CN111498426A - 一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，刮板机断链检测领域。其位于刮板机的刮板上分别设置标记装置，位于刮板机的刮板上方设有用于输出图像的投影仪及用于获取投影仪输出图片的高速相机；刮板机上还有用于控制刮板机运行的集成板卡；集成板卡的信号输入端与高速相机相连通；所述的投影仪向刮板机上刮板投射影像，该影像覆盖两个相邻的刮板。本发明提供的通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其检测效率高，检测结果准确，且不受刮板位置影响。通过采用格雷码进行编码测距，在保留二进制编码的简便的优点的情况下，可以有效避免二进制码进位带来的数据突变，造成测量结果不准确等问题。

Description

一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法

技术领域

本发明涉及一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，刮板机断链检测领域。

背景技术

刮板输送机是在煤矿挖掘中用来进行煤炭运输的重要装备，它的性能、寿命和可靠性影响着煤炭挖掘行业的发展。在实际矿井工作中，由于长时间运行的磨损以及恶劣环境的侵蚀，使刮板机的性能、寿命和可靠性都逐渐降低，会出现弯折、卡顿、关键部位被侵蚀等现象，严重时可能会出现断链的现象，对煤炭挖掘工作和工人的生命安全造成极大的威胁。因此为了避免断链现象造成的伤害，研究合理及时的刮板机断链检测方法具有重要的现实意义。

目前，对于刮板机的断链检测，大多使用的是检测相邻两个刮板分别经过同一位置的间隔时间长短来判断链条是否已经断开，这种方法虽然简单，但是不能在断链的第一时间进行及时的制动，而且由于间隔时间的长短不一、刮板机的运行速度不稳定，极易造成误判或漏判的情况，使刮板机的断链检测效果不佳。而且目前用于刮板机断链检测的方法，其装置复杂，需要很多的设备才能完成断链检测，造成使用麻烦等问题。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，位于刮板机的刮板上分别设置标记装置，位于刮板机的刮板上方设有用于输出图像的投影仪及用于获取投影仪输出图片的高速相机；刮板机上还有用于控制刮板机运行的集成板卡；集成板卡的信号输入端与高速相机相连通；所述的投影仪向刮板机上刮板投射影像，该影像覆盖两个相邻的刮板；该结构光定位测距检测方法为：

步骤一：预先设定N张结构光图像，将N张结构光图像输入至投影仪中，设定该N张结构光图像的循环时间由投影仪投射；

步骤二：通过张正友标定法将投影仪及高速相机根据所在刮板机的位置进行标定，使高速相机获取刮板机刮板位置的正确图像；

步骤三：刮板机运行时，投影仪向运行中的两个相邻刮板循环投射N张结构光图像；高速相机获取所有循环投射的N张结构光图像及两个相邻刮板的图像；

高速相机依次对刮板机中运行的刮板获取图像；

步骤四：高速相机将依次获取的N张结构光图像及两个相邻刮板的图像传输至集成板卡中进行解码，将格雷码转换为十进制数，即刮板上标记装置的坐标，也就得到相邻两个刮板的位置与距离；

步骤五：集成板卡通过刮板的位置与距离判断刮板是否发生断链现象；当发生断链时，集成板卡控制刮板机停机。

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，步骤一中采用格雷码设定结构光图像，N张结构光图像中每张结构光图像通过格雷码对应十进制码依次列出，通过该格雷码标定刮板机位置，确定坐标。

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，步骤三中设定的结构光图像为四张，投影仪投射的每张结构光图像的时间为0.25s，高速相机在1s内获取四张投影仪所投射的图像。

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，步骤四中集成板卡采用格雷码对N张结构光图片进行解码，将解码后的每张结构光图解码为十进制码，得到相邻两个刮板的位置。

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，步骤四中集成板卡根据获得的第N张结构光图片上刮板两侧的标记装置位置，将图像中的格雷码转换为十进制数，即得到相邻两个刮板上四个标记装置的坐标，即得到刮板同一侧相邻两个标记装置之间的距离。

本发明所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，步骤五中集成板卡6将获得的N张结构光图像中相邻两刮板同一侧的距离和正常距离范围进行比较，如果测到的两刮板距离大与正常距离范围，则定为刮板机链条处于断链状态；当拍摄到的连续四个循环的图片中都只有一个刮板出现时，即只有两个标记装置坐标时，即判断刮板机断链。

有益效果

本发明提供的通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其检测效率高，检测结果准确，且不受刮板位置影响。

本发明提供的通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，通过采用格雷码进行编码测距，在保留二进制编码的简便的优点的情况下，可以有效避免二进制码进位带来的数据突变，造成测量结果不准确等问题。

本发明提供的通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，本方法能够在刮板机的运行速度不稳定的情况下相对准确地测量和判断刮板状态，不易造成误判或漏判的情况，刮板机的断链检测效果较佳；本方法设备安全性较高，不会因为激光或者磁性对人体或其他设备造成伤害或影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的标记装置及支架安装位置结构示意图；

图2是本发明的刮板机的刮板及标记装置示意图；

图3为本发明实施例提供的投影仪安装示意图；

图4为本发明实施例提供的高速相机投射及拍摄主要区域示意图；

图5为本发明实施例提供的投影仪投射范围以及高速相机拍摄范围示意图；

图6为本发明实施例提供的4幅格雷码结构光图案；

图7为本发明实施例提供的模块连接框架图。

附图标记说明：

1—刮板，2—标记装置，3—支架，4—投影仪，5—高速相机，6—集成板卡，7—投射及拍摄主要区域，8—投影仪投射范围，9—高速相机拍摄范围。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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所示，在刮板机的机头位置固定支架3，并在支架3上端并排固定高速相机5和投影仪4，保证高度相机5和投影仪4可以覆盖到刮板机上两倍刮板1之间间距的范围，即始终保证高速相机5拍摄的图片中存在两个相邻的刮板1;

在刮板机的机头侧边安装集成板卡6，高度相机5、投影仪4以及双链刮板机控制端均电性连接集成板卡6；在每一个刮板1的两端固定好标记装置2；

CPU处理器采用inter酷睿i5即可。在一张集成板卡上面可以集成CPU处理器，图像接收模块，继电器模块，电源模块等，集成板卡型号为RT1052。

如图4所示为投射及拍摄主要区域7；图5中所示为投影仪投射范围8和高速相机拍摄范围9；

对投影仪4和高速照相机5采用张正友标定法进行标定，建议使用标准棋盘格张正友标定法进行相机和投影仪的标定，此方法简单快捷，且效果良好。

保证高速相机5拍摄到的照片能够正确反映当前刮板1的正确位置；根据光线是可逆的原理，投影仪可以看作是“反向”的相机，因此可以用张正友标定法进行标定；

投影仪4按照1-4的顺序不断快速投射结构光图像，将拍摄4张图像作为一个循环，设置每0.25s完成一个循环，即1s内完成4次循环，保证每张图像均能够覆盖到支架下相邻两个刮板1间距的长度；投影仪4每投射一张图像，高度相机5就拍摄一张照片并将拍摄下的照片传输到集成板卡6；集成板卡6接收到一个循环内的4张图片后对图像进行格雷码解码得到十进制数，即得到标记装置的坐标，即得到相邻两个刮板1的位置和距离；

采用格雷码的编码方式预先设计结构光图像，将每幅图像对应的格雷码依次列出，并将每幅图对应的十进制数依次列出，不同的十进制数的数值代表了刮板机上不同的位置，即不同的坐标；如图2中所示标记装置可设置成绿色，当高速相机拍摄下灰度图像后，绿色的标记装置在图像中的灰度比较好提取。提取出标记装置在图像中的像素坐标后，将灰度图像转换为二进制图像，黑色代表0，白色代表1，按照投射的结构光图像顺序即可得到格雷码。如图6下图右侧所示，即得到了标记装置的像素坐标位置上的格雷码，将格雷码转换为十进制数之后，就得到了我们人为规定的坐标。

采用格雷码的原因在于其相较于自然二进制码有明显的优点，在某些情况下，例如从十进制的3转换到4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲；而格雷码则没有这一缺点，它是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同；它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化；它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆，使得数据更加稳定和准确。

如图6所示；设计4幅格雷码结构光图案，图中黑色表示0，白色表示1，设计的4张图片左侧为格雷码高位，右侧为格雷码低位，4幅图案对应的格雷码依次如图案右侧所示，对应的十进制数依次如右侧所示；不同的数值代表了刮板机上不同的位置，即不同的坐标。

集成板卡6首先将这N张图片解码为对应的格雷码，再将格雷码转换为对应的十进制码，从而得到被拍摄到的相邻两个刮板1对应的位置；（同上）

集成板卡6取第N张图片上标记装置2的位置为刮板1两侧所在的最终位置，得到图片中四个标记装置2的坐标，从而得到相邻两刮板1同一侧的标记装置2间距离。

判断是否发生断链现象；提前规定好两坐标之间的单位距离所对应的实际距离，计算相邻两刮板同一侧标记装置之间的坐标距离，即可得到相邻两刮板同一侧标记装置之间对应的实际距离。

集成板卡6将测到的图片中相邻两刮板1同一侧的距离和正常距离范围进行比较，判断出此时刮板机链条是否处于断链状态；当拍摄到的连续4个循环的图片中都只有一个刮板出现时，即只有两个标记装置坐标时，即判断刮板机断链。

然后将得到的实际距离与正常距离范围进行对比，若实际距离超出规定的正常距离范围，则判断为断链状态；当刮板机链条处于正常状态时，继续保持刮板机正常运行；当发生断链现象，集成板卡及时发送制动指令到刮板机控制端，停止刮板机的运行。

如图7所示：处理器发送提前设置好的结构光图案到投影仪，投影仪将结构光图案投射到刮板机上，然后高速相机拍摄被投射结构光的刮板图像，发送到集成板卡中进行图像处理，格雷码解码，获得标记装置坐标，计算得到两刮板同一侧标记装置实际距离，判断是否为断链状态，如果是断链状态则发送制动信号到刮板机，命令刮板机紧急制动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：位于刮板机的刮板上分别设置标记装置，位于刮板机的刮板上方设有用于输出图像的投影仪及用于获取投影仪输出图片的高速相机；刮板机上还有用于控制刮板机运行的集成板卡；集成板卡的信号输入端与高速相机相连通；所述的投影仪向刮板机上刮板投射影像，该影像覆盖两个相邻的刮板；该结构光定位测距检测方法为：

步骤一：预先设定N张结构光图像，将N张结构光图像输入至投影仪中，设定该N张结构光图像的循环时间由投影仪投射；

步骤二： 通过张正友标定法将投影仪及高速相机根据所在刮板机的位置进行标定，使高速相机获取刮板机刮板位置的正确图像；

步骤三：刮板机运行时，投影仪向运行中的两个相邻刮板循环投射N张结构光图像；高速相机获取所有循环投射的N张结构光图像及两个相邻刮板的图像；

高速相机依次对刮板机中运行的刮板获取图像；

步骤四：高速相机将依次获取的N张结构光图像及两个相邻刮板的图像传输至集成板卡中进行解码分析得到相邻两个刮板的位置与距离；

步骤五：集成板卡通过刮板的位置与距离判断刮板是否发生断链现象；当发生断链时，集成板卡控制刮板机停机。

2.根据权利要求1所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：步骤一中采用格雷码设定结构光图像，N张结构光图像中每张结构光图像通过格雷码对应十进制码依次列出，通过该格雷码标定刮板机位置，确定坐标。

3.根据权利要求1所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：步骤三中设定的结构光图像为四张，投影仪投射的每张结构光图像的时间为0.25s，高速相机在1s内获取四张投影仪所投射的图像。

4.根据权利要求1所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：步骤四中集成板卡采用格雷码对N张结构光图片进行解码，将解码后的每张结构光图解码为十进制码，得到相邻两个刮板的位置。

5.根据权利要求1所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：步骤四中集成板卡根据获得的第N张结构光图片上刮板两侧的标记装置位置，得到相邻两个刮板上四个标记装置的坐标，即得到刮板同一侧相邻两个标记装置之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种通过结构光定位测距进行双链刮板机断链的检测方法，其特征在于：步骤五中集成板卡6将获得的N张结构光图像中相邻两刮板同一侧的距离和正常距离范围进行比较，如果测到的两刮板距离大与正常距离范围，则定为刮板机链条处于断链状态；当拍摄到的连续四个循环的图片中都只有一个刮板出现时，即只有两个标记装置坐标时，即判断刮板机断链。

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