CN109230353A - 一种皮带输送机的皮带打滑检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮带输送机的皮带打滑检测系统，包括光学传感器、用于对异常情况进行现场识别与记录的皮带打滑检测的图像传感器和用于产生告警及异常处置皮带打滑检测系统，所述光学传感器及图像传感器分别与皮带打滑检测系统连接。本发明采用一种非接触式测量方法，此方法特别适合测量快速的位移变化，且无需在被测物体上施加外力。而非接触测量对于被测表面不允许接触的情况，或者需要传感器有超长寿命的应用领域意义重大。

Description

一种皮带输送机的皮带打滑检测系统

技术领域

本发明属于皮带检测技术领域，具体涉及一种皮带输送机的皮带打滑检测系统。

背景技术

皮带运输机断带、失速、打滑故障的原因有很多。为了防止由这些原因引起的断带事故，除了进行人为的检修和维护外，在输送机沿线上布置监测装置实时对皮带的运行状态进行分析尤为重要。若采用传统机械方法进行速度、移动长度检测，需要在转轮与被检测物表面直接接触。如果被测物表面较光滑，则易打滑并产生滑动误差，造成测量不准；同时由于直接接触，物体磨损无法避免，并且因井下作业环境复杂、多变给接触式安装带来较大的可行性问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，满足复杂的井下作业需求，提供了一种利用像差分析的方法，以非接触的方式对井下皮带输送机的运行速度进行检测，并对异常情况进行报警的皮带打滑检测系统。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：

一种皮带输送机的皮带打滑检测系统，包括通过获取物体运动方向及速度的光学传感器、用于对异常情况进行现场识别与记录的皮带打滑检测的图像传感器和用于产生告警及异常处置皮带打滑检测系统，所述光学传感器及图像传感器分别与皮带打滑检测系统连接，所述光学传感器同时测量物料的两个方向的速度、长度并传递给皮带打滑检测系统，皮带打滑检测系统在得到物体的速度及长度后，计算出皮带的运行速度，再与电机的运转速度进行比较，在皮带的运行速度小于电机的运转速度误差值时，则判断出皮带有打滑、失速的现象并报警，同时启动图像传感器对皮带打滑及失速的现象进行确认并记录。

进一步地，所述皮带打滑检测系统包括光学传感器控制端、图像传感器控制端、皮带控制端及图像存储器，另外系统通过分析皮带速度的运行趋势，并对未来运行速度进行预测，并预警。此方案无需与皮带或物料进行物理接触，最大限度地保证了安装的灵活性和测量的准确性。

进一步地，所述获取物体运动方向及速度是通过光速传感器的LED光发射口对着物体发射出激光，这些光在被测物体表面反射后通过透镜聚焦，再通过皮带打滑检测系统形成帧图像；接收到信号后传给信号处理器DSP，根据匹配算法计算出它的速度。

更进一步地，所述匹配算法包括以下步骤：设前后两帧图像分别为和，数据为32×32阵列，从第二帧图像的中心提取一个3×3的子集，将其叠放在第一帧图像，则在上有一个与之对应的子集，把子集T在从左到右，从上到下逐元平移；在每一个平移后的新位置上比较和上对应的子集的像素差，得到它们在不同位置的度量；搜索出相似程度最高的点，也就是像素差为零的点，即为最佳匹配点，该最佳匹配点是第二帧图像的子集在第一帧图像中对应的原点，以该点最佳匹配点在第一帧的坐标减去该点在第二帧的坐标，差值即为两帧图像的位移，图像匹配是否成功，匹配速度是否够快，决定了测量的速度和精度，它取决于相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法。

优选的，所述相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法包括以下步骤：子集覆盖下的那块图像称为的子图，参考点为子图左上角的像素点在图像上的坐标，其取值范围为，是在(i,j)处的灰度值，是子集在处的灰度值，和的取值范围为，公式(1)给出相似度量计算方法：

公式(1)计算和的像素差，即处的相似度，值越小，相似程度越高，当为零时，图像完全匹配；求解最佳匹配点的问题可归结为搜索最小值的问题；从公式(1)求和的形式可知，可以在求和的过程中边计算与当前记录的最小值进行比较，只要当前计算的和超过了，就可以停止计算转入一下位置的搜索，这就是序贯相似性检测匹配方法，具体如下：设初始阀值为一个较大的数

1） 以上的扫描点为左上角获得与子集𝑇同样大小的子图；

2） 根据式(1)计算该点的相似度，边计算边比较和的大小；若在求和过程中，已经大于或等于，则不必要完成余下的计算，而是转向下一个扫描点，执行步骤1)，否则继续计算；

3） 若计算完成后，小于则=，并记录该位置转向步骤1)；

在图像匹配过程中，除了匹配点以外，其他点所做的都是无用功，采用序贯相似性检测匹配策略进行搜索，不必在每个搜索位置上都做3×3次运算，大大缩短了计算时间，提高了匹配速度；搜索完成后，可得到最佳匹配点的坐标，由于子集提取于的中心，其左上角的坐标已知，将上述两个坐标比较，即可得到被测物料的运动方向及方向和方向位移。

传输时间激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。

例如，光速约为3×10⁸ ，要想使分辨率达到1，则传输时间测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间：

要分辨出的时间，这是对电子技术提出的过高要求，实现起来造价太高。但是如今廉价的传输时间激光传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的统计学原理，即平均法则实现了的分辨率1，并且能保证响应速度。

本发明采用一种非接触式测量方法，此方法特别适合测量快速的位移变化，且无需在被测物体上施加外力。而非接触测量对于被测表面不允许接触的情况，或者需要传感器有超长寿命的应用领域意义重大。

附图说明

下面参考附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为皮带时速检测模型图；

图2为图像匹配算法示意图。

附图标记说明：1、皮带，2、光学传感器，3、物料。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至2所示，一种皮带输送机的皮带打滑检测系统，包括通过获取物体运动方向及速度的光学传感器（sw-lds50a/sw-lds70a）2常情况进行现场识别与记录的皮带打滑检测的图像传感器（索尼IMX232）和用于产生告警及异常处置皮带打滑检测系统，所述光学传感器（sw-lds50a/sw-lds70a）2及图像传感器（索尼IMX232）分别与皮带打滑检测系统连接，所述光学传感器（sw-lds50a/sw-lds70a）2时测量物料3的两个方向的速度、长度并传递给皮带打滑检测系统，皮带打滑检测系统在得到物料的速度及长度后，计算出皮带1的运行速度，再与电机的运转速度进行比较，在皮带1的运行速度小于电机的运转速度误差值时，则判断出皮带有打滑、失速的现象并报警，同时启动图像传感器（索尼IMX232）对皮带打滑及失速的现象进行确认并记录。

进一步地，所述皮带打滑检测系统包括光学传感器控制端、图像传感器（索尼IMX232）控制端、皮带控制端及图像存储器，另外系统通过分析皮带速度的运行趋势，并对未来运行速度进行预测，并预警。此方案无需与皮带或物料进行物理接触，最大限度地保证了安装的灵活性和测量的准确性。

进一步地，所述获取物体运动方向及速度是通过光速传感器的LED光发射口对着物体发射出激光，这些光在被测物体表面反射后通过透镜聚焦，再通过皮带打滑检测系统形成帧图像；接收到信号后传给信号处理器DSP，根据匹配算法计算出它的速度。

更进一步地，所述匹配算法包括以下步骤：设前后两帧图像分别为 和，数据为32×32阵列，从第二帧图像的中心提取一个3×3的子集，将其叠放在第一帧图像，则在上有一个与之对应的子集，把子集T在从左到右，从上到下逐元平移；在每一个平移后的新位置上比较和上对应的子集的像素差，得到它们在不同位置的度量；搜索出相似程度最高的点，也就是像素差为零的点，即为最佳匹配点，该最佳匹配点是第二帧图像的子集在第一帧图像中对应的原点，以该点最佳匹配点在第一帧的坐标减去该点在第二帧的坐标，差值即为两帧图像的位移，图像匹配是否成功，匹配速度是否够快，决定了测量的速度和精度，它取决于相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法。

优选的，所述相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法包括以下步骤：子集覆盖下的那块图像称为的子图，参考点为子图左上角的像素点在图像上的坐标，其取值范围为，是在(i,j)处的灰度值，是子集在处的灰度值，和的取值范围为，公式(1)给出相似度量计算方法：

公式(1)计算和的像素差，即处的相似度，值越小，相似程度越高，当为零时，图像完全匹配；求解最佳匹配点的问题可归结为搜索最小值的问题；从公式(1)求和的形式可知，可以在求和的过程中边计算与当前记录的最小值进行比较，只要当前计算的和超过了，就可以停止计算转入一下位置的搜索，这就是序贯相似性检测匹配方法，具体如下：设初始阀值为一个较大的数

1） 以上的扫描点为左上角获得与子集𝑇同样大小的子图；

2） 根据式(1)计算该点的相似度，边计算边比较和的大小；若在求和过程中，已经大于或等于，则不必要完成余下的计算，而是转向下一个扫描点，执行步骤1)，否则继续计算；

3） 若计算完成后，小于则=，并记录该位置转向步骤1)；

在图像匹配过程中，除了匹配点以外，其他点所做的都是无用功，采用序贯相似性检测匹配策略进行搜索，不必在每个搜索位置上都做3×3次运算，大大缩短了计算时间，提高了匹配速度；搜索完成后，可得到最佳匹配点的坐标，由于子集提取于的中心，其左上角的坐标已知，将上述两个坐标比较，即可得到被测物料的运动方向及方向和方向位移。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。应当理解，以上的描述意图在于说明而非限制。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。此外，根据本发明的启示可以做出很多改型以适于具体的情形或材料而没有偏离本发明的范围。通过阅读上述描述，权利要求的范围和精神内的很多其它的实施例和改型对本领域技术人员是显而易见的。

Claims (5)

1.一种皮带输送机的皮带打滑检测系统，其特征在于，包括通过获取物体运动方向及速度的光学传感器、用于对异常情况进行现场识别与记录的皮带打滑检测的图像传感器和用于产生告警及异常处置皮带打滑检测系统，所述光学传感器及图像传感器分别与皮带打滑检测系统连接，所述光学传感器同时测量物体的两个方向的速度、长度并传递给皮带打滑检测系统，皮带打滑检测系统在得到物体的速度及长度后，计算出皮带的运行速度，再与电机的运转速度进行比较，在皮带的运行速度小于电机的运转速度误差值时，则判断出皮带有打滑、失速的现象并报警，同时启动图像传感器对皮带打滑及失速的现象进行确认并记录。

2.根据权利要求1所述的皮带输送机的皮带打滑检测系统，其特征在于，所述皮带打滑检测系统包括光学传感器控制端、图像传感器控制端、皮带控制端及图像存储器。

3.根据权利要求1所述的皮带输送机的皮带打滑检测系统，其特征在于，所述获取物体运动方向及速度是通过光速传感器的LED光发射口对着物体发射出激光，这些光在被测物体表面反射后通过透镜聚焦，再通过皮带打滑检测系统形成帧图像；接收到信号后传给信号处理器DSP，根据匹配算法计算出它的速度。

4.根据权利要求3所述的皮带输送机运行异常的识别方法，其特征在于，所述匹配算法包括以下步骤：设前后两帧图像分别为和，数据为32×32阵列，从第二帧图像的中心提取一个3×3的子集，将其叠放在第一帧图像，则在上有一个与之对应的子集，把子集T在从左到右，从上到下逐元平移；在每一个平移后的新位置上比较和上对应的子集的像素差，得到它们在不同位置的度量；搜索出相似程度最高的点，也就是像素差为零的点，即为最佳匹配点，该最佳匹配点是第二帧图像的子集在第一帧图像中对应的原点，以该点最佳匹配点在第一帧的坐标减去该点在第二帧的坐标，差值即为两帧图像的位移，图像匹配是否成功，匹配速度是否够快，决定了测量的速度和精度，它取决于相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法。

5.根据权利要求4所述的皮带输送机运行异常的识别方法，其特征在于，所述相似度量计算方法及序贯相似性检测匹配的方法包括以下步骤：子集覆盖下的那块图像称为的子图，参考点为子图左上角的像素点在图像上的坐标，其取值范围为，是在(i,j)处的灰度值，是子集在处的灰度值，和的取值范围为，公式(1)给出相似度量计算方法：

公式(1)计算和的像素差，即处的相似度，值越小，相似程度越高，当为零时，图像完全匹配；求解最佳匹配点的问题可归结为搜索最小值的问题；从公式(1)求和的形式可知，可以在求和的过程中边计算与当前记录的最小值进行比较，只要当前计算的和超过了，就可以停止计算转入一下位置的搜索，这就是序贯相似性检测匹配方法，具体如下：设初始阀值为一个较大的数

1） 以上的扫描点为左上角获得与子集𝑇同样大小的子图；

2） 根据式(1)计算该点的相似度，边计算边比较和的大小；若在求和过程中，已经大于或等于，则不必要完成余下的计算，而是转向下一个扫描点，执行步骤1)，否则继续计算；

3） 若计算完成后，小于则=，并记录该位置转向步骤1)；

在图像匹配过程中，除了匹配点以外，其他点所做的都是无用功，采用序贯相似性检测匹配策略进行搜索，不必在每个搜索位置上都做3×3次运算，大大缩短了计算时间，提高了匹配速度；搜索完成后，可得到最佳匹配点的坐标，由于子集提取于的中心，其左上角的坐标已知，将上述两个坐标比较，即可得到被测物料的运动方向及方向和方向位移。