,PQ为主动辊筒2的周期等分数，EXP及后续的ABS、ANGLE和COS等为标准数学计算函数)，获得振幅为A0＝ABS(Y0)/M*2，获得相位角为 则空秤数据中的主动辊筒转动干扰波动信息为采用相同的分析方法从空秤数据中提取从动辊筒8转动干扰波
动信息为 其中PC为从动辊筒8的周期等分数，A1为振幅，
为相位角。

[0053] 然后，进行模型与辊筒固化。可以通过主动辊筒和从动辊筒的转动干扰波动信息，获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据，如步骤203。优选的，转动干扰波动信息可以包括主动辊筒2和从动辊筒8的转动干扰对检重的影响数据和/或主动辊筒2和从动辊筒8的相位信息。且，该步骤可以进一步包括：根据主动辊筒2和从动辊筒8的转动干扰对检重的影响数据和主动辊筒2和从动辊筒8的相位信息，建立周期性的主动辊筒2和从动辊筒8的转动干扰对检重的影响数据和相位信息之间的对应关系模型。进而，该步骤就可以通过将主动辊筒2和从动辊筒8的转动干扰波动信息和主动辊筒2和从动辊筒8的相位信息相结合，以获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据。

[0054] 例如，根据 转动干扰波动信息和辊筒同步点绝对位置定位信息，将辊筒干扰波动信息与辊筒相位信息相结合获得辊筒转动干扰对检重的影响模型数据，即获得转动干扰到辊筒绝对相位的干扰模型数据I0[IQ]和I1[IC]，其中IQ和IC为含有辊筒相位信息的信息序列。

[0055] 最后，在检重数据处理过程中，根据辊筒转动干扰对检重的影响模型数据，对实际检重数据进行数据处理，以获得消除辊筒转动干扰的检重数据，如步骤204。该步骤使用辊筒干扰模型消除辊筒转动干扰对检重应用的影响。

[0056] 例如，在检重数据处理过程中(在时域上进行数据处理)，同时获得检重重量时域数据W[t]、主动辊筒干扰模型时域数据WI0[t]和从动辊筒干扰模型时域数据WI1[t](使用I0[IQ]和I1[IC]模型数据结合辊筒相位信息进行时域内插获得)，在时域检重数据上使用数学上的减法直接消除/降低(残差)辊筒转动不平衡干扰(WNEW＝W[t]-WI0[t]-WI1[t])。

[0057] 综上，本发明在正常检重中使用上述时域重量数据和主动、从动辊筒的转动干扰模型数据，在检重数据上直接减去两个辊筒的转动干扰模型数据，从而在原有检重数据的基础上消除/降低辊筒转动不平衡干扰对后续数据处理的影响，提高检重精度，降低数据处理系统对被检物完全上秤时间的需求，提高检重速度。

[0058] 图3是本发明另一实施例的检重系统的结构示意图。请参考图3，检重系统300与图1所示出的检重系统100的主要区别在于，检重系统300还具有检重数据处理装置14。

[0059] 检重数据处理装置14用于接收第一同步点传感器2、第二同步点传感器8和称重传感器12等的感测数据，并对接收到的感测数据进行处理，以消除辊筒转动对检重的影响。具体而言，检重数据处理装置14包括存储器14a和处理器14b，在存储器14a上存储有计算机代码，该计算机代码被配置为当在处理器14b上运行时促使300检重系统执行例如以上讨论的消除辊筒转动干扰的检重数据处理方法200。可以理解的，检重数据处理装置14还可以具有显示部件，以对检重结果进行显示。

[0060] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。