CN105293235A - 矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法，装置包括激光器、摄像头、基座、信号处理器、成像板、图像游标尺，基座固定在基础平台上，在基座上设有激光器、摄像头、信号处理器，激光器正对钢丝绳进行照射，激光器光幕的中轴线与钢丝绳的中轴线相互垂直且相交，在激光器的正对面设有成像板，成像板上面向激光器一面设置有图像游标尺，激光器和摄像头连接到信号处理器上。利用激光器正对钢丝绳进行照射，通过分析激光器照射到钢丝绳后在成像板上的投影图像，来检测钢丝绳的节圆直径变化，综合运用投影成像、错位放大等原理，可以实现对钢丝绳的高精度非接触动态检测，检测精度高，兼具可靠性和便捷性，具有广泛的实用性。

Description

矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法，尤其是一种适用于煤矿的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法。

背景技术

矿用钢丝绳是我国煤矿生产过程中重要的传动和承载构件，广泛应用于多种矿井运输提升设备，如立井提升机。在钢丝绳实际应用中，由于承受载荷，特别是长距离重载拖动过程，其节圆直径会随着载荷的变化而变化。因而,钢丝绳节圆直径可以反映钢丝绳承受的拉力大小,可用于监测钢丝绳的负载变化。同时，钢丝绳节圆直径变化还从侧面反映钢丝绳伸长量的变化，从而为远距离拖动时的钢丝绳张紧和负载准确就位提供依据。因此，钢丝绳节圆直径的检测对于提高煤矿生产的安全性和可靠性具有重要意义。

目前，钢丝绳节圆直径的检测，主要由专用量具测量，如游标卡尺。有学者采用钢丝绳直径变化引起的其他机构的电阻、电感或电容等参数变化来间接检测钢丝绳节圆直径。专利号为CN201110417764.7和CN201120522664.6的钢丝绳张力检测装置，分别利用三棱套筒和椭圆套筒夹持着钢丝绳，通过检测紧压在钢丝绳上的张力感应板的径向收缩和扩张变化，来检测钢丝绳的节圆直径。专利号CN201110376418.9、CN201110376457.9和CN201110376420.6的钢丝绳张力装置，分别利用检测附着在钢丝绳上的滑板与基板间的横向电感变化、两个柱状导磁铁芯间的纵向电感变化和电容极板间的纵向电容变化来检测钢丝绳节圆直径。

基于上述研究现状，针对矿用钢丝绳节圆直径检测主要存在以下问题：第一，采用游标卡尺等量具直接检测，属于静态检测，只适应于静态下的钢丝绳检测；第二，矿用钢丝绳一般是由多个绳股缠绕成的粗直径钢丝绳，其横截面不是标准的圆形，且沿轴向存在绳股间的缝隙，导致采用游标卡尺等量具难以精确获得节圆直径；第三，矿用钢丝绳多用于重载拖动，其钢丝绳沿轴线运动，特别是立井提升机等设备，钢丝绳还需要不断在主导轮上卷绕，采用电阻、电容、电感板等夹持钢丝绳的方式，只能将设备安装在钢丝绳末端，不能对钢丝绳悬挂点或者绕绳处的节圆直径进行检测，对于轴线运动的钢丝绳的在线检测需要采用非接触的方式，而现在缺乏相应的研究。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、兼具可靠性和便捷性的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法。

技术方案：本发明的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，包括激光器、摄像头、基座、信号处理器、成像板、图像游标尺；所述的基座固定在基础平台上，所述的激光器、摄像头、信号处理器设在基座上，激光器位于基座的前部正对钢丝绳，摄像头位于激光器的背部，信号处理器位于基座的底部，激光器和摄像头分别与信号处理器相连接，通过激光器对钢丝绳进行照射，激光器光幕的中轴线AA′与钢丝绳的中轴线O相互垂直且相交；所述的成像板设在在激光器的正对面，激光器的光幕中轴线AA′垂直于成像板，成像板固定在与基座正对面的基础平台上，成像板面向激光器一端面上设有图像游标尺，由信号处理器控制激光器的开闭，摄像头拍摄激光器照射到钢丝绳后在成像板上的投影图像，并传送给信号处理器。

所述的图像游标尺包括主尺和副尺，主副尺均为正方形网格，网格边长为ΔD，副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进Δd，沿纵向递进N个Δd，使ΔD＝Δd×N，ΔD的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Δd取决于钢丝绳节圆直径检测的分辨率需求。

上述装置的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测方法，包括如下步骤：

a、在需检测的钢丝绳一侧安设激光器，另一侧安设成像板，成像板正对激光器，通过激光器对钢丝绳进行照射，激光器光幕的中轴线AA′与钢丝绳的中轴线O相互垂直且相交，激光器光幕中轴线AA′垂直于成像板；

b、通过信号处理器开启激光器和摄像头，激光器产生的光幕照射在成像板上，此时摄像头拍摄激光器照射到钢丝绳在成像板上的投影图像，时实传送给信号处理器；

c、信号处理器基于钢丝绳在成像板上的投影图像，根据图像游标尺的网格边界信息，由下式计算钢丝绳的成像宽度L，

L＝[(B₁-1)×ΔD+B₂×Δd]-(A₁×ΔD+A₂×Δd)

式中：A₁为钢丝绳的投影图像边界L₁距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的不计入，

A₂为钢丝绳的投影图像边界L₁沿副尺(1，2，3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

B₁为钢丝绳的投影图像边界L₂距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的计入；

B₂为钢丝绳的投影图像边界L₂沿副尺(1，2,3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

ΔD为网格边长，Δd为副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进的距离；

d、信号处理器基于钢丝绳成像宽度L，由下式计算出钢丝绳节圆直径D：

$D=\frac{d\×L}{\sqrt{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2+W^2}}$

式中，d为激光器发射点距离钢丝绳中轴线O的距离，W为激光器发射点距离成像板的距离；

e、钢丝绳沿轴线方向传递拉力，摄像头不断拍摄激光器照射到钢丝绳后在成像板上的投影图像，并传送给信号处理器，信号处理器根据步骤c和d，获得钢丝绳节圆直径D，实现对矿用钢丝绳节圆直径的非接触检测。

有益效果：本发明利用激光器正对钢丝绳进行照射，通过分析激光器照射到钢丝绳后在成像板上的投影图像，来检测钢丝绳的节圆直径变化，可以实现对钢丝绳的高精度非接触动态检测。利用激光亮度高、方向性好、单色性好等优点，通过远距离投影成像可以放大钢丝绳节圆直径变化，并提高了钢丝绳在图像中的区分度；采用投影图像边界线的方式判断节圆直径，有利于避免绳股间隙对节圆直径检测的干扰；通过图像游标尺的方式，利用错位放大原理，可以显著提高摄像头所拍摄的投影图像的最低分辨率，从ΔD扩大到Δd，ΔD的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Δd取决于钢丝绳节圆直径检测的分辨率需求，从而提高节圆直径的检测精度，结构简单，兼具可靠性和便捷性，在本技术领域内具有广泛的实用性，经济效益明显。

附图说明

图1是本发明的检测装置结构示意图。

图2是本发明的钢丝绳投影图像阴影宽度检测原理图。

图3是矿用钢丝绳节圆直径示意图。

图中：1-基础平台，2-成像板，3-钢丝绳，4-激光器，5-摄像头，6-信号处理器，7-基座，8-图像游标尺。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，主要由激光器4、摄像头5、基座7、信号处理器6、成像板2、图像游标尺8；所述的基座7固定在基础平台1上，所述的激光器4、摄像头5、信号处理器6设在基座7底部，激光器4位于基座7的前部正对钢丝绳3，对钢丝绳3进行照射，摄像头5位于激光器4的背部，信号处理器6位于基座7的底部，激光器4和摄像头5分别与信号处理器6相连接，通过激光器4对钢丝绳3进行照射，激光器4光幕的中轴线AA′与钢丝绳3的中轴线O相互垂直且相交；所述的成像板2设在在激光器4的正对面，激光器4的光幕中轴线AA′垂直于成像板2，成像板2固定在与基座7正对面的基础平台1上，成像板2面向激光器4一端面上设有图像游标尺8，激光器4和摄像头5连接到信号处理器6，信号处理器6控制激光器4的开闭，摄像头5拍摄激光器4照射到钢丝绳3后在成像板2上的投影图像，并传送给信号处理器6。

所述的图像游标尺8包括主尺和副尺，主副尺均为正方形网格，网格边长为ΔD，副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进距离Δd，即副尺中的分尺较主尺向右偏移的距离，沿纵向递进N个Δd，使ΔD＝Δd×N，ΔD的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Δd取决于钢丝绳3节圆直径检测的分辨率需求。

本发明的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测方法，具体步骤如下：

a、首先，在基础平台1上安装基座7，在需检测的钢丝绳3一侧的基座7前部安装激光器4，另一侧基础平台1上安装成像板2，成像板2正对激光器4，摄像头5安装在激光器4背部，信号处理器6安装在基座7底部，通过激光器4正对钢丝绳3进行照射，激光器4光幕的中轴线AA′与钢丝绳3的中轴线O相互垂直且相交，激光器4光幕中轴线AA′垂直于成像板2，成像板2固定在基础平台1上，成像板2上面向激光器4一面安装图像游标尺8,激光器4和摄像头5连接到信号处理器6；

b、通过信号处理器6开启激光器4和摄像头5，激光器4产生的光幕照射在成像板2上，此时摄像头5拍摄激光器4照射到钢丝绳3在成像板2上的投影图像，时实传送给信号处理器6；

c、信号处理器6基于钢丝绳3在成像板2上的投影图像，根据图像游标尺8的网格边界信息，由下式计算钢丝绳3的成像宽度L，

L＝[(B₁-1)×ΔD+B₂×Δd]-(A₁×ΔD+A₂×Δd)

式中：A₁为钢丝绳3的投影图像边界L₁距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的不计入，

A₂为钢丝绳3的投影图像边界L₁沿副尺(1，2，3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

B₁为钢丝绳3的投影图像边界L₂距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的计入；

B₂为钢丝绳3的投影图像边界L₂沿副尺(1，2,3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

ΔD为网格边长，Δd为副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进的距离；

d、信号处理器6基于钢丝绳3成像宽度L，由下式计算出钢丝绳3的节圆直径D：

$D=\frac{d\×L}{\sqrt{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2+W^2}}$

式中，d为激光器4发射点距离钢丝绳3中轴线O的距离，W为激光器4发射点距离成像板2的距离；

e、最后，当钢丝绳3沿轴线方向静止或者运动传递拉力进，摄像头5不断拍摄激光器4照射到钢丝绳3后在成像板2上的投影图像，并传送给信号处理器6，信号处理器6根据步骤c和d，获得钢丝绳3静止或者运动时的节圆直径D，最终实现对矿用钢丝绳节圆直径的非接触检测。

Claims (3)

1.一种矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，其特征在于：它包括激光器(4)、摄像头(5)、基座(7)、信号处理器(6)、成像板(2)、图像游标尺(8)；所述的基座(7)固定在基础平台(1)上，所述的激光器(4)、摄像头(5)、信号处理器(6)设在基座(7)上，激光器(4)位于基座(7)的前部正对钢丝绳(3)，摄像头(5)位于激光器(4)的背部，信号处理器(6)位于基座(7)的底部，激光器(4)和摄像头(5)分别与信号处理器(6)相连接，通过激光器(4)对钢丝绳(3)进行照射，激光器(4)光幕的中轴线AA′与钢丝绳(3)的中轴线O相互垂直且相交；所述的成像板(2)设在在激光器(4)的正对面，激光器(4)的光幕中轴线AA′垂直于成像板(2)，成像板(2)固定在与基座(7)正对面的基础平台(1)上，成像板(2)面向激光器(4)一端面上设有图像游标尺(8)，由信号处理器(6)控制激光器(4)的开闭，摄像头(5)拍摄激光器(4)照射到钢丝绳(3)后在成像板(2)上的投影图像，并传送给信号处理器(6)。

2.根据权利要求1所述的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，其特征在于：所述的图像游标尺(8)包括主尺和副尺，主副尺均为正方形网格，网格边长为ΔD，副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进Δd，沿纵向递进N个Δd，使ΔD＝Δd×N，ΔD的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Δd取决于钢丝绳(3)节圆直径检测的分辨率需求。

3.一种根据权利要求1所述装置的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在需检测的钢丝绳(3)一侧安设激光器(4)，另一侧安设成像板(2)，成像板(2)正对激光器(4)，通过激光器(4)对钢丝绳(3)进行照射，激光器(4)光幕的中轴线AA′与钢丝绳(3)的中轴线O相互垂直且相交，激光器(4)光幕中轴线AA′垂直于成像板(2)；

b、通过信号处理器(6)开启激光器(4)和摄像头(5)，激光器(4)产生的光幕照射在成像板(2)上，此时摄像头(5)拍摄激光器(4)照射到钢丝绳(3)在成像板(2)上的投影图像，时实传送给信号处理器(6)；

c、信号处理器(6)基于钢丝绳(3)在成像板(2)上的投影图像信息，根据图像游标尺(8)的网格边界，由下式计算钢丝绳(3)的成像宽度L，

L＝[(B₁-1)×ΔD+B₂×Δd]-(A₁×ΔD+A₂×Δd)

式中：A₁为钢丝绳(3)的投影图像边界L₁距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的不计入；

A₂为钢丝绳(3)的投影图像边界L₁沿副尺(1，2，3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

B₁为钢丝绳(3)的投影图像边界L₂距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的计入；

B₂为钢丝绳(3)的投影图像边界L₂沿副尺(1，2,3…N)第一次与完整网格边缘重合或者最接近的副尺序号；

ΔD为网格边长，Δd为副尺以主尺左边界为基础沿横向依次向右递进的距离；

d、信号处理器(6)基于钢丝绳(3)成像宽度L，由下式计算出钢丝绳(3)节圆直径D：

$D=\frac{d\×L}{\sqrt{{\left(\frac{L}{2}\right)}^2+W^2}}$

式中，d为激光器(4)发射点距离钢丝绳(3)中轴线O的距离，W为激光器(4)发射点距离成像板(2)的距离；

e、钢丝绳(3)沿轴线方向传递拉力，摄像头(5)不断拍摄激光器(4)照射到钢丝绳(3)后在成像板(2)上的投影图像，并传送给信号处理器(6)，信号处理器(6)根据步骤c和d，获得钢丝绳(3)节圆直径D，实现对矿用钢丝绳节圆直径的非接触检测。