CN114323638A

CN114323638A - 基于计算机视觉的输送带打滑检测方法、系统及装置

Info

Publication number: CN114323638A
Application number: CN202210011789.5A
Authority: CN
Inventors: 栾松义; 王林; 王喆; 张子敬; 林栋�; 马贺
Original assignee: Shandong Gongdazhongneng Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Gongdazhongneng Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-05
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明提供了基于计算机视觉的输送带打滑检测方法、系统及装置，方法包括获取输送带的第一图像并记载对应的获取时间；在第一图像中设定ROI区域，并识别ROI区域预设点的坐标，形成图像模板；基于预设的图像采集频率，获取若干个输送带图像和对应的时间，将若干个输送带图像与所述图像模板进行匹配，得到每个输送带图像相对于图像模板的移动距离；基于移动距离和时间差，计算输送带的运行速度，将运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断。本发明通过无接触的方式，获取输送带运输过程中的多幅图像，并基于对图像的处理，对输送带实现实时的速度检测，及时对打滑现象做出判断，便于采取相应的应对措施，保证输送带的安全运行。

Description

基于计算机视觉的输送带打滑检测方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及视频图像处理技术领域，尤其是基于计算机视觉的输送带打滑检测方法、系统及装置。

背景技术

采用输送带传送物料时，如果辊筒与输送带的摩擦力不够，输送带就容易出现打滑的现象。然而在矿山行业中，其输送带安装位置多处于户外，处于寒冷天气时会发生结冰、凝露等现象，此时输送带和辊筒摩擦力降低，极易发生打滑现象。除此之外，输送带的张力不够、载荷启动、辊筒表面摩擦系数不够等等，都可能引发输送带的打滑现象。

输送带打滑发生后，将会严重的影响物料的输送进度，当转接初输送带发生打滑时，严重的会发生物料堆积甚至漏料、撒料的风险，增加现场人员的工作负担，输送带的长时间打滑，会使输送带与辊筒摩擦部位温度急剧升高，甚至会造成输送带烧焦、烧断，严重影响输送带的使用寿命。因此，及时的检测出输送带的打滑现象，对打滑情况及时的做出反应，能有效的保证安全生产，减小损失。

发明内容

本发明提供了基于计算机视觉的输送带打滑检测方法、系统及装置，用于解决现有对输送带的打滑现象不能提前检测，影响生产的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，所述方法包括以下步骤：

获取输送带的第一图像并记载对应的获取时间；

在所述第一图像中设定ROI区域，并识别所述ROI区域预设点的坐标，形成图像模板；

基于预设的图像采集频率，获取若干个输送带图像和对应的时间，将所述若干个输送带图像与所述图像模板进行匹配，得到每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离；

基于所述移动距离和时间差，计算输送带的运行速度，将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断。

进一步地，所述获取输送带第一图像具体为：

在输送带的正上方设置相机，通过所述相机获取输送带的图像并上传至计算机；所述相机两侧对称设置补光灯。

进一步地，与所述图像模板的匹配通过matchTemplate函数实现。

进一步地，所述每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离的计算具体为：

根据匹配，在输送带图像中查找对应的ROI区域以及最优匹配位置；

将最优位置坐标与所述预设点坐标的差值，作为像素移动距离；

基于像素与实际距离的转换关系，计算实际移动距离。

进一步地，所述将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断具体为：

当所述运行速度等于设定速度时，输送带正常运行；

当实际速度持续小于设定速度的预设比例时，判定输送带发生持续打滑现象；

当实际速度在某时刻小于设定速度的预设比例，且经过预设持续时间后恢复时，判定输送带发生间歇性打滑现象。

进一步地，所述预设比例为95％，所述预设持续时间为5秒。

本发明第二方面提供了一种基于计算机视觉的输送带打滑检测系统，所述系统包括：

图像采集单元，用于获取输送带的图像并记载对应的获取时间；

模板生成单元，用于在第一图像中设定ROI区域，并识别所述ROI区域预设点的坐标，形成图像模板；

图像匹配单元，将若干个输送带图像与所述图像模板进行匹配，得到每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离；

数据分析单元，基于所述移动距离和时间差，计算输送带的运行速度，将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断。

本发明第三方面提供了一种基于计算机视觉的输送带打滑检测装置，包括相机、计算机和权利要求7所述输送带打滑检测系统，所述检测系统部署在所述计算机上，所述相机用于采集输送带的图像，将图像发送给计算机，并记载对应的获取时间；计算机通过调用所述检测系统检测并输出输送带的打滑情况。

本发明第四方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述检测系统上运行时，使所述检测系统执行所述检测方法的步骤。

本发明第二方面的所述输送带打滑检测系统和第三方面所述输送带打滑检测装置均能够实现第一方面及第一方面的各实现方式中的方法，并取得相同的效果。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明基于计算机视觉，通过无接触的方式，获取输送带运输过程中的多幅图像，并基于对图像的处理，对输送带实现实时的速度检测，及时对打滑现象做出判断，便于采取相应的应对措施，保证输送带的安全运行。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述检测装置实施例的结构示意图；

图2是本发明所述检测方法实施例的流程示意图；

图3是本发明所述检测系统实施例的结构示意图；

图中，1计算机、2网线、3相机、4光源、5输送带、6变频器、7变频器控制器。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，输送带5通过变频器6实现运行控制，变频器6与变频器控制器7与计算机1连接，实现数据的传输。相机3安装于输送带的正上方，相机的视野内通过光源4实现补光，光源4选用恒光通量光源，保证光照的稳定性，通常光源4设置在相近的两侧。相机3通过千兆网线2与计算机1相连接，实现数据的传输，计算机获取数据后，对输送带的速度进行实时分析，分析完成后，与变频器的速度进行对比，完成打滑的判断。当打滑发生时将判断是否需要停车，停止信号通过通用变频器控制器实现变频器控制，实现停车操作。

如图2所示，本发明实施例提供的一种基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1,获取输送带的第一图像并记载对应的获取时间；

S2,在所述第一图像中设定ROI区域，并识别所述ROI区域预设点的坐标，形成图像模板；

S3,基于预设的图像采集频率，获取若干个输送带图像和对应的时间，将所述若干个输送带图像与所述图像模板进行匹配，得到每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离；

S4,基于所述移动距离和时间差，计算输送带的运行速度，将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断。

上述步骤在实际运行过程中重复进行，即可以通过设定频率得到步骤S1所述的第一图像，并依次执行，获取当前循环下与第一图像的图像模板对应的匹配图形，计算移动距离，以确保计算结果的准确性。

步骤S1中，所述获取输送带第一图像具体为：

在输送带的正上方设置相机，通过所述相机获取输送带的图像并上传至计算机；所述相机两侧对称设置补光灯。横光通量光源位于相机两侧使得输送带带面上形成无影区域。在输送带开始运行后，由于工业相机的特性，可以清晰、连续的获取输送带上方的图像，且拍摄速度将远大于输送带的运行速度。

在矿山生产过程中，输送带运输的物品为堆积的矿石，由于这些矿石没有特定的形状，而且矿石都是随意对方在输送带上方，因此，在相机的视野范围内，每一个区域都将与其他区域有一定的区别。由于相机的拍摄速度远大于胶带的运行速度，对于连续的两帧图像中，会有重叠区域(即同一个物品连续出现在两帧图像中)。

步骤S2中，在得到第一幅图像后，获取取得当前图像的时间T₁，时间单位为毫秒(ms)；在第一幅图象中设定一个ROI区域，并将此ROI区域设定在图像的上方图像约三分之一的位置,假设此ROI区域左上角坐标为A(X_ROI,Y_ROI)，将该坐标点设为预设点,此时完成模板的制作。

步骤S3中，基于预设的图像采集频率，再次主动获取第二帧图像、第三帧图像…并获取取得图像的时间T₂、T₃…时间单位为毫秒(ms)；通过opencv函数库中的模板匹配算法，将第一帧中获取的ROI模板区域与第二帧图像、第三帧图像进行比对，判断该区域在第二帧图像、第三帧图像中的区域，得到最优的匹配位置B(X_B,Y_B)。

根据最优位置坐标和第一帧图像中的选取的ROI区域左上角坐标，求解出两点之间的纵坐标差值，即垂直位移像素距离L,即：

L＝Y_B-Y_RoI

由于相机和胶带的位置是相对固定的,胶带的运行方向是单一的，因此只需求解垂直方向的位移坐标；

由于胶带平面与相机相对状态是固定不变的，因此在胶带平面中，单位距离M(米)在图像中的像素数量N是不变的，因此可以得到像素与实际距离的转换关系：每个像素长度为M/N米，根据此像素转换关系可以求得实际位移距离L_S：

步骤S4中，根据两次的图像获取时间T₁,T₂,求解出两帧图像的时间差T：

T＝T₂-T₁

此时，胶带的瞬时速度V为：

由于胶带运输机的控制电机通过变频器、通用变频器控制器与控制电脑相连接，通过通信功能即可获取到变频器给定电机的实际转速。简单的，将实际速度(摄像头检测的速度)与设定速度(变频器给定速度)进行对比，即可判断有没有打滑现象的发生。具体为：

当实际速度等于设定速度(误差±5％)时，胶带为正常运行；

当实际速度持续小于设定速度的95％时，判定为持续的打滑现象发生，速度越小则打滑程度越严重，此时根据打滑程度将进行报警输出，通过通用变频器控制器控制变频器进行紧急停车，防止造成严重的皮带磨损。

当实际运行速度在某一时刻小于设定速度的95％时，持续时间在5秒以上，短时间又恢复到正常，判定为间歇性的打滑现象，将通过界面提醒工作人员注意，但不会紧急停车。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种基于计算机视觉的输送带打滑检测系统，所述系统包括图像采集单元1、模板生成单元2、图像匹配单元3和数据分析单元4。

图像采集单元1用于获取输送带的图像并记载对应的获取时间；模板生成单元2用于在第一图像中设定ROI区域，并识别所述ROI区域预设点的坐标，形成图像模板；图像匹配单元3将若干个输送带图像与所述图像模板进行匹配，得到每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离；数据分析单元4基于所述移动距离和时间差，计算输送带的运行速度，将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述检测系统上运行时，使所述检测系统执行所述检测方法的步骤。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

获取输送带的第一图像并记载对应的获取时间；

2.根据权利要求1所述基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，所述获取输送带第一图像具体为：

3.根据权利要求1所述基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，与所述图像模板的匹配通过matchTemplate函数实现。

4.根据权利要求1所述基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，所述每个所述输送带图像相对于图像模板的移动距离的计算具体为：

基于像素与实际距离的转换关系，计算实际移动距离。

5.根据权利要求1所述基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，所述将所述运行速度与设定速度比较，进行输送带打滑判断具体为：

当所述运行速度等于设定速度时，输送带正常运行；

6.根据权利要求5所述基于计算机视觉的输送带打滑检测方法，其特征是，所述预设比例为95％，所述预设持续时间为5秒。

7.一种基于计算机视觉的输送带打滑检测系统，其特征是，所述系统包括：

8.一种基于计算机视觉的输送带打滑检测装置，其特征是，包括相机、计算机和权利要求7所述输送带打滑检测系统，所述检测系统部署在所述计算机上，所述相机用于采集输送带的图像，将图像发送给计算机，并记载对应的获取时间；计算机通过调用所述检测系统检测并输出输送带的打滑情况。

9.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，其特征是，所述计算机指令在权利要求7所述检测系统上运行时，使所述检测系统执行如权利要求1-6任一项所述检测方法的步骤。