CN111717616A - 一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法及控制系统，该控制系统包括：图像采集装置、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块和上位机；该检测方法包括：采集刮板输送机实时工作视频信息；对采集到的视频进行单帧图像预处理；对预处理后的图像提取刮板轮廓，获得所述刮板轮廓的直线信息，基于所述刮板轮廓的直线和链条直线，得到刮板和链条之间的角度，根据所述角度判定所述刮板是否拉斜。本发明利用图像识别与视频分析技术实现了对刮板输送机斜链故障的实时在线检测，结合可编程序控制器实现了对刮板输送机运转状态的自动控制，提高了工业生产的自动化控制程度，为工业生产运行的稳定提供了可靠的技术保障。

Description

一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法及控制系统
技术领域
本发明涉及刮板输送机故障检测领域，特别是涉及一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法及控制系统。
背景技术
刮板输送机是指用刮板链牵引，在槽内运送散料的输送机。它由机头、中间部和机尾部等三个部分组成，中部由过渡槽、中部槽、链条和刮板等组件组成。刮板输送机将敞开的溜槽，作为煤炭、矸石或物料等的承受件，将刮板固定在链条上，组成刮板链，作为牵引构件。当机头传动部启动后，带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动，直至到机头部卸载。刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行，完成物料的输送。
刮板输送机由于长时间工作，会在刮板中出现斜链的情况。当刮板输送机中出现斜链时，会严重影响机器的正常工作，甚至会发生严重的安全隐患。而在实际使用刮板输送机时，主要通过巡检人员的观察来判断刮板机是否发生出现斜链，这就存在严重的滞后性，为了实时监控刮板输送机的运行状态，减少刮板机出现的安全隐患，寻求一种可靠的刮板拉斜检测方法与装置就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法及控制系统，以解决上述现有技术存在的问题，使刮板输送机刮板斜链检测不再依靠人工进行判断，实现了刮板输送机刮板斜链检测的智能化，提高了工业生产的自动化控制程度，为工业生产稳定运行提供了可靠的保障基础。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统，包括：
图像采集装置，用于实时采集刮板输送机工作图像；
图像识别模块，用于对图像进行处理，识别图像中的刮板输送机的刮板轮廓，检测刮板与链条之间的角度，并将结果发送至开关量输出模块；
开关量输出模块，用于接收检测结果，并将检测结果发送到PLC控制模块；
PLC控制模块，用于获取刮板输送机的工作状态，并将工作状态信息发送至上位机，还用于根据接收到的检测结果控制刮板运输机的运行；
上位机，用于接收刮板运输机工作状态信息并控制图像识别模块是否启动，是，则启动图像识别模块，否，则不启动图像识别模块。
所述图像采集装置与所述图像识别模块相连，所述图像识别模块与所述上位机相连，所述开关量输出模块与所述PLC控制模块相连，所述PLC控制模块与所述上位机通过以太网进行数据传输。
优选的，所述图像识别模块包括图像存储模块、图像处理模块，图像检测模块，图像存储模块依次与图像预处理模块、图像检测模块进行连接，图像预处理模块与图像检测模块连接，图像检测模块与开关量输出模块连接。
优选的，所述图像采集装置使用工业相机。
还提供了一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法，包括如下步骤：
获取刮板输送机工作状态，判断处在工作状态时，采集所述刮板输送机实时工作视频信息；
对采集到的视频进行单帧图像预处理；
对预处理后的图像提取刮板轮廓，获得所述刮板轮廓的直线信息，基于所述刮板轮廓的直线和链条直线，得到刮板和链条之间的角度，根据所述角度判定所述刮板是否拉斜，是，则停止刮板输送机工作状态监控，并停止所述刮板输送机；否，则持续刮板输送机工作状态监控。
优选的，对采集到的视频进行单帧图像预处理包括去噪处理、灰度均衡处理。
优选的，所述刮板轮廓的直线信息获取采用直线拟合的方式，以小直线进行拟合选择，得出刮板轮廓的直线信息。
本发明公开了以下技术效果：本发明利用图像识别与视频分析技术实现了对刮板输送机斜链故障的实时在线检测，结合可编程序控制器实现了对刮板输送机运转状态的自动控制，提高了工业生产的自动化控制程度，为工业生产运行的稳定提供了可靠的技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法流程示意图；
图2为本发明实施例中所采集的刮板输送机运行状态图像。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1-2，本发明提供一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统，包括图像采集装置、图像识别模块、开关量输出模块、PLC控制模块和上位机。其中，图像采集装置，用于实时采集刮板输送机工作图像；图像识别模块，用于对图像进行处理，识别图像中的刮板输送机的刮板轮廓，检测刮板与链条之间的角度，并将结果发送至开关量输出模块；开关量输出模块，用于接收检测结果，并将检测结果发送到PLC控制模块；PLC控制模块，用于获取刮板输送机的工作状态，并将工作状态信息发送至上位机，还用于根据接收到的检测结果控制刮板运输机的运行；上位机，用于接收刮板运输机工作状态信息并控制图像识别模块是否启动，是，则启动图像识别模块，否，则不启动图像识别模块。
图像采集模块与图像识别模块相连，图像识别模块与上位机相连，开关量输出模块与PLC控制模块相连，PLC控制模块与所述上位机相连。
图像识别模块包括图像存储模块、图像处理模块，图像检测模块，图像存储模块依次与图像预处理模块、图像检测模块进行连接，图像预处理模块与图像检测模块连接，图像检测模块与开关量输出模块连接。
利用基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统进行刮板输送机斜链检测，包括如下步骤：
在刮板输送机工作现场根据具体环境设置合适的视频采集点，利用高清的海康工业相机实时监控刮板运输机运行的状态，将不断捕获的视频帧画面运用RSTP协议传输到计算机，计算机启动图像识别模块实时进行图像处理、视频分析。
图像存储模块利用栈的特性来存储视频帧，从而可以读取最新的视频帧信息。图像处理模块对单帧图像进行降噪、去噪处理，大幅度减少背景的冗余元素并且剔除了一些不相干的信息来提高算法的自适应性，针对环境的复杂性加入灰度均衡处理来保留刮板输送机的刮板图像重要语义信息。
图像检测模块对处理完毕的图像进行刮板的轮廓信息提取从而准确的识别出刮板，采用直线拟合的方式，采用最小二乘法求解最小直线不断的进行拟合选择出最优解从而得出刮板轮廓的直线信息。最小二乘法,Least Squares Method,(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方,寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
通过检测到刮板与链条上的直线结合特定场景可得到刮板与链条之间的角度，如图2所示。本实施例中，预设阈值设置为0.5°，将刮板与链条之间的角度与90°进行比较,计算差值d，当0≤d≤0.5°时,则没有发生拉斜，即不存在异常，当d＞0.5°时，则说明发生拉斜，即存在异常。
图像检测模块将检测到的异常数据通过TCP协议，以太网外传送至开关量输出模块。开关量输出模块将检测结果发送到PLC控制模块，PLC控制模块根据接收到的信息，发出开关量信号控制刮板输送机是否停止运行，即如果检测到的角度存在异常，则PLC控制模块会接受到异常信息，则会停止刮板输送机运行，否则，刮板输送机继续运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统，其特征在于：包括：
图像采集装置，用于实时采集刮板输送机工作图像；
图像识别模块，用于对图像进行处理，识别图像中的刮板输送机的刮板轮廓，检测刮板与链条之间的角度，并将结果发送至开关量输出模块；
开关量输出模块，用于接收检测结果，并将检测结果发送到PLC控制模块；
PLC控制模块，用于获取刮板输送机的工作状态，并将工作状态信息发送至上位机，还用于根据接收到的检测结果控制刮板运输机的运行；
上位机，用于接收刮板运输机工作状态信息并控制图像识别模块是否启动，是，则启动图像识别模块，否，则不启动图像识别模块。
所述图像采集装置与所述图像识别模块相连，所述图像识别模块与所述上位机相连，所述开关量输出模块与所述PLC控制模块相连，所述PLC控制模块与所述上位机通过以太网进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统，其特征在于：所述图像识别模块包括图像存储模块、图像处理模块，图像检测模块，所述图像存储模块、所述图像预处理模块和所述图像检测模块依次连接，图像预处理模块与图像检测模块连接，图像检测模块与开关量输出模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于图像识别的刮板输送机斜链检测控制系统，其特征在于：所述图像采集装置使用工业相机。
4.一种基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法，其特征在于：
获取刮板输送机工作状态，判断处在工作状态时，采集所述刮板输送机实时工作视频信息；
对采集到的视频进行单帧图像预处理；
对预处理后的图像提取刮板轮廓，获得所述刮板轮廓的直线信息，基于所述刮板轮廓的直线和链条直线，得到刮板和链条之间的角度，根据所述角度判定所述刮板是否拉斜，是，则停止刮板输送机工作状态监控，并停止所述刮板输送机；否，则持续刮板输送机工作状态监控。
5.根据权利要求4所述的基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法，其特征在于：对采集到的视频进行单帧图像预处理包括去噪处理、灰度均衡处理。
6.根据权利要求1所述的基于图像识别的刮板输送机斜链检测方法，其特征在于：所述刮板轮廓的直线信息获取采用直线拟合的方式，以最小直线进行拟合选择，得出刮板轮廓的直线信息。
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