CN105217269B - 一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，属于煤矿企业输送胶带在线检测技术领域，其特征在于该方法是一种利用金属薄膜的红外线反射率是黑色胶带的5倍这一物理性质，并结合CCD相机图像检测技术完成对于输送胶带纵向撕裂的检测方法，该方法使用的面阵红外光源发出的红外射线覆盖半条胶带的面积，红外射线在磨砂金属锡薄膜外表面发生漫发射后，一部分反射信号被CCD相机所接受，从而绘制出半条胶带的表面状况图，这样的设计利用少量常见的硬件设备实现对于输送胶带的广范围、高度实时化的纵向撕裂预警，不仅可以将设备的采购与运营成本控制在企业可以接受的范围内，同时，也保证了图像分析系统对胶带外表面状态的误判率能够控制到10%以下。

Description

一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法

技术领域

本发明一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，属于煤矿企业输送胶带在线检测技术领域，具体涉及一种利用金属薄膜的红外线反射率是黑色胶带的5倍以上这一物理性质，并结合CCD相机图像检测技术完成对于输送胶带纵向撕裂的检测方法。

背景技术

纵向撕裂、横向撕断、火灾是带式输送机三大灾害，其中尤以纵向撕裂最为普遍。在煤矿井下，如果胶带纵向撕裂现象不能被及时发现，就有可能造成整条输送胶带报废，甚至有可能因为胶带断裂而造成人员伤亡，不利于安全生产的进行。目前国内外输送胶带纵向撕裂的检测方法有很多，包括钢丝芯胶带的X射线检测方法、线激光辅助的胶带撕裂视觉检测方法、导电体嵌入胶带检测法，托辊受力异常检测法等等。但是这些方法存在着诸如设备成本高、会对人体造成辐射、无法对撕裂进行有效的预防、判断错误率高等问题。

与专利号为2011101827944的一种输送带在线监测预警装置专利相比较，本发明的主要区别特征是对胶带外表面进行改造，使得胶带外表面的红外线反射率提高5倍以上，同时胶带其他的物理性质得到保留。在进行红外探测时选择主动红外探测方式，通过接收金属薄膜反射的红外光源所发出的红外射线，实现对于胶带外表面状态的监测。而2011101827944专利的核心思想则是不对胶带进行改造，采用被动红外探测的方式，当胶带外表面产生撕裂时，撕裂部位的温度会升高，利用红外线本身的热敏感性质可以对撕裂信号进行捕捉和判断。

发明内容

本发明一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，其目的在于解决目前的胶带纵向撕裂检测方法中存在的实时性差、效率低、硬件要求高的问题，从而公开一种利用金属薄膜的红外线反射率是黑色胶带的5倍以上这一物理性质和CCD相机图像检测技术相结合完成对胶带纵向撕裂检测的方法。

本发明一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，其特征在于该方法是一种利用金属薄膜的红外线反射率是黑色胶带的5倍以上这一物理性质和CCD相机图像检测技术相结合完成对胶带纵向撕裂检测的方法，具体的检测步骤为：

1）该方法所采用的装置由面阵红外光源1、红外线滤光膜2、CCD相机3、磨砂金属锡薄膜4、皮带胶5、弹性透明地坪漆6、信号传输系统7、图像分析系统8、防爆安全系统9和警报与胶带控制系统10组成；所述的皮带胶5均匀的覆盖在输送胶带的外表面，所述的磨砂金属锡薄膜4通过皮带胶5均匀的贴满整个输送胶带的外表面，所述的弹性透明地坪漆6均匀地涂布在磨砂金属锡薄膜4的外表面，所述的面阵红外光源1、红外线滤光膜2和CCD相机3均位于防爆安全系统9内部，所述的红外线滤光膜2位于所述的CCD相机3的前上方，所述的面阵红外光源1和CCD相机3位于防爆安全系统9内的同一位置，CCD相机3高出面阵红外光源1约10cm，确保面阵红外光源1与CCD相机3不会遮挡对方的光路，所述的防爆安全系统9安装到离输送胶带30cm距离的正下方，所述的信号传输系统7与防爆安全系统9相连接，所述的图像分析系统8与信号传输系统7相连接，所述的警报与胶带控制系统10与图像分析系统8相连接；

2）所述的输送胶带外表面均匀的粘贴一层磨砂金属锡薄膜4，并在磨砂金属锡薄膜4的外表面均匀的涂布一层弹性透明地坪漆6，磨砂金属锡薄膜4和弹性透明地坪漆6的柔韧度与黑色胶带相匹配，可以随着输送胶带反复的变形、运动而不会破损，所述的磨砂金属锡薄膜4的磨砂表面能够对红外射线进行漫反射，确保面阵红外光源1对磨砂金属锡薄膜4的任意位置发出的红外射线都有20%反射到CCD相机3所在的位置，所述的弹性透明地坪漆6可以对磨砂金属锡薄膜4进行保护，防止输送胶带上的物料对磨砂金属锡薄膜4造成磨损、破坏，所述的弹性透明地坪漆6还具有高透光性，使得红外射线可以无损的穿透弹性透明地坪漆6，所述的红外线滤光膜2与面阵红外光源1相匹配，即只有面阵红外光源1发射出的光线能够通过红外线滤光膜2，使用普通的CCD相机3完成红外线图像的拍摄，所述的面阵红外光源1发射面状红外射线覆盖半条胶带的面积，所述的CCD相机3结合红外线滤光膜2对磨砂金属锡薄膜4反射的红外射线进行接收；

3）所述的面阵红外光源1发射的红外射线覆盖半条胶带，红外射线穿过最外层的弹性透明地坪漆6后，在磨砂金属锡薄膜4的外表面上发生漫反射，漫反射使得被红外射线覆盖的磨砂金属锡薄膜4的外表面的任意一个位置都有红外射线被反射回CCD相机3，CCD相机3捕捉到足够强度的红外射线产生清晰的红外图像，若此时胶带的外表面产生了划伤甚至是撕裂，则磨砂金属锡薄膜4和弹性透明地坪漆6就会发生破损，黑色胶带本体暴露在红外射线中，黑色胶带对于红外线的反射率只有4%，照射在胶带上的这一部分红外线无法反射回CCD相机3，在CCD相机3拍摄到的红外线图像中就会产生一条明显的黑线，高亮背景中的黑线就是胶带划伤甚至是撕裂的最明显的特征，CCD相机3产生的图像通过信号传输系统7传输到图像分析系统8，由图像分析系统8分析判断CCD相机3拍摄的红外图像中是否具有划伤和撕裂特征，一旦图像分析系统8判定特征出现，就会将危险信号传递给警报与胶带控制系统10，再由警报与胶带控制系统10对相关人员发出警报，并且控制输送机进入减速或是停机状态，实现胶带撕裂检测与预警。

本发明一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，其优点在于：1.使用面阵红外光源1、红外线滤光膜2以及CCD相机3完成红外射线的发射与接收，本方法使用的面阵红外光源1所发出的红外射线可以覆盖半条胶带的面积，红外射线在磨砂金属锡薄膜4外表面发生漫发射后，会有20%的红外射线通过漫反射被CCD相机3所接受，从而绘制出半条胶带的表面状况图，这样的设计可以利用一个普通CCD相机3、两到三个面阵红外光源1等少量常见的硬件设备实现对于输送胶带纵向撕裂的实时监测预警。

2.针对胶带本身对于红外线的反射率仅有4%这一物理特性，考虑对胶带进行表面处理,通过在黑色胶带表面粘贴一层磨砂金属锡薄膜4并添加一层弹性透明地坪漆6作为保护材料,使得胶带外表面具有了高达20%的红外反射率、并且任然保留有黑色胶带原有的高柔韧性、高耐磨性，一旦胶带外表面出现了划伤或是撕裂，那么暴露在红外射线下的胶带就会将96%的红外射线吸收掉，但同时没有破损的部分则会将共计约20%的红外射线反射回CCD相机3，那么在CCD相机3拍摄的红外线图像中，胶带的撕裂部位将会呈现为高亮背景下的一条明显的黑线，由于未撕裂区域反射的红外线强度是撕裂区域的5倍，撕裂特征十分明显，因此图像分析系统8对胶带外表面状态的误判率也会下降到10%以下。

附图说明

图1为本发明一种新型输送胶带纵向撕裂检测方法主视示意图。

图2为本发明一种新型输送胶带纵向撕裂检测方法右视示意图。

图3为本发明一种新型输送胶带纵向撕裂检测方法结构框图。

1、面阵红外光源

2、红外线滤光膜

3、CCD相机

4、磨砂金属锡薄膜

5、皮带胶

6、弹性透明地坪漆

7、信号传输系统

8、图像分析系统

9、防爆安全系统

10、警报与胶带控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下详述：

1、上述新型输送胶带纵向撕裂检测方法的工作过程为：黑色胶带外表面涂满皮带胶5，在皮带胶5干燥固化之前将磨砂金属锡薄膜4贴满整个胶带外表面，待磨砂金属锡薄膜4与黑色胶带紧密结合后在磨砂金属锡薄膜4的外表面涂布一层弹性透明地坪漆6，磨砂金属锡薄膜4具有良好的柔韧性和红外线反射性能，弹性透明地坪漆6则具有高透光性强耐磨性，表面改造完成后的胶带不但保持了原有的柔韧性与耐磨性，其外表面对于红外射线的反射率也提高了5倍，这使得利用主动红外探测技术对胶带撕裂进行检测成为了可能，待皮带胶5与弹性透明地坪漆6固化完成后，方可为输送机上电、试车。

2、所述的防爆安全系统9固定在滚筒下方30cm处，防爆安全系统9在滚筒连线的方向上为开放设置，确保红外射线的光路不会被遮挡，所述的面阵红外光源1、红外线滤光膜2以及CCD相机3共同放置在防爆安全系统9内部的同一位置，面阵红外光源1的位置比CCD相机3低10cm，以保证红外射线光路不会被遮挡，面阵红外光源1发出的红外射线可以轻易的穿透弹性透明地坪漆6，从而覆盖整个运输机下方的半条胶带，红外射线接触到磨砂金属锡薄膜4后就会发生漫反射，即被红外射线照射到的每一处磨砂金属锡薄膜4都会向CCD相机3反射约20%的红外射线，则此时CCD相机3就可以拍摄到半条胶带的红外线反射图像，一旦黑色胶带外表面出现撕裂，那么磨砂金属锡薄膜4和弹性透明地坪漆6就会发生破损，黑色胶带就会暴露在红外射线中，照射在黑色胶带上的红外射线几乎会被全部吸收，此时CCD相机3所拍摄到的图像就会显示为高亮背景下的黑线，这条黑线就是胶带撕裂在红外照射下明显的特征，本方法即以此作为胶带撕裂的判别依据，以上描述的方法可以对输送胶带上的卸载点实行重点监测，由煤矿中的实测数据可知，煤矿输送胶带上的划伤和撕裂普遍出现在卸载点附近，因此在上述的具体实施方式中，虽然能够对半条胶带的面积进行检测，但是由于数据采集设备距离卸载点只有30cm，因此CCD相机3在卸载点附近的视角要大于其他区域，对于胶带划伤与撕裂的探测精度也是最高的，基本实现了重点区域重点监控、非重点区域广范围监控的目标。

3、所述的信号传输系统7将CCD相机3捕捉到的数字信号传递给图像识别系统8，利用图像识别系统8自身的判别算法判断胶带表面是否出现撕裂，在发现撕裂的情况下，该系统还可以对撕裂状况进行评估，一旦发现胶带外表面的撕裂状况超过了设定的阈值，图像分析系统8就会通知警报与胶带控制系统10采取相应的动作，通过对相关人员发出警报、对输送机采取减速或是停机等措施完成对于煤矿输送胶带纵向撕裂的预警。

Claims (1)

1.一种基于金属薄膜漫反射的输送胶带纵向撕裂检测方法，其特征在于该方法是一种利用金属薄膜的红外线反射率是黑色胶带的5倍以上这一物理性质和CCD相机图像检测技术相结合完成对胶带纵向撕裂检测的方法，具体的检测步骤为：

1)该方法所采用的装置由面阵红外光源（1）、红外线滤光膜（2）、CCD相机（3）、磨砂金属锡薄膜（4）、皮带胶（5）、弹性透明地坪漆（6）、信号传输系统（7）、图像分析系统（8）、防爆安全系统（9）和警报与胶带控制系统（10）组成；所述的皮带胶（5）均匀的覆盖在输送胶带的外表面，所述的磨砂金属锡薄膜（4）通过皮带胶（5）均匀的贴满整个输送胶带的外表面，所述的弹性透明地坪漆（6）均匀地涂布在磨砂金属锡薄膜（4）的外表面，所述的面阵红外光源（1）、红外线滤光膜（2）和CCD相机（3）均位于防爆安全系统（9）内部，所述的红外线滤光膜（2）位于所述的CCD相机（3）的前上方，所述的面阵红外光源（1）和CCD相机（3）位于防爆安全系统（9）内的同一位置，CCD相机(3)高出面阵红外光源（1）约10cm，确保面阵红外光源（1）与CCD相机（3）不会遮挡对方的光路，所述的防爆安全系统（9）安装到离输送胶带30cm距离的正下方，所述的信号传输系统（7）与防爆安全系统（9）相连接，所述的图像分析系统（8）与信号传输系统（7）相连接，所述的警报与胶带控制系统（10）与图像分析系统（8）相连接；

2)所述的输送胶带外表面均匀的粘贴一层磨砂金属锡薄膜（4），并在磨砂金属锡薄膜（4）的外表面均匀的涂布一层弹性透明地坪漆（6），磨砂金属锡薄膜（4）和弹性透明地坪漆（6）的柔韧度与黑色胶带相匹配，可以随着输送胶带反复的变形、运动而不会破损，所述的磨砂金属锡薄膜（4）的磨砂表面能够对红外射线进行漫反射，确保面阵红外光源（1）对磨砂金属锡薄膜（4）的任意位置发出的红外射线都有20%反射到CCD相机（3）所在的位置，所述的弹性透明地坪漆（6）可以对磨砂金属锡薄膜（4）进行保护，防止输送胶带上的物料对磨砂金属锡薄膜（4）造成磨损、破坏，所述的弹性透明地坪漆（6）还具有高透光性，使得红外射线可以无损的穿透弹性透明地坪漆（6），所述的红外线滤光膜（2）与面阵红外光源（1）相匹配，即只有面阵红外光源（1）发射出的光线能够通过红外线滤光膜（2），使用普通的CCD相机（3）完成红外线图像的拍摄，所述的面阵红外光源（1）发射面状红外射线覆盖半条胶带的面积，所述的CCD相机（3）结合红外线滤光膜（2）对磨砂金属锡薄膜（4）反射的红外射线进行接收；

3)所述的面阵红外光源（1）发射的红外射线覆盖半条胶带，红外射线穿过最外层的弹性透明地坪漆（6）后，在磨砂金属锡薄膜（4）的外表面上发生漫反射，漫反射使得被红外射线覆盖的磨砂金属锡薄膜（4）的外表面的任意一个位置都有红外射线被反射回CCD相机（3），CCD相机（3）捕捉到足够强度的红外射线产生清晰的红外图像，若此时胶带的外表面产生了划伤甚至是撕裂，则磨砂金属薄膜（4）和弹性透明地坪漆（6）就会发生破损，黑色胶带本体暴露在红外射线中，黑色胶带对于红外线的反射率只有4%，照射在胶带上的这一部分红外线无法反射回CCD相机（3），在CCD相机（3）拍摄到的红外线图像中就会产生一条明显的黑线，高亮背景中的黑线就是胶带划伤甚至是撕裂的最明显的特征，CCD相机（3）产生的图像通过信号传输系统（7）传输到图像分析系统（8），由图像分析系统（8）分析判断CCD相机（3）拍摄的红外图像中是否具有划伤和撕裂特征，一旦图像分析系统（8）判定特征出现，就会将危险信号传递给警报与胶带控制系统（10），再由警报与胶带控制系统（10）对相关人员发出警报，并且控制输送机进入减速或是停机状态，实现胶带撕裂检测与预警。