CN105841614A - 一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法，属于煤矿设备自动化在线检测技术领域，其特征在于是一种通过一个线光源和一个CCD相机获得的参照物的轮廓图，将相机采集到的数据传输到上位机，经过图像分析确定通过检测面的物料横截面积，对时间积分得到输送带输送物料在测量时间内的输送量的扫描测距检测方法。本发明的方法与我国现阶段煤炭行业的其他测量方式相比，具有成本相对更低的优点，结构简单，使用线光源在输送带煤面上形成检测位置的轮廓，在光线较弱和灰尘较多的复杂的工作环境下，抗干扰能力强，测量精度高，能够更加精确地测量输送带输送物料的流量。
Description
技术领域
本发明是一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法，属于煤矿设备自动化在线检测技术领域，具体涉及一种通过一个线光源和一个CCD相机获得的参照物的轮廓图，将相机采集到的数据传输到上位机，经过图像分析确定通过检测面的物料横截面积，对时间积分得到输送带输送物料在测量时间内的输送量。在较复杂的工作环境下，能够更加精确地测量输送带输送物料流量的方法。
背景技术
带式输送机是目前煤矿生产中的主要运输设备，从采面到煤仓，它在其中承担着输送物料的重要任务。近年来，许多矿井都面临着采掘失衡的困难，并且由于采煤量在测量过程中的不准确，导致财产资源的开采计划难以合理安排实施，矿产企业的经济效益受损，工人的工资水平也会因此受到一定的影响。随着煤炭生产工业的智能化、合理化，为了更加合理地控制采煤量，维护企业和工人的利益，优化运输系统，准确掌握每条带式输送机输送物料的运输量是十分必要的。
现阶段已有的输送带输送物料测算装置有电子皮带秤，核子秤等。电子皮带秤的计算方法是将皮带运载物料的单位长度上的重量q与运送物料的速度v相连，对时间积分，得到物料的输送重量。核子秤是根据被测物对γ射线的吸收原理设计，当γ射线通过一定厚度的物料时会发生衰减，根据射线衰减的强弱来判断输送量。但由于矿区的带式输送机运行条件恶劣，实时输送量大，以上两种方式无法准确地检测出输送机的输送煤量，难以推广应用。因此，急需对测量带式输送机输送煤量的技术做进一步的研究。
发明内容
本发明一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法，目的在于：公开一种在瞬时通过检测面的煤量不确定的条件下，对CCD相机采集到图像中的信息进行特征提取、数值计算分析、拟合生成二维的通过检测面的物料横截面轮廓图像、依系统输入时间参数对通过检测面的图形进行积分，计算最终确定采煤量大小的检测方法的技术方案。从而解决输送带输送煤量测量受到环境因素的制约大，测量精度低的问题。
本发明一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法，其特征在于是一种在瞬时通过检测面的煤量不确定的条件下，使用线光源照射在检测位置，CCD相机准确采集通过检测位置时物料的上表面轮廓曲线，根据已知的相机安装高度、相机与检测面上端支架的距离、相机与输送带运行方向的夹角、检测位置的输送带边缘与相机的距离和角度，对采集到的图像进行分析计算，确定通过检测位置输送物料的横截面积，最终确定采煤量大小的检测方法，该检测方法所采用的装置包括CCD相机1、检测面支架2、线光源3、速度传感器4、TCF-142RS485/光纤模块5、TCF-142光纤/RS232模块6、VS-IE2001394信号/光纤转换器7、VS-IE200光纤/1394信号转换器8、MV-1394图像采集卡9、上位机10和RS-232接口11，该检测装置主要技术指标为：
电源：～220V±10％ 50HZ
信号传输距离：CCD智能相机输出信号光纤传输：1Km
工作温度：-20℃-60℃
检测体积与实际体积的符合度：98％
图像检测分辨率：≤1.6mm
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,
该检测装置的检测方法具体步骤如下：
1)确定检测面以及CCD相机的安装位置，检测面支架的安装位置选取在井下输送带任意托辊处，安装时使检测面与输送带运行方向垂直，将CCD相机与检测面上端支架中点相隔一段距离安装固定，安装时将相机与输送带运行方向呈一定角度，确保CCD相机采集到图像分析所需要的完整图像；
2)使用线光源形成检测位置下的物体的轮廓曲线，放置线光源在检测面的上端支架中点，将光垂直于运行方向照射在通过检测面的输送带上，形成一条正在通过检测位置物体的轮廓曲线；
3)图像采集，安装速度传感器，检测输送带运行速度，将速度信号光纤传输到上位机，在相机的拍摄频率下，通过CCD相机采集通过检测面的物体轮廓曲线图像；
4)数据通讯，经VS-IE2001394信号转光纤模块将相机采集到的数字信号转换成光信号通过光纤通讯将CCD相机采集到的检测位置物体的轮廓图像传输到VS-IE200光纤转1394信号模块，再将再将1394信号通过MV-1394图像采集卡传送到上位机；
5)采集空载图像，预采集线光源在带式输送机空载时输送带通过检测位置形成的轮廓曲线，将图像数据通过光纤传输到上位机进行图像处理；
6)图像分析，对接收到的检测面图像进行特征提取，提取线光源照射在检测位置形成的光曲线，由于通过检测面时输送带边缘位置与CCD相机的安装位置相对固定，这一恒定的相对位置在CCD相机所采集到的图像中表现为，曲线上对应输送带边缘的点始终是固定不变的，通过CCD相机采集到曲线上的各点与输送带边缘点的相对位置，根据已知的检测位置输送带边缘与相机的角度和距离以及相机与输送带运行方向的夹角，则可以计算出检测位置下线光源照射形成曲线的位置深度。将预采集的带式输送机空载时检测位置形成的光曲线与输送物料的轮廓曲线拟合，形成的封闭图形为检测位置下输送机输送物料的横截面；
7)计算采煤量，根据速度传感器采集的速度数据，对检测面位置的物料横截面积进行积分，得到的结果就是带式输送机的运输量。
本发明一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法的优点在于：本发明使用一个CCD相机拍摄由线光源在检测位置照射形成的输送物料轮廓图像，经过处理分析相机采集到的图像得到瞬时通过检测面煤量的横截面积。与我国现阶段煤炭行业的其他测量方式相比，具有成本相对更低的优点；结构简单；本发明使用线光源在输送带煤面上形成检测位置的轮廓，在光线较弱和灰尘较多的工作环境下，抗干扰能力强；测量精度高。
附图说明
通过下述结合附图的详细描述，本发明的目的、其他特征以及优点将更加清晰。其中：
图1是示出本发明实施方式具有一个线光源、检测面支架和一个CCD智能相机测距装置的安装示意图。
图2是示出本发明的装置结构框图。
图3是示出CCD智能相机与检测物料深度的几何关系，是利用根据本发明具有智能相机的测距设备提取准确的物料深度位置信息的计算依据。
图4是示出本发明中采集到的图像特征提取方案。
图5是在图像分析中，对图像信息进行特征提取后，对线光源照射在检测位置形成的预采集的输送带空载时检测位置的轮廓曲线与CCD智能相机实时采集到的输送带输送物料轮廓曲线进行拟合，从而得出输送物料在检测位置的横截面积。示意图中标号说明：
1、CCD智能相机 2、检测面支架 3、线光源 4、速度传感器 5、TCF-142RS485/光纤模块 6、TCF-142光纤/RS232模块 7、VS-IE2001394信号/光纤转换器 8、VS-IE200光纤/1394信号转换器 9、MV-1394图像采集卡 10、上位机 11、RS-232接口
具体实施方式
下面将更加详细的描述本发明的实施方式，其示例在附图中图示。
实施方式1
图1是示出根据发明实施方式具有一个检测面，一个线光源和一个CCD智能相机的测距装置的构造示意图。带式输送机输送带宽度在2m时，输送带运行速度为5m/s时，其主要技术指标为：
电源：～220V 10％50HZ
信号传输距离：红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km
工作温度：30℃
检测体积与实际体积的符合度：98％
图像检测分辨率：1.5mm
成像帧频：30帧/s
输送带宽度：2m
检测输送带运行速度：5m/s。
上述一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法的工作过程为：将线光源安装在检测面上端支架中心且垂直于输送带运行方向照射在检测位置上，形成一条表示通过检测位置的物体轮廓曲线。将智能相机与检测面上端支架中心位置相隔一定距离安装固定，在确保CCD智能相机可以采集完整的光曲线，拍摄角度为α。该检测方法可以在环境恶劣，瞬时输送物料流量不稳定的情况下，实时检测带式输送机输送煤量。从CCD智能相机拍摄的煤堆图像中，进行深度图像匹配，即可确定带式输送机输送物料在检测位置的实际轮廓曲线以及煤堆的横截面积，方便图像轮廓的采样，且不存在盲点，提高了观测的准确性。图像采集后经VS-IE2001394信号转光纤模块将相机采集到的数字信号转换成光信号通过光纤通讯将CCD相机采集到的检测位置物体的轮廓图像传输到VS-IE200光纤转1394信号模块，再将再将1394信号通过MV-1394图像采集卡传送到上位机，用MATLAB软件对采集到的图像进行特征提取。
图3是示出CCD智能相机与检测物料深度的几何关系示意图，利用根据本发明具有智能相机的测距设备提取物料表面轮廓准确的位置信息。参照图3中CCD智能相机与检测位置煤堆深度的几何关系，以其中检测位置物料表面轮廓的中心点为例进行说明，以该点在图像中与空载时输送带轮廓中心点的相对位置和已知的输送带在空载时输送带中心与相机夹角，可以推算出该点的真实深度。以输送带最低点为坐标原点建立二维坐标系，CCD相机的安装高度为H，CCD智能相机到检测面侧边支架的垂直距离为B，CCD智能相机到检测面上端支架的垂直距离为D，CCD智能相机到输送带最低点的垂直高度为h，相机的安装角度为α。图4是示出本发明图像特征提取的方案。线光源垂直于输送机运行方向照在物体表面会在检测位置形成一条红色的轮廓光线，使用MATLAB软件提取相机采集到的图像中红色的区域。提取出的曲线就是特征点的集合。以图像左上角为坐标原点，用鼠标移动获得的(x，y)为图像上点的像素坐标。以像素点为特征单位，分别获取空载和有载时每一单位下曲线和取值。检测位置的横截面积可以表示为：
在像素横坐标为xn/2时，在CCD相机采集到的图像中，有负载的曲线纵坐标与空载时的曲线纵坐标的差为L′。根据已知条件，检测位置物料表面轮廓中点的真实位置深度L可以表示为：
图4是在图像分析中，在对图像信息进行特征提取后，对线光源照射在检测位置形成的预采集的输送带空载时检测位置的轮廓曲线与CCD智能相机实时采集到的输送带输送物料轮廓曲线进行拟合。拟合后的图形面积乘以放大比例1/cosα得到输送带输送物料在检测位置下真实的横截面积。在系统运行时间段内对所得横截面的积分就是输送带的输送煤量。
实施方式2
带式输送机输送带宽度在1.5m以下，输送带运行速度低于5m/s时，该装置主要技术指标为：
电源：～220V±10％50HZ
信号传输距离：红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km
工作温度：30℃
检测体积与实际体积的符合度：98％
图像检测分辨率：1.5mm
成像帧频：30帧/s
输送带宽度：1.2m
检测输送带运行速度：3.5m/s。
速度传感器检测输送带运行速度通过TCF-142RS485/光纤模块5使用光纤传输，再经TCF-142光纤/RS232模块6通过RS-232接口11传输到上位机。其他同实施方式1。
Claims (1)
1.一种带式输送机输送煤量视觉扫描测距检测方法，其特征在于是一种在瞬时通过检测面的煤量不确定的条件下，使用线光源照射在检测位置，CCD相机准确采集通过检测位置时物料的上表面轮廓曲线，根据已知的相机安装高度、相机与检测面上端支架的距离、相机与输送带运行方向的夹角、检测位置的输送带边缘与相机的距离，对采集到的图像进行分析计算，确定通过检测位置输送物料的横截面积，最终确定采煤量大小的检测方法，该检测方法所采用的装置包括CCD相机(1)、检测面支架(2)、线光源(3)、速度传感器(4)、TCF-142RS485/光纤模块(5)、TCF-142光纤/RS232模块(6)、VS-IE2001394信号/光纤转换器(7)、VS-IE200光纤/1394信号转换器(8)、MV-1394图像采集卡(9)、上位机(10)和RS-232接口(11)，该检测装置主要技术指标为：
电源：～220V±10％50HZ
信号传输距离：CCD智能相机输出信号光纤传输：1Km
工作温度：-20℃-60℃
检测体积与实际体积的符合度：98％
图像检测分辨率：≤1.6mm
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,
该检测装置的检测方法具体步骤如下：
1)确定检测面以及CCD相机的安装位置，检测面支架的安装位置选取在井下输送带任意托辊处，安装时使检测面与输送带运行方向垂直，将CCD相机与检测面上端支架中点相隔一段距离安装固定，安装时将相机与输送带运行方向呈一定角度，确保CCD相机采集到图像分析所需要的完整图像；
2)使用线光源形成检测位置下的物体的轮廓曲线，放置线光源在检测面的上端支架中点，将光垂直于运行方向照射在通过检测面的输送带上，形成一条正在通过检测位置物体的轮廓曲线；
3)图像采集，安装速度传感器，检测输送带运行速度，将速度信号光纤传输到上位机，在相机的拍摄频率下，通过CCD相机采集通过检测面的物体轮廓曲线图像；
4)数据通讯，经VS-IE2001394信号转光纤模块将相机采集到的数字信号转换成光信号通过光纤通讯将CCD相机采集到的检测位置物体的轮廓图像传输到VS-IE200光纤转1394信号模块，再将再将1394信号通过MV-1394图像采集卡传送到上位机；
5)采集空载图像，预采集线光源在带式输送机空载时输送带通过检测位置形成的轮廓曲线，将图像数据通过光纤传输到上位机进行图像处理；
6)图像分析，对接收到的检测面图像进行特征提取，提取线光源照射在检测位置形成的光曲线，由于通过检测面时输送带边缘位置与CCD相机的安装位置相对固定，这一恒定的相对位置在CCD相机所采集到的图像中表现为，曲线上对应输送带边缘的点始终是固定不变的，通过CCD相机采集到曲线上的各点与输送带边缘点的相对位置，根据已知的检测位置输送带边缘与相机的距离以及相机与输送带运行方向的夹角，则可以计算出检测位置下线光源照射形成曲线的位置深度。以采集到的光曲线图像横坐标中点为例，该点的位置深度为：将预采集的带式输送机空载时检测位置形成的光曲线与输送物料的轮廓曲线拟合，形成的封闭图形为检测位置下输送机输送物料的横截面；检测位置的横截面积可以表示为：
已采集到的光曲线图像横坐标中点为例，该点的位置深度为：
7)计算采煤量，根据速度传感器采集的速度数据，对检测位置的物料横截面积进行积分，得到的结果就是带式输送机的运输量。
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