CN113998416B - 一种皮带张紧度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种皮带张紧度监测系统，包括张紧小车、三维摄像仪和控制器；张紧小车通过待监测张紧度的皮带与皮带机连接；张紧小车随皮带的张紧度变化而移动；三维摄像仪设置在张紧小车的一侧，监测张紧小车的位置变化并将位置变化的三维图像数据传输给控制器；控制器根据三维图像数据计算张紧小车与三维摄像仪之间的直线距离并判断直线距离是否在正常阈值范围内；若是，则皮带正常；若否，则皮带异常，控制器控制皮带机停机。本发明提出基于三维视频技术的张紧度小车监测装置，通过实时监测皮带张紧小车的位置关系，根据刚性连接属性，通过预设的安全皮带张紧位移区间数值来辅助判断皮带张紧度是否异常，实现对皮带张紧度的实时量化监测。

Description

一种皮带张紧度监测系统

技术领域

本发明涉及监测领域，特别是涉及一种皮带张紧度监测系统。

背景技术

现有的皮带张紧度监测装置主要依靠皮带运行区间的两端的限位装置对皮带的松紧进行调节，皮带的松紧受限位装置的控制，而限位装置只有皮带张紧度达到极限时才会进行调节，而皮带张紧度在极限附近是处于不安全状态的，所以现有皮带张紧度监测装置无法实时监测皮带张紧度是否在安全的范围内，以至于在皮带的张紧度超出安全范围时无法报警或停机，从而无法避免皮带过度张紧、松弛或断裂造成物料洒落甚至更严重的运输事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种皮带张紧度监测系统，能够实时监测皮带张紧度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种皮带张紧度监测系统，包括：张紧小车、三维摄像仪和控制器；

所述张紧小车通过待监测张紧度的皮带与皮带机连接；所述待监测张紧度的皮带缠绕在所述张紧小车的张紧滚轮上，使得所述张紧小车随所述皮带的张紧度变化而移动；

所述三维摄像仪，设置在所述张紧小车的一侧，用于监测所述张紧小车的位置变化并将所述位置变化的三维图像数据传输给所述控制器；

所述控制器分别与所述三维摄像仪和所述皮带机控制连接；所述控制器根据所述三维图像数据计算所述张紧小车与所述三维摄像仪之间的直线距离并判断所述直线距离是否在正常阈值范围内；若是，则皮带正常；若否，则皮带异常，所述控制器控制所述皮带机停机；所述正常阈值范围为所述皮带安全张紧度下的所述直线距离的范围。

可选的，所述皮带张紧度监测系统还包括报警器；所述报警器，与所述控制器控制连接，用于皮带异常时联动报警。

可选的，所述三维摄像仪为双目相机。

可选的，所述张紧小车设置在所述皮带机的机尾。

可选的，所述张紧小车设置在两个所述皮带机的中间。

可选的，所述三维摄像仪的镜头正对的方向与所述张紧小车移动的方向重合并且所述三维摄像仪设置在所述张紧小车未连接皮带的一侧。

可选的，所述三维摄像仪设置在所述张紧小车的所述初始位置的正上方；所述张紧小车的所述初始位置为所述皮带与所述张紧小车连接后且所述皮带机未运行时所述张紧小车的位置。

一种皮带张紧度监测方法，所述方法包括：

通过三维摄像仪获取三维图像数据；

根据所述三维图像数据获得张紧小车与三维摄像仪之间的实时直线距离；

判断所述实时直线距离是否在正常阈值范围内；

若是，则皮带正常；

若否，则皮带异常，皮带机停机。

可选的，所述三维摄像仪的镜头正对的方向与所述张紧小车移动的方向重合并且所述三维摄像仪设置在所述张紧小车未连接皮带的一侧，或者所述三维摄像仪设置在所述张紧小车的所述初始位置的正上方。

可选的，所述通过三维摄像仪获取三维图像数据，执行这一步骤前还包括：

确定所述正常阈值范围；

所述正常阈值范围为皮带安全张紧度下的张紧小车与三维摄像仪之间的直线距离的范围。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种皮带张紧度监测系统，包括：张紧小车、三维摄像仪和控制器；张紧小车通过待监测张紧度的皮带与皮带机连接；待监测张紧度的皮带缠绕在张紧小车的张紧滚轮上，使得张紧小车随皮带的张紧度变化而移动；三维摄像仪设置在张紧小车的一侧，监测张紧小车的位置变化并将位置变化的三维图像数据传输给控制器；控制器分别与三维摄像仪和皮带机控制连接；控制器根据三维图像数据计算张紧小车与三维摄像仪之间的直线距离并判断直线距离是否在正常阈值范围内；若是，则皮带正常；若否，则皮带异常，控制器控制皮带机停机。本发明提出基于三维视频技术的张紧度小车监测装置，通过实时监测皮带张紧小车的位置关系，根据刚性连接属性，通过预设的安全皮带张紧位移区间数值来辅助判断皮带张紧度是否异常，实现对皮带张紧度的实时量化监测。通过数据分析、目标识别、距离检测等技术手段，确保皮带张紧度监测实时可靠，可随时联动报警和停机，减小皮带损伤，节省人员，完善管理。

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为本发明皮带张紧度监测系统示意图；

图2为本发明皮带张紧度监测系统的方法流程图

图3为本发明皮带张紧度监测系统的相机设置在张紧小车上方时张紧小车行走监测示意图；

图4为本发明皮带张紧度监测系统的相机设置在张紧小车上方时张紧小车正常距离范围计算示意图；

图5为本发明皮带张紧度监测系统的相机设置在张紧小车后方时张紧小车行走监测示意图；

图6为本发明皮带张紧度监测系统的工作流程图。

符号说明：

皮带机—1，皮带—2，张紧小车—3，三维摄像仪—4。

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。

本发明的目的是提供一种皮带张紧度监测系统，能够实时监测皮带张紧度。

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。

如图1所示，本发明提供的皮带张紧度监测系统，包括：张紧小车3、三维摄像仪4和控制器。

皮带张紧度监测系统还包括报警器；报警器，与控制器控制连接，用于皮带2异常时联动报警。

张紧小车3通过待监测张紧度的皮带2与皮带机1连接；待监测张紧度的皮带2缠绕在张紧小车3的张紧滚轮上，使得张紧小车3随皮带2的张紧度变化而移动。

具体的，一般皮带2都会在皮带机1尾或者皮带机中间安装张紧小车3，用于检测皮带张紧度情况。张紧小车3与皮带2是刚性连接。

作为本发明的一个实施例，张紧小车3设置在皮带机1的机尾。

具体的，皮带机1尾张紧小车3，在皮带2运行时，保证整体皮带2上张紧度一致。在皮带2启动时，张紧度小车会被拉动提升，当皮带2运行平稳后，张紧小车3会恢复到正常位置，如皮带2减速时，张紧小车3会下降位置，张紧小车3主要用于保持整体皮带2的张紧度一致，防止皮带2打滑。另一方面，当皮带2断裂时，张紧小车3会快速后退。

作为本发明的一个实施例，张紧小车3设置在两个皮带机1的中间。

三维摄像仪4，设置在张紧小车3的一侧，用于监测张紧小车3的位置变化并将位置变化的三维图像数据传输给控制器；具体的，三维摄像仪4为双目相机。

具体的，在张紧小车3四周或者上方安装三维摄像仪4，三维摄像仪4 与张紧小车3间隔一定距离(大约1.5m)，三维摄像仪4主要功能为监测皮带张力是否正常，其次同时监测皮带2是否断裂。

作为本发明的一个实施例，三维摄像仪4的镜头正对的方向与张紧小车3移动的方向重合并且三维摄像仪4设置在张紧小车3未连接皮带2的一侧。

作为本发明的一个实施例，三维摄像仪4设置在张紧小车3的初始位置的正上方；张紧小车3的初始位置为皮带2与张紧小车3连接后且皮带机1 未运行时张紧小车3的位置。

控制器分别与三维摄像仪4和皮带机1控制连接；控制器根据三维图像数据计算张紧小车3与三维摄像仪4之间的直线距离并判断直线距离是否在正常阈值范围内；若是，则皮带2正常；若否，则皮带2异常，控制器控制皮带机1停机；正常阈值范围为皮带安全张紧度下的直线距离的范围。

如图2所示，一种皮带张紧度监测方法，方法包括：

步骤101：通过三维摄像仪4获取三维图像数据。

具体的，三维摄像仪4的镜头正对的方向与张紧小车3移动的方向重合并且三维摄像仪4设置在张紧小车3未连接皮带的一侧，或者三维摄像仪4 设置在张紧小车3的初始位置的正上方。

执行这一步骤前还包括：

确定正常阈值范围；

正常阈值范围为皮带安全张紧度下的张紧小车与三维摄像仪之间的直线距离的范围。

具体的，需要做数据分析，通过搜集张紧小车3行走距离与皮带张紧度关系的数据，结合相机安装的位置及与监测目标的距离，得到皮带张紧度正常和异常的阈值范围(如张紧小车3离开监测器距离保持在1.45m-1.55m为正常距离)。

进一步的，如图3和图4所示，作为本发明的一个实施例，当三维摄像仪4设置在张紧小车3的初始位置的正上方时，三维摄像仪4可以为相机，张紧小车3与待监测张紧度的皮带2连接后，张紧小车的初始位置确定，三维摄像仪4设置在张紧小车3的初始位置的正上方，则张紧小车3与三维摄像仪4的初始直线距离确定；初始直线距离为张紧小车3的初始位置与三维摄像仪4之间的直线距离。

更为具体的，张紧小车3在皮带2安全的极限拉紧状态下与张紧小车初始状态的相对位移为张紧小车拉紧状态下的正常行走距离；根据勾股定理，可以计算出在皮带2安全的极限拉紧状态下的张紧小车与三维摄像仪4的最远直线距离。张紧小车3在皮带2安全的极限松弛状态下与张紧小车初始状态的相对位移为张紧小车松弛状态下的正常行走距离；根据勾股定理，可以计算出在皮带2安全的极限松弛状态下的张紧小车与三维摄像仪4的最远直线距离。从而可以确定当三维摄像仪4设置在张紧小车3的初始位置的正上方时的正常阈值范围。

步骤102：根据三维图像数据获得张紧小车3与三维摄像仪4之间的实时直线距离。

具体的，能够实时从三维图像数据能够直接得到张紧小车3与三维摄像仪4的直线距离；不再需要根据勾股定理进行计算。

步骤103：判断实时直线距离是否在正常阈值范围内。

具体的，正常阈值范围包括松弛阈值范围和拉紧阈值范围。

作为本发明的一个实施例，当三维摄像仪4设置在张紧小车3的初始位置的正上方时，松弛阈值范围和拉紧阈值范围的最小值均为张紧小车3初始位置与三维摄像仪4之间的初始直线距离。松弛阈值范围的最大值为皮带机 1运行时在安全范围内的皮带张紧度为最小值时张紧小车3的位置与三维摄像仪4之间的松弛直线距离。拉紧阈值范围的最大值为皮带机1运行时在安全范围内的皮带张紧度为最大值时张紧小车3的位置与三维摄像仪4之间的拉紧直线距离。

具体的，相机放置于张紧小车3正上方，则正常状态下，张紧小车3位于相机正下方，初始直线距离为H0；当皮带2发送拉紧时，张紧小车3往右边移动，此时拉紧直线距离为H2；当皮带2发送松弛时，张紧小车3往左边移动，此时松弛直线距离为H1。张紧距离有一个合理的阈值范围，通过张紧小车3正常行走的范围得到(利用勾股定理H2²＝H0²+L0²得到H2的值，L0为张紧小车3正常行走距离)，比如H0-H1为松弛合理距离，即松弛阈值范围；H0-H2为拉紧合理距离，即拉紧阈值范围，超过这个距离则为异常。

作为本发明的一个实施例，三维摄像仪4的镜头正对的方向与张紧小车 3移动的方向重合并且三维摄像仪4设置在张紧小车3未连接皮带2的一侧，初始直线距离为张紧小车3的初始位置与三维摄像仪4之间距离；松弛直线距离为皮带机1运行时皮带张紧度为最小值时张紧小车3的位置与三维摄像仪4之间的距离；拉紧直线距离为皮带机1运行时皮带张紧度为最大值时张紧小车3的位置与三维摄像仪4之间的距离；图5为本发明皮带张紧度监测系统的相机设置在张紧小车3后方时张紧小车3行走监测示意图，此时张紧小车3正常状态下初始直线距离为H0，松弛状态下松弛直线距离为H1，拉紧状态下拉紧直线距离为H2，则张紧小车3合理的行走距离为H2-H1，超出这个范围的距离为异常。

此外，将该距离值通过网络发送给后端的智能分析主机；该距离值为阈值范围；控制器包括智能分析主机。智能分析主机获得三维相机实时观测得到的距离值，根据内嵌的智能逻辑判断，实时判断皮带2的张紧状态；内嵌的智能逻辑为判断实时直线距离是否在正常阈值范围内；进一步的，将报警器的报警分等级，根据皮带2异常的情况采取不同的应对措施。如：当三维相机实时观测的距离值为0.5米时，智能分析仪内嵌的逻辑判断，相机与张紧小车3的之间的距离为0.5米，远低于皮带张紧正常的区间值0.9—1.6米，智能分析仪就会实时通过干接点将报警信号给到下一级PLC(Programmable logic Controller，可编程控制器)中；控制器还包括PLC。PLC收到了智能分析仪给出的干接点报警信号后，实时给现场工作人员语音告警，并通过网络上传调度管理平台。

如图6所示，本发明提供的皮带张紧度监测系统的工作流程如下所述：

步骤201：张紧小车3行走距离与皮带异常历史数据搜集与分析。

步骤202：皮带张紧度异常距离阈值标定。

步骤203：相机设备安装。相机设备为三维摄像仪4。

步骤204：结合相机安装位置、距离和皮带异常阈值，得到相机监测张紧小车3的正常/异常阈值。

具体包括：根据设定的阈值以及双目相机检测的张紧小车3行走距离，进行皮带张紧度异常报警信号的输出传递到平台，可以设置多个阈值范围，以确定报警的严重程度，如一般、严重、非常严重。根据报警的严重程度，进行设备的联动操作以及系统检修，如果报警程度为严重和非常严重，则检测器会输出停机信号，停机信号传递到现场皮带2控制器PLC进行停机操作；具体联动规则可由人为设定，实现与自动化系统、广播通信系统等的联动控制。

当相机放置于张紧小车3上方时，则正常状态下，张紧小车3位于相机下面，初始直线距离为H0；当皮带2发送拉紧时，张紧小车3往右边移动，此时拉紧直线距离为H2；当皮带2发送松弛时，张紧小车3往左边移动，此时松弛直线距离为H1。张紧距离有一个合理的阈值范围，通过张紧小车3 正常行走的范围得到(利用勾股定理H2²＝H0²+L0²得到H2的值，L0为张紧小车3正常行走距离)，比如H0-H1为松弛合理距离，H0-H2为拉紧合理距离，超过这个距离则为异常。

当三维摄像仪4的镜头正对的方向与张紧小车3移动的方向重合并且三维摄像仪4设置在张紧小车3未连接皮带2的一侧，此时张紧小车3正常状态下初始直线距离为H0，松弛状态下松弛直线距离为H1，拉紧状态下拉紧直线距离为H2，则张紧小车3合理的行走距离为H2-H1，超出这个范围的距离为异常。

步骤205：目标识别算法：张紧小车3或连接件识别。

步骤206：目标距离检测算法。

目标识别和跟踪，双目相机先检测出图像中感兴趣的目标(张紧小车3 或者连接件等)，利用跟踪算法对目标进行跟踪，结合双目相机测出的深度图通过检测跟踪的边框找到对应ROI感兴趣区域的深度图，实现目标检测+ 目标跟踪+距离检测；具体的，利用深度图对相机前方的目标物进行识别检测，利用预存的小车模型，进行比对识别，框选出小车的图像区域。对提出来的目标区域的深度数据进行二次平滑处理，到小车跟相机之间的距离。

步骤207：设备监控张紧小车。设备为三维摄像仪4。

步骤208：张紧小车3行走距离判断。若在正常阈值范围内，则执行步骤209；若不在正常阈值范围内，则执行步骤210。

步骤209：皮带2正常。执行步骤207。

步骤210：皮带2异常。执行步骤211。

步骤211：联动报警。

本发明基于井下实际应用场景，利用双目视觉的三维检测技术，量化了皮带张紧度这种主观参数，将皮带张紧度的检测转换成张紧小车的位置检测。对皮带张紧度的实时量化检测，当皮带张紧度超出监测警戒范围，系统会自动报警，并同时将报警信号传递到平台，提醒系统检修。在皮带断裂时监测器会自动发出报警信号，同时发出停机信号；并且采用非接触式的监测方式，可有效提升系统的稳定性和持久性；同时采用视频分析等新技术和系统的应用，有利于智能化、无人化操作的矿山开采的实现。智能逻辑判断算法可有效提升检测的准确性，降低误报，提升管理效率。

现有的皮带张紧装置，主要依靠两末端的限位装置，实现对皮带张紧的监测。此类方案无法实现对张紧的实时精确的量化监测，只能通过限位开发，后发、滞后的报警性质的张紧监测。本发明能够实现皮带就地报警联动停机、事后事故可追查。可以在管理平台自由设置报警的规则，形成设备检测、报警输出、联动控制设备一体化处理流程。相机采集的数据可实时保存下来可供查看。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述皮带张紧度监测系统，包括：张紧小车、三维摄像仪和控制器；

所述张紧小车通过待监测张紧度的皮带与皮带机连接；所述待监测张紧度的皮带缠绕在所述张紧小车的张紧滚轮上，使得所述张紧小车随所述皮带的张紧度变化而移动；

所述三维摄像仪，设置在所述张紧小车的一侧，用于监测所述张紧小车的位置变化并将所述位置变化的三维图像数据传输给所述控制器；

所述控制器分别与所述三维摄像仪和所述皮带机控制连接；所述控制器根据所述三维图像数据计算所述张紧小车与所述三维摄像仪之间的直线距离并判断所述直线距离是否在正常阈值范围内；若是，则皮带正常；若否，则皮带异常，所述控制器控制所述皮带机停机；所述正常阈值范围为所述皮带安全张紧度下的所述直线距离的范围；

所述三维摄像仪为双目相机。

2.根据权利要求1所述的皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述皮带张紧度监测系统还包括报警器；所述报警器，与所述控制器控制连接，用于皮带异常时联动报警。

3.根据权利要求1所述的皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述张紧小车设置在所述皮带机的机尾。

4.根据权利要求1所述的皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述张紧小车设置在两个所述皮带机的中间。

5.根据权利要求1所述的皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述三维摄像仪的镜头正对的方向与所述张紧小车移动的方向重合并且所述三维摄像仪设置在所述张紧小车未连接皮带的一侧。

6.根据权利要求1所述的皮带张紧度监测系统，其特征在于，所述三维摄像仪设置在所述张紧小车的初始位置的正上方；所述张紧小车的所述初始位置为所述皮带与所述张紧小车连接后且所述皮带机未运行时所述张紧小车的位置。

7.一种皮带张紧度监测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-6任意一项所述的皮带张紧度监测系统，所述方法包括：

通过三维摄像仪获取三维图像数据；

根据所述三维图像数据获得张紧小车与三维摄像仪之间的实时直线距离；

判断所述实时直线距离是否在正常阈值范围内；

若是，则皮带正常；

若否，则皮带异常，皮带机停机。

8.根据权利要求7所述的皮带张紧度监测方法，其特征在于，所述三维摄像仪的镜头正对的方向与所述张紧小车移动的方向重合并且所述三维摄像仪设置在所述张紧小车未连接皮带的一侧，或者所述三维摄像仪设置在所述张紧小车的初始位置的正上方。

9.根据权利要求7所述的皮带张紧度监测方法，其特征在于，所述通过三维摄像仪获取三维图像数据，执行这一步骤前还包括：

确定所述正常阈值范围；

所述正常阈值范围为皮带安全张紧度下的张紧小车与三维摄像仪之间的直线距离的范围。

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