CN111538104A - 一种矿山作业用金属探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿山作业用金属探测装置，包括支柱、腔体、主体和检测仪，所述主体的两侧均连接有支柱，所述主体一侧的两端安装有固定架，所述支柱的内部均设置有升降机构，所述主体的内部安装有腔体，且腔体的内部设置有转动机构，所述主体顶部的一侧设置有夹持机构，所述夹持机构包括有夹持臂、第一传动齿轮、主动齿轮、伺服电机和第二传动齿轮，所述伺服电机安装在主体顶部的一侧。本发明通过在支柱的顶端均安装有驱动电机，在操作前启动驱动电机，带动支柱内部的丝杆转动，从而带动活动块上升或下降，使连接块上升或下降，从而带动主体上升或下降，使主体调节到合适的高度，可以适应不同身高的工人。

Description

一种矿山作业用金属探测装置
技术领域
本发明涉及矿山作业技术领域，具体为一种矿山作业用金属探测装置。
背景技术
随着社会的不断发展，人们对金属物质的需求越来越多，导致矿山的不断开采，矿山规模日益扩大，矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建采矿、化学矿等，而在矿石的开采过程中有很多环节，而金属检测就是其中重要的一环，此时就需要用到一种检测仪器：
传统的矿山作业用金属探测装置，夹持部位的结构复杂，无法准确的对需要检测的矿石进行准确定位，导致夹持不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿山作业用金属探测装置，以解决上述背景技术中提出的夹持不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿山作业用金属探测装置，包括支柱、腔体、主体和检测仪，所述主体的两侧均连接有支柱，所述主体一侧的两端安装有固定架，所述支柱的内部均设置有升降机构，所述主体的内部安装有腔体，且腔体的内部设置有转动机构，所述主体顶部的一侧设置有夹持机构，所述夹持机构包括有夹持臂、第一传动齿轮、主动齿轮、伺服电机和第二传动齿轮，所述伺服电机安装在主体顶部的一侧，所述伺服电机的底部安装有主动齿轮，所述主动齿轮的一侧安装有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮的一端安装有第二传动齿轮，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮的一侧均安装有夹持臂，所述主体顶部的另一侧安装有检测圆环，且检测圆环的两端均匀固定架活动连接，所述检测圆环的顶部安装有检测仪，所述检测圆环的内部安装有检测框。
优选的，所述升降机构包括有驱动电机、连接块、丝杆和活动块，所述支柱的内部安装有丝杆，所述丝杆的外侧安装有活动块，且活动块的一侧安装有连接块，所述连接块的一侧与主体固定连接，所述丝杆的顶部安装有驱动电机。
优选的，所述活动块呈矩形，所述丝杆关于主体的垂直中心线对称分布。
优选的，所述转动机构包括有第一直角齿轮、第二直角齿轮、第一圆齿轮和第二圆齿轮，所述第一直角齿轮安装在腔体的内部，所述第一直角齿轮底部的一侧安装有第二直角齿轮，所述第二直角齿轮的一侧安装有第一圆齿轮，所述第一圆齿轮的一侧安装有第二圆齿轮，且第一圆齿轮与第二圆齿轮的顶部与检测圆环的底部连接。
优选的，所述夹持臂的内部与检测框的外壁贴合，且夹持臂的为F形。
优选的，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮直径相等，且第二传动齿轮为二分之一齿轮。
优选的，所述矿山作业用金属探测装置还包括零部件缺陷检测仪，所述零部件缺陷检测仪用于检测所述矿山作业用金属探测装置零部件是否存在缺陷，且检测步骤包括：
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的无缺陷的零部件进行拍照，获取标准模板图像；
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的零部件进行拍照获取待检测的图像；
基于图像处理技术将标准模板图和待检测的图像进行灰度化，获得标准模板图像的灰度值及待检测的图像的灰度值；
利用图像模板匹配技术，将待检测的图像灰度值与标准模板图像的灰度值做差，得到灰度差值，将灰度差值与预设阈值进行比较，当灰度差值小于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件无缺陷，当灰度差值大于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件存在缺陷。
优选的，所述检测仪的具体检测步骤如下：
步骤A1，针对待检测矿石，存在对应的自动鉴定数据库，所述自动鉴定数据库中有m1张含金属的矿石和m2张不含金属的矿石，构成m张数据图像，将所述m张数据图像转换为相同大小的标准图像，并将所述标准图像经过灰度化处理后得到图像像素矩阵，将所述图像像素矩阵按列转变为像素向量，将m张数据图像的像素向量形成一个数据矩阵X；
步骤A2，根据以下公式构建与数据矩阵X相关的鉴别函数：
Figure BDA0002545552860000031
其中，h(X)代表构建的与数据矩阵X相关的鉴别函数，为m行1列的矩阵，T代表矩阵的转置，e代表自然常数，θ代表初始权重,预设为单位矩阵，sum()代表求和，ln代表以e为底的对数；
步骤A3，构建真实m张数据图像对应的真实标签y为m行1列的矩阵形式，y包含俩个值，当y＝1时，代表数据图像对应的标签为含金属的矿石，当y＝0时，代表数据图像对应的标签为不含金属的矿石；
步骤A4，根据步骤A2和步骤A3构建鉴别差距函数：
Figure BDA0002545552860000032
其中，J代表构建的鉴别差距函数，yi代表为矩阵y的第i行的值，h(X)i代表矩阵h(X)的第i行的值，log代表以2为底的对数；
步骤A5，根据以下公式对预设的权重θ进行调整：
Figure BDA0002545552860000033
其中，
Figure BDA0002545552860000034
代表鉴别差距函数分别对权重θ中的各个位置的元素求导后得到的矩阵，sign代表符号函数，通过不断的重复步骤A5，每一次重复步骤A5，差距值会计算一遍，直到差距值小于0.1后，此时得到的θ'为优化后的权重，将优化后的权重θ'代替步骤A2鉴别函数中的初始权重θ，得到优化后的鉴别函数h(X)'，进而运行步骤A6；
步骤A6，获取待检测的矿石，对待检测的矿石图像转换得到像素向量，并将像素向量组成数据矩阵X'代入步骤A2中得到相应的鉴别结果h(X')'，当0≤h(X')'＜0.5时代表当前待检测的矿石不含金属，当0.5≤h(X')'≤1时，代表当前待检测的矿石含金属。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在主体顶部的一侧安装有伺服电机，启动伺服电机，带动主动齿轮转动，从而带动一侧的第一传动齿轮转动，带动与第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮转动，从而控制夹持臂对检测框进行夹紧，从而使待检测的矿石被固定在检测框内，方便后续的操作；
2、通过在支柱的顶端均安装有驱动电机，在操作前启动驱动电机，带动支柱内部的丝杆转动，从而带动活动块上升或下降，使连接块上升或下降，从而带动主体上升或下降，使主体调节到合适的高度，可以适应不同身高的工人；
3、通过在通过在主体顶部的一侧安装有伺服电机，启动伺服电机，带动第一直角齿轮转动，从而带动与之啮合的第二直角齿轮转动，同时带动第一圆齿轮与第二圆齿轮转动，与检测圆环外侧底部的齿啮合，使检测圆环可以来回摆动，使检测的范围更广。
附图说明
图1为本发明的正视剖面结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的侧视局部结构示意图；
图4为本发明的升降机构局部结构示意图。
图中：1、支柱；2、升降机构；201、驱动电机；202、连接块；203、丝杆；204、活动块；3、转动机构；301、第一直角齿轮；302、第二直角齿轮；303、第一圆齿轮；304、第二圆齿轮；4、腔体；5、主体；6、检测框；7、检测圆环；8、检测仪；9、夹持机构；901、夹持臂；902、第一传动齿轮；903、主动齿轮；904、伺服电机；905、第二传动齿轮；10、固定架。
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。
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种矿山作业用金属探测装置，包括支柱1、腔体4、主体5和检测仪8，主体5的两侧均连接有支柱1，主体5一侧的两端安装有固定架10，支柱1的内部均设置有升降机构2，升降机构2包括有驱动电机201、连接块202、丝杆203和活动块204，支柱1的内部安装有丝杆203，丝杆203的外侧安装有活动块204，且活动块204的一侧安装有连接块202，连接块202的一侧与主体5固定连接，丝杆203的顶部安装有驱动电机201，该驱动电机201的型号可为Y90S-2，活动块204呈矩形，丝杆203关于主体5的垂直中心线对称分布；
启动驱动电机201，带动支柱1内部的丝杆203转动，从而带动活动块204向上滑动或向下滑动，带动连接块202向上滑动或向下滑动，从而使主体5调节到合适的高度，可以适应不同身高的工人；
主体5的内部安装有腔体4，且腔体4的内部设置有转动机构3，转动机构3包括有第一直角齿轮301、第二直角齿轮302、第一圆齿轮303和第二圆齿轮304，第一直角齿轮301安装在腔体4的内部，第一直角齿轮301底部的一侧安装有第二直角齿轮302，第二直角齿轮302的一侧安装有第一圆齿轮303，第一圆齿轮303的一侧安装有第二圆齿轮304，且第一圆齿轮303与第二圆齿轮304的顶部与检测圆环7的底部连接；
启动伺服电机904，同时带动第一直角齿轮301转动，从而带动第一直角齿轮301一侧的第二直角齿轮302转动，带动第一圆齿轮303与第二圆齿轮304同时转动，使检测圆环7可以来回摆动，对框内的矿石进行检测，将检测到信号传递给检测仪8，扩大了检测范围，使检测更精准；
主体5顶部的一侧设置有夹持机构9，夹持机构9包括有夹持臂901、第一传动齿轮902、主动齿轮903、伺服电机904和第二传动齿轮905，伺服电机904安装在主体5顶部的一侧，该伺服电机904的型号可为EDSMT-2T，驱动电机201和伺服电机904的输入端均与控制面板的输出端电性连接，伺服电机904的底部安装有主动齿轮903，主动齿轮903的一侧安装有第一传动齿轮902，第一传动齿轮902的一端安装有第二传动齿轮905，第一传动齿轮902与第二传动齿轮905的一侧均安装有夹持臂901，夹持臂901的内部与检测框6的外壁贴合，且夹持臂901的为F形，第一传动齿轮902和第二传动齿轮905直径相等，且第二传动齿轮905为二分之一齿轮；
启动伺服电机904，带动主动齿轮903转动，从而第一传动齿轮902转动，带动与第一传动齿轮902啮合的第二传动齿轮905转动，从而控制夹持臂901对检测框6进行夹紧，从而使装有待检测矿石的框被固定在操作台上，方便后续操作；
主体5顶部的另一侧安装有检测圆环7，且检测圆环7的两端均匀固定架10活动连接，检测圆环7的顶部安装有检测仪8，检测圆环7的内部安装有检测框6。
工作原理：在使用时，该装置采用外接电源，首先，将该装置搬运到其所需要的位置，启动驱动电机201，带动支柱1内部的丝杆203转动，从而带动活动块204向上滑动或向下滑动，带动连接块202向上滑动或向下滑动，从而使主体5调节到合适的高度；
之后，将装有待检测矿石的框放至操作台上，启动伺服电机904，带动主动齿轮903转动，从而第一传动齿轮902转动，带动与第一传动齿轮902啮合的第二传动齿轮905转动，从而控制夹持臂901对检测框6进行夹紧，从而使装有待检测矿石的框被固定在操作台上；
最后，启动伺服电机904，同时带动第一直角齿轮301转动，从而带动第一直角齿轮301一侧的第二直角齿轮302转动，带动第一圆齿轮303与第二圆齿轮304同时转动，检测圆环7外侧底部的齿与第一圆齿轮303和第二圆齿轮304啮合，使检测圆环7可以来回摆动，对框内的矿石进行检测，将检测到信号传递给检测仪8，最终完成该装置的工作。
本实施例中，所述矿山作业用金属探测装置还包括零部件缺陷检测仪，所述零部件缺陷检测仪用于检测所述矿山作业用金属探测装置零部件是否存在缺陷，且检测步骤包括：
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的无缺陷的零部件进行拍照，获取标准模板图像；
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的零部件进行拍照获取待检测的图像；
基于图像处理技术将标准模板图和待检测的图像进行灰度化，获得标准模板图像的灰度值及待检测的图像的灰度值；
利用图像模板匹配技术，将待检测的图像灰度值与标准模板图像的灰度值做差，得到灰度差值，将灰度差值与预设阈值进行比较，当灰度差值小于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件无缺陷，当灰度差值大于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件存在缺陷。
上述技术方案的有益效果是：通过矿山作业用金属探测装置的各个无缺陷的部件进行拍照，获取标准模板图像，获取待检测部件的图像，利用图像处理进行进行灰度化，将待检测的图像灰度值与标准模板图像的灰度值做差，得到灰度差值，将灰度差值与预设阈值进行比较，当灰度差值小于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件无缺陷，当灰度差值大于预设阈值便于有效的检测每个部件是否存在缺失，便于有效的检测每个部件本身是否存在结构故障等问题，进而有效的检测出所述矿山作业用金属探测装置的部件存在的缺陷信息及缺陷位置。
本实施例中，所述检测仪(8)的具体检测步骤如下：
步骤A1，针对待检测矿石，存在对应的自动鉴定数据库，所述自动鉴定数据库中有m1张含金属的矿石和m2张不含金属的矿石，构成m张数据图像，将所述m张数据图像转换为相同大小的标准图像，并将所述标准图像经过灰度化处理后得到图像像素矩阵，将所述图像像素矩阵按列转变为像素向量，将m张数据图像的像素向量形成一个数据矩阵X；
步骤A2，根据以下公式构建与数据矩阵X相关的鉴别函数：
Figure BDA0002545552860000081
其中，h(X)代表构建的与数据矩阵X相关的鉴别函数，为m行1列的矩阵，T代表矩阵的转置，e代表自然常数，θ代表初始权重,预设为单位矩阵，sum()代表求和，ln代表以e为底的对数；
步骤A3，构建真实m张数据图像对应的真实标签y为m行1列的矩阵形式，y包含俩个值，当y＝1时，代表数据图像对应的标签为含金属的矿石，当y＝0时，代表数据图像对应的标签为不含金属的矿石；
步骤A4，根据步骤A2和步骤A3构建鉴别差距函数：
Figure BDA0002545552860000091
其中，J代表构建的鉴别差距函数，yi代表为矩阵y的第i行的值，h(X)i代表矩阵h(X)的第i行的值，log代表以2为底的对数；
步骤A5，根据以下公式对预设的权重θ进行调整：
Figure BDA0002545552860000092
其中，
Figure BDA0002545552860000093
代表鉴别差距函数分别对权重θ中的各个位置的元素求导后得到的矩阵，sign代表符号函数，通过不断的重复步骤A5，每一次重复步骤A5，差距值会计算一遍，直到差距值小于0.1后，此时得到的θ'为优化后的权重，将优化后的权重θ'代替步骤A2鉴别函数中的初始权重θ，得到优化后的鉴别函数h(X)'，进而运行步骤A6；
步骤A6，获取待检测的矿石，对待检测的矿石图像转换得到像素向量，并将像素向量组成数据矩阵X'代入步骤A2中得到相应的鉴别结果h(X')'，当0≤h(X')'＜0.5时代表当前待检测的矿石不含金属，当0.5≤h(X')'≤1时，代表当前待检测的矿石含金属。
上述技术方案的有益效果是：利用上述技术，快速的准确的确定待检测的矿山是否含有金属，且在判断过程中，所以的结果都通过计算机计算判断，不需要人为的干预，使得所述过程不仅工作量小，且可实施性强，同时在鉴定过程中，鉴别差距函数通过不断的迭代最终将差距值降低到0.1以下，从而提高了检测的准确性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿山作业用金属探测装置，包括支柱(1)、腔体(4)、主体(5)和检测仪(8)，其特征在于：所述主体(5)的两侧均连接有支柱(1)，所述主体(5)一侧的两端安装有固定架(10)，所述支柱(1)的内部均设置有升降机构(2)，所述主体(5)的内部安装有腔体(4)，且腔体(4)的内部设置有转动机构(3)，所述主体(5)顶部的一侧设置有夹持机构(9)，所述夹持机构(9)包括有夹持臂(901)、第一传动齿轮(902)、主动齿轮(903)、伺服电机(904)和第二传动齿轮(905)，所述伺服电机(904)安装在主体(5)顶部的一侧，所述伺服电机(904)的底部安装有主动齿轮(903)，所述主动齿轮(903)的一侧安装有第一传动齿轮(902)，所述第一传动齿轮(902)的一端安装有第二传动齿轮(905)，所述第一传动齿轮(902)与第二传动齿轮(905)的一侧均安装有夹持臂(901)，所述主体(5)顶部的另一侧安装有检测圆环(7)，且检测圆环(7)的两端均匀固定架(10)活动连接，所述检测圆环(7)的顶部安装有检测仪(8)，所述检测圆环(7)的内部安装有检测框(6)。
2.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述升降机构(2)包括有驱动电机(201)、连接块(202)、丝杆(203)和活动块(204)，所述支柱(1)的内部安装有丝杆(203)，所述丝杆(203)的外侧安装有活动块(204)，且活动块(204)的一侧安装有连接块(202)，所述连接块(202)的一侧与主体(5)固定连接，所述丝杆(203)的顶部安装有驱动电机(201)。
3.根据权利要求2所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述活动块(204)呈矩形，所述丝杆(203)关于主体(5)的垂直中心线对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述转动机构(3)包括有第一直角齿轮(301)、第二直角齿轮(302)、第一圆齿轮(303)和第二圆齿轮(304)，所述第一直角齿轮(301)安装在腔体(4)的内部，所述第一直角齿轮(301)底部的一侧安装有第二直角齿轮(302)，所述第二直角齿轮(302)的一侧安装有第一圆齿轮(303)，所述第一圆齿轮(303)的一侧安装有第二圆齿轮(304)，且第一圆齿轮(303)与第二圆齿轮(304)的顶部与检测圆环(7)的底部连接。
5.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述夹持臂(901)的内部与检测框(6)的外壁贴合，且夹持臂(901)的为F形。
6.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(902)和第二传动齿轮(905)直径相等，且第二传动齿轮(905)为二分之一齿轮。
7.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述矿山作业用金属探测装置还包括零部件缺陷检测仪，所述零部件缺陷检测仪用于检测所述矿山作业用金属探测装置零部件是否存在缺陷，且检测步骤包括：
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的无缺陷的零部件进行拍照，获取标准模板图像；
利用外置摄像头对所述矿山作业用金属探测装置的零部件进行拍照获取待检测的图像；
基于图像处理技术将标准模板图和待检测的图像进行灰度化，获得标准模板图像的灰度值及待检测的图像的灰度值；
利用图像模板匹配技术，将待检测的图像灰度值与标准模板图像的灰度值做差，得到灰度差值，将灰度差值与预设阈值进行比较，当灰度差值小于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件无缺陷，当灰度差值大于预设阈值，即待检测的图像所对应的部件存在缺陷。
8.根据权利要求1所述的一种矿山作业用金属探测装置，其特征在于：所述检测仪(8)的具体检测步骤如下：
步骤A1，针对待检测矿石，存在对应的自动鉴定数据库，所述自动鉴定数据库中有m1张含金属的矿石和m2张不含金属的矿石，构成m张数据图像，将所述m张数据图像转换为相同大小的标准图像，并将所述标准图像经过灰度化处理后得到图像像素矩阵，将所述图像像素矩阵按列转变为像素向量，将m张数据图像的像素向量形成一个数据矩阵X；
步骤A2，根据以下公式构建与数据矩阵X相关的鉴别函数：
Figure FDA0002545552850000031
其中，h(X)代表构建的与数据矩阵X相关的鉴别函数，为m行1列的矩阵，T代表矩阵的转置，e代表自然常数，θ代表初始权重,预设为单位矩阵，sum()代表求和，ln代表以e为底的对数；
步骤A3，构建真实m张数据图像对应的真实标签y为m行1列的矩阵形式，y包含俩个值，当y＝1时，代表数据图像对应的标签为含金属的矿石，当y＝0时，代表数据图像对应的标签为不含金属的矿石；
步骤A4，根据步骤A2和步骤A3构建鉴别差距函数：
Figure FDA0002545552850000032
其中，J代表构建的鉴别差距函数，yi代表为矩阵y的第i行的值，h(X)i代表矩阵h(X)的第i行的值，log代表以2为底的对数；
步骤A5，根据以下公式对预设的权重θ进行调整：
Figure FDA0002545552850000033
其中，
Figure FDA0002545552850000041
代表鉴别差距函数分别对权重θ中的各个位置的元素求导后得到的矩阵，sign代表符号函数，通过不断的重复步骤A5，每一次重复步骤A5，差距值会计算一遍，直到差距值小于0.1后，此时得到的θ'为优化后的权重，将优化后的权重θ'代替步骤A2鉴别函数中的初始权重θ，得到优化后的鉴别函数h(X)'，进而运行步骤A6；
步骤A6，获取待检测的矿石，对待检测的矿石图像转换得到像素向量，并将像素向量组成数据矩阵X'代入步骤A2中得到相应的鉴别结果h(X')'，当0≤h(X')'＜0.5时代表当前待检测的矿石不含金属，当0.5≤h(X')'≤1时，代表当前待检测的矿石含金属。
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