CN104792796A - 基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统 - Google Patents

Abstract

基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统属于煤矿设备在线测试技术领域。其特征是在于是一种采用工业CCD传感器配合激光线光源对矿用胶带图像的特征信息进行采集，通过非接触速度传感器定位，通过线激光源将黑暗中的微小特征数据通过亮度明暗对比的效果进行放大，再利用对矿用胶带上的异常点的特征信息进行有效、准确、快速地捕捉和分析，从而实现对矿用胶带纵向撕裂、划伤、磨损、跑偏等的在线监测系统。

Description

基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统

技术领域

本发明基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统属于煤矿设备在线测试技术领域。涉及基于CCD工业相机、光源、声光报警装置等组成的在线测试系统机器测试方法的技术方案。

背景技术

矿用胶带运输系统是煤炭生产的命脉，是煤矿生产必要的、价格昂贵的大型系统。矿用胶带的运输能力强、运载功率高，是运输大量材料最经济的手段。由于长期高负荷运转和一些意外原因，矿用胶带纵向撕裂，运行跑偏等事故时有发生，造成煤炭洒落堵塞通道、运输胶带报废、大架受损，甚至设备报废、人员伤亡的严重后果。在胶带运行的恶劣环境中对矿用胶带的工况进行在线监测并预警是世界范围内亟待解决的技术难题。对于胶带的工况检测有很多种方法，但是都有自己的缺点，比如现有专利ZL 94221344.0、ZL 01225979.9使用在矿用胶带下方检测落料，通过落到胶带下方的力学传感器的检测方法进行检测，这种方式只有胶带完全撕裂，有物料掉落达到一定量的情况下才能被检测到，有灵敏度不高和实时性差的缺点；现有专利ZL 93232527.0，ZL 00243858.5使用电磁传感，同时需要事先在胶带中预埋线圈，通过在胶带经过的地方部署感应装置，通过对线圈进行电磁感应，以判断线圈是否被划断，从而判断胶带是否被撕裂，这种方法只有胶带完全撕裂才能被检测到，有灵敏度不高的缺点，而且预埋线圈对胶带本身的强度也有影响；现有专利ZL 201020575370.5、ZL2011100870383使用X射线进行检测，会对人体造成损伤。对比国内外矿用胶带工况检测技术及手段，使用工业CCD传感器具有观测直观，灵敏度高，非接触无损检测、对人体无害以及可长时间稳定运行的特点。

发明内容

本发明基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统的目的是：为了解决现有胶带纵向撕裂，跑偏，划伤等异常情况检测技术中的实时性差、灵敏度低，无法实现在线监测等缺点，从而提供一种基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统的技术方案。

本发明基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征是在于是一种采用工业CCD传感器配合激光线光源对矿用胶带图像的特征信息进行采集，通过非接触速度传感器定位，通过线激光源将黑暗中的微小特征数据通过亮度明暗对比的效果进行放大，再利用对矿用胶带上的异常点的特征信息进行有效、准确、快速地捕捉和分析，从而实现对矿用胶带纵向撕裂、划伤、磨损和跑偏进行在线监测的系统，该系统由工业CCD传感器1、激光线光源2、除尘装置3、光纤转换器4、光纤5、上位机6、视频采集卡7、监控软件8、数据库9、声光报警装置10和支架11组成，除尘装置3包含钢化玻璃滚筒和雨刷，所述的工业CCD传感器1、激光线光源2安装在钢化玻璃滚筒内，包含工业CCD传感器1、激光线光源2的除尘装置3通过支架11安装在矿用胶带下的大架上，所述的支架11为宽度可调式，宽度最大180cm的伸缩杆，以适应多种情况、多种宽度，用40cm螺杆将支架11安装在平面位于距离矿用胶带下表面大约50cm处的矿用胶带大架上。

如上所述的基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征在于所述的工业CCD传感器1采用Sony生产的XCD-MV6型工业CCD传感器，尺寸29x29x19mm，根据矿用胶带的宽度1.2m，选取2个工业CCD传感器1，通过光纤与上位机6相连，激光线光源2垂直胶带运行方向打到胶带下表面，使用工业CCD传感器1对激光带进行图像采集。

如上所述的基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征在于所述的上位机6位于控制室，包含监测软件8和数据库9，通过光纤转化器4经光纤5与全部工业CCD传感器1连接，利用图像采集卡7采集图像数据，上位机6使用监测软件8对图像进行实时处理，并将故障部位的图像实时保存到数据库9中，根据图像中激光带的平滑或弯折程度，智能判断胶带的工作状态(正常，撕裂，划伤，磨损，跑偏等)，并根据情况的严重程度，通过位于控制室的声光报警装置10发出警报，上位机6通过机器学习技术，根据保存在数据库9的图像中激光带的特征信息提高对胶带工况识别的准确性。

其系统主要技术指标

电源：井上:～220V 10％50HZ

井下:～127V 10％50HZ

信号传输距离：工业CCD传感器输出信号光纤传输：1Km

工作温度：-20℃-60℃

检测准确率：98％

图像检测分辨率：≤1.6mm；实时显示；声光报警；

成像帧频：30帧/s

输送带宽度：0.6-2.2m

检测输送带运行速度：≤6m/s

防爆标准：GB3836.2-2000GB3836.4-2000

如上所述的基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征在于使用步骤：

接通工业CCD传感器1与激光线光源2的电源以及除尘装置3的电源；

开启上位机6进入在线监测系统软件8登录界面；

在线检测系统软件8分为四个模块：主界面，历史图像模块，报表分析模块和系统设置模块，进入系统设置模块对胶带运行速度和检测阈值以及自动除尘设定进行设置；进入软件主界面，点击开始采集按钮，检查监控画面是否清晰，是否有煤粉遮挡，若有，点击除尘按钮，启动除尘装置，其雨刷对钢化玻璃滚筒进行清洁；若画面清晰，则点击开始检测按钮开始使用工业CCD传感器1对激光线光源2打在胶带下表面的激光带进行图像采集，通过在线监测软件8内部的算法对激光带的平滑或弯折程度进行实时分析，线光源激光在矿用胶带下表面投射出一道细的亮线，当矿用胶带完整，经过监控区域的时候，监测到的图像中呈现的亮线光滑均匀，基本呈一道直线，当矿用胶带有撕裂，由于光源有一定的投射角度，在矿用胶带上所呈现的亮线会有明显的缺口、间断，根据激光带的平滑或弯折程度的不同，从而判定胶带的判断胶带的工作状态(正常，撕裂，划伤，磨损，跑偏等)；当系统检测到撕裂等故障时，系统将故障位置的图像及发生故障的时间保存到数据库9中，同时通过安装在控制室的声光报警装置10发出报警信息；进入报表分析模块，可以查看由系统自动生成的故障报表，包括故障类型，包括撕裂，划伤，磨损，跑偏等，时间，损伤长度，距离胶带左边缘的长度，距离胶带右边缘的长度，距离硫化头的距离，撕裂深度等信息。

本发明基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，采用以上技术方案，故具有以下优点：观测直观，现有的矿用胶带工况检测手段，不论是力学传感器、超声波检测、预埋线圈和X光检测手段，都不具备观测能力，使检测系统和工作人员都处于一种盲目的状态，不利于事故检测和准确判断，本系统采用红外与可见光成像，在显示器上直观表现传感器检测到的画面实时预警，便于工作人员人为监视管理。灵敏度高，如力学传感器的感知范围，若受力较小不能区分是胶带发生撕裂还是运行过程中的正常受力，所以需要在传感器受到的压力大到一定级别才能被检测到，这样自然导致一部分的胶带受损情况被忽略，一旦没有及时发现，将直接导致事故扩大，本系统的视觉传感器采用类似人眼的视觉识别技术，配合线光源加强特征效果，使系统对矿用胶带轻微受损也能准确识别，避免事故扩大。采用非接触监测，预埋线圈等的纵向撕裂检测手段需要在矿用胶带中预埋敏感器件，使有埋线圈部分，胶带强度降低，造成事故隐患。本系统采用非接触式传感技术，完全避免与矿用胶带的直接接触，不影响胶带本身强度。可长时间可靠运行，电磁传感等在矿用胶带中预埋传感器的手段属于一次性检测，当撕裂发生，撕裂部位的传感器随机被破坏，无法继续检测，需再次投入新传感器，本系统的检测方法属于观测手段，胶带的撕裂不会对传感器等造成损伤，可以长期、不间断使用，无需重新装配。本发明相较于ZL 201110182794.4使用了普通的工业CCD传感器，以及激光线光源，将矿用胶带的运行状态反映在投射在矿用胶带下表面的激光带的形态上，不仅仅限于对矿用胶带纵向撕裂的检测，增加了能够检测的矿用胶带工况种类，包括矿用胶带的跑偏，划伤以及对修补位置的检测，同时也有效地降低了成本。本发明相较于ZL 201210438872.7使用实时拍摄图像与正常状态的图像进行比对的方法不同，本发明通过对上述激光带的形态进行判断，使用机器学习技术，根据保存到数据库的激光带特征信息提高对胶带工况识别的准确性。

附图说明

图1为本发明系统结构图

图2为本发明中工业CCD传感器，激光线光源和除尘装置的装置示意图

图3为本发明中基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统流程图

图4为本发明中基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统软件系统图

1.工业CCD传感器            2.激光线光源

3.除尘装置                 4.光纤转换器

5.光纤                     6.上位机

7.视频采集卡   8.基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统软件

9.数据库                   10.声光报警装置

11.支架                    12.托辊架

13.激光带                  14.监测区域

15.矿用胶带

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下详述：

实施方式1

如图1所示，基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统主要由工业CCD传感器1、激光线光源2、除尘装置3、光纤转换器4、光纤5、上位机6、视频采集卡7、监控软件8、数据库9、声光报警装置10和支架11组成，除尘装置3包含钢化玻璃滚筒和雨刷，工业CCD传感器1、激光线光源2安装在钢化玻璃滚筒内，根据1.2米的胶带宽度，选择使用两个工业CCD传感器并排安装在钢化玻璃滚筒内，包含工业CCD传感器1、激光线光源2的除尘装置3通过支架11安装在矿用胶带下的大架上，支架11为宽度可调式，宽度最大180cm的伸缩杆，用40cm螺杆将将含工业CCD传感器1、激光线光源2的除尘装置3通过支架11安装在平面位于距离矿用胶带下表面为50cm处的矿用胶带大架上，距离煤仓落料口水平方向约1m处，工业CCD传感器2通过光纤转换器4经光纤5与上位机6相连，除尘装置3(包含工业CCD传感器1、激光线光源2)连接电源和上位机6，除尘装置3的外壳为符合防爆标准GB3836.2-2000、GB3836.4-2000的铁制外壳，内部包含一个电机，一个钢化玻璃滚筒将工业CCD传感器1及激光线光源2包含在内，与滚筒平行装配一个雨刷，当系统开启，雨刷与滚筒同时转动，方向相反，以此将落在滚筒上的杂质直接刮掉，激光线光源2垂直胶带运行方向打到胶带下表面，使用工业CCD传感器1对激光带进行图像采集。上位机6安装于控制室，安装有监测软件8和数据库9，通过光纤转换器4经光纤5与全部工业CCD传感器1连接，利用图像采集卡7采集图像数据，上位机6使用监测软件8对图像进行实时处理，并将图像特征实时保存到数据库9中，根据图像中激光带的平滑或弯折程度，智能判断胶带的工作状态(正常，撕裂，划伤，磨损，跑偏等)，并根据情况的严重程度，通过位于控制室的声光报警装置10发出警报，上位机6通过机器学习技术，根据保存在数据库9的图像中激光带的特征信息提高对胶带工况识别的准确性。

其系统主要技术指标

电源：井上:～220V 10％50HZ

井下:～127V 10％50HZ

信号传输距离：工业CCD传感器输出信号光纤传输：1Km

工作温度：-20℃-60℃

检测准确率：98％

图像检测分辨率：≤1.6mm；实时显示；声光报警；

成像帧频：30帧/s

输送带宽度：0.6-2.2m

检测输送带运行速度：≤6m/s

防爆标准：GB3836.2-2000  GB3836.4-2000

如图3所示，基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，具体包括以下步骤：

接通工业CCD传感器1与激光线光源2的电源以及除尘装置3的电源；

开启上位机6进入在线监测系统软件8的登录界面；

在线检测系统软件8分为四个模块：主界面，历史图像模块，报表分析模块和系统设置模块，进入系统设置模块对胶带运行速度和检测阈值以及自动除尘设定进行设置，检测阈值用来设置系统对于划伤检测的灵敏度，自动除尘可以设置不间断除尘和定时除尘；进入软件主界面，点击开始采集按钮，检查监控画面是否清晰，是否有煤粉遮挡，若有，点击除尘按钮，启动除尘装置，其雨刷对钢化玻璃滚筒进行清洁；若画面清晰，则点击开始检测按钮开始使用工业CCD传感器1对激光线光源2打在胶带下表面的激光带进行图像采集，通过在线监测软件8内部的算法对激光带的平滑或弯折程度进行实时分析，从而判定胶带的判断胶带的工作状态(正常，撕裂，划伤，磨损，跑偏等)；当系统检测到撕裂等故障时，系统将故障位置的图像及发生故障的时间保存到数据库9中，同时通过安装在控制室的声光报警装置10发出报警信息，为了避免历史数据过多，可以根据实际需要自动删除几个月前或者检修后的图像以节省硬盘空间；进入报表分析模块，可以查看由系统自动生成的故障报表，包括故障类型，包括撕裂，划伤，磨损，跑偏等，时间，损伤长度，距离胶带左边缘的长度，距离胶带右边缘的长度，距离硫化头的距离，撕裂深度等信息；系统根据数据库9中保存的信息，使用算法智能优化，提高系统的准确率。如图4所示，基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统软件从工业CCD传感器1获取到采集的图像，然后对之进行灰阶化处理，然后再进行二值化处理，突出图像的特征，然后进行边缘检测，若发现图像中的激光带存在中断，则说明胶带在对应位置存在撕裂现象，此时开始计时，计算撕裂的长度和位置，将之与相关图像存入数据库9并且在控制室使用声光报警装置10进行报警；若发现图像中的激光带存在异常凸起，则说明胶带在对应位置存在划伤现象，此时根据凸起的高度计算划伤的深度，并将之与相关图像存入数据库；若发现图像中的激光带弧度出现较大变化，则说明胶带存在跑偏现象，计算位置后将之与相关图像存入数据库9和在控制室使用声光报警装置10进行报警；若发现图像中的激光带存在明显的粗细变化，则说明此处存在修补痕迹，然后将所在位置与相关图像存入数据库9；数据库9中的信息将用于生成报表，用来指导工人对胶带进行检修和维护。

实施方式2

用40cm螺杆将将含工业CCD传感器1、激光线光源2的除尘装置3通过支架11安装在平面位于距离矿用胶带下表面为45cm处的矿用胶带大架上。其它同实施方式1。

实施方式3

用40cm螺杆将将含工业CCD传感器1、激光线光源2的除尘装置3通过支架11安装在平面位于距离矿用胶带下表面为55cm处的矿用胶带大架上。其它同实施方式1。

Claims (3)

1.基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征是在于是一种采用工业CCD传感器配合激光线光源对矿用胶带图像的特征信息进行采集，通过非接触速度传感器定位，通过线激光源将黑暗中的微小特征数据通过亮度明暗对比的效果进行放大，再利用对矿用胶带上的异常点的特征信息进行有效、准确、快速地捕捉和分析，从而实现对矿用胶带纵向撕裂、划伤、磨损和跑偏进行在线监测的系统，该系统由工业CCD传感器(1)、激光线光源(2)、除尘装置(3)、光纤转换器(4)、光纤(5)、上位机(6)、视频采集卡(7)、监控软件(8)、声光报警装置(10)和支架(11)组成，除尘装置(3)包含钢化玻璃滚筒和雨刷，所述的工业CCD传感器(1)、激光线光源(2)安装在钢化玻璃滚筒内，包含工业CCD传感器(1)、激光线光源(2)的除尘装置(3)通过支架(11)安装在矿用胶带下的大架上，所述的支架(11)为宽度可调式，宽度最大180cm的伸缩杆，以适应多种情况和多种宽度，用40cm螺杆将支架(11)安装在平面位于距离矿用胶带下表面45cm-55cm处的矿用胶带大架上。

2.按照权利要求1所述的基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征在于所述的工业CCD传感器(1)采用Sony生产的XCD-MV6型工业CCD传感器，尺寸29x 29x 19mm，根据矿用胶带的宽度1.2m，选取2个工业CCD传感器(1)，通过光纤与上位机(6)相连，激光线光源(2)垂直胶带运行方向打到胶带下表面，使用工业CCD传感器(1)对激光带进行图像采集。

3.按照权利要求1所述的基于机器视觉的矿用胶带运行工况在线监测系统，其特征在于所述的上位机(6)位于控制室，包含监测软件(8)和数据库(9)，通过光纤转化器(4)经光纤(5)与全部工业CCD传感器(1)连接，利用图像采集卡(7)采集图像数据，上位机(6)使用监测软件(8)对图像进行实时处理，并将故障部位的图像实时保存到数据库(9)中，根据图像中激光带的平滑或弯折程度，智能判断胶带的工作状态，包括正常状态，撕裂、划伤、磨损和跑偏，并 根据情况的严重程度，通过位于控制室的声光报警装置(10)发出警报，上位机(6)通过机器学习技术，根据保存在数据库(9)的图像中激光带的特征信息提高对胶带工况识别的准确性，

其系统主要技术指标

电源：井上:～220V 10％50HZ

      井下:～127V 10％50HZ

信号传输距离：工业CCD传感器输出信号光纤传输：1Km

工作温度：-20℃-60℃

检测准确率：98％

图像检测分辨率：≤1.6mm；实时显示；声光报警；

成像帧频：30帧/s

输送带宽度：0.6-2.2m

检测输送带运行速度：≤6m/s

防爆标准：GB3836.2-2000 GB3836.4-2000。