一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)涉及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)卷筒鋼絲繩排繩故障在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體是一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井提升裝備是連接地面與地下的“咽喉設(shè)備”，擔(dān)負(fù)著提升煤炭、礦石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化要求的不斷提高，提升裝備也逐步引入新技術(shù)，特別是有助于提升設(shè)備運(yùn)行安全和提高礦井提升裝備信息化水平的技術(shù)，逐步得到應(yīng)用。
[0003]除了礦井提升機(jī)以外，大型塔機(jī)、絞車、鉆機(jī)等都是利用電機(jī)帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鋼絲繩來提升或下放重物，在提升過程當(dāng)中，隨著提升深度的增加和提升速度的增加或多層纏繞時(shí)，卷筒鋼絲繩出現(xiàn)排繩故障的概率增加，如不及時(shí)排除，亂繩會(huì)使得鋼絲繩之間相互擠夾嚴(yán)重?fù)p傷鋼絲繩，使得鋼絲繩壽命縮短，需頻繁更換鋼絲繩，帶來較大浪費(fèi)，影響工程進(jìn)度，同時(shí)也存在著極大的安全隱患。所以對(duì)卷筒排繩進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢測(cè)，及時(shí)排除故障可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前針對(duì)這種鋼絲繩出現(xiàn)排繩故障的解決方法基本上靠人工觀察，缺乏客觀性，智能化程度不夠。
[0005]機(jī)器視覺是研宄用計(jì)算機(jī)來模擬生物視覺的科學(xué)技術(shù)，機(jī)器視覺系統(tǒng)的首要目標(biāo)是用圖像創(chuàng)建或恢復(fù)現(xiàn)實(shí)世界模型，然后認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界。機(jī)器視覺是一個(gè)相當(dāng)新且發(fā)展十分迅速的研宄領(lǐng)域，并已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要研宄領(lǐng)域之一。近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)，工業(yè)相機(jī)，以及光源等視覺系統(tǒng)相關(guān)的硬件性能的提升，以及圖像處理算法的不斷完善，使得基于機(jī)器視覺的測(cè)量技術(shù)精度更高，抗干擾能力更強(qiáng)，可靠性更好。并且在制造業(yè)中利用視覺系統(tǒng)的非接觸檢測(cè)、表現(xiàn)出速度快、精度合適、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，使機(jī)器視覺技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明需要解決的問題是，結(jié)合當(dāng)前機(jī)器視覺在工業(yè)檢測(cè)上的應(yīng)用推廣，針對(duì)原有的監(jiān)測(cè)礦井提升及卷筒鋼絲繩排繩故障的技術(shù)不足之處，提出了一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，根據(jù)對(duì)鋼絲繩中心位置的定量檢測(cè)對(duì)故障是否產(chǎn)生做出定性的判斷，以提供對(duì)故障地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0007]一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:將工業(yè)相機(jī)固定在卷筒背面，使得工業(yè)相機(jī)的成像區(qū)域覆蓋卷筒鋼絲繩的排繩區(qū)域；
[0009]步驟2:對(duì)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲得工業(yè)相機(jī)單位像素所代表的實(shí)際距離標(biāo)定參數(shù)；
[0010]步驟3:轉(zhuǎn)動(dòng)卷筒，利用工業(yè)相機(jī)按照設(shè)定的時(shí)間間隔，連續(xù)采集處于排繩狀態(tài)的卷筒鋼絲繩排繩圖像；
[0011]卷筒鋼絲繩每排放一圈，工業(yè)相機(jī)則獲取一幀圖像；
[0012]以圖像的左下角為圖像的坐標(biāo)原點(diǎn)；
[0013]步驟4:依次對(duì)每一幀卷筒鋼絲繩排繩圖像進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行邊緣分割，提取鋼絲繩活動(dòng)端外側(cè)的兩條平行邊緣直線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，并求解所述兩條平行邊緣直線段對(duì)應(yīng)的鋼絲繩中心像素點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0014]步驟5:若當(dāng)前幀圖像為第一張，則返回步驟4，否則，進(jìn)入步驟6 ;
[0015]步驟6:若當(dāng)前幀圖像中鋼絲繩活動(dòng)端外側(cè)的兩條平行邊緣直線段的斜率與前一幀圖像中獲取的鋼絲繩活動(dòng)端外側(cè)的兩條平行邊緣直線段的斜率相差超過設(shè)定的斜率閾值，則進(jìn)入步驟9 ;否則，進(jìn)入步驟7 ;
[0016]步驟7:利用歐式距離公式求解當(dāng)前幀獲取的鋼絲繩中心像素點(diǎn)的坐標(biāo)與前一幀鋼絲繩中心像素點(diǎn)的坐標(biāo)之間的距離，并利用步驟2獲取的標(biāo)定參數(shù)，求得兩相鄰鋼絲繩中心之間的距離s ；
[0017]即獲得每幀圖像中剛纏入卷筒的鋼絲繩中心像素點(diǎn)坐標(biāo)與前一幀圖像的鋼絲繩中心像素點(diǎn)坐標(biāo)；
[0018]步驟8:利用兩相鄰鋼絲繩中心之間的距離S，判斷是否發(fā)生排繩故障；
[0019]若S滿足公式0〈s-d〈 σ，則沒有發(fā)生排繩故障；否則，則認(rèn)為發(fā)生排繩故障；
[0020]d表示鋼絲繩直徑，σ為設(shè)定的鋼絲繩安全閾值；
[0021]步驟9:若發(fā)生排繩故障，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。
[0022]所述對(duì)每一幀卷筒鋼絲繩排繩圖像進(jìn)行預(yù)處理包括，首先對(duì)圖像進(jìn)行平滑去噪處理，然后，接著對(duì)平滑去噪后的圖像進(jìn)行分割，生成二值圖像。
[0023]所述工業(yè)相機(jī)的標(biāo)定，通過采用工業(yè)相機(jī)對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的棋盤標(biāo)志物的圖像進(jìn)行采集，根據(jù)已知的棋盤角點(diǎn)之間的距離與對(duì)應(yīng)棋盤角點(diǎn)在采集的圖像上的距離的比值，得到工業(yè)相機(jī)單位像素所代表的實(shí)際距離，完成工業(yè)相機(jī)參數(shù)的自動(dòng)標(biāo)定。
[0024]所述工業(yè)相機(jī)單位像素所代表的實(shí)際距離小于或等于0.0lm0
[0025]采用概率霍夫變換法提取所述步驟4中邊緣兩條平行邊緣直線段。
[0026]一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于所述的一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法，包括依次相連的工業(yè)相機(jī)、數(shù)據(jù)接口單元、圖像預(yù)處理單元、圖像特征提取單元、故障判斷單元、監(jiān)控中心單元及報(bào)警單元；
[0027]所述工業(yè)相機(jī)采集的排繩區(qū)域圖像通過數(shù)據(jù)接口單元傳送至圖像預(yù)處理單元后，經(jīng)圖像特征提取單元提取出特征部分，由故障判斷單元將特征部分進(jìn)行分析處理后輸出故障信號(hào)至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心記錄和顯示故障信號(hào)，同時(shí)輸送報(bào)警單元，觸發(fā)報(bào)警。
[0028]有益效果
[0029]本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的提升機(jī)卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，融合了機(jī)器視覺和精密測(cè)試技術(shù)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有以下有益的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果:
[0030]I)通過單工業(yè)相機(jī)采集鋼絲繩圖片即可完成對(duì)排繩故障的判斷，減少了測(cè)試過程中可能產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)；
[0031]2)檢測(cè)方式為非接觸式視覺測(cè)量，降低了測(cè)試系統(tǒng)對(duì)機(jī)械基準(zhǔn)精度的要求；
[0032]3)本方法圖像采集元件為普通工業(yè)相機(jī)，對(duì)使用環(huán)境要求低，成本相對(duì)低廉；
[0033]4)本方法對(duì)故障判定的數(shù)學(xué)模型簡單，可靠性好；
[0034]5)本方法通過機(jī)器視覺對(duì)排繩故障實(shí)時(shí)檢測(cè)，排除了在礦井提升過程中由于排繩故障而帶來的安全隱患。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明實(shí)施卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明所述方法的處理流程圖；
[0037]圖3為本發(fā)明圖像坐標(biāo)坐標(biāo)系與實(shí)際坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程示意圖；
[0038]圖4為本發(fā)明鋼絲繩中心距計(jì)算原理示意圖；
[0039]圖5為排繩故障示意圖，其中，(a)為跳繩，(b)為夾繩；
[0040]圖6為工業(yè)相機(jī)安裝示意圖；
[0041]圖7為本發(fā)明使用的棋盤標(biāo)志物示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0043]如圖2所示，一種基于機(jī)器視覺的卷筒鋼絲繩排繩故障監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0044]步驟1:將工業(yè)相機(jī)8固定在卷筒9背面，卷筒固定在安裝底座上，如圖6所示，使得工業(yè)相機(jī)的成像區(qū)域覆蓋卷筒鋼絲繩的排繩區(qū)域；
[0045]步驟2:對(duì)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲得工業(yè)相機(jī)單位像素所代表的實(shí)際距離標(biāo)定參數(shù)；
[0046]系統(tǒng)從提取出的像素坐標(biāo)到計(jì)算出實(shí)際的中心距離，需建立圖像平面坐標(biāo)系與實(shí)際坐標(biāo)系，如圖3所示，通過相機(jī)參數(shù)的自動(dòng)標(biāo)定求解出兩個(gè)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的幾何約束關(guān)系。
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