CN114180268B - 一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法，所述胶带输送机校准模块根据胶带输送机信息采集模块采集的结果对胶带输送机自身状态进行校准调节；所述报警模块针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。本发明能够通过调整托辊的倾斜角度对胶带的长度进行适应性调整，避免胶带发生磨损变长时对物体的输送产生影响，进而出现胶带打滑的情况发生；同时，本发明还能够根据机器视觉对周围环境进行监控，并根据监控数据的分析结果，自动对驱动滚筒的转速及胶带对驱动滚筒的压力进行适应性调整，确保输送过程的安全性。

Description

一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法

技术领域

本发明涉及胶带输送机技术领域，具体为一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法。

背景技术

随着工业的快速发展，人们对物品搬运方面的需求不断提高，尤其是对胶带输送机的使用，有效提高了搬运物品的效率，节省了搬运时间，同时还节省了大量的人力物力；当前现有的胶带输送机存在许多不足之处：

①胶带输送机中胶带的倾斜角度固定，无法对倾斜角度进行调节；

②对于胶带输送机的控制中输送的速度不变，不能根据胶带输送机胶带的倾斜角度对输送速度进行调节，使得倾斜角度越大，胶带上输送的物体相对胶带滑动的距离越远，进而对输送物体及胶带均会造成一定的影响，影响其质量及使用寿命；

③现有技术中只是简单的设置紧急制动按钮，在胶带输送机状态出现问题且被人发现时，才能通过人对胶带输送机进行紧急停止，对危险状态无法进行预估，不能智能化的根据胶带输送机的状态进行调控。

针对上述情况，我们需要一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，包括：

胶带数据采集模块，所述胶带数据采集模块通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

胶带校准模块，所述胶带校准模块用于根据胶带数据采集模块采集的结果对胶带输送机中的胶带进行校准调节；

胶带输送机信息采集模块，所述胶带输送机信息采集模块用于对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

胶带输送机校准模块，所述胶带输送机校准模块根据胶带输送机信息采集模块采集的结果对胶带输送机自身状态进行调节；

报警模块，所述报警模块针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。

本发明通过各个模块间的协同合作，共同实现对胶带输送机的监测，其中对胶带与驱动滚筒分别各进行两次校准，对胶带的第一次校准是为了防止因胶带变长导致胶带在输送物体时胶带与驱动滚筒产生打滑现象而进行的校准，对驱动滚筒的校准是为了防止因胶带的倾斜角度不同导致输送过程中输送物体与胶带之间的相对滑动的距离超过预设值，进而对输送物体的质量及胶带的使用寿命产生较大的影响；而对胶带的第二次校准是为了考虑到人物的安全性，随着人物的靠近，不断提高胶带与驱动滚筒的压力，进而降低胶带与驱动滚筒之间打滑的概率，从而降低胶带影响人物安全的概率；而对驱动滚筒的第二次校准也是为了考虑人物的安全性，随着人物的靠近，降低驱动滚筒的转速，能够减少输送过程中输送物体与胶带之间相对移动距离的大小，进而降低输送物体对人物造成影响的可能性，同时，由于驱动滚筒的转速减少，也能够增加人物的反应时间，减少人物出现意外的概率，达到提高人物安全性的技术效果。

进一步的，所述胶带数据采集模块获取的胶带信息包括：胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，

所述L1为胶带输送机在不校准的状态下正常运行时对应胶带的长度，

所述L2大于等于L1。

本发明测量胶带的实际长度L2是因为标准长度的胶带在长时间使用后会发生磨损，使得胶带变长，进而发生胶带与驱动滚筒之间打滑的情况，因此需要对胶带进行校准，避免因胶带长度变化产生打滑现象，进而对输送过程产生影响，而获取L2与L1是为了精确计算胶带长度的变化量，进而精准计算出胶带需要校准的值。

进一步的，所述胶带校准模块在对胶带输送机上的胶带进行校准的方法包括以下步骤：

S1.1、获取胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，并计算L1与L2的差；

S1.2、获取胶带输送机中驱动滚筒与随动滚筒之间的托辊信息，从驱动滚筒向随动滚筒方向对托辊进行编号，

第一个托辊与驱动滚筒之间的距离和最后一个托辊与随动滚筒之间的距离相同，且均为L3，每个托辊的长度记为L4；

S1.3、对托辊进行分组，将第2n-1个托辊分到A组，将第2n个托辊分到B组，每个托辊具有两端，分别记为c1端与c2端，所述n为正整数；

S1.4、根据L2与L1的差，计算胶带需要校准的量，分别调整A组与B组中托辊的倾斜角度β，

将A组中各托辊的c1端向下移动，直至校准后的A组托辊与校准前的A组托辊之间的夹角为β，将B组中各托辊的c2端向下移动，直至校准后的B组托辊与校准前的B组托辊之间的夹角为β，实现对胶带的校准；

所述驱动滚筒在胶带输送机中与电机相连且带动随动滚筒与托辊发生旋转，

所述托辊正常状态下为水平等间距分布，

所述A组中各托辊的c1端能够上下移动，c2端位置固定，

所述B组中各托辊的c2端能够上下移动，c1端位置固定。

本发明对各个托辊进行编号是为了对各个托辊进行有效区分；根据各个托辊的位置对托辊进行分组，是为了确定各个托辊需要调整高度的端部是c1断还是c2端；将A组与B组内的各个托辊均进行调整，且调整的角度保持一致是为了使得胶带与各个托辊均能够进行接触，使托辊与胶带的接触面积尽可能的大，分摊胶带对托辊的压力，提高各个托辊的使用寿命，尤其是第一个托辊与最后一个托辊的受到的压力最大，更容易受到影响；设置交替调整各个托辊校准的端部（即A组中各托辊的c1端能够上下移动，c2端位置固定，B组中各托辊的c2端能够上下移动，c1端位置固定），是为了防止只对A组、B组内托辊的一端进行调整导致托辊两端对应的胶带受力不均匀，进而导致校准后的胶带运转时发生脱离驱动滚筒的现象。

进一步的，所述S1.4中胶带校准模块计算胶带需要校准的量的方法包括以下步骤：

S1.4.1、获取胶带校准后驱动滚筒到第一个托辊c1端的距离，

S1.4.2、计算胶带校准后各个托辊上c1端与对应的c2端之间的高度差，即

；S1.4.3、计算A组与B组中托辊校准后的倾斜角度β，

。本发明由于第一个托辊与驱动滚筒之间的距离和最后一个托辊与随动滚筒之间的距离均为L3，因此可以得到胶带校准后驱动滚筒到第一个托辊c1端的距离与随动滚筒到最后最后一个托辊的距离相等，均为

；进而根据勾股定理可以直接得到各个托辊上c1端与对应的c2端之间的高度差，即校准后同一托辊上c1端与c2端之间的高度差；然后根据同一托辊校准前后的位置变换数据及正弦函数的逆运算，进而直接计算出托辊的需要校准的值β，将本次校准的结果作为该胶带输送机的初始状态，只要启动胶带输送机，则会自动执行胶带校准模块；而后续对胶带的二次校准是因为考虑到胶带输送机周边环境的异常时，为了确保人物的安全性才对胶带进行二次校准的，当胶带输送机周边环境由异常恢复到正常（周边没有人）时，胶带输送机的胶带校准结果还会直接恢复到初始状态（胶带第一次校准后的状态），即托辊与胶带上表面的夹角为β。

进一步的，所述胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度γ、胶带输送机上的物体重量m及周边环境图像进行采集，

所述胶带输送机的倾斜角度γ为胶带输送机上驱动滚筒与随动滚筒所在平面与地面的夹角，

所述胶带输送机上的物体重量m为胶带输送机上承受的输送物体的重量，

所述周边环境图像为通过摄像头采集的胶带输送机第一单位距离w内的图像。

本发明采集对胶带输送机的倾斜角度γ是因为不同倾斜角度的同一胶带输送机输送同一物体时，物体出速度为0到速度与胶带输送机相同时，物体相对胶带输送机滑动的距离也可能不相同；采集胶带输送机上的物体重量m是为了进一步对胶带及驱动滚筒承受的压力进行判断，避免驱动滚筒承受的压力达到上限，进而对胶带及驱动滚筒的使用寿命造成影响；通过机器视觉（摄像头）对胶带输送机周边环境图像进行采集是为了判断胶带输送机周边是否存在人，进而根据人的情况对胶带输送机进行精准化的调整，确保人的安全性。

进一步的，所述胶带输送机校准模块对胶带输送机自身状态进行调节的方法包括以下步骤：

S2.1、获取胶带输送机对应的γ及m，计算胶带上表面承受的滑动摩擦力与输送物体重力沿胶带上表面方向分力的合力F1，所述

，

所述p为胶带对应的滑动摩擦系数，所述g为重力加速度；S2.2、获取同一输送物体在不同倾斜角度γ的胶带输送机上正常运转时驱动滚筒对应的最大转速v1，得到F1与m的比值

，进而得到

，

所述胶带输送机正常运转的判定条件为将输送物体放置到胶带输送机上，输送物体从静止至速度与胶带转动速度相同时，物体相对胶带滑动的距离小于等于第一预设值的情况；

S2.3、根据

的关系及当前胶带输送机对应的

对驱动滚筒的转速进行校准，将校准后驱动滚筒的转速记为v2；

S2.4、对周边环境图像进行分析，判断胶带输送机周边是否有人，并当识别到有人时，获取人与胶带输送机的距离d，

所述人与胶带输送机的距离d为图像中识别的人的任意部位到胶带输送机的最短距离；

S2.5、根据人与胶带输送机的距离，分别对胶带输送机的胶带与驱动滚筒的转速进行二次校准，得到校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α及驱动滚筒的转速v3。

本发明计算F1是为了分析胶带输送机倾斜角度对物体的影响，一般胶带输送机的倾斜角度大于等于0度且不超过90度，因此，该范围内，γ对应的值越大，则同一物体对应的F1越小；本发明中

的关系是统一获取的，获取后直接保存在数据库中，后续使用都是直接通过数据库中的关系数据进行匹配的，S2.2中的内容只是提供了获取

的关系的方法；获取人与胶带输送机的距离d是为了通过d的值对胶带输送机进行精确校准，即对胶带输送机的胶带与驱动滚筒的转速进行二次校准，为胶带输送机周边的人尽可能的提供安全的环境。

进一步的，所述S2.5中对胶带输送机的胶带进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.1-1、获取驱动滚筒承受胶带压力的极限值F3及胶带标准长度时对驱动滚筒的标准压力F4；

S2.5.1-2、计算二次校准时胶带对驱动滚筒压力的二次校准值F2，计算1与d与w的商的差，将所得差乘上F3与

及F4的差即得到F2，

S2.5.1-3、获取胶带的形变系数e及二次校准时胶带对应的形变量L5，所述e表示发生单位形变量时，胶带受到的力为e，

；

S2.5.1-4、结合L5，计算二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α，所述

所述S2.5中对胶带输送机驱动滚筒的转速进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.2-1、获取S2.3中将校准后的胶带转速记为v2；

S2.5.2-2、计算d与w的商，将所得商乘上v2得到校准后驱动滚筒的转速v3，

。

本发明计算F3与

及F4的差是为了获取在驱动滚筒承受胶带压力的极限范围内二次校准值F2的对应的最大值；计算1与d与w的商的差是为了得到对胶带进行二次校准时校准的压力的系数，使得得到的二次校准值F2随d与w的商的增大而减小；所述α表示的是二次校准后A组与B组中托辊与胶带上表面的夹角，因此，对胶带的二次校准过程中，随着人物逐步靠近胶带输送机，α对应的值则会从β逐渐增大至极限值F3对应的角度，即F2对应的值从0逐渐增大至

。同理，在对胶带输送机驱动滚筒的转速进行二次校准的过程中，v3的值从v2逐渐变为0。

进一步的，所述报警模块对胶带数据采集模块中的L2与L1的差值、胶带输送机采集模块中胶带输送机的倾斜角度γ及胶带输送机校准模块二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α这三组数据进行实时监控，

并分别将胶带数据采集模块中的L2与L1的差值减去第一阈值、将胶带输送机的倾斜角度γ减去第二阈值及将二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α减去第三阈值，

分别判断三组数据与对应阈值的差值大小，

若某组数据对应的差值大于等于0时，则将该组的监控结果记为1；反之，则将该组的监控结果记为0；

将所得三组数据的监控结果进行相乘，并对所得乘积大小进行判断，

当所得乘积为1时，则判定胶带输送机状态正常，

当所得乘积为0时，则判定胶带输送机状态异常，通过报警模块进行报警。

针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及所胶带输送机校准模块的校准结果超过预设值的情况，报警模块会进行报警。

本发明将各组的监控结果通过二值化（0或1）的方式进行表示，使得对各组数据的监测结果更加直观，监测结果为1时表示对应组的数据正常，监测结果为0时表示对应组的数据异常；将所得三组数据的监控结果进行相乘是因为三组数据的监控结果的乘积只有两种情况（0或1），当乘积为0时，则表示三组数据的监测结果中至少存在一组数据的监测结果为0（即表示至少存在一组数据的异常），因此，只需要根据该方式就能够直接通过所得乘积实现对三组数据对应监测结果的判断，当三组数据中任意一种或多种存在异常时，则表示胶带输送机状态异常，进而通过该方式能够直接实现对胶带输送机状态的判断。

一种基于机器视觉的胶带输送机监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、在胶带数据采集模块中，通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

S2、根据胶带数据采集模块采集的结果在胶带校准模块中对胶带输送机中胶带的进行校准调节；

S3、通过胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

S4、根据胶带输送机信息采集模块采集的结果在胶带输送机校准模块中对胶带输送机自身状态进行调节；

S5、通过报警模块，针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明不仅能够对胶带输送机中胶带的倾斜角度进行调整，还能够通过调整托辊的倾斜角度对胶带的长度进行适应性调整，避免胶带发生磨损变长时对物体的输送产生影响，进而出现胶带打滑的情况发生；同时，本发明还能够根据机器视觉对周围环境进行监控，并根据监控数据的分析结果，自动对驱动滚筒的转速及胶带对驱动滚筒的压力进行适应性调整，确保输送过程的安全性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统的结构示意图；

图2是本发明一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统中胶带校准模块在对胶带输送机上的胶带进行校准的方法的流程示意图；

图3是本发明一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统中胶带输送机校准模块对胶带输送机自身状态进行调节的方法的流程示意图；

图4是本发明一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统中托辊的结构示意图；

图5是本发明一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统中胶带校准后A组与B组托辊位置的结构示意图。

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-图5，本发明提供技术方案：一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，包括：

胶带数据采集模块，所述胶带数据采集模块通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

胶带校准模块，所述胶带校准模块用于根据胶带数据采集模块采集的结果对胶带输送机中的胶带进行校准调节；

胶带输送机信息采集模块，所述胶带输送机信息采集模块用于对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

胶带输送机校准模块，所述胶带输送机校准模块根据胶带输送机信息采集模块采集的结果对胶带输送机自身状态进行调节；

报警模块，所述报警模块针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。

本发明通过各个模块间的协同合作，共同实现对胶带输送机的监测，其中对胶带与驱动滚筒分别各进行两次校准，对胶带的第一次校准是为了防止因胶带变长导致胶带在输送物体时胶带与驱动滚筒产生打滑现象而进行的校准，对驱动滚筒的校准是为了防止因胶带的倾斜角度不同导致输送过程中输送物体与胶带之间的相对滑动的距离超过预设值，进而对输送物体的质量及胶带的使用寿命产生较大的影响；而对胶带的第二次校准是为了考虑到人物的安全性，随着人物的靠近，不断提高胶带与驱动滚筒的压力，进而降低胶带与驱动滚筒之间打滑的概率，从而降低胶带影响人物安全的概率；而对驱动滚筒的第二次校准也是为了考虑人物的安全性，随着人物的靠近，降低驱动滚筒的转速，能够减少输送过程中输送物体与胶带之间相对移动距离的大小，进而降低输送物体对人物造成影响的可能性，同时，由于驱动滚筒的转速减少，也能够增加人物的反应时间，减少人物出现意外的概率，达到提高人物安全性的技术效果。

所述胶带数据采集模块获取的胶带信息包括：胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，

所述L1为胶带输送机在不校准的状态下正常运行时对应胶带的长度，

所述L2大于等于L1。

本发明测量胶带的实际长度L2是因为标准长度的胶带在长时间使用后会发生磨损，使得胶带变长，进而发生胶带与驱动滚筒之间打滑的情况，因此需要对胶带进行校准，避免因胶带长度变化产生打滑现象，进而对输送过程产生影响，而获取L2与L1是为了精确计算胶带长度的变化量，进而精准计算出胶带需要校准的值。

所述胶带校准模块在对胶带输送机上的胶带进行校准的方法包括以下步骤：

S1.1、获取胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，并计算L1与L2的差；

S1.2、获取胶带输送机中驱动滚筒与随动滚筒之间的托辊信息，从驱动滚筒向随动滚筒方向对托辊进行编号，

第一个托辊与驱动滚筒之间的距离和最后一个托辊与随动滚筒之间的距离相同，且均为L3，每个托辊的长度记为L4；

S1.3、对托辊进行分组，将第2n-1个托辊分到A组，将第2n个托辊分到B组，每个托辊具有两端，分别记为c1端与c2端，所述n为正整数；

S1.4、根据L2与L1的差，计算胶带需要校准的量，分别调整A组与B组中托辊的倾斜角度β，

将A组中各托辊的c1端向下移动，直至校准后的A组托辊与校准前的A组托辊之间的夹角为β，将B组中各托辊的c2端向下移动，直至校准后的B组托辊与校准前的B组托辊之间的夹角为β，实现对胶带的校准；

所述驱动滚筒在胶带输送机中与电机相连且带动随动滚筒与托辊发生旋转，

所述托辊正常状态下为水平等间距分布，

所述A组中各托辊的c1端能够上下移动，c2端位置固定，

所述B组中各托辊的c2端能够上下移动，c1端位置固定。

本发明对各个托辊进行编号是为了对各个托辊进行有效区分；根据各个托辊的位置对托辊进行分组，是为了确定各个托辊需要调整高度的端部是c1断还是c2端；将A组与B组内的各个托辊均进行调整，且调整的角度保持一致是为了使得胶带与各个托辊均能够进行接触，使托辊与胶带的接触面积尽可能的大，分摊胶带对托辊的压力，提高各个托辊的使用寿命，尤其是第一个托辊与最后一个托辊的受到的压力最大，更容易受到影响；设置交替调整各个托辊校准的端部（即A组中各托辊的c1端能够上下移动，c2端位置固定，B组中各托辊的c2端能够上下移动，c1端位置固定），是为了防止只对A组、B组内托辊的一端进行调整导致托辊两端对应的胶带受力不均匀，进而导致校准后的胶带运转时发生脱离驱动滚筒的现象。

所述S1.4中胶带校准模块计算胶带需要校准的量的方法包括以下步骤：

S1.4.1、获取胶带校准后驱动滚筒到第一个托辊c1端的距离，即

；

S1.4.2、计算胶带校准后各个托辊上c1端与对应的c2端之间的高度差，即

；

S1.4.3、计算A组与B组中托辊校准后的倾斜角度β，

。

本发明由于第一个托辊与驱动滚筒之间的距离和最后一个托辊与随动滚筒之间的距离均为L3，因此可以得到胶带校准后驱动滚筒到第一个托辊c1端的距离与随动滚筒到最后最后一个托辊的距离相等，均为

；进而根据勾股定理可以直接得到各个托辊上c1端与对应的c2端之间的高度差，即校准后同一托辊上c1端与c2端之间的高度差；然后根据同一托辊校准前后的位置变换数据及正弦函数的逆运算，进而直接计算出托辊的需要校准的值β，将本次校准的结果作为该胶带输送机的初始状态，只要启动胶带输送机，则会自动执行胶带校准模块；而后续对胶带的二次校准是因为考虑到胶带输送机周边环境的异常时，为了确保人物的安全性才对胶带进行二次校准的，当胶带输送机周边环境由异常恢复到正常（周边没有人）时，胶带输送机的胶带校准结果还会直接恢复到初始状态（胶带第一次校准后的状态），即托辊与胶带上表面的夹角为β。

所述胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度γ、胶带输送机上的物体重量m及周边环境图像进行采集，

所述胶带输送机的倾斜角度γ为胶带输送机上驱动滚筒与随动滚筒所在平面与地面的夹角，

所述胶带输送机上的物体重量m为胶带输送机上承受的输送物体的重量，

所述周边环境图像为通过摄像头采集的胶带输送机第一单位距离w内的图像。

本发明采集对胶带输送机的倾斜角度γ是因为不同倾斜角度的同一胶带输送机输送同一物体时，物体出速度为0到速度与胶带输送机相同时，物体相对胶带输送机滑动的距离也可能不相同；采集胶带输送机上的物体重量m是为了进一步对胶带及驱动滚筒承受的压力进行判断，避免驱动滚筒承受的压力达到上限，进而对胶带及驱动滚筒的使用寿命造成影响；通过机器视觉（摄像头）对胶带输送机周边环境图像进行采集是为了判断胶带输送机周边是否存在人，进而根据人的情况对胶带输送机进行精准化的调整，确保人的安全性。

所述胶带输送机校准模块对胶带输送机自身状态进行调节的方法包括以下步骤：

S2.1、获取胶带输送机对应的γ及m，计算胶带上表面承受的滑动摩擦力与输送物体重力沿胶带上表面方向分力的合力F1，所述

，

所述p为胶带对应的滑动摩擦系数，所述g为重力加速度；

S2.2、获取同一输送物体在不同倾斜角度γ的胶带输送机上正常运转时驱动滚筒对应的最大转速v1，得到F1与m的比值

，

所述胶带输送机正常运转的判定条件为将输送物体放置到胶带输送机上，输送物体从静止至速度与胶带转动速度相同时，物体相对胶带滑动的距离小于等于第一预设值的情况；

S2.3、根据

的关系及当前胶带输送机对应的

对驱动滚筒的转速进行校准，将校准后驱动滚筒的转速记为v2；

S2.4、对周边环境图像进行分析，判断胶带输送机周边是否有人，并当识别到有人时，获取人与胶带输送机的距离d，

所述人与胶带输送机的距离d为图像中识别的人的任意部位到胶带输送机的最短距离；

S2.5、根据人与胶带输送机的距离，分别对胶带输送机的胶带与驱动滚筒的转速进行二次校准，得到校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α及驱动滚筒的转速v3。

本发明计算F1是为了分析胶带输送机倾斜角度对物体的影响，一般胶带输送机的倾斜角度大于等于0度且不超过90度，因此，该范围内，γ对应的值越大，则同一物体对应的F1越小；本发明中

与v1的关系是统一获取的，获取后直接保存在数据库中，后续使用都是直接通过数据库中的关系数据进行匹配的，S2.2中的内容只是提供了获取

的关系的方法；获取人与胶带输送机的距离d是为了通过d的值对胶带输送机进行精确校准，即对胶带输送机的胶带与驱动滚筒的转速进行二次校准，为胶带输送机周边的人尽可能的提供安全的环境。

所述S2.5中对胶带输送机的胶带进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.1-1、获取驱动滚筒承受胶带压力的极限值F3及胶带标准长度时对驱动滚筒的标准压力F4；

S2.5.1-2、计算二次校准时胶带对驱动滚筒压力的二次校准值F2，计算1与d与w的商的差，将所得差乘上F3与

及F4的差即得到F2，

；

S2.5.1-3、获取胶带的形变系数e及二次校准时胶带对应的形变量L5，所述e表示发生单位形变量时，胶带受到的力为e，

；

S2.5.1-4、结合L5，计算二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α，

所述

；

所述S2.5中对胶带输送机驱动滚筒的转速进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.2-1、获取S2.3中将校准后的胶带转速记为v2；

S2.5.2-2、计算d与w的商，将所得商乘上v2得到校准后驱动滚筒的转速v3，

。

本发明计算F3与

及F4的差是为了获取在驱动滚筒承受胶带压力的极限范围内二次校准值F2的对应的最大值；计算1与d与w的商的差是为了得到对胶带进行二次校准时校准的压力的系数，使得得到的二次校准值F2随d与w的商的增大而减小；所述α表示的是二次校准后A组与B组中托辊与胶带上表面的夹角，因此，对胶带的二次校准过程中，随着人物逐步靠近胶带输送机，α对应的值则会从β逐渐增大至极限值F3对应的角度，即F2对应的值从0逐渐增大至

。同理，在对胶带输送机驱动滚筒的转速进行二次校准的过程中，v3的值从v2逐渐变为0。

所述报警模块对胶带数据采集模块中的L2与L1的差值、胶带输送机采集模块中胶带输送机的倾斜角度γ及胶带输送机校准模块二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α这三组数据进行实时监控，

并分别将胶带数据采集模块中的L2与L1的差值减去第一阈值、将胶带输送机的倾斜角度γ减去第二阈值及将二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α减去第三阈值，

分别判断三组数据与对应阈值的差值大小，

若某组数据对应的差值大于等于0时，则将该组的监控结果记为1；反之，则将该组的监控结果记为0；

将所得三组数据的监控结果进行相乘，并对所得乘积大小进行判断，

当所得乘积为1时，则判定胶带输送机状态正常，

当所得乘积为0时，则判定胶带输送机状态异常，通过报警模块进行报警。

针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及所胶带输送机校准模块的校准结果超过预设值的情况，报警模块会进行报警。

本发明将各组的监控结果通过二值化（0或1）的方式进行表示，使得对各组数据的监测结果更加直观，监测结果为1时表示对应组的数据正常，监测结果为0时表示对应组的数据异常；将所得三组数据的监控结果进行相乘是因为三组数据的监控结果的乘积只有两种情况（0或1），当乘积为0时，则表示三组数据的监测结果中至少存在一组数据的监测结果为0（即表示至少存在一组数据的异常），因此，只需要根据该方式就能够直接通过所得乘积实现对三组数据对应监测结果的判断，当三组数据中任意一种或多种存在异常时，则表示胶带输送机状态异常，进而通过该方式能够直接实现对胶带输送机状态的判断。

一种基于机器视觉的胶带输送机监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、在胶带数据采集模块中，通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

S2、根据胶带数据采集模块采集的结果在胶带校准模块中对胶带输送机中胶带的进行校准调节；

S3、通过胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

S4、根据胶带输送机信息采集模块采集的结果在胶带输送机校准模块中对胶带输送机自身状态进行调节；

S5、通过报警模块，针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (7)

1.一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于，包括：

胶带数据采集模块，所述胶带数据采集模块通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

胶带校准模块，所述胶带校准模块用于根据胶带数据采集模块采集的结果对胶带输送机中的胶带进行校准调节；

胶带输送机信息采集模块，所述胶带输送机信息采集模块用于对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

胶带输送机校准模块，所述胶带输送机校准模块根据胶带输送机信息采集模块采集的结果对胶带输送机自身状态进行调节；

报警模块，所述报警模块针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警；

所述胶带数据采集模块获取的胶带信息包括：胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，

所述L1为胶带输送机在不校准的状态下正常运行时对应胶带的长度，

所述L2大于等于L1；

所述胶带校准模块在对胶带输送机上的胶带进行校准的方法包括以下步骤：

S1.1、获取胶带的标准长度L1与胶带的实际长度L2，并计算L1与L2的差；

S1.2、获取胶带输送机中驱动滚筒与随动滚筒之间的托辊信息，从驱动滚筒向随动滚筒方向对托辊进行编号，

第一个托辊与驱动滚筒之间的距离和最后一个托辊与随动滚筒之间的距离相同，且均为L3，每个托辊的长度记为L4；

S1.3、对托辊进行分组，将第2n-1个托辊分到A组，将第2n个托辊分到B组，每个托辊具有两端，分别记为c1端与c2端，所述n为正整数；

S1.4、根据L2与L1的差，计算胶带需要校准的量，分别调整A组与B组中托辊的倾斜角度β，

将A组中各托辊的c1端向下移动，直至校准后的A组托辊与校准前的A组托辊之间的夹角为β，将B组中各托辊的c2端向下移动，直至校准后的B组托辊与校准前的B组托辊之间的夹角为β，实现对胶带的校准；

所述驱动滚筒在胶带输送机中与电机相连且带动随动滚筒与托辊发生旋转，

所述托辊正常状态下为水平等间距分布，

所述A组中各托辊的c1端能够上下移动，c2端位置固定，

所述B组中各托辊的c2端能够上下移动，c1端位置固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于：所述S1.4中胶带校准模块计算胶带需要校准的量的方法包括以下步骤：

S1.4.1、获取胶带校准后驱动滚筒到第一个托辊c1端的距离，

;

S1.4.2、计算胶带校准后各个托辊上c1端与对应的c2端之间的高度差，即

S1.4.3、计算A组与B组中托辊校准后的倾斜角度β，

。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于：所述胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度γ、胶带输送机上的物体重量m及周边环境图像进行采集，

所述胶带输送机的倾斜角度γ为胶带输送机上驱动滚筒与随动滚筒所在平面与地面的夹角，

所述胶带输送机上的物体重量m为胶带输送机上承受的输送物体的重量，

所述周边环境图像为通过摄像头采集的胶带输送机第一单位距离w内的图像。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于：所述胶带输送机校准模块对胶带输送机自身状态进行调节的方法包括以下步骤：

S2.1、获取胶带输送机对应的γ及m，计算胶带上表面承受的滑动摩擦力与输送物体重力沿胶带上表面方向分力的合力F1，所述

，

所述p为胶带对应的滑动摩擦系数，所述g为重力加速度；

S2.2、获取同一输送物体在不同倾斜角度γ的胶带输送机上正常运转时驱动滚筒对应的最大转速v1，得到F1与m的比值

，进而得到

与v1的关系，

所述胶带输送机正常运转的判定条件为将输送物体放置到胶带输送机上，输送物体从静止至速度与胶带转动速度相同时，物体相对胶带滑动的距离小于等于第一预设值的情况；

S2.3、根据

与v1的关系及当前胶带输送机对应的

对驱动滚筒的转速进行校准，将校准后驱动滚筒的转速记为v2；

S2.4、对周边环境图像进行分析，判断胶带输送机周边是否有人，并当识别到有人时，获取人与胶带输送机的距离d，

所述人与胶带输送机的距离d为图像中识别的人的任意部位到胶带输送机的最短距离；

S2.5、根据人与胶带输送机的距离，分别对胶带输送机的胶带与驱动滚筒的转速进行二次校准，得到校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α及驱动滚筒的转速v3。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于：所述S2.5中对胶带输送机的胶带进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.1-1、获取驱动滚筒承受胶带压力的极限值F3及胶带标准长度时对驱动滚筒的标准压力F4；

S2.5.1-2、计算二次校准时胶带对驱动滚筒压力的二次校准值F2，计算1与d与w的商的差，将所得差乘上F3与

及F4的差即得到F2，

S2.5.1-3、获取胶带的形变系数e及二次校准时胶带对应的形变量L5，所述e表示发生单位形变量时，胶带受到的力为e，即

；

S2.5.1-4、结合L5，计算二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α，

所述S2.5中对胶带输送机驱动滚筒的转速进行二次校准的方法包括以下步骤：

S2.5.2-1、获取S2.3中将校准后的胶带转速记为v2；

S2.5.2-2、计算d与w的商，将所得商乘上v2得到校准后驱动滚筒的转速v3，

。

6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统，其特征在于：所述报警模块对胶带数据采集模块中的L2与L1的差值、胶带输送机采集模块中胶带输送机的倾斜角度γ及胶带输送机校准模块二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α这三组数据进行实时监控，

并分别将胶带数据采集模块中的L2与L1的差值减去第一阈值、将胶带输送机的倾斜角度γ减去第二阈值及将二次校准后A组与B组中托辊校准后的倾斜角度α减去第三阈值，

分别判断三组数据与对应阈值的差值大小，

若某组数据对应的差值大于等于0时，则将该组的监控结果记为1；反之，则将该组的监控结果记为0；

将所得三组数据的监控结果进行相乘，并对所得乘积大小进行判断，

当所得乘积为1时，则判定胶带输送机状态正常，

当所得乘积为0时，则判定胶带输送机状态异常，通过报警模块进行报警。

7.应用权利要求1-6中任意一项所述的一种基于机器视觉的胶带输送机监测系统的基于机器视觉的胶带输送机监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、在胶带数据采集模块中，通过传感器对胶带输送机上的胶带信息进行采集；

S2、根据胶带数据采集模块采集的结果在胶带校准模块中对胶带输送机中胶带的进行校准调节；

S3、通过胶带输送机信息采集模块对胶带输送机的倾斜角度及胶带输送机上的物体重量进行采集；

S4、根据胶带输送机信息采集模块采集的结果在胶带输送机校准模块中对胶带输送机自身状态进行调节；

S5、通过报警模块，针对胶带数据采集模块采集的结果、胶带输送机信息采集模块采集的结果及胶带输送机校准模块的校准结果超过预设阈值的情况，进行报警。

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