CN117800039A - 带式输送机皮带跑偏检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带式输送机皮带跑偏检测系统，属于输送机检测技术领域。包括带式输送机本体，带式输送机本体的两侧均固定连接有滑轨，滑轨内部滑动连接有滑履，两个滑履之间固定连接有倒U形的悬架，悬架的底面中部固定连接有红外可见光融合装置，红外可见光融合装置电性连接有计算设备，带式输送机本体的皮带两侧各设置有一条故障发现区域，故障发现区域中的皮带内置有若干铜合金丝，铜合金丝通过硫化胶水固定在皮带中。本发明提供了一种能够获得皮带跑偏先兆信息的皮带跑偏检测系统，克服了现有检测方法具有滞后性的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及输送机检测技术领域，尤其涉及一种带式输送机皮带跑偏检测系统。
背景技术
随着煤矿无人化发展，煤矿输送机已成为煤矿智能化生产的重要设备之一，它能够自动化地完成煤矿物料的输送和分配。然而，皮带跑偏问题阻碍了带式输送机的高效、稳定运行。更重要的是，皮带跑偏是诱发带式输送机故障的主要因素。因此，煤矿带式输送机的皮带运行状态检测是非常重要的。
现有的皮带跑偏检测方式主要包括人工观察、声音诊断和振动诊断。随着机器视觉技术的迭代与发展，皮带跑偏可以精准地监测和警报。但是上述检测方式均存在滞后性，无法捕捉皮带跑偏的先兆信息。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种带式输送机皮带跑偏检测系统。本发明的技术方案如下：
一种带式输送机皮带跑偏检测系统，其包括带式输送机本体，所述带式输送机本体的两侧均固定连接有滑轨，所述滑轨内部滑动连接有滑履，两个滑履之间固定连接有倒U形的悬架，所述悬架的底面中部固定连接有红外可见光融合装置，所述红外可见光融合装置电性连接有计算设备；
所述红外可见光融合装置包括壳体、第一高速相机和第二高速相机，所述壳体与悬架的底面中部固定连接，第一高速相机和第二高速相机安装在壳体中，第二高速相机前置指定频段滤光膜；
所述带式输送机本体的皮带两侧各设置有一条故障发现区域，所述故障发现区域中的皮带内置有若干铜合金丝，铜合金丝通过硫化胶水固定在皮带中；
所述第一高速相机和第二高速相机分别用于采集故障发现区域与托辊运行过程的可见光图像和热像，并分别将采集的可见光图像和热像发送至计算设备；
所述计算设备用于分析可见光图像和热像，得到皮带的运行状态，所述运行状态包括正常、跑偏和跑偏先兆。
可选地，所述计算设备在分析第一高速相机和第二高速相机采集的可见光图像和热像，得到皮带的运行状态时，包括：
S1，将可见光图像和热像进行像素对齐后，从可见光图像中提取多个热像区域的边缘，并确定每个热像区域边缘的坐标；
S2，根据每个热像区域边缘的坐标计算每个热像区域中心的坐标；
S3，计算多个热像区域中各相互对称的热像区域的对称中心，并根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数；
S4，计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态。
可选地，对于多个热像区域中的目标热像区域，所述目标热像区域为多个热像区域中的任一热像区域，所述S2在根据目标热像区域边缘的坐标计算目标热像区域中心的坐标时，包括：
S21，将目标热像区域分解为若干个三角形；
S22，计算每个三角形重心的坐标，并计算每个三角形的面积；
S23，将每个三角形的重心的坐标乘以该三角形的面积；
S24，根据每个三角形的面积计算目标热像区域的总面积；
S25，通过如下公式计算目标热像区域中心的坐标：；
其中，j表示目标热像区域，其为多个热像区域中的第j个热像区域；表示目标热像区域中心的坐标；/>，/>，n表示目标热像区域分解成的三角形的数量，Vj表示目标热像区域的总面积，/>表示目标热像区域分解成的第i个三角形重心的坐标，Ai表示第i个三角形的面积。
可选地，所述S22在计算每个三角形的面积时，包括：
S221，计算每个三角形的三条边长和半周长；
S222，对于任一三角形，根据该三角形的三条边长和半周长，通过如下公式计算每个三角形的面积，其中，si表示第i个三角形的半周长，ai、bi和ci表示第i个三角形的三条边长。
可选地，所述S3在根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数时，包括：
根据多组相互对称热像区域中各组相互对称的热像区域的对称中心确定目标函数为，其中，/>为各组相互对称热像区域中任一组相互对称的热像区域对称中心的坐标，m为相互对称的热像区域的数量，A、B、C和D为各组相互对称的热像区域对称中心拟合成的直线方程的系数。
可选地，所述S4在计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态时，包括：
采用高斯牛顿法求解系数 A、B、C、D，使Jmin的值最小的解即为最优解后，采用皮带跑偏判别式确定皮带的运行状态；其中，皮带跑偏判别式为：
。
可选地，当皮带的运行状态为跑偏先兆时，计算设备提示进行皮带与托辊相对位置的干预操作；
当皮带的运行状态为跑偏时，计算设备根据悬架的位置确定跑偏位置，并提示进行跑偏位置托辊状态的检测。
可选地，所述故障发现区域的宽度为200-400mm。
可选地，所述指定频段对应的波长为10-12μm。
上述所有可选技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。
借由上述方案，本发明的有益效果如下：
通过设置滑轨、滑履、悬架、红外可见光融合装置，并在带式输送机本体的皮带两侧各设置内置有若干铜合金丝的故障发现区域，以及通过红外可见光融合装置采集故障发现区域与托辊运行过程的可见光图像和热像后，计算设备分析可见光图像和热像，得到包括正常、跑偏和跑偏先兆这三种皮带运行状态之一的检测结果，从而提供了一种能够获得皮带跑偏先兆信息的皮带跑偏检测系统，克服了现有检测方法具有滞后性的缺点，实现了皮带跑偏的智能精准监测和预警。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的组成结构示意图。
图2是本发明中计算设备得到皮带运行状态的流程图。
图3是本发明中的一种多个热像区域与可见光图像的关系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
经过生产实践证明，造成带式输送机皮带跑偏的主要因素是由于托辊磨损或者卡阻造成的，基于此，本发明实施例针对由托辊工作故障和带式输送机皮带跑偏的耦合关系，提供了一种带式输送机皮带跑偏检测系统。如图1所示，本发明实施例提供的带式输送机皮带跑偏检测系统，其包括带式输送机本体1，所述带式输送机本体1的两侧均固定连接有滑轨2，所述滑轨2内部滑动连接有滑履3，两个滑履3之间固定连接有倒U形的悬架4，所述悬架4的底面中部固定连接有红外可见光融合装置5，所述红外可见光融合装置5电性连接有计算设备；
所述红外可见光融合装置5包括壳体、第一高速相机和第二高速相机，所述壳体与悬架4的底面中部固定连接，第一高速相机和第二高速相机安装在壳体中，第二高速相机前置指定频段滤光膜；
所述带式输送机本体1的皮带两侧各设置有一条故障发现区域6，所述故障发现区域6中的皮带内置有若干铜合金丝，铜合金丝通过硫化胶水固定在皮带中；
所述第一高速相机和第二高速相机分别用于采集故障发现区域6与托辊7运行过程的可见光图像和热像，并分别将采集的可见光图像和热像发送至计算设备；
所述计算设备用于分析可见光图像和热像，得到皮带的运行状态，所述运行状态包括正常、跑偏和跑偏先兆。
本发明实施例中，带式输送机本体1的皮带与常规皮带的不同之处在于，皮带两侧为故障发现区域6，中间为普通的硫化皮带。具体地，利用合金涂层的热像响应率是普通硫化皮带的10倍以上的特性，本发明实施例在制作带式输送机的皮带时，对于皮带两侧，是将少量铜合金制成直径两毫米的细丝，将多根铜合金丝均匀地置于未硫化的皮带上，使用压力机将铜合金丝均压入皮带内，再采用硫化胶水将其烘干、固化形成故障发现区域6。通过如此设置，使得铜合金丝能使皮带与托辊摩擦产生的少量热量被红外可见光融合装置5捕捉，且不受皮带上方物料、煤块的遮挡。
其中，第二高速相机前置指定频段滤光膜，使其仅对指定频段对应的波长范围的光有响应，即仅对铜合金丝与托辊7摩擦产生的极少热量响应。具体地，指定频段对应的波长为10-12μm。
所述故障发现区域6的宽度为200-400mm。通过试验证明，将故障发现区域6的宽度如此设置，使得确定皮带跑偏情况的准确率高。
需要说明的是，在具体检测过程中，滑履3在滑轨2中匀速往复运动且小于皮带的运行速度，第一高速相机和第二高速相机的帧数大于滑履3的运动速度。其中，在控制滑履3在滑轨2中匀速往复运动时，可以通过任何可实现方式进行。例如，滑履3与油缸连接，油缸与PLC控制器连接，在PLC的控制下，使油缸驱动滑履3在滑轨2中匀速往复运动。通过设置悬架4和滑轨2，增大了托辊7的检测范围，有利于大型带式输送机皮带的跑偏检测。
在一个具体实施方式中，所述计算设备在分析第一高速相机和第二高速相机采集的可见光图像和热像，得到皮带的运行状态时，包括但不限于通过如下步骤S1至S5来实现：
S1，将可见光图像和热像进行像素对齐后，从可见光图像中提取多个热像区域的边缘，并确定每个热像区域边缘的坐标。
其中，从可见光图像中提取多个热像区域的边缘的具体实现方式，可以参见相关的图像提取算法，本发明实施例对此不作详细阐述。
需要说明的是，由于第一高速相机和第二高速相机会高速采集故障发现区域6与托辊7运行过程的可见光图像和热像，因此，计算设备会接收多张可见光图像和热像。然而，由于第一高速相机和第二高速相机采集图像的频率高，计算设备并不会对所接收的每张图像均进行分析，而是从所接收的可见光图像和热像中选择关键帧进行分析。
具体在选择关键帧时，计算设备计算每幅热像所有像素点的锐度值并归一化后，用横轴表示热像锐度值的范围，纵轴表示该范围内像素的数量，绘制热像锐度直方图。每间隔3秒选取锐度大于0.7且像素数量最多的热像作为待分析热像，并将同一时刻采集的可见光图像作为待分析可见光图像。此时，S1中所述的可见光图像和热像即为待分析可见光图像和待分析热像。
另外，由于待分析可见光图像和待分析热像中会包括一些与跑偏检测无关的信息，如悬架4等，为了减小计算量，计算设备在分析可见光图像和热像之前，还可以先去除这些跑偏检测无关区域。具体去除跑偏检测无关区域地方式，本发明实施例不作详细阐述。
S2，根据每个热像区域边缘的坐标计算每个热像区域中心的坐标。
其中，对于多个热像区域中的目标热像区域，所述目标热像区域为多个热像区域中的任一热像区域，所述S2在根据目标热像区域边缘的坐标计算目标热像区域中心的坐标时，包括：
S21，将目标热像区域分解为若干个三角形。
具体地，在分解时，选择一个顶点作为原点，然后连接该顶点与其他相邻的两个顶点，将目标热像区域分解为若干个三角形。
S22，计算每个三角形重心的坐标，并计算每个三角形的面积。
具体地，所述S22在计算每个三角形重心的坐标时，使用三角形的重心计算公式，计算每个三角形三个顶点坐标的平均值，将每个三角形三个顶点坐标的平均值作为每个三角形重心的坐标。
所述S22在计算每个三角形的面积时，包括：
S221，计算每个三角形的三条边长和半周长。
其中，对于三角形i，其半周长。
S222，对于任一三角形，根据该三角形的三条边长和半周长，通过如下公式计算每个三角形的面积，其中，si表示第i个三角形的半周长，ai、bi和ci表示第i个三角形的三条边长。
S23，将每个三角形的重心的坐标乘以该三角形的面积。
S24，根据每个三角形的面积计算目标热像区域的总面积。
该步骤在具体实现时，将每个三角形的面积相加，将相加结果作为目标热像区域的总面积。
S25，通过如下公式计算目标热像区域中心的坐标：；
其中，j表示目标热像区域，其为多个热像区域中的第j个热像区域；表示目标热像区域中心的坐标；/>，/>，n表示目标热像区域分解成的三角形的数量，Vj表示目标热像区域的总面积，/>表示目标热像区域分解成的第i个三角形重心的坐标，Ai表示第i个三角形的面积。
S3，计算多个热像区域中各相互对称的热像区域的对称中心，并根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数。
需要说明的是，为便于分析，并减小计算量，本发明实施例在去除跑偏检测无关区域时，会对可见光图像边缘的一些较小、拍摄不清晰的热像区域去除，使待分析的可见光图像中包括6-8个热像区域。
如图3所示，其为多个热像区域与可见光图像的关系的示意图，图3中的太阳形状即为热像区域。图3中以可见光图像中包括8个热像区域为例，热像区域1和5、2和6、3和7、4和8分别为一组相互对称的热像区域，以图3中相互对称的热像区域1和5为例，在计算该组热像区域的对称中心时，通过如下公式实现：
，其中，/>和分别为热像区域1和5中心的坐标。其他组相互对称的热像区域的对称中心的计算方式同理。
S4，计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态。
具体地，所述S3在根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数时，可以根据多组相互对称热像区域中各组相互对称的热像区域的对称中心确定目标函数为，其中，/>为各组相互对称的热像区域中任一组相互对称的热像区域对称中心的坐标，m为相互对称的热像区域的数量，A、B、C和D为各组相互对称的热像区域对称中心拟合成的直线方程的系数。
进一步地，所述S4在计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态时，可以采用高斯牛顿法求解系数 A、B、C、D，使Jmin的值最小的解即为最优解后，采用皮带跑偏判别式确定皮带的运行状态；其中，皮带跑偏判别式为：
。
在上述内容基础上，当皮带的运行状态为跑偏先兆时，计算设备还可以提示进行皮带与托辊相对位置的干预操作，以对可能出现的皮带跑偏进行预警。当皮带的运行状态为跑偏时，计算设备可以根据悬架4的位置确定跑偏位置，并提示进行跑偏位置托辊状态的检测。具体地，当确定皮带的运行状态为跑偏时，控制滑履3停止运动，此时滑履3所在位置处附近的托辊7所在位置为跑偏位置。
综上，本发明实施例利用合金涂层的红外热像响应率是普通硫化皮带的10倍以上的特性，以及红外图像检测标定技术，提供了一种可以对带式输送机皮带跑偏先兆信息进行检测的系统，该系统通过热像数据采集与处理能实时获得皮带跑偏的先兆信息，克服了现有检测方法具有滞后性的缺点。通过本发明实施例提供的系统进行皮带跑偏检测，有效降低了煤矿生产中事故的发生率，提高了带式输送机的运行稳定性和生产效率，极大地推动了煤矿行业的发展。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，包括带式输送机本体（1），所述带式输送机本体（1）的两侧均固定连接有滑轨（2），所述滑轨（2）内部滑动连接有滑履（3），两个滑履（3）之间固定连接有倒U形的悬架（4），所述悬架（4）的底面中部固定连接有红外可见光融合装置（5），所述红外可见光融合装置（5）电性连接有计算设备；
所述红外可见光融合装置（5）包括壳体、第一高速相机和第二高速相机，所述壳体与悬架（4）的底面中部固定连接，第一高速相机和第二高速相机安装在壳体中，第二高速相机前置指定频段滤光膜；
所述带式输送机本体（1）的皮带两侧各设置有一条故障发现区域（6），所述故障发现区域（6）中的皮带内置有若干铜合金丝，铜合金丝通过硫化胶水固定在皮带中；
所述第一高速相机和第二高速相机分别用于采集故障发现区域（6）与托辊（7）运行过程的可见光图像和热像，并分别将采集的可见光图像和热像发送至计算设备；
所述计算设备用于分析可见光图像和热像，得到皮带的运行状态，所述运行状态包括正常、跑偏和跑偏先兆。
2.根据权利要求1所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述计算设备在分析第一高速相机和第二高速相机采集的可见光图像和热像，得到皮带的运行状态时，包括：
S1，将可见光图像和热像进行像素对齐后，从可见光图像中提取多个热像区域的边缘，并确定每个热像区域边缘的坐标；
S2，根据每个热像区域边缘的坐标计算每个热像区域中心的坐标；
S3，计算多个热像区域中各相互对称的热像区域的对称中心，并根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数；
S4，计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态。
3.根据权利要求2所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，对于多个热像区域中的目标热像区域，所述目标热像区域为多个热像区域中的任一热像区域，所述S2在根据目标热像区域边缘的坐标计算目标热像区域中心的坐标时，包括：
S21，将目标热像区域分解为若干个三角形；
S22，计算每个三角形重心的坐标，并计算每个三角形的面积；
S23，将每个三角形的重心的坐标乘以该三角形的面积；
S24，根据每个三角形的面积计算目标热像区域的总面积；
S25，通过如下公式计算目标热像区域中心的坐标：；
其中，j表示目标热像区域，其为多个热像区域中的第j个热像区域；表示目标热像区域中心的坐标；/>，/>，n表示目标热像区域分解成的三角形的数量，Vj表示目标热像区域的总面积，/>表示目标热像区域分解成的第i个三角形重心的坐标，Ai表示第i个三角形的面积。
4.根据权利要求3所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述S22在计算每个三角形的面积时，包括：
S221，计算每个三角形的三条边长和半周长；
S222，对于任一三角形，根据该三角形的三条边长和半周长，通过如下公式计算每个三角形的面积，其中，si表示第i个三角形的半周长，ai、bi和ci表示第i个三角形的三条边长。
5.根据权利要求4所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述S3在根据多组相互对称热像区域的对称中心确定目标函数时，包括：
根据多组相互对称热像区域中各组相互对称的热像区域的对称中心确定目标函数为，其中，/>为各组相互对称热像区域中任一组相互对称的热像区域对称中心的坐标，m为相互对称的热像区域的数量，A、B、C和D为各组相互对称的热像区域对称中心拟合成的直线方程的系数。
6.根据权利要求5所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述S4在计算目标函数的最优解，并根据目标函数的最优解确定皮带的运行状态时，包括：
采用高斯牛顿法求解系数 A、B、C、D，使Jmin的值最小的解即为最优解后，采用皮带跑偏判别式确定皮带的运行状态；其中，皮带跑偏判别式为：
。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，
当皮带的运行状态为跑偏先兆时，计算设备提示进行皮带与托辊相对位置的干预操作；
当皮带的运行状态为跑偏时，计算设备根据悬架（4）的位置确定跑偏位置，并提示进行跑偏位置托辊状态的检测。
8.根据权利要求1所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述故障发现区域（6）的宽度为200-400mm。
9.根据权利要求1所述的带式输送机皮带跑偏检测系统，其特征在于，所述指定频段对应的波长为10-12μm。
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