CN104574438A - 一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，包括阵列摄像机模块、图像处理模块、目标检测模块、特征提取模块、轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块；本方法可以对绞车主轴轴向偏移值进行实时监测，通过显示器显示轴向偏移距离，并且能够在偏移量达到阈值时进行报警，提高了绞车主轴轴向偏移检测的自动化程度，并且相邻的模块之间支持三种通讯方式分别为光纤、网线和电力通讯；系统的传输距离长，抗干扰能力强。

Description

一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法

技术领域

本发明涉及一种绞车主轴，具体是一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法。

背景技术

视频监控系统是指通过视频监视来达到对监控对象的监视、控制、管理和安全防范，是一种时效性较强的综合管理系统。

滑动轴承，在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声,在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力,但起动摩擦阻力较大。

轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬,轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。

矿山设备都属于重载型设备，所用绞车主轴与转动所用的轴承基本上都是滑动轴承。在绞车主轴工作的过程中，会出现轴向偏移的现象，在工作过程中偏移量过大会直接影响到轴承的振动与噪声，进而影响发整个提升系统的性能，在超过了允许的偏移范围会对设备造成损坏，能否实时监测其偏移量和超过允许量时的报警尤为重要，对绞车主轴承具有很大的实用意义。

目前，对于矿山大型绞车主轴的轴向偏移监测装置都比较复杂，需要与绞车主轴连接；因此急需一种无损无接触易于安装的检测装置。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，实现对主轴轴向偏移进行实时监测，可通过显示器显示出绞车主轴的轴向偏移的具体距离，并配有报警器，在偏移距离达到阈值时可以进行报警。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，包括阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块；

具体步骤如下：

1)阵列摄像机模块包括a摄像头、b摄像头和c摄像头三个摄像头分别呈一定角度布置，其中a摄像头、b摄像头和c摄像头分别放置于等腰三角形的三个顶点上，且a摄像头与b摄像头、c摄像头夹角为120°，三个摄像头组成一整个阵列摄像机模块，安装在绞车主轴的轴向位置，并在保持位置的不变，通过两两摄像头之间的视觉差，实现对绞车主轴的相对位移值的实时监控；

2)图像处理模块将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息；

3)目标检测模块对图像处理模块处理后的图像进行目标监测，将监测到的主轴绞盘信息送到特征提取模块；

4)特征提取模块对绞车主轴绞盘轮廓边缘的特征提取；

5)轴向偏移计算单元模块对特征提取模块处理后的数据进行计算：

为了提高轴向偏移检测精度，在满足测量要求条件下，阵列摄像机通过改变摆放位置，视频覆盖包含绞车绞盘边界的旋转局部区域和参照的绞盘外固定区域；

以a、b两个摄像头为例进行分析，将采a摄像头提取到的图像与b摄像头提取到的图像信息相比较，具有一定的位置差异，在两个图像上每隔10°取相同位置的点，由于视角原因，在叠加相同位置点会有距离的差别ΔS₁～ΔS₉，并且ΔS₁～ΔS₉的距离长短会随着主轴距摄像头距离的变化而变化，允许主轴轴向偏移有两个极值，称为左极限位置和右极限位置，ΔS_n＝S₁+S₂+…+S₉；

在安装调试设备的时候取三组值：1、左极限位置的ΔL₁和此位置的ΔS_L1的值；2、左极限位置的ΔL₂和此位置的ΔS_L2的值；3、主轴标准的装配位置的ΔS_L；设主轴在极限范围内的某一位置时为ΔS_ab＝S₁+S₂+…+S₉，偏移距离为ΔL_ab，其偏移关系为：

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-\mathrm{\Δ}{S}_L|}{\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}}---\left(1\right)$

式中：N为常数；

由已获得的参数可以确定N值为

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-\mathrm{\Δ}{S}_{L2}|}{\mathrm{\Δ}{L}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2}---\left(2\right)$

将(2)式带入(1)式可得

${\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-{\mathrm{\ΔS}}_L|}{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-{\mathrm{\ΔS}}_{L2}|}\·({\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2)---\left(3\right)$

同理可算出a、c可算摄像头的ΔL_ac，b、c摄像头的ΔL_bc

由于任意两个摄像头在工作时会出现误差，故可根据前面算出的3个值来确定具体的值，有助于减小误差；由于3个摄像头之间的距离不一样，所以不能单纯的求平均数，每两个摄像头算出的偏移距离有不同的权值，根据其两个摄像头之间的距离比值为其相应的权值，实际距离为：

${\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{abc}}=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}+{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}+\sqrt{3}{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{bc}}}{2+\sqrt{3}}---\left(4\right);$

6)轴向偏移计算单元计算出ΔS_ab、ΔS_bc、ΔS_ac，若其中某一值超过规定的阈值时，报警器模块中的预制语音报警器实现语音报警，LED灯实现闪烁报警，并且停止整个系统的运行；根据公式(3)计算出相应的偏移值，然后再根据公式(4)计算出实际的偏移距离ΔL_abc，若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)≤ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向右偏移ΔL_abc；若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)＞ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向左偏移ΔL_abc。

所述的步骤2)图像处理模块在将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息之前进行滤波处理。

所述的阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块，相邻的模块之间支持三种通讯方式分别为光纤、网线和电力通讯。

本发明的有益效果是：本发明可以对绞车主轴轴向偏移进行实时监测，通过显示器显示轴向偏移的距离，并且能够在偏移量达到阈值时进行报警，提高了绞车主轴轴向偏移检测的自动化程度；相邻的模块之间支持三种通讯方式分别为光纤、网线和电力通讯；系统的传输距离长，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本发明具体步骤示意图；

图2是阵列摄像机摆放示意图；

图3是阵列摄像机排列方式；

图4是阵列摄像机任意两摄像机摆放位置示意图；

图5是图像在两个摄像头中的显示位置示意图；

图6是两个摄像头采集图像信息叠加效果图；

图7是绞车主轴极限位置图；

图8是本发明监测具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，包括阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块，

具体步骤如下：

1)阵列摄像机模块包括a摄像头、b摄像头和摄像头；三个摄像头分别呈一定角度布置，其中a摄像头、b摄像头和c摄像头分别放置于等腰三角形的三个顶点上，且a摄像头与b摄像头、c摄像头夹角为120°，三个摄像头组成一整个阵列摄像机模块，安装在绞车主轴的轴向位置，并在保持位置的不变，通过两两摄像头之间的视觉差(相互之间计算结果还进行校正)，如图2、图3和图4所示，实现对绞车主轴的实时监控；

2)图像处理模块将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息；

3)目标监测模块对图像处理模块处理后的图像进行目标监测，将监测到的主轴信息送到特征提取模块；目标监测模块是一种基于目标几何和统计特征的图像分割，它将目标的分割和识别合二为一，其准确性和实时性是整个系统的一项重要能力；

4)特征提取模块是计算机视觉和图像处理中的一个概念。它指的是使用计算机提取图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征；特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域；利用特征提取模块实现对对绞车主轴绞盘轮廓边缘的特征提取；

5)轴向偏移计算单元模块对特征提取模块处理后的数据进行计算：

为了提高轴向偏移检测精度，在满足测量要求条件下，阵列摄像机通过改变摆放位置，视频覆盖包含绞车绞盘边界的旋转局部区域和参照的绞盘外固定区域；

以a、b两个摄像头为例进行分析，如图5、图6所示，将采a摄像头提取到的图像与b摄像头提取到的图像信息相比较，具有一定的位置差异，在两个图像上每隔10°取相同位置的点，由于视角原因，在叠加相同位置点会有距离的差别ΔS₁～ΔS₉，并且ΔS₁～ΔS₉的距离长短会随着主轴距摄像头距离的变化而变化，允许主轴轴向偏移有两个极值，称为左极限位置和右极限位置，如图7所示，记ΔS_n＝S₁+S₂+…+S₉；

在安装调试设备的时候取三组值：1、左极限位置的ΔL₁和此位置的ΔS_L1的值；2、左极限位置的ΔL₂和此位置的ΔS_L2的值；3、主轴标准的装配位置的ΔS_L，设主轴在极限范围内的某一位置时为ΔS_ab＝S₁+S₂+…+S₉，偏移距离为ΔL_ab，其偏移关系为：

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-\mathrm{\Δ}{S}_L|}{\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}}---\left(1\right)$

式中：N为常数。

由已获得的参数可以确定N值为

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-\mathrm{\Δ}{S}_{L2}|}{\mathrm{\Δ}{L}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2}---\left(2\right)$

将(2)式带入(1)式可得

${\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-{\mathrm{\ΔS}}_L|}{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-{\mathrm{\ΔS}}_{L2}|}\·({\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2)---\left(3\right)$

同理可算出a、c可算摄像头的ΔL_ac，b、c摄像头的ΔL_bc

由于任意两个摄像头在工作时会出现误差，故可根据前面算出的3个值来确定具体的值，有助于减小误差；由于3个摄像头之间的距离不一样，所以不能单纯的求平均数，每两个摄像头算出的偏移距离有不同的权值，根据其两个摄像头之间的距离比值为其相应的权值，实际距离为：

${\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{abc}}=\frac{{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}+{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{ab}}+\sqrt{3}{\mathrm{\ΔL}}_{\mathrm{bc}}}{2+\sqrt{3}}---\left(4\right);$

6)如图8所示，计算单元计算出ΔS_ab、ΔS_bc、ΔS_ac，若其中某一值超过规定的阈值时，报警器模块中的预制语音报警器实现语音报警，LED灯实现闪烁报警，并且停止整个系统的运行；若没有超过阈值，根据公式(3)计算出相应的偏移值，然后再根据公式(4)计算出实际的偏移距离ΔL_abc，若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)≤ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向右偏移ΔL_abc；若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)＞ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向左偏移ΔL_abc。

所述的步骤2)图像处理模块在将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息之前进行滤波处理。

过程中图像噪声会影响到整个图像处理的全过程以及输出的结果，图像的噪声主要分为内部噪声和外部噪声：1、外部噪声：从处理系统外来的影响，如光电干扰或电磁波从电源线窜入系统的噪声；2、内部噪声：主要有和电的基本性质影响、机械运动产生噪声、元件噪声和系统内部的噪声，故需要对每一帧的图像进行噪声滤除，即滤波处理。

所述的阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、计算单元模块、显示器模块及报警器模块，相邻的模块之间支持三种通讯方式分别为光纤、网线和电力通讯；系统的传输距离长，抗干扰能力强。

综上所述，本发明可以对绞车主轴轴向偏移进行实时监测，通过显示器显示轴向偏移的距离，并且能够在偏移量达到阈值时进行报警，提高了绞车主轴轴向偏移检测的自动化程度。

Claims (3)

1.一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，包括阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块；

其特征在于，具体步骤如下：

1)阵列摄像机模块包括a摄像头、b摄像头和c摄像头；三个摄像头分别呈一定角度布置，其中a摄像头、b摄像头和c摄像头分别放置于等腰三角形的三个顶点上，且a摄像头与b摄像头、c摄像头夹角为120°，三个摄像头组成一整个阵列摄像机模块，安装在绞车主轴的轴向位置，并在保持位置的不变，通过两两摄像头之间的视觉差，实现对绞车主轴的相对位移值的实时监控；

2)图像处理模块将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息；

3)目标检测模块对图像处理模块处理后的图像进行目标监测，将监测到的主轴绞盘信息送到特征提取模块；

4)特征提取模块对绞车主轴绞盘轮廓边缘的特征提取；

5)轴向偏移计算单元模块对特征提取模块处理后的数据进行计算：

为了提高轴向偏移检测精度，在满足测量要求条件下，阵列摄像机通过改变摆放位置，视频覆盖包含绞车绞盘边界的旋转局部区域和参照的绞盘外固定区域；

以a、b两个摄像头为例进行分析，将采a摄像头提取到的图像与b摄像头提取到的图像信息相比较，具有一定的位置差异，在两个图像上每隔10°取相同位置的点，由于视角原因，在叠加相同位置点会有距离的差别ΔS₁～ΔS₉，并且ΔS₁～ΔS₉的距离长短会随着主轴距摄像头距离的变化而变化，允许主轴轴向偏移有两个极值，称为左极限位置和右极限位置，记ΔS_n＝S₁+S₂+…+S₉；

在安装调试设备的时候取三组值：1、左极限位置的ΔL₁和此位置的ΔS_L1的值；2、左极限位置的ΔL₂和此位置的ΔS_L2的值；3、主轴标准的装配位置的ΔS_L；设主轴在极限范围内的某一位置时为ΔS_ab＝S₁+S₂+…+S₉，偏移距离为ΔL_ab其偏移关系为：

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-{\mathrm{\ΔS}}_L|}{\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}}---\left(1\right)$

式中：N为常数；

由已获得的参数可以确定N值为

$N=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-{\mathrm{\ΔS}}_{L2}|}{{\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2}---\left(2\right)$

将(2)式带入(1)式可得

$\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}=\frac{|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{ab}}-{\mathrm{\ΔS}}_L|}{|{\mathrm{\ΔS}}_{L1}-{\mathrm{\ΔS}}_{L2}|}\·({\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2)---\left(3\right)$

同理可算出a、c可算摄像头的ΔL_ac，b、c摄像头的ΔL_bc

由于任意两个摄像头在工作时会出现误差，故可根据前面算出的3个值来确定具体的值，有助于减小误差；由于3个摄像头之间的距离不一样，所以不能单纯的求平均数，每两个摄像头算出的偏移距离有不同的权值，根据其两个摄像头之间的距离比值为其相应的权值，实际距离为：

$\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{abc}}=\frac{\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}+\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ab}}+\sqrt{3}\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{bc}}}{2+\sqrt{3}}---\left(4\right);$

6)计算单元计算出ΔS_ab、ΔS_bc、ΔS_ac，若其中某一值超过规定的阈值时，报警器模块中的预制语音报警器实现语音报警，LED灯实现闪烁报警，并且停止整个系统的运行；若没有超过阈值，根据公式(3)计算出相应的偏移值，然后再根据公式(4)计算出实际的偏移距离ΔL_abc，若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)≤ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向右偏移ΔL_abc；若实际的偏移距离ΔS_ab(ΔS_ac、ΔS_bc)＞ΔS_L，则显示器模块输出绞车主轴向左偏移ΔL_abc。

2.根据权利要求1所述的一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，其特征在于，所述的步骤2)图像处理模块在将阵列摄像机传递过来的视频信息分解成每一帧的图像信息之前进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种用于绞车主轴轴向偏移视频检测方法，其特征在于，所述的阵列摄像机模块、图像处理模块、目标监测模块、特征提取模块、主轴轴向偏移计算单元模块、显示器模块及报警器模块；相邻的模块之间支持三种通讯方式分别为光纤、网线和电力通讯。