CN106115488A - 一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，包括中央处理单元，及与中央处理单元连接的应力监测单元、图像采集单元、图像处理单元、触发单元、存储单元、预警单元、照明单元以及显示单元；其中，中央处理单元，包括智能控制器、应力处理单元和图像处理单元；应力监测单元监测门机转台和转柱连接处的法兰盘应力值，当达到应力许用应力值时，智能控制器打开图像采集器和照明设备，计算出裂纹的长度并显示；当监测到的裂纹尺寸超过预设值时，驱动报警装置；从而有助于实现监测门座式起重机法兰盘裂纹的目标，以达到减少事故发生率的目的。

Description

一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统

技术领域

本发明属于机器视觉监测技术领域，尤其涉及一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统。

背景技术

起重机械是现代工业生产作业主要的搬运设备，在物料装卸、设备安装及工程施工等各类起重作业中被普遍使用。随着生产复杂程度的提高，起重机械正向结构大型化、功能多元化的方向发展。目前，我国针对在用起重机械的检验，主要是由特种设备检验检测机构采取定期检验的方式进行。基本上采用的是目视检测、感观判断、磁粉探伤及动作试验等常规的检验检测方法。由于大部分的检验项目是在起重机械停机状态下进行的，检验结果难以体现起重机械实际的运行状态和安全隐患。由于无法获取起重机械长期运行的状态参数，检验人员无法对在用起重机械金属结构的抗力水平和剩余寿命进行分析；对于超期服役的起重机械，更是缺少进行改造和安全评估的相关依据和准确数据。

《特种设备安全法》于2014年1月1日起施行，其中第四十八条明确要求，起重机械达到设计使用年限继续使用的，应当通过安全评估。起重机械金属结构的健康监测是进行安全评估的基础和前提，因此，开展针对起重机械的结构健康监测，是起重机械得以安全运行和使用的重要保障。

门座起重机是港口、码头、船舶制造及大型水电站的生产和建设过程中广泛使用的大型生产设备，对其进行结构健康监测具有十分重要的现实意义。

通过调查和分析，裂纹是起重机金属结构的最主要故障，其中起重机的转台和转柱连接处的法兰盘更是裂纹的高发区域，尤其是法兰盘的焊缝处，主要原因是法兰盘在外界作用下会产生很大的应力，因此很有必要对其进行监测。

机器视觉系统能通过获取到被测物的一帧或者多帧图像来对其进行处理、分析，对处理和分析的结果做出解释，并对被测物的特征量做出某种判断。它是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。目前机器视觉技术凭借其高分辨率，无接触、无损伤、响应速度快、重复性客观性、低成本等优势，工作在军工、机械制造、医药、农业、电子、物流等诸多领域。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术门座式起重机运维监测不足的问题，而提供能自动实时监测门座式起重机法兰盘的裂纹参数的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，包括中央处理单元，及与中央处理单元连接的应力监测单元、图像采集单元、图像处理单元、触发单元以及显示单元；

所述中央处理单元，包括智能控制器以及与所述智能控制器连接的应力处理单元和图像处理单元，所述应力处理单元用于处理法兰盘应力值信号输出给智能控制器应力值信息，所述图像处理单元用于处理裂纹信号并输出裂纹值信息给智能控制器；

所述应力监测单元，用于检测法兰盘处的应力值，输出监测到的应力值信号给所述应力处理单元；

所述图像采集单元，受智能控制器的控制，用于采集门座起重机转台和转柱处的法兰盘的图像，并输出到图像处理单元；

所述触发单元，用于当法兰盘应力值接近最大阈值时，发出触发信号，并输出给所述智能控制器；

所述显示单元，与所述智能控制器连接，用于显示法兰盘裂纹和应力值信息。

进一步改进，所述一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统还包括与所述智能控制器连接的存储单元，，用于记录法兰盘裂纹和应力值历史信息。

进一步改进，所述一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统还包括与所述智能控制器连接的照明单元，用于为采集起重机法兰盘的裂纹图像提供照明。

进一步改进，所述一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统还包括与所述智能控制器连接的预警单元，所述预警单元包括警报装置以及与所述警报装置连接的警报驱动装置，所述警报驱动装置与所述智能控制器连接，受智能控制器的控制打开或关闭警报装置。

进一步改进，所述应力监测单元为压电传感器。

进一步改进，所述图像采集单元包括图像采集卡和CCD相机，所述图像采集卡接收来自智能控制器的信号后控制所述CCD相机曝光采集法兰盘图像并将图像输送给图像处理单元。

进一步改进，所述照明单元采用LED灯。

进一步改进，所述智能控制器为基于ARM结构的嵌入式智能控制器。

本发明的有益效果在于：

1、本发明一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统采用自动化智能视觉监控技术，具有高精度、高效率、高自动化程度、适应性强等优点，通过非接触无损伤的方式，在门座式法兰盘的应力值超出阈值或出现裂纹的时候能快速响应，及时停止作业，降低事故的发生率，避免人员和财产损失；

2、本发明还设有存储单元，可以根据需要查阅门座式法兰盘的历史监控记录，根据历史记录值可以进一步进行分析，并做出预判，降低事故的发生率；

3、本发明还设有警报装置，一旦监控到门座式法兰盘的裂纹超出预设值，马上发出警报，提醒工作人员第一时间做出反应，防止事故的发生；

4、本发明还设有照明装置，在光线不足时为图像采集提供所需的光源，而且LED灯，光照强，光线柔和，炫光少，有利于CCD相机拍出高清的图像；

5、本发明能同时监测法兰盘焊缝及其上出现的应力值和裂纹，对起重机的有双重的安全保障，有很好的预警意义，更大限度的降低事故的发生率。

本发明提供的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统具有精度高、反应快、实时性强、能同时监测法兰盘焊缝及其上出现的应力值和裂纹，对起重机的有双重的安全保障，从而降低事故的发生率，避免人员和财产损失，而且具有预警功能和历史数据查询的优点

附图说明

图1为本发明提供的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统的原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例，一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，如图1所述，包括中央处理单元，及与中央处理单元连接的应力监测单元、图像采集单元、图像处理单元、触发单元以及显示单元，其中中央处理单元，包括智能控制器以及与所述智能控制器连接的应力处理单元和图像处理单元，在本实施方式中，采用具有实现自动采样计算、无功自动调节、故障报警保护功能的Samsung S3C2440作为智能控制器。所述应力处理单元用于处理法兰盘应力值信号输出给智能控制器应力值信息，所述图像处理单元用于处理裂纹信号并输出裂纹值信息给智能控制器。

所述应力监测单元，用于检测法兰盘处的应力值，输出经A/D转换后监测到的应力值信号给所述应力处理单元。其中，应力监测的具体实施部件为压力传感器，压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等，它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻，当然也可选用其他的具有力和电信号转换功能的传感器。

所述图像采集单元，受智能控制器的控制，用于采集门座起重机转台和转柱处的法兰盘的图像，并输出到图像处理单元，在实际运行中，所述图像采集单元包括图像采集卡和CCD相机，所述图像采集卡接收来自智能控制器的信号后控制所述CCD相机曝光采集法兰盘图像并将图像输送给图像处理单元；图像处理单元，用于接收法兰盘的图像信息后计算出裂纹的尺寸，输出法兰盘焊缝处的裂纹尺寸信号给智能控制器；所述触发单元，当压电传感器监测到的应力值接近法兰盘的许用值时，触发单元发出触发信号给智能控制器；所述显示单元，与所述智能控制器连接，用于显示法兰盘裂纹和应力值信息。所述显示单元，与所述智能控制器连接，用于显示法兰盘裂纹和应力值信息，方便门座式起重机的运维人员对起重机的运维参数有一个比较直观的了解。

为了方便对门座式起重机法兰盘的历史运维参数的查阅，还设有与所述智能控制器连接的存储单元，用于记录法兰盘裂纹和应力值历史信息，并做出预判，降低事故的发生率；另一方面，所述门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统还设有包括警报装置预警单元，一旦监控到门座式法兰盘的裂纹超出预设值，马上发出警报，提醒工作人员第一时间做出反应，防止事故的发生。

由于在夜晚或者光线不足的情况下，CCD相机不能采集到高清的图像，所以在本系统中还设置了照明单元，采用照度高、炫光少而且穿透能力强的LED灯作为照明光源，满足了采集单元采集到的图像的精度要求。

在本发明中，门座式起重机的法兰盘的裂纹阈值，即临界最大裂纹，由断裂力学的相关公式来确定：

式中Y为形状系数，一般取1.12:；K_IC(此处IC是K的下标)断裂韧性值(应力强度因子)；σ为构件的应力值，由有限元法得到的应力云图或监测单元获得的应力值来确定。

本发明一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统的工作过程为：

压电传感器监测门座式起重机法兰盘附近处的应力值，经A/D转换后，传输给应力处理单元处理，应力处理单元把接收到的应力值的电信号基于预设的函数转换成具体的应力值，当门座式法兰盘附近的应力值超过所设定的阈值时，智能控制器向图像采集卡发出脉冲信号，驱使CCD相机开始采集法兰盘的裂纹图像，经图像处理单元计算处理后，输出到显示器上，如果运维人员看到应力和裂纹超出预设值，预警单元开始工作，预警灯亮，喇叭开启，司机停止作业，避免事故的发生。

由以上的具体实施方式可以看出，本发明一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统具有精度高、反应快、实时性强、能同时监测法兰盘焊缝及其上出现的应力值和裂纹，对起重机的有双重的安全保障，从而降低事故的发生率，避免人员和财产损失，而且具有预警功能和历史数据查询的优点。

Claims (8)

1.一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，包括中央处理单元，及与中央处理单元连接的应力监测单元、图像采集单元、图像处理单元、触发单元以及显示单元；

所述中央处理单元，包括智能控制器以及与所述智能控制器连接的应力处理单元和图像处理单元，所述应力处理单元用于处理法兰盘应力值信号输出给智能控制器应力值信息，所述图像处理单元用于处理裂纹信号并输出裂纹值信息给智能控制器；

所述应力监测单元，用于检测法兰盘处的应力值，输出监测到的应力值信号给所述应力处理单元；

所述图像采集单元，受智能控制器的控制，用于采集门座起重机转台和转柱处的法兰盘的图像，并输出到图像处理单元；

所述触发单元，用于当法兰盘应力值接近最大阈值时，发出触发信号，并输出给所述智能控制器；

所述显示单元，与所述智能控制器连接，用于显示法兰盘裂纹和应力值信息。

2.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，还包括与所述智能控制器连接的存储单元，用于记录法兰盘裂纹和应力值历史信息。

3.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，还包括与所述智能控制器连接的照明单元，用于为采集起重机法兰盘的裂纹图像提供照明。

4.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，还包括与所述智能控制器连接的预警单元，所述预警单元包括警报装置以及与所述警报装置连接的警报驱动装置，所述警报驱动装置与所述智能控制器连接，受智能控制器的控制打开或关闭警报装置。

5.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，所述应力监测单元为压电传感器。

6.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，所述图像采集单元包括图像采集卡和CCD相机，所述图像采集卡接收来自智能控制器的信号后控制所述CCD相机曝光采集法兰盘图像并将图像输送给图像处理单元。

7.根据权利要求1所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，所述照明单元采用LED灯。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种门座式起重机法兰盘裂纹的视觉监测系统，其特征在于，所述智能控制器为基于ARM结构的嵌入式智能控制器。