CN104613884B - 激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法。现有钢丝绳强磁感应检测技术无法及时发现钢丝绳出现局部缩颈。为此，本激光强磁钢丝绳在线探伤系统在原有的强磁感应检测系统上增加钢丝绳在线激光测径装置，通过激光发射/接收机构精确计算出钢丝绳的瞬时直径，并求出每个股螺距的钢丝绳外径平均值，通过比较该钢丝绳外径平均值与钢丝绳的正常外径之间差值，找钢丝绳直径变化最大的异常点及异常点距钢丝绳起始点的距离，可以提早发现钢丝出现的局部缩颈现象，提前发现钢丝绳出现的事故隐患。本发明激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法具有工作量少、直观、准确、便于人工复检、有利于推广应用的优点，适用各种采矿企业。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法。
背景技术
煤矿开采中人员、设备进出矿井都需要借助绞车升降系统。工作时钢丝绳需要承担沉重的负担，如果绞车升降系统钢丝绳一旦出现断裂事故，必将发生重大事故。如果能在钢丝绳出现事故前，提前发现钢丝绳出现破损严重的情况，就可在钢丝绳出现断绳事故前及时更换钢丝绳，就能有效避免严重事故的发生。
钢丝绳强磁感应检测技术是一项发展了百余年的技术，其作用是通过技术手段，无损检测出钢丝绳中存在的缺陷，国内外的各类标准和规范中都要求使用该类仪器来检查钢丝绳的损伤状况。但是，钢丝绳探伤仪的使用仍不理想。
钢丝绳强磁感应检测技术是通过强磁铁在经过的钢丝绳上感应出磁场来，当钢丝绳外部出现钢丝断裂、扭曲、磨损、锈蚀等情况时，感应磁场会发出变化，通过磁敏感元件可以检测出磁场的上述变化，进而在钢丝绳运转过程中找出钢丝绳破损处。当钢丝绳钢丝出现严重磨损时，钢丝绳的金属截面也会发生变化，这种金属截面的变化决定了钢丝绳饱合磁通量的变化，磁敏元件可以感应这种钢丝绳饱合磁通量变化，但是并不灵敏，不能准确及时发现这种变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供一种直观、准确、便于人工复检、有利于推广应用的激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法。
为解决上述技术问题，本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，包括磁探伤传感器、控制主机、存贮装置和显示器，磁探伤传感器包括壳体、强磁铁、磁敏感元件、A/D转换电路和钢丝绳测速装置，壳体上设有通孔或沟槽，强磁铁和磁敏感元件设置在通孔或沟槽内壁上，钢丝绳从通孔或沟槽中通过，磁敏感元件通过A/D转换电路与控制主机的磁感应信号输入端相接，钢丝绳测速装置的速度信号输出端与控制主机的钢丝绳速度信号输入端相接，其特征在于：其还包括钢丝绳在线激光测径装置，该钢丝绳在线激光测径装置包括一组激光发射/接收机构，该组激光发射/接收机构包括N个激光发射点和N个光电感应元件，上述激光发射点与光电感应元件一一对应，每个激光发射点发射激光线照射到对应的光电感应元件上，同组各个激光发射点发射的激光线相互平行，其中N为正整数。
上述激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；钢丝绳的正常外径R可以是钢丝绳的设计外径，也可以是钢丝绳刚开始使用时测量所得的钢丝绳外径。
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所测得的钢丝绳外径数值和测量时刻，控制主机通过钢丝绳测速装置监控钢丝绳的移动，自始至终，钢丝绳每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置中，X为正整数；(钢丝绳的移动距离等于瞬时移动速度V与时间t的积分)
③.检查完全部钢丝绳后，控制主机计算出钢丝绳的正常外径R与各个对应钢丝绳外径平均值Rx之差的绝对值△R，并按照绝对值的大小，选出差值最大的测量周期作为异常周期，将各个异常周期的中间时刻tx及各个异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置中；
④.控制主机扫描磁探伤传感器检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
⑥.控制主机在显示器屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区、波形图显示区和位置参数显示区，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数。
众所周知，钢丝绳是由绳芯和缠绕在绳芯外的由多根钢丝捻成多根股绳组成，绳芯大多采用剑麻芯或尼龙合成绳芯。
股绳钢丝磨损导致的钢丝绳饱合磁通量的变化十分微小，通过磁敏元件感应这种变化，不灵敏、不可靠。绳芯多采用非金属材料制成，绳芯出现磨损变细、断裂或部分断裂时，钢丝绳的饱和磁通量并不会发生变化，所以当绳芯出现问题时，现有钢丝绳强磁感应检测技术无法提前发现隐患。
通过钢丝绳拉伸实验时，我们注意到钢丝绳断裂前，都是首先出现局部缩颈现象(即局部横截面突然变细)的现象。导致钢丝绳出现局部缩颈最常见、最隐蔽的原因就是绳芯出现变细、断裂或部分断裂问题。
本发明通过激光发射/接收机构精确计算出钢丝绳的瞬时直径，并求出每个股螺距的钢丝绳外径平均值，通过比较该钢丝绳外径平均值与钢丝绳的正常外径之间差值，找钢丝绳直径变化最大的异常点及异常点距钢丝绳起始点的距离，可以提早发现钢丝出现的局部缩颈现象，提前发现钢丝绳出现的事故隐患。如此设计，大大提高了现有钢丝在线检测对局部颈缩突变检测的准确性。
作为优化，所述钢丝绳在线激光测径装置包括M组激光发射/接收机构，各组激光发射/接收机构的发射的激光线围绕钢丝绳轴线均匀分布，同一组激光发射/接收机构的各个激光发射点发射的激光线相互平行，其中M为正整数，且2≤M≤6。
上述激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所测得的钢丝绳外径数值和测量时刻，控制主机通过钢丝绳测速装置监控钢丝绳的移动，自始至终，钢丝绳每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置中，X为正整数；
③.检查完全部钢丝绳后，控制主机计算出钢丝绳的正常外径R与各个对应钢丝绳外径平均值Rx与各个钢丝绳外径平均值Rx之差值绝对值，并按照绝对值的大小，选出差值最大的测量周期作为异常周期，将各个异常周期的中间时刻tx及各个异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置中；
④.控制主机扫描磁探伤传感器检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
⑥.控制主机在显示器屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区、波形图显示区和位置参数显示区，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数，
在上述相关步骤中，各组激光发射/接收机构分别测量、分别计算、分别贮存，所得异常点的外径数值Rx和△R一同显示在显示器屏幕上。
如此设计，可以从多个角度测量钢丝绳的外径变化。同时一测量周期内，若不同组激光发射/接收机构测得钢丝绳外径差别大，则说明该处的钢丝绳已经变扁或异常扭曲或其他异常情况。
本发明激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法具有工作量少、直观、准确、便于人工复检、有利于推广应用的优点，适用各种采矿企业。
附图说明
下面结合附图对本发明激光强磁钢丝绳在线探伤系统及方法作进一步说明：
图1是本激光强磁钢丝绳在线探伤系统电路线框图；
图2是本激光强磁钢丝绳在线探伤系统实施方式一中的钢丝绳、磁探伤传感器壳体及钢丝绳测速装置的立体图；
图3是图2的简化结构示意图(含激光线)；
图4是图3的剖面结构简化示意图(沿过激光线的平面剖切)；
图5是本激光强磁钢丝绳在线探伤系统实施方式一在使用时显示器显示的界面示意图；
图6是本激光强磁钢丝绳在线探伤系统实施方式二的钢丝绳、磁探伤传感器壳体、钢丝绳测速装置及钢丝绳在线激光测径装置的简化立体示意图(含激光线)；
图7是图6的剖面结构简化示意图(沿过激光线的平面剖切)；
图8是本激光强磁钢丝绳在线探伤系统实施方式二在使用时显示器显示的界面示意图。
图中：1为磁探伤传感器、2为控制主机、3为存贮装置、4为显示器、5为钢丝绳测速装置、6为钢丝绳、7为激光发射点、8为光电感应元件、9为激光线、10为壳体、11为钢丝绳外径参数显示区、12为波形图显示区、13为位置参数显示区。
具体实施方式
实施方式一：如图1-5，本发明激光强磁钢丝绳在线探伤系统包括磁探伤传感器1、控制主机2、存贮装置3和显示器4，磁探伤传感器1包括壳体10、强磁铁、磁敏感元件、A/D转换电路和钢丝绳测速装置5，壳体10上设有通孔或沟槽，强磁铁和磁敏感元件设置在通孔或沟槽内壁上，钢丝绳6从通孔或沟槽中通过，磁敏感元件通过A/D转换电路与控制主机的磁感应信号输入端相接，钢丝绳测速装置5的速度信号输出端与控制主机2的钢丝绳速度信号输入端相接，其特征在于：其还包括钢丝绳在线激光测径装置，该钢丝绳在线激光测径装置包括一组激光发射/接收机构，该组激光发射/接收机构包括N个激光发射点7和N个光电感应元件8，上述激光发射点7与光电感应元件8一一对应，每个激光发射点7发射的激光线9照射到对应的光电感应元件上，同组各个激光发射点8发射的激光线9相互平行，其中N为正整数。在实施方式一中N＝50，相邻激光线间隔1mm，控制主机2根据被钢丝绳阻断的激光线的数量计算出钢丝绳的外径。若32根激光线被阻断，说明钢丝绳的外径为32mm。
利用前述激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；实施方式一中螺距D为0.1米，钢丝绳正常外径R为33毫米。
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机2通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所得测得的钢丝绳6外径数值和测量时刻，控制主机2通过钢丝绳测速装置5监控钢丝绳的移动，自始至终，钢丝绳6每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机2求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置3中，X为正整数；
③.检查完全部钢丝绳6后，控制主机2计算出钢丝绳6的正常外径R与各个对应钢丝绳外径平均值Rx之差的绝对值△R，并按照绝对值的大小，选出差值最大的四个测量周期作为异常周期，将异常周期的中间时刻tx及异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置3中；
④.控制主机2扫描磁探伤传感器检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机2将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
异常点到钢丝绳起始端的距离Lz等于从钢丝绳6自起始端开始的时刻到该异常点对应的相应异常时刻，钢丝绳6的相对于本钢丝绳在线激光测径装置移动的距离，等于钢丝绳6瞬时移动速度V与时间t的积分。
⑥.控制主机2在显示器4屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区11、波形图显示区12和位置参数显示区13，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳6上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数。如图4所示。
实施方式二：如图6-8，所述钢丝绳在线激光测径装置包括M组激光发射/接收机构，各组激光发射/接收机构的发射的激光线围绕钢丝绳轴线均匀分布，同一组激光发射/接收机构的各个激光发射点发射的激光线相互平行，其中M＝2，(当然M也是2～6之间的任意正整数，略)。
利用前述激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；实施方式二中螺距D为0.1米，钢丝绳正常外径R为33毫米。
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机2通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所测得的钢丝绳外径数值和测量时刻，控制主机2通过钢丝绳测速装置5监控钢丝绳6的移动，自始至终，钢丝绳6每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置3中，X为正整数；
③.检查完全部钢丝绳后，控制主机2找出钢丝绳的正常外径R与各个对应钢丝绳外径平均值Rx与各个钢丝绳外径平均值Rx之差值绝对值，并按照绝对值的大小，选出差值最大的测量周期作为异常周期，将各个异常周期的中间时刻tx及各个异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置中；
④.控制主机2扫描磁探伤传感器1检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机2将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
⑥.控制主机2在显示器4屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区11、波形图显示区12和位置参数显示区13，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳6上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数，
在上述相关步骤中，各组激光发射/接收机构分别测量、分别计算、分别贮存，所得异常点的外径数值Rx和△R一同显示在显示器屏幕上。
在第⑥步中，各组激光发射/接收机构测定钢丝绳在各个异常点的外径数值相同的，代表该处钢丝绳6从不同角度测量，钢丝绳外径都是相同的。外径数值不同的，且相差较大的，代表该处钢丝绳从不同角度测量钢丝绳外径数值不同，说明该处的钢丝绳已经变扁或异常扭曲或其他异常情况，其外径数值用醒目的颜色或字体显示在显示器4的屏幕上。
Claims (2)
1.一种利用激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所得测得的钢丝绳外径数值和测量时刻，控制主机通过钢丝绳测速装置监控钢丝绳的移动，自始至终，钢丝绳每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置中，X为正整数；
③.检查完全部钢丝绳后，控制主机计算出钢丝绳的正常外径R与各个钢丝绳外径平均值Rx之差的绝对值△R，并按照绝对值的大小，选出差值最大的四个测量周期作为异常周期，将各个异常周期的中间时刻tx及各个异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置中；
④.控制主机扫描磁探伤传感器检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
⑥.控制主机在显示器屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区、波形图显示区和位置参数显示区，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数，所述激光强磁钢丝绳在线探伤系统，包括磁探伤传感器、控制主机、存贮装置和显示器，磁探伤传感器包括壳体、强磁铁、磁敏感元件、A/D转换电路和钢丝绳测速装置，壳体上设有通孔或沟槽，强磁铁和磁敏感元件设置在通孔或沟槽内壁上，钢丝绳从通孔或沟槽中通过，磁敏感元件通过A/D转换电路与控制主机的磁感应信号输入端相接，钢丝绳测速装置的速度信号输出端与控制主机的钢丝绳速度信号输入端相接，其特征在于：其还包括钢丝绳在线激光测径装置，该钢丝绳在线激光测径装置包括一组激光发射/接收机构，该组激光发射/接收机构包括N个激光发射点和N个光电感应元件，上述激光发射点与光电感应元件一一对应，每个激光发射点发射激光线照射到对应的光电感应元件上，同组各个激光发射点发射的激光线相互平行，其中N为正整数。
2.权利要求1所述的激光强磁钢丝绳在线探伤系统进行钢丝绳在线探伤的方法，包括下述步骤：
①.将待测钢丝绳外围股绳的设计螺距D和钢丝绳的正常外径R输入控制主机；
②.启动本激光强磁钢丝绳在线探伤系统，控制主机通过钢丝绳在线激光测径装置不停检测钢丝绳外径，并记录所测得的钢丝绳外径数值和测量时刻，控制主机通过钢丝绳测速装置监控钢丝绳的移动，自始至终，钢丝绳每移动距离D所需时间为一个测量周期Tx，控制主机求出每个测量周期Tx测量的钢丝绳外径的平均值Rx，同时计算出该测量周期的中点时刻tx，将各个测量周期的钢丝绳外径平均值Rx及中点时刻tx一同贮存到存贮装置中，X为正整数；
③.检查完全部钢丝绳后，控制主机计算出钢丝绳的正常外径R与各个钢丝绳外径平均值Rx之差的绝对值△R，并按照绝对值的大小，选出差值最大的四个测量周期作为异常周期，将各个异常周期的中间时刻tx及各个异常周期对应的钢丝绳外径平均值Rx及Rx与R之差的绝对值△R，一同贮存到存贮装置中；
④.控制主机扫描磁探伤传感器检测出的磁感应信号波形图，找出异常的波形图段和波形图段对应的异常时刻ty，记录并予统计异常时刻ty，形成异常时刻ty的数集，y为正整数；
⑤.控制主机将钢丝绳外径异常周期的中间时刻tx数集和ty的数集进行合并，统一为与异常点一一对应异常时刻tz的数集，计算出该异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点到钢丝绳起始端的距离Lz，作为异常点的位置参数，y为正整数；
⑥.控制主机在显示器屏幕上划分出钢丝绳外径参数显示区、波形图显示区和位置参数显示区，分别用于顺序显示与各个异常时刻tz在钢丝绳上对应的异常点的外径数值Rx和△R、在磁感应信号波形图上对应的异常波形图段及该异常点对应的位置参数，
在上述相关步骤中，各组激光发射/接收机构分别测量、分别计算、分别贮存，所得异常点的外径数值Rx和△R一同显示在显示器屏幕上，
所述钢丝绳在线激光测径装置包括M组激光发射/接收机构，各组激光发射/接收机构发射的激光线围绕钢丝绳轴线均匀分布，同一组激光发射/接收机构的各个激光发射点发射的激光线相互平行，其中M为正整数，且2≤M≤6。
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Inventor after: Chen Duanting Inventor after: Gao Zhilan Inventor after: Lin Jian Inventor after: Tu Xingzi Inventor after: Cang Chaowei Inventor after: Li Honghui Inventor after: Wang Yuqiang Inventor after: Chang Zengguang Inventor after: Chen Kang Inventor after: Wu Jianqu Inventor after: Li Ningning Inventor before: Tian Suhai Inventor before: Chen Duanting Inventor before: Wu Jianqu Inventor before: Li Ning Inventor before: Gao Zhilan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170511 Address after: 272300 Shandong city of Jining province Yutai County Road East (Piscis Feng Lu Tang Ma Xiang Nan government) Applicant after: JINING KANGHUA ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY CO., LTD. Applicant after: Pingdingshan Tianan Coal Mining Co., Ltd. Address before: 272300 Shandong city of Jining province Yutai County Road East (Piscis Feng Lu Tang Ma Xiang Nan government) Applicant before: JINING KANGHUA ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY CO., LTD. |
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