CN114166861A - 一种钢丝绳表面在线无损探伤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢丝绳表面在线无损探伤装置及方法，本方案利用路平行光线从不同角度同步照射待测在线钢丝绳表面；从不同角度同步直接获取待测在线钢丝绳表面图像；对所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。本发明提供的钢丝绳表面在线无损探伤方案，能够对在线状态的钢丝绳进行高效且精准的自动损伤探测，整个探测过程无需人工干预，有效解决现有人工目测检所带来的效率低，精度差的问题。

Description

一种钢丝绳表面在线无损探伤装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术，特别是钢丝绳检测技术。

背景技术

目前，钢丝绳设备在提升、起吊、索道、缆车等行业具备了举足轻重的地位，钢丝绳作为设备的重要元部件，它的正常、安全使用和运行显得尤其重要。

钢丝绳在使用中易于出现磨损、锈蚀、疲劳及断丝等损伤，易造成安全隐患和人员伤亡。

目前钢丝绳监测的技术主要是弱磁感应技术，分为永磁(磁通)类仪器和漏磁类仪器，以及这两种技术的合成。不论是永磁(磁通)类仪器还是漏磁类仪器，都有其自身无法克服的缺陷。

弱磁技术首先是将铁磁性物质磁化，然后检测被磁化物体的磁通量的变化来判断被检物的损伤程度。若磁化的磁场本身都无法保证是均匀的情况下，或者由于铁磁性物质的运动、抖动等导致很难达到被均匀磁化，在此基础上对被磁化物体的磁通量的变化判断结论可信度不高。

不论是单独一种弱磁技术还是两种合成的技术，在理想状态下在没有外界环境干扰的情况可以较好地工作，但是由于工作环境和设备运行时的干扰，无论单独技术还是合成技术监测的误报率都非常高，不能很好的达到预期的检测效果。

目前，对钢丝绳的表面缺陷检测还停留在定期低速人工目测检查阶段，这种方式，不仅效率低，而且因为视觉疲劳，会出现许多漏检情况，给钢丝绳的安全使用带来很大隐患。

发明内容

针对现有钢丝绳监测技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢丝绳表面在线无损探伤方案，能够高效且精准的对钢丝绳进行表面损伤探测。

为了达到上述目的，本发明提供了一种钢丝绳表面在线无损探伤装置，包括多组光学成像组件以及损伤分别处理模块；

所述多组光学成像组件之间相互交错设置，在交错区域形成容待测钢丝绳进入的探测区域，所述多组光学成像组件产生多路平行光线从不同角度同时照射位于探测区域的待测钢丝绳表面，并同步从不同角度同时获取位于探测区域的待测钢丝绳表面图像；

所述损伤识别处理模块对所述多组光学成像组件所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

进一步的，所述多组光学成像组件形成的测试区域可容待测钢丝绳直接以在线工作状态进入。

进一步的，所述多组光学成像组件内分别与被测钢丝绳运动同速拍摄成组照片，形成钢丝绳表面实际图像集合。

进一步的，每组光学成像组件包括平行光源以及摄像组件，所述平行光源产生平行光，所述摄像组件与平行光源相对设置。

进一步的，所述平行光源包括发光源以及平行光学组件，所述平行光学组件与发光源配合设置，形成平行光。

进一步的，所述平行光学组件包括薄透镜与遮光板，所述薄透镜与发光源配合，形成平行光，所述遮光板设置在所述薄透镜产生的平行光的光路上，改变平行光的柔和程度，增强被测钢丝绳表面的能见度和清晰度。

进一步的，所述损伤识别处理模块基于模式识别方式对待测钢丝绳表面图像进行损伤判别。

进一步的，所述无损探伤装置还包括移动组件，所述移动组件至少承载多组光学成像组件，并可驱动多组光学成像组件相对于待测钢丝绳移动，形成可移动的动态探测区域。

为了达到上述目的，本发明提供了一种钢丝绳表面在线无损探伤方法，所述无损探伤方法包括：

利用多路平行光线从不同角度同步照射待测在线钢丝绳表面；

从不同角度同步直接获取待测在线钢丝绳表面图像；

对所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

进一步的，所述方法在获取在线钢丝绳表面图像时，对被测钢丝绳所拍摄的长度与拍摄时间的商值与被测钢丝绳的运行速度相配合，以进行同步拍摄。

进一步的，所述无损探伤方法利用模式识别方式对钢丝绳表面图像进行损伤识别。

进一步的，所述无损探伤方法对钢丝绳表面图像进行损伤识别的过程包括：

针对各类钢丝绳损伤图像特征提取，然后进行特征分类，建立损伤图像特征库，并对各种损伤特征进行危险程度分类；

对获取到的待测钢丝表面的实时图像进行特征提取，并基于建立的损伤图像特征库动态分析提取到的特征，对提取的特征照片进行分类并补充和完善特征库里特征图片数据，从而能更准确地判别被测钢丝绳的损伤的危险程度。

进一步的，所述无损探伤方法还根据危险程度产生对应的报警信息。

本发明提供的钢丝绳表面在线无损探伤方案，能够对在线状态的钢丝绳进行高效且精准的自动损伤探测，整个探测过程无需人工干预，有效解决现有人工目测检所带来的效率低，精度差的问题。

本发明提供的钢丝绳表面在线无损探伤方案，可填补其他检测设备(例如永磁、漏磁类检测设备)对钢丝绳表面断丝在未完全断开状态下的故障漏检情况的缺陷，更能完善体现被测钢丝绳的实际状态，保证被测钢丝绳的使用安全。

本发明提供的钢丝绳表面在线无损探伤方案在具体应用时，可与永磁(磁通)类和漏磁类检测仪器配合使用，能最大可能实现钢丝绳的无损检测效果，从而保证钢丝绳的使用安全。

本发明提供的钢丝绳表面在线无损探伤方案在具体应用时，可单台设备使用，也可多台设备联合使用。同时可适用多根钢丝绳组合使用场合，也可使用于单钢丝绳使用场合。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中钢丝绳表面在线无损探伤装置的构成示例图。

图2为本发明实例中钢丝绳表面在线无损探伤装置的光学原理图。

图中标号说明：

图1中，序号1为安装架；序号2为探伤装置主体1；序号3为散热风扇；序号4为丝杠；序号5为轴承座；序号6为步进电机，序号7为探伤装置主体2；序号8为被测钢丝绳。

图2中，序号9为高速成像装置；序号10为光源；序号11为平行光特制遮光板；序号12为数据处理器；序号13为数据储存器；序号14为报警器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

针对在线钢丝绳的运动特点，本发明利用图像成像以及图像识别方式进行创新的组合，实现针对在线钢丝绳进行无损的实时损伤探测。

本发明方案在实现时，利用三路平行光线各以120度的角度同步垂直照射待测在线钢丝绳表面；同时，从不同角度同步直接获取待测在线钢丝绳表面图像，并从图像中分离出带有故障特征的清晰照片，归类备用。

在此基础上，本方案进一步对所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

具体的，本方案可利用三个高均匀度平行光源，各以120度的角度形成360度范围全角度地照射被测对象(即在线被测钢丝绳)，被测钢丝绳再经由三组很薄的水晶玻璃和平面镜、高速相机组成的光学系统，从三个成120度分布的角度全方位的拍摄被测钢丝绳表面图像。

通过三个角度的成像，全方位、无死角的展示被测钢丝绳的所有表面。这样针对同一钢丝绳，使用多角度且不同的光源，光学系统及相机的有机配合，有效能够展示钢丝绳的全部表面以及不同细节，从而达到高精度检测目的。

在此基础上，再进一步利用纹理提取，动态对比，神经网络识别等图像处理方法，对获取到的钢丝绳的图像进行识别分析，得出被测钢丝绳的表面结构等信息定性定量的检测结论。

本发明基于上述方案形成的一种钢丝绳表面在线无损检测装置，实现对钢丝绳在线无损探伤检测。

参见图1和图2，其所示为本钢丝绳表面在线无损检测装置的一种构成示例。

该示例方案中，丝绳表面在线无损检测装置主要由安装架1、第一探伤装置主体2、三组集成式处理器及散热风扇3、丝杆4、轴承座5、步进电机6、第二探伤装置主体7、钢丝绳8、三组高速成像装置9、三组光源10、三组平行光遮光板11、数据处理器12、数据储存器13以及报警器14。

如图2所示，本装置中三组高速成像装置9、三组光源10、三组平行光遮光板11之间配合形成三组光学成像组件，以用于构建相应的探测区域15，以对被测钢丝绳8进行实时在线探测。

具体的，每组平行光遮光板11对应与每组光源10配合设置，以形成相应的高均匀度平行光源，可对外形成高均匀度的平行光线。

这类的平行光遮光板是由一薄透镜和一遮光板组成，由薄透镜将光源转换成平行光，由遮光板将光均匀的投入到钢丝绳表面。

其中，薄透镜与光源10配合设置，该光源10设置于薄透镜的焦点，光源10所产生的光线经由薄透镜发出平行光，再通过遮光板改变平行光的柔和程度，提高平行光的均匀度，增强被测钢丝绳表面的能见度和清晰度。

据此配合设置，本方案中配合形成三组平行光源。

这里需要说明，本方案在实现时，光源10与平行光遮光板11配合设置并不限于图示方案的三组，根据需要还可以其他数量的配合方案，如2两组、4组分、5组等等，具体可根据实际需求而定。

所形成的三组平行光源分别与三组高速成像装置9对应配合设置，即一组平行光源与一组高速成像装置9对应配合设置。具体的，高速成像装置9优选以一定的相距距离设置在对应平行光源的光路上。

由此形成三组光学成像组件之间相互交错设置，在相互交错区域形成容被测钢丝绳8进入的探测区域15，该探测区域15位于高速成像装置9与平行光源之间，非常便于被测钢丝绳8进入，进行探测，且不会对高速成像装置9或平行光源之间构成任何的影响。

本光学成像方案在具体实施，三组光学成像组件之间相互呈等角度交错设置，从而使得由平行光遮光板11与对应光源10配合形成的平行光源相对于探测区域15在周向上呈120°均匀分布。相应的高速成像装置9分布在相邻平行光源的中间位置。这样布置可缩小设备的整体高度，同时保证照片的成像质量。

另外成像装置9中设置有调焦设置，在成像物距一定的条件下，保证不同直径钢丝绳成像的稳定性和质量。

再者，本方案中对于高速成像装置的具体构成不加以限定，可根据实际需求而定。

本实例方案中通过多组光学成像组件之间的有机配合，在中间区域构建相应的探测区域15，便于被测钢丝绳8的进入或出去。同时多组组光学成像组件产生多路平行光线从不同角度同时照射位于探测区域的被测钢丝绳8表面；与此同时，多组高速成像装置9同步从不同角度同时获取位于探测区域的被测钢丝绳8表面图像。

本装置中的数据处理器12、数据储存器13以及报警器14配合相应损伤识别处理模块，对多组光学成像组件所获取到的被测钢丝绳8表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

具体的，这里的数据处理器12作为整个装置的数据处理中心，完成相应图像识别分析的计算过程。

该数据处理器12的输入端分别连接多组高速成像装置9，以获取每组高速成像装置9所拍摄的图像，并将图像信号转换成数字信号并对其进行识别处理和分析。该该数据处理器12的数据输出端连接数据储存器13，控制信号输出端连接报警器14。该数据处理器12将分析处理的数据存储于数据储存器13中；同时将产生的控制信息传至报警器14。

对于本方案中数据处理器12的具体构成，此处不加以限定，可根据实际需求而定。

在本方案的一些实施方式中，该数据处理器12优选采用模式识别技术对钢丝绳的损伤图像进行判别。

作为举例，在本数据处理器12中首先要针对各种钢丝绳进行损伤图像特征提取，然后进行特征分类，建立损伤图像特征库，并对各种损伤特征进行危险程度分类。

在具体实现时，处理器12中的损伤图片特征库中预先储存有通过试验室采样的各种损伤状态的图片；同时，此图片特征库在使用中会不断的进行补充和完善。

进一步的，可在数据处理器12中根据相关标准将使用在不同工况下的钢丝绳建立各种损伤的危险级别。

在此基础上，本数据处理器12对从高速成像装置9获取到的实时图像进行特征提取和损伤情况归类分析，并基于建立的损伤图像特征库动态分析提取到的特征，对将的特征照片进行分类并补充和完善特征库里特征图片数据，从而能更准确地判别被测钢丝绳损伤的危险程度。

本本数据处理器12再进一步根据危险程度产生控制信号，传至报警器14进行报警。

另外，根据需要可进一步记录报警位置，或者在损伤位置喷上醒目标记，便于检修的时候查看。

本装置中的安装架1、第一探伤装置主体2、三组集成式处理器及散热风扇3、丝杆4、轴承座5、步进电机6、第二探伤装置主体7用于配合相应移动组件，以安置前述的光学成像组件和损伤识别处理模块(如图1所示)。

这里的移动组件除了能够承载光学成像组件和损伤识别处理模块，还可驱动多组光学成像组件相对于被测钢丝绳8移动，形成可移动的动态探测区域，实现快速导入不同的在线被测钢丝绳8，进行多条不同钢丝绳8的识别探测。

具体的，安装架1作为基础部件，用于承载其他的组成部件。

为了便于形成可移动的动态探测区域，该安装架1优选由两根轨道架相互平行设置而成。每根轨道架上开设有相应的导向凹槽。

在此基础上，采用两根丝杠4，这两根丝杠4分别通过相应的轴承座5安装在安装架上两根轨道架的导向凹槽内；再者，每根丝杠4还分别通过轴承座5与步进电机6连接。如此设置的丝杠4、轴承座5以及步进电机6配合形成两组同步驱动组件。

进一步的，第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7同步、相对的安置在安装架1的两根轨道架上，并分别通过相应的丝杠螺母与轨道架中的丝杠4配合连接。

如此设置的第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7分别由相应的丝杆4独立驱动，以沿安装架1轨道架来回移动；同时两者之间形成无遮挡间隙，便于被测钢丝绳8的导入与导出。

在此基础上，前述方案形成的多组光学成像组件和损伤识别处理模块对应的安置在第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7中，并使得探测区域15形成在第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7之间的间隙区域。

以前述方案形成的三组光学成像组件为例，三组光学成像组件中三组平行光源在周向上呈120°均匀分布，一组光源分布在第一探伤装置主体2内，并位于第一探伤装置主体2的中心轴线上，两外两组平行光源相对于第一探伤装置主体2的中心轴线对称分布在第二探伤装置主体7内。与之配合的，两组高速成像装置9分布在第一探伤装置主体2内，并对称分布第一探伤装置主体2的中心轴线的两侧，而一组第一探伤装置主体2的中心轴线位于第一探伤装置主体2的中心轴线上，并分布在第二探伤装置主体7内。

由此分布设置的三组光学成像组件，再通过对三组平行光源以及三组高速成像装置9之间相对位置关系的调整，是的三组交错形成的探测区域15正好位于第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7之间间隙的中间区域(如图2所示)。这样只要被测钢丝绳有效进入第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7之间的间隙区域，即进入到的相应的探测区域15，而位于第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7内的多组光学成像组件即可有效的获取被测钢丝绳8的表面图像。

另外，对于损伤识别处理模块在第一探伤装置主体2或/和第二探伤装置主体7的内安置方案，此处不加以限定，具体可根据实际需求而定。

如此设置的移动组件方案，通过两组步进电机6同步运行，提供两组同步动力，以驱动两丝杠4同步传动，从而可同步带动第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7在安装架1上同步移动。这样随着第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7的同步移动，两组之间的探测区域15将同步随之动态移动。通过调整第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7的移动位置可有效实现自动识别探测不同位置的在线钢丝绳，继而实现一机检测多条钢丝绳的功能。

在此基础上，本实例进一步在第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7分别设置有对应的散热风扇3，用于使得第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7内维持稳定的工作环境温度，保证安置其内部件的运行可靠性和稳定性。

这里需要说明的，本方案中对于第一探伤装置主体2、第二探伤装置主体7以及散热风扇3的具体构成方案不加以限定，具体可根据实际需求而定。

由此形成的钢丝绳表面在线无损检测装置，通过这种设置与永磁(磁通)类和漏磁类检测仪器配合使用，能最大可能实现钢丝绳的无损检测效果，从而保证钢丝绳的使用安全。同时，本装置可适用于所有使用钢丝绳的工况场合及设备。以下结合图1和图2所示内容，举例说明一下本装置的运行过程。

参见图1和图2，本装置在运行中将装置架设在需要测试的在线钢丝绳8上。基于装置中第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7之间相对设置方案，以及基于光学成像识别原理，不会对钢丝绳8的在线工作状态形成任何的影响，所有的被测钢丝绳8按照原有的在线工作状态进行工作。

架设好本装置后，通过两组步进电机6同步运行，提供两组同步动力，以驱动两丝杠4同步传动，从而可同步带动第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7在安装架1上同步移动，使得第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7相对于被测钢丝绳8移动，直至第一探伤装置主体2与第二探伤装置主体7之间额中心位置与被测钢丝绳8重合，此时被测钢丝绳8将位于探测区域15中。整个过程被测钢丝绳8将保持既有的运动状态。

接着，本装置中的所有光源10发出的光线分别通过平行光遮光板11，从3个相互成120°的方向向被测钢丝绳8的表面发射平行光，照亮被测钢丝绳8表面。

同时，多路高速相机9从不同的角度与被测钢丝绳8运动同速拍摄被测钢丝绳表面的图像照片。每路高速相机对被测钢丝绳所拍摄的长度与拍摄时间的商值与被测钢丝绳的运行速度一致，从而实现同步拍摄。

多路高速相机9拍摄形成的图像照片经过高速成像装置的处理器转化图形文件为数字文件形式，并传给数据处理器12。

数据处理器12将利用模式识别技术对钢丝绳的损伤图像进行判别，将实时图像进行特征提取，并与损伤图像特征库中的数据比照分析，得出被测点钢丝绳的状态信息。并进行判断，分辫出损伤钢丝绳及损伤点和总损伤数量。

数据处理器12将得到的损伤分析信息传至数据存储器13进行存储，以利后续调查。

同时，数据处理器12将处理信息通过通讯电缆传需给报警器14，向用户发出故障警示及警示级别。

本发明提供的钢丝绳表面在线无损检测装置在具体应用时，可单台设备使用，也可多台设备联合使用。可适用多根钢丝绳组合使用场合，也可使用于单钢丝绳使用场合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，包括多组光学成像组件以及损伤分别处理模块；

所述多组光学成像组件之间相互交错设置，在交错区域形成容待测钢丝绳进入的探测区域，所述多组光学成像组件产生多路平行光线从不同角度同时照射位于探测区域的待测钢丝绳表面，并同步从不同角度同时获取位于探测区域的待测钢丝绳表面图像；

所述损伤识别处理模块对所述多组光学成像组件所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述多组光学成像组件形成的测试区域可容待测钢丝绳直接以在线工作状态进入。

3.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述多组光学成像组件分别与被测钢丝绳运动同速拍摄成组照片，形成钢丝绳表面实际图像集合。

4.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，每组光学成像组件包括平行光源以及摄像组件，所述平行光源产生平行光，所述摄像组件与平行光源相对设置。

5.根据权利要求4所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述平行光源包括发光源以及平行光学组件，所述平行光学组件与发光源配合设置，形成平行光。

6.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述平行光学组件包括薄透镜与遮光板，所述薄透镜与发光源配合，形成平行光，所述遮光板设置在所述薄透镜产生的平行光的光路上。

7.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述损伤识别处理模块基于模式识别方式对待测钢丝绳表面图像进行损伤判别。

8.根据权利要求1所述的钢丝绳表面在线无损探伤装置，其特征在于，所述无损探伤装置还包括移动组件，所述移动组件至少承载多组光学成像组件，并可驱动多组光学成像组件相对于待测钢丝绳移动，形成可移动的动态探测区域。

9.钢丝绳表面在线无损探伤方法，其特征在于，所述无损探伤方法包括：

利用多路平行光线从不同角度同步照射待测在线钢丝绳表面；

从不同角度同步直接获取待测在线钢丝绳表面图像；

对所获取到的待测钢丝绳表面图像进行识别分析，形成钢丝绳表面损伤的定性定量检测结果。

10.根据权利要求9所述的钢丝绳表面在线无损探伤方法，其特征在于，所述方法在获取在线钢丝绳表面图像时，对被测钢丝绳所拍摄的长度与拍摄时间的商值与被测钢丝绳的运行速度相配合，以进行同步拍摄。

11.根据权利要求9所述的钢丝绳表面在线无损探伤方法，其特征在于，所述无损探伤方法利用模式识别方式对钢丝绳表面图像进行损伤识别。

12.根据权利要求11所述的钢丝绳表面在线无损探伤方法，其特征在于，所述无损探伤方法对钢丝绳表面图像进行损伤识别的过程包括：

针对各类钢丝绳损伤图像特征提取，然后进行特征分类，建立损伤图像特征库，并对各种损伤特征进行危险程度分类；

对获取到的待测钢丝表面的实时图像进行特征提取，并基于建立的损伤图像特征库动态分析提取到的特征，对提取的特征照片进行分类并补充和完善特征库里特征图片数据，判别被测钢丝绳是否有损伤以及损伤的危险程度。

13.根据权利要求9所述的钢丝绳表面在线无损探伤方法，其特征在于，所述无损探伤方法还根据危险程度产生对应的报警信息。

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