CN111056404A - 一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，包括视觉与激光组件、荧光屏、提升容器、罐道梁、刚性罐道、交互界面和基座，所述荧光屏固定于提升容器下表面的前侧，且中心线与提升容器中心线共线，所述视觉与激光组件包括CCD相机、激光器和底板，且中心点与荧光屏中心点重合，所述CCD相机实时捕捉荧光屏上由激光器发射的激光斑点，通过图像处理和质心计算两激光斑点在X方向和y方向的坐标偏移量，得到立井内刚性罐道变形量与提升容器下降深度。本发明系统采用非接触式测量，不易受外界电流干扰而发生信号失真且抗干扰能力较强，可实现实时监测刚性罐道振动信号且测量精度高，有效解决了矿井内罐道故障诊断及定位的困难。

Description

一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统

技术领域

本发明属于矿井罐道健康监测技术领域，具体涉及一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统。

背景技术

矿井提升系统在煤矿生产过程中具有十分重要的地位，担负着开采过程中人员与物资的输送任务，刚性罐道作为提升容器运行的导向装置，是立井提升系统安全运行的保障。矿井提升系统的健康状态将直接影响煤矿的安全高效生产，常见的罐道故障为接头松动、接头错位、钢轨弯曲以及导向装置松动。因此，需要对刚性罐道工作状态进行检测，矿井提升设备的安全高效运行是煤矿提高生产效率、减少生产成本和保障生命财产安全的重要前提，及时发现导向装置潜在的故障和安全隐患，对整个提升系统运行状况进行评估，对整个煤矿的安全生产具有重要的意义。

国内外学者针对刚性罐道故障诊断，更多的对于接触式传感器采集振动信号的探究。而机器视觉是非接触式测量的重要组成，他的监测精度随着相机的发展不断提高，愈发显示出传统接触式测量方法无法比拟的优越性。因此，实现井下非接触式高精度采集刚性罐道故障的振动信号并对故障进行定位是我们发明装置的改进重点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，具备结构紧凑、实时监测、测量精度高、抗干扰能力较强和非接触式等优点，解决了现有针对矿井罐道故障诊断及定位技术误差大、易受外界电流干扰而发生信号失真、延迟、传感器安装困难等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，包括视觉与激光组件、荧光屏、提升容器、罐道梁、刚性罐道、交互界面和基座，所述荧光屏为方形，固定于提升容器下表面的前侧，且中心线与提升容器中心线共线，所述视觉与激光组件固定在基座前侧，且中心点与荧光屏中心点重合，所述交互界面设置在基座右侧，且与视觉与激光组件通过有线连接。

进一步的，所述刚性罐道设置有若干组，且相互间首尾两端固定无错位接合，所述刚性罐道相对的一侧采用螺栓紧固件固定连接有罐道梁，且罐道梁设置有若干组呈等距离排列，所述刚性罐道和罐道梁组合成导向装置。

进一步的，所述提升容器包括滚轮罐耳、上盘、立柱和下盘，所述滚轮罐耳设置有十二组，所述滚轮罐耳分布在刚性罐道凸槽的三个侧面，且滚轮罐耳对称固定在上盘和下盘外表面，所述立柱两端分别固定连接有上盘和下盘，且立柱设置有四组呈等距离排列，所述上盘、立柱和下盘组合成半封闭式容器。

进一步的，所述视觉与激光组件包括CCD相机、激光器和底板，所述CCD相机设置有两组且选用工业相机，所述CCD相机倾斜固定于底板呈对称分布，且CCD相机与竖直面倾斜角度可根据实际情况进行调节，所述激光器竖直固定于底板的上表面呈对称分布，且设置有两组，所述CCD相机和激光器分布在同一水平线上。

进一步的，所述滚轮罐耳包括滚轮、滚轮支架、预紧力螺栓、弹簧和滚轮底座，所述滚轮通过连接件活动连接在滚轮支架的直角端，且滚轮滚动贴合在刚性罐道凸槽的三个侧面，所述预紧力螺栓连接滚轮支架，且可调节轴心线方向的预紧力，所述弹簧的一端连接预紧力螺栓，且弹簧的另一端连接在滚轮底座上，所述滚轮底座通过螺栓紧固件固定连接在提升容器的上盘和下盘外表面。

本发明的有益效果如下：

1、本发明系统采用非接触式测量，结构紧凑、易于安装。

2、本发明系统可实现实时监测刚性罐道振动信号且测量精度高，有效解决了矿井内罐道故障诊断及定位的困难。

2、本发明系统不易受外界电流干扰而发生信号失真且抗干扰能力较强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构右视图；

图3为本发明的提升容器示意图；

图4为本发明的提升容器仰视图；

图5为本发明的滚轮罐耳示意图；

图6为本发明的视觉与激光组件示意图；

图7为本发明的视觉与激光组件俯视图。

图中：1视觉与激光组件，2荧光屏，3提升容器，4罐道梁，5刚性罐道，6交互界面，7基座，8滚轮罐耳，9上盘，10立柱，11下盘，12滚轮，13滚轮支架，14预紧力螺栓，15弹簧，16滚轮底座，17CCD相机，18激光器，19底板

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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1-7所示，本发明的具体实施方式包括：一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，包括视觉与激光组件1、荧光屏2、提升容器3、罐道梁4、刚性罐道5、交互界面6和基座7，所述荧光屏2为方形，固定于提升容器3下表面的前侧，且中心线与提升容器3中心线共线，所述视觉与激光组件1固定在基座7前侧，且中心点与荧光屏2中心点重合，所述交互界面6设置在基座7右侧，且与视觉与激光组件1通过有线连接。

刚性罐道5设置有若干组，且相互间首尾两端固定无错位接合，所述刚性罐道5相对的一侧采用螺栓紧固件固定连接有罐道梁4，且罐道梁4设置有若干组呈等距离排列，所述刚性罐道5和罐道梁4组合成导向装置。

提升容器3包括滚轮罐耳8、上盘9、立柱10和下盘11，所述滚轮罐耳8设置有十二组，所述滚轮罐耳8分布在刚性罐道5凸槽的三个侧面，且滚轮罐耳8对称固定在上盘9和下盘11外表面，所述立柱10两端分别固定连接有上盘9和下盘11，且立柱10设置有四组呈等距离排列，所述上盘9、立柱10和下盘11组合成半封闭式容器。

视觉与激光组件1包括CCD相机17、激光器18和底板19，所述CCD相机17设置有两组且选用工业相机，所述CCD相机17倾斜固定于底板19呈对称分布，且CCD相机17与竖直面倾斜角度可根据实际情况进行调节，所述激光器18竖直固定于底板19的上表面呈对称分布，且设置有两组，所述CCD相机17和激光器18分布在同一水平线上。

滚轮罐耳8包括滚轮12、滚轮支架13、预紧力螺栓14、弹簧15和滚轮底座16，所述滚轮12通过连接件活动连接在滚轮支架13的直角端，且滚轮12滚动贴合在刚性罐道5凸槽的三个侧面，所述预紧力螺栓14连接滚轮支架13，且可调节轴心线方向的预紧力，所述弹簧15的一端连接预紧力螺栓14，且弹簧15的另一端连接在滚轮底座16上，所述滚轮底座16通过螺栓紧固件固定连接在提升容器3的上盘9和下盘11外表面。

工作时：首先使用LabView软件进行编译程序框图，其中程序包括双目相机获取图像和监测两激光斑点坐标变化，对双目相机进行标定，将世界坐标系的物点坐标转化到像素坐标系下的像点，使用CCD相机17获取荧光屏2上由激光器18发射的两个相距为5CM的激光斑点，通过阈值分割与像素质心处理实时监测两激光斑点坐标，当立井内刚性罐道5有接头缝隙、台阶激励故障，通过PLC控制外部电机驱动的提升容器3在刚性罐道5上下移动时，会出现不稳定振动，此时CCD相机17获取的两激光斑点坐标在xoy面发生偏移，计算两个激光斑点的像素质心相对于原始图像中两个激光斑点的像素质心，在x方向和y方向上的位移△x和△y，对应刚性罐道5在x方向和y方向上的变形情况，在LabView界面中分别显示出x方向的变形、y方向的变形与立井刚性罐道5的下降深度。

本案例中，采用非接触式立井内刚性罐道5的故障诊断方法，CCD相机17数目为两组，可根据应用场景和使用精度适当调整，激光器18数目为两组，可根据算法和坐标精度适当调整，其中可通过调节CCD相机17采集的帧速率适当调节相机的精度，用于不同情况下的图像的采集。

以上所述，仅为本发明的较佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，凡在本发明的精神的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应视为侵犯本发明的保护范围，因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，包括视觉与激光组件(1)、荧光屏(2)、提升容器(3)、罐道梁(4)、刚性罐道(5)、交互界面(6)和基座(7)，其特征在于：所述荧光屏(2)为方形，固定于提升容器(3)下表面的前侧，且中心线与提升容器(3)中心线共线，所述视觉与激光组件(1)固定在基座(7)前侧，且中心点与荧光屏(2)中心点重合，所述交互界面(6)设置在基座(7)右侧，且与视觉与激光组件(1)通过有线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，其特征在于：所述刚性罐道(5)设置有若干组，且相互间首尾两端固定无错位接合，所述刚性罐道(5)相对的一侧采用螺栓紧固件固定连接有罐道梁(4)，且罐道梁(4)设置有若干组呈等距离排列，所述刚性罐道(5)和罐道梁(4)组合成导向装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，其特征在于：所述提升容器(3)包括滚轮罐耳(8)、上盘(9)、立柱(10)和下盘(11)，所述滚轮罐耳(8)设置有十二组，所述滚轮罐耳(8)分布在刚性罐道(5)凸槽的三个侧面，且滚轮罐耳(8)对称固定在上盘(9)和下盘(11)外表面，所述立柱(10)两端分别固定连接有上盘(9)和下盘(11)，且立柱(10)设置有四组呈等距离排列，所述上盘(9)、立柱(10)和下盘(11)组合成半封闭式容器。

4.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，其特征在于：所述视觉与激光组件(1)包括CCD相机(17)、激光器(18)和底板(19)，所述CCD相机(17)设置有两组且选用工业相机，所述CCD相机(17)倾斜固定于底板(19)呈对称分布，且CCD相机(17)与竖直面倾斜角度可根据实际情况进行调节，所述激光器(18)竖直固定于底板(19)的上表面呈对称分布，且设置有两组，所述CCD相机(17)和激光器(18)分布在同一水平线上。

5.根据权利要求3所述的一种基于双目视觉与激光信息融合的矿井罐道故障定位系统，其特征在于：所述滚轮罐耳(8)包括滚轮(12)、滚轮支架(13)、预紧力螺栓(14)、弹簧(15)和滚轮底座(16)，所述滚轮(12)通过连接件活动连接在滚轮支架(13)的直角端，且滚轮(12)滚动贴合在刚性罐道(5)凸槽的三个侧面，所述预紧力螺栓(14)连接滚轮支架(13)，且可调节轴心线方向的预紧力，所述弹簧(15)的一端连接预紧力螺栓(14)，且弹簧(15)的另一端连接在滚轮底座(16)上，所述滚轮底座(16)通过螺栓紧固件固定连接在提升容器(3)的上盘(9)和下盘(11)外表面。

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