CN111204566B - 一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置及方法，装置：安装板上表面具有水平的检测平面，且检测平面的中部刻有与皮带侧边缘相平行延伸的标志线；安装板固定安装在皮带侧边缘的下方；悬臂支架位于皮带侧边缘的外侧，其下端固定连接在安装板上，其上端延伸到皮带的上方，且相间隔地安装有线结构光发生器和相机；图像处理装置与相机连接。方法：安装安装板并调试；安装线结构光发生器和相机，并调试；通过相机采集检测平面上的图像数据并发送给图像采集与处理装置；图像采集与处理装置进行处理并得出跑偏结果。该装置安装调试过程简单，无需重复标定，能便捷地实现皮带跑偏的监测；该方法可以准确地实现对皮带跑偏的非接触式检测。

Description

一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种皮带机跑偏监测技术领域，具体涉及一种对角钢交叉斜材稳定承载力进行试验的装置及试验方法。

背景技术

皮带运输机在港口、冶金、矿山等行业得到了广泛应用。其皮带在运行过程中容易发生跑偏，皮带跑偏往往不仅会导致物料洒落，而且还会导致纵向撕裂、横向撕裂、磨损加剧等故障，这些故障如果得不到及时的监测与处理，将会造成皮带寿命降低，甚至会导致断带，不仅严重影响了运输效率，而且还会影响人员及设备的安全。因此，实现皮带运行时跑偏监测非常重要。

接触式跑偏检测系统往往存在机械运动部件，在具有粉尘等恶劣环境下工作时，极易被环境污染，导致运动部件失灵而无法正常工作。而基于机器视觉的跑偏检测系统具有非接触的特点，因此，具有较好的应用前景。然而，目前，基于机器视觉的皮带跑偏检测系统存在每次安装均需在现场标定，安装调试难度大；同时，图像范围大于整个皮带宽度，因此，图像分辨率较低，对跑偏量的检测精度较低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置及试验方法，该装置安装调试过程简单，无需重复标定，能便捷地实现皮带跑偏的监测；该方法可以准确地实现对皮带跑偏的非接触式检测。

为了实现上述目的，本发明的一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置，包括安装板、悬臂支架和图像采集与处理装置；

所述安装板水平地设置，其上表面具有水平的检测平面，且检测平面的中部刻有与皮带侧边缘相平行延伸的标志线；安装板固定安装在皮带侧边缘的下方，且标志线与正常运行的皮带的侧边缘在检测平面上的正投影线相重合；

所述悬臂支架位于皮带侧边缘的外侧，其下端固定连接在安装板上，其上端延伸到皮带的上方，且相间隔地安装有线结构光发生器和相机；所述线结构光发生器位于标志线的上方，且其发出的线结构光束在检测平面上形成的检测光带与标志线相垂直；所述相机的镜头对准检测平面地设置；所述图像采集与处理装置与相机连接。

进一步，为了进行稳定可靠的安装，所述安装板为方形，其四周设置有四个安装孔，并通过穿设于安装孔中的螺栓与皮带机架固定连接。

作为一种优选，所述相机为工业相机；所述图像采集与处理装置为工业控制计算机。

在该技术方案中，线结构光发生器发送线结构光到检测平面，在检测平面上会形成一条亮光的直线检测光带，通过相机能采集到检测光带的图像数据，并实时发送给图像采集与处理装置，在相机标定内部参数后，计算相机与线结构光投射面之间的位置关系后，图像采集与处理装置即可计算亮光带直线的实际长度。该装置在皮带偏移量监测现场安装后，进行简单的调试即可工作，无需重新进行标定，可以便捷准确地计算出皮带实时偏移量的大小。

本发明还提供了一种基于机器视觉的皮带跑偏监测方法，包括以下步骤：

步骤一：在待监测皮带下方一侧固定安装安装板，安装板水平地设置，安装板上表面具有水平的检测平面，且检测平面的中部刻有与正常运行的皮带的侧边缘正投影线相重合标志线；

步骤二：在安装板上设置悬臂支架，并在悬臂支架的顶端分别布置线结构光发生器和相机；

步骤三：调整线结构光发生器的位置，使其发出的线结构光束作用于皮带后在检测平面上形成检测光带，该检测光带与标志线相垂直；

步骤四：首先，通过相机采集出皮带正常运行下检测平面上的检测光带长度S0，并发送给图像采集与处理装置进行存储；然后，通过相机实时采集检测平面上的检测光带长度S，并实时发送给图像采集与处理装置；

步骤五：图像采集及处理装置根据接收到的检测光带长度S进行皮带偏移量△的计算，计算公式为△＝S-S0；若△的绝对值小于容许值e，则认为皮带运行正常；若△<-e；则皮带向检测装置安装侧偏移；若△>e；则皮带向检测装置安装对侧偏移。

进一步，为了提高分辨率，在步骤二中，调整相机的焦距，使成像覆盖且仅限于检测平面的范围之内。

本方法步骤简单，能便捷地实现对皮带跑偏的非接触式检测，同时，具有测精度高，能获得皮带偏移量，通用性强等特点。

附图说明

图1是本发明中的结构示意图；

图2是本发明中监测皮带运行的示意图。

图中：1、安装板，2、检测平面，3、标志线，4、悬臂支架，5、线结构光发生器，6、相机，7、镜头，8、图像采集与处理装置，9、安装孔，10、皮带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1和图2所示，一种基于机器视觉的皮带跑偏监测装置，包括安装板1、悬臂支架4和图像采集与处理装置8；

所述安装板1水平地设置，其上表面具有水平的检测平面2，且检测平面2的中部刻有与皮带10侧边缘相平行延伸的标志线3；安装板1固定安装在皮带10侧边缘的下方，且标志线3与正常运行的皮带10的侧边缘在检测平面2上的正投影线相重合；

所述悬臂支架4位于皮带10侧边缘的外侧，其下端固定连接在安装板1上，其上端延伸到皮带10的上方，且相间隔地安装有线结构光发生器5和相机6；所述线结构光发生器5位于标志线3的上方，且其发出的线结构光束在检测平面2上形成的检测光带与标志线3相垂直；所述相机6的镜头7对准检测平面2地设置；作为一种优选，调整相机6的焦距，使成像覆盖且仅限于检测平面2的范围之内。所述图像采集与处理装置与相机6连接，作为一种优选，图像采集与处理装置通过USB接口或以太网接口与相机6连接。

所述安装板1为方形，其四周设置有四个安装孔9，并通过穿设于安装孔9中的螺栓与皮带10机架固定连接。作为一种优选，安装板1可以安装在两支撑辊之间。

所述相机6为工业相机；所述图像采集与处理装置8为工业控制计算机。

一种基于机器视觉的皮带跑偏监测方法，包括以下步骤：

步骤一：在待监测皮带10下方一侧固定安装安装板1，安装板1水平地设置，安装板1上表面具有水平的检测平面2，且检测平面2的中部刻有与正常运行的皮带10的侧边缘正投影线相重合标志线3；

步骤二：在安装板1上设置悬臂支架4，并在悬臂支架4的顶端分别布置线结构光发生器5和相机6；

步骤三：调整线结构光发生器5的位置，使其发出的线结构光束作用于皮带10后在检测平面2上形成检测光带，该检测光带与标志线3相垂直；

步骤四：首先，通过相机6采集出皮带10正常运行下检测平面2上的检测光带长度S0，并发送给图像采集与处理装置8进行存储；然后，通过相机6实时采集检测平面2上的检测光带长度S，并实时发送给图像采集与处理装置8；

步骤五：图像采集及处理装置根据接收到的检测光带长度S进行皮带10偏移量△的计算，计算公式为△＝S-S0；若△的绝对值小于容许值e，则认为皮带10运行正常；若△<-e；则皮带10向检测装置安装侧偏移；若△>e；则皮带10向检测装置安装对侧偏移。

进一步，为了提高分辨率，以提高检测的精确度，在步骤二中，调整相机6的焦距，使成像覆盖且仅限于检测平面2的范围之内。

通过实时监测△，不仅可以知道皮带运行时实时偏移量，而且还可以通过统计过程控制的方法得到皮带输送机皮带的运动趋势；若在皮带的同一侧相距为d的不同位置上安装两台皮带跑偏监测装置，通过检测不同装置的检测输出e1与e2，若e1＝e2，则可判断皮带中心线偏离皮带机的安装中心线平行，且皮带中心线整体偏离皮带机的安装中心线；若e1≠e2，则可判断皮带中心线偏离皮带机的安装中心线存在夹角θ，θ可近似地按θ＝e/d计算，从而，为皮带机偏移量调整提供控制策略。

该装置可以在出厂时完成标定，从而可以避免了在安装现场进行标定的问题；同时，该装置所采集的图像范围仅限于检测平面，远远小于现有检测装置涉及到整个皮带的宽度范围，因而相对于已有的跑偏检测装置，其分辨率大大提高。

工作过程：线结构光发生器发送线结构光束到检测平面(基准平面)上，在检测平面上形成一条直线亮光带(检测光带)。当皮带没有跑偏时，该光带直线的长度正好与设定长度相等；当皮带偏向检测装置时，该光带直线的长度小于设定长度相等；反之，则光带直线的长度小于设定长度相等。通过相机拍摄检测平面的光带图像，在标定相机内部参数，计算相机与线结构光投射面之间的位置关系后，即可根据该图像计算出皮带实时偏移量的大小。通过采集不同时刻、不同点位的皮带偏移量，得到相应的皮带偏移量曲线，还可以对皮带偏移量进行趋势分析，进而相主控设备发出调整信号。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的皮带跑偏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在待监测皮带（10）下方一侧固定安装安装板（1），安装板（1）水平地设置，安装板（1）上表面具有水平的检测平面（2），且检测平面（2）的中部刻有与正常运行的皮带（10）的侧边缘正投影线相重合标志线（3）；

步骤二：在安装板（1）上设置悬臂支架（4），并在悬臂支架（4）的顶端分别布置线结构光发生器（5）和相机（6）；调整相机（6）的焦距，使成像覆盖且仅限于检测平面（2）的范围之内；

步骤三：调整线结构光发生器（5）的位置，使其发出的线结构光束作用于皮带（10）后在检测平面（2）上形成检测光带，该检测光带与标志线（3）相垂直；

步骤四：首先，通过相机（6）采集出皮带（10）正常运行下检测平面（2）上的检测光带长度S0，并发送给图像采集与处理装置（8）进行存储；然后，通过相机（6）实时采集检测平面（2）上的检测光带长度S，并实时发送给图像采集与处理装置（8）；

步骤五：图像采集及处理装置根据接收到的检测光带长度S进行皮带（10）偏移量△的计算，计算公式为△=S-S0；若△的绝对值小于容许值e，则认为皮带（10）运行正常；若△<-e；则皮带（10）向检测装置安装侧偏移；若△>e；则皮带（10）向检测装置安装对侧偏移。

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