非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀及檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀及檢測方法，該檢測儀包括喂料系統、圖像采集系統、圖像處理分析系統及顯示系統，所述圖像采集系統包括光源、背景板及采集設備，所述光源與采集設備相對設置，光源與采集設備之間形成圖像檢測區，背景板位于臨近光源的檢測區內，所述喂料系統出（進）料口位于檢測區上部且臨近背景板位置，所述圖像處理分析系統與顯示系統信號連接，顯示系統用于結果顯示、報表輸出。該檢測儀采用圖像處理及數字成像技術，當物料從檢測區間自由下落時，實時精確測量其粒度級配、針片狀含量、球形度、長徑比、顆粒計數等多項指標，通過多組測試，多項指標綜合，整體評判樣品性能，自動判定砂石骨料的規格等級，給出檢測報表。
【專利說明】非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種砂石骨料檢測設備，具體涉及一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀及檢測方法。
【背景技術】
[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，而骨料的質量也會直接影響到混凝土壩的質量。對于滿足一定強度和密封性要求的混凝土來說，拌合物的施工性是保證混凝土最后質量的最重要性能。對混凝土施工性來說，骨料的粒形有時比級配的影響還要大。理想的骨料粒形呈等徑狀(即宏觀球形)，表面粗糙程度相同時，等徑狀骨料的比表面積最小，需水量最小，可以同時滿足施工性和強度等硬化混凝土性質。而砂石質量太差的原因主要是無人認真執行砂石標準和對其質量的監督、檢驗，我國當前的混凝土“難做”和骨料粒形有很大關系，中國常用石子中，針、片狀顯而易見，很少見等徑狀，而現有技術中國標是通過方孔篩篩分結合人工經驗判斷的方式實現砂石骨料規格評定，準確性差，費時費力，也沒有統一的標準。可見，砂石粒形標準不統一、不規則，已嚴重影響砂石的有效利用率及混凝土質量。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術中砂石骨料規格評定工作量大、準確度低的問題，提供一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀及利用該檢測儀檢測砂石規格的方法，該檢測儀在國標的基礎上增加了對砂石骨料球形度、長徑比的檢測，實現了砂石骨料規格等級的自動評定，檢測方法操作簡單，分析標準準確、統一，自動輸出分析結果，快捷方便、實用性強。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀，包括喂料系統、圖像采集系統、圖像處理分析系統及顯示系統，所述喂料系統完成石料自動進料、分散、出料，所述圖像采集系統包括光源、背景板及采集設備，圖像采集系統處于完全密閉空間，所述光源與采集設備相對設置，光源與采集設備之間形成圖像檢測區，背景板位于臨近光源的檢測區內，所述喂料系統出(進)料口位于檢測區上部且臨近背景板位置，所述圖像處理分析系統用于接收圖像采集系統采集的圖片信息，通過圖像處理算法獲取被檢測物體各項檢測指標，并融合各檢測指標得出分析結果，圖像處理分析系統與顯示系統信號連接，顯示系統用于結果顯示、報表輸出。
[0005]基于上述技術方案，所述圖像采集設備為攝像機，攝像機快門速度大于等于1/2000S，硬盤存儲每秒至少50幅圖像。
[0006]一種利用上述檢測儀檢測砂石骨料粒度粒形的方法，首先通過喂料系統完成砂石骨料樣品的自動進料、分散，出料，通過軟件控制，自動調節進樣漏斗的位置和高低，控制樣品流速，樣品自上而下均勻流入圖像采集系統的圖像檢測區，通過圖像采集設備采集從檢測區自由下落的物料圖像，獲取待檢測物料下落過程的多角度圖像，并將獲取的物料圖像送入到圖像分析處理系統:
圖像分析處理系統首先打開一幅待檢測圖片，對圖片做預處理，包括濾波、亮度調整、背景消除；然后將視場中的多個目標分離為單個的獨立個體，跟蹤各獨立個體的輪廓；利用輪廓信息計算各獨立個體的面積、周長、外接矩形尺寸；然后利用面積、周長信息計算各獨立目標的球形度，利用外界接矩形尺寸判斷針片狀、計算砂石骨料粒度、長徑比；然后匯總計算單幅圖像針片狀含量、粒度級配、長徑比均值、球形度均值，至此，一幅圖片檢測完畢，返回步驟1，繼續檢測下一幅圖片，整批圖片檢測完畢，獲取批次檢測結果；
最后各批次檢測結果輸送至顯示系統，顯示系統通過軟件界面實現人機交互、結果顯不及報表輸出。
[0007]基于上述技術方案，所述樣品物料中同一個物料在視場中至少被圖像采集設備多角度拍攝七次。
[0008]基于上述技術方案，所述上述檢測方法檢測的砂石骨料為粒度范圍5mm?100mm
的建筑用石。
[0009]本發明的有益效果:本發明保護的一種砂石骨料粒度粒形檢測儀，是一種集成了光、機、電技術于一體化的自動化光電檢測系統，綜合了光學、電子學、機械等領域的相關內容，涉及到人工智能、計算機科學、圖像處理、模式識別等多個科研的前沿領域，該檢測儀采用圖像處理及數字成像技術，針對粒度范圍5mm?100mm的建筑用石，當物料從檢測區間自由下落時，實時精確測量其粒度級配、針片狀含量、球形度、長徑比、顆粒計數等多項指標，通過多組測試，多項指標綜合，整體評判樣品性能，自動判定砂石骨料的規格等級，給出檢測報表。在國標的基礎上增加了對砂石骨料球形度、長徑比的檢測，首次實現了砂石骨料規格等級的自動評定。該設備對控制砂石骨料廣品質量，提尚建筑質量有著重大意義，對砂石、建筑等多個行業將產生深遠的影響。本發明的檢測方法操作合理、分析標準準確、統一，檢測范圍廣，多角度分析，自動輸出分析結果，快捷方便、輸出圖像直觀、形象，實用性強，該方法也適用于其他行業顆粒的檢測，如醫藥、食品、水泥、研磨材料等。
[0010]說明書附圖
圖1是本發明砂石骨料粒度粒形檢測儀的系統框圖；
圖2是圖1中的圖像采集系統結構示意圖；
圖3是圖2中圖像采集系統采集的樣品圖片；
圖4是本發明砂石骨料粒度粒形檢測方法的圖像處理算法流程示意圖；
圖5是圖1中圖像分析處理系統處理的圖片結果示意圖。
[0011]圖中標號，1為光源，2為背景板，3為喂料系統出(進)料口，4為圖像采集設備，5為待測樣品采集圖片，6為采集圖片分析示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0013]實施例1: 一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀，參見圖1，包括喂料系統、圖像采集系統、圖像處理分析系統及顯示系統，所述喂料系統完成石料自動進料、分散、出料，通過軟件控制，可以自動調節進樣漏斗的位置和高低，控制樣品流速，使樣品達到均勻的分散和注入。如圖2所示，所述圖像采集系統包括光源1、背景板2及采集設備4，圖像采集系統處于完全密閉空間，光照均勻，對被背景板2要求與樣品物料色差大且透光性強。所述光源1與采集設備4相對設置，光源與采集設備之間形成圖像檢測區，背景板2位于臨近光源1的檢測區內，所述喂料系統出(進)料口 3位于檢測區上部且臨近背景板2位置。采集設備4為攝像機，要求:快門速度大于等于1/2000S ;硬盤存儲每秒至少50幅圖像，以保證同一個物體在視場中至少被多角度拍攝七次。圖3所示為采集的樣品圖片。
[0014]采用上述非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀的具體的檢測方法為:首先通過喂料系統完成砂石骨料樣品的自動進料、分散，出料，通過軟件控制，自動調節進樣漏斗的位置和高低，控制樣品流速，使樣品達到向檢測區均勻的分散和注入，樣品自上而下均勻流入圖像采集系統的圖像檢測區，通過圖像采集設備采集從檢測區自由下落的物料圖像，保證同一個物體在視場中至少被多角度拍攝七次，以獲取待檢測物料下落過程的多角度圖像，并將獲取的物料圖像送入到圖像分析處理系統:；在此步驟中可以先將待檢測樣品平均分成若干份，幾份之間相互組合形成份數相等的若干組，按組將物料圖像送入到圖像分析處理系統。:
如圖4所示，圖像分析處理系統首先打開一幅待檢測圖片，對圖片做預處理，包括濾波、亮度調整、背景消除；然后將視場中的多個目標分離為單個的獨立個體，跟蹤各獨立個體的輪廓；利用輪廓信息計算各獨立個體的面積、周長、外接矩形尺寸；然后利用面積、周長信息計算各獨立目標的球形度，利用外界接矩形尺寸判斷針片狀、計算砂石骨料粒度、長徑比；然后匯總計算單幅圖像針片狀含量、粒度級配、長徑比均值、球形度均值，至此，一幅圖片檢測完畢，返回步驟1，繼續檢測下一幅圖片，整批圖片檢測完畢，獲取批次檢測結果；通過圖像分析處理系統分組處理圖片，獲得各組的檢測結果；圖5所示為圖片檢測結果示意圖。
[0015]然后將各組檢測結果輸送至顯示系統，顯示系統通過軟件界面實現人機交互、結果顯示及報表輸出，最后將各組的測試結果融合，獲得最終檢測結果。
[0016]其中上述檢測方法中涉及到的針片狀含量是指石料尺寸大于該顆粒所屬相應粒級平均粒級2.4倍石料的含量，粒度級配是指由不同粒度組成的散狀物料中各級粒度所占的數量，常以占總量的百分數來表示。球形度是指同等面積正圓周長與石料實際周長的比值，反應物體類圓的程度。長徑比是指石料的長與寬的比值，反應物體幾何形狀。
[0017]綜上，本實施例通過圖像采集設備獲取待檢測物料下落過程的多角度圖像，接著基于多種圖像處理算法獲取粒度級配、針片狀含量、球形度、長徑比信息，最后通過對這些信息的融合自動評定骨料等級。而本實施例中骨料的規格等級是結合中華人民共和國國家標準GB/T14685-2011的要求，并增加對球形度、長徑比的判斷得出的。
【權利要求】
1.一種非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀，其特征是:包括喂料系統、圖像采集系統、圖像處理分析系統及顯示系統，所述喂料系統完成石料自動進料、分散、出料，所述圖像采集系統包括光源、背景板及采集設備，圖像采集系統處于完全密閉空間，所述光源與采集設備相對設置，光源與采集設備之間形成圖像檢測區，背景板位于臨近光源的檢測區內，所述喂料系統出(進)料口位于檢測區上部且臨近背景板位置，所述圖像處理分析系統用于接收圖像采集系統采集的圖片信息，通過圖像處理算法獲取被檢測物體各項檢測指標，并融合各檢測指標得出分析結果，圖像處理分析系統與顯示系統信號連接，顯示系統用于結果顯不、報表輸出。
2.根據權利要求1所述的非接觸式砂石骨料粒度粒形檢測儀，其特征是:所述圖像采集設備為攝像機，攝像機快門速度大于等于1/2000S，硬盤存儲每秒至少50幅圖像。
3.一種利用如權利要求1所述的檢測儀檢測砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:首先通過喂料系統完成砂石骨料樣品的自動進料、分散，出料，通過軟件控制，自動調節進樣漏斗的位置和高低，控制樣品流速，樣品自上而下均勻流入圖像采集系統的圖像檢測區，通過圖像采集設備采集從檢測區自由下落的物料圖像，獲取待檢測物料下落過程的多角度圖像，并將獲取的物料圖像送入到圖像分析處理系統: 圖像分析處理系統首先打開一幅待檢測圖片，對圖片做預處理，包括濾波、亮度調整、背景消除；然后將視場中的多個目標分離為單個的獨立個體，跟蹤各獨立個體的輪廓；利用輪廓信息計算各獨立個體的面積、周長、外接矩形尺寸；然后利用面積、周長信息計算各獨立目標的球形度，利用外界接矩形尺寸判斷針片狀、計算砂石骨料粒度、長徑比；然后匯總計算單幅圖像針片狀含量、粒度級配、長徑比均值、球形度均值，至此，一幅圖片檢測完畢，返回步驟1，繼續檢測下一幅圖片，整批圖片檢測完畢，獲取批次檢測結果； 最后各批次檢測結果輸送至顯示系統，顯示系統通過軟件界面實現人機交互、結果顯不及報表輸出。
4.根據權利要求3所述的檢測砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:所述樣品物料中同一個物料在視場中至少被圖像采集設備多角度拍攝七次。
5.根據權利要求3所述的檢測砂石骨料粒度粒形的方法，其特征是:所述檢測方法檢測的砂石骨料為粒度范圍5mm?10mm的建筑用石。
【文檔編號】G01N15/14GK104458542SQ201410783770
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】謝婷婷, 王艷斌, 秦嶺, 王中金, 師武旗, 岳鵬 申請人:中電科信息產業有限公司