CN210220663U - 烧结机台车轮工作状态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种烧结机台车轮工作状态检测装置，其包括分别设置在台车运行轨道两侧的两套图像采集设备和两台测距激光传感器，以及设置在中心控制室内的工控机、显示器和报警器；其中，图像采集设备包括一台摄像机和两台光源，摄像机设置在烧结机台车轨道一侧，使其以正面平摄的方式对行驶过程中的台车轮进行图像采集；测距激光传感器设置在台车轮的边缘位置上方，使其发射出的激光光线垂直向下，并发射至台车轮的边缘位置处；该装置对烧结生产过程进行实时监控，有效对烧结机台车轮的运行状态进行检测和反馈，解决了台车轮掉轮不能被及时发现的难题，节约排除故障时间的同时，节约生产成本和人工成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金技术领域，特别涉及一种烧结机台车轮工作状态检测装置。
背景技术
在冶金行业，烧结机台车是烧结矿从原料到成品的重要组成设备，它安装在烧结轨道上，由烧结机头尾星轮的运转，台车向前运行。台车主要是由台车轮、栏板、盲板、炉条、隔热垫、支撑梁组成。正常工作时混匀烧结原料从机头料仓落下，均匀的平铺在烧结机台车上面，随着烧结机的运行，经过点火器进行点火，烧结燃料在台车上进行燃烧，最后形成烧结矿饼，烧结矿饼通过单辊的破碎，小于150mm的烧结矿落到环冷机上进行冷却，随着物料的运行，进入到冷矿筛进行筛分分级，成品烧结矿饼经皮带输送机运向炼铁高炉。
长期以来，台车轮故障主要表现在以下几个方面：1)台车轮在线不旋转；轴承卡死，造成轮面和导轨直接摩擦；2)台车轮整体脱落：台车轮轴承结构破坏，造成轴承内套旋转，轴面磨损擦伤、锁紧螺母脱落，导致台车轮整体脱出； 3)台车轮摆动：油封磨损，台车轮内部润滑油污染，烧结粉矿与油脂形成泥状、导致保持架损坏，滚动体穿动。然而在目前的实际生产作业中并没有有效的检测方法能够实现在故障发生前即对台车轮是否出现故障进行预判，因此，有必要设计一套可靠且能够实现高效对烧结机台车轮的工作状况进行检测的方法和检测装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种实现对烧结机台车轮的工作状况进行高效率、高可靠性的实时检测的烧结机台车轮工作状态检测装置。
为此，本实用新型技术方案如下：
一种烧结机台车轮工作状态检测方法的检测装置，包括分别设置在烧结机台车运行轨道两侧的图像采集设备，以及设置在中心控制室内的工控机、显示器和报警器；其中，
每套图像采集设备包括一台摄像机和两台光源；摄像机设置在烧结机台车轨道一侧，使其以正面平摄的方式对行驶过程中的台车轮进行图像采集；两台光源对称安装在摄像机两侧，并以对称的角度对台车轮进行补光；摄像机与设置在现场的第一光纤收发器通过数据传输线连接，工控机与设置在中心控制室内的第二光纤收发器通过数据传输线连接，第一光纤收发器与第二光纤收发器之间通过光纤连接，使摄像机采集的图像传输至工控机内；显示器与工控机通过数据传输线连接，以显示工控机的图像处理结果；报警器与工控机通过数据传输线连接，以当工控机处理结果时启动并发出警报。
进一步地，该检测装置还包括两台分别设置在烧结机台车运行轨道上的两侧轮轨上方的测距激光传感器；每台测距激光传感器竖直设置在位于同侧的轮轨上方，使距激光传感器发出的激光光线垂直向下发射并发射至运行在轮轨内的台车轮的边缘位置处；两台测距激光传感器分别通过数据传输线与第一光纤收发器a 连接。
与现有技术相比，该烧结机台车轮工作状态检测装置能够实现对烧结生产过程进行实时监控，有效对烧结机台车轮的运行状态采用基于对台车轮采集的图像进行检测和反馈，以向现场作业人员进行及时预警，解决了台车轮掉轮不能被及时发现的难题，节约排除故障时间的同时，节约生产成本和人工成本，具有很好的行业推广前景。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1的烧结机台车轮工作状态检测装置的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例2的烧结机台车轮工作状态检测装置中激光测距传感器安装位置的结构示意图；
图3为采用本实用新型的烧结机台车轮工作状态检测装置对台车轮工作状态进行检测的步骤流程图；
图4(a)为采用本实用新型的烧结机台车轮工作状态检测装置对台车轮工作状态进行检测过程中对台车轮位置标记步骤的图像处理的示意图；
图4(b)为采用本实用新型的烧结机台车轮工作状态检测装置对台车轮工作状态进行检测过程中对图4(a)的进一步图像处理的示意图；
图5为本为采用本实用新型的烧结机台车轮工作状态检测装置对台车轮工作状态进行检测过程中激光测距传感器检测到的台车轮工作正常状态下的测距数据示意图；
图6为本为采用本实用新型的烧结机台车轮工作状态检测装置对台车轮工作状态进行检测过程中激光测距传感器检测到的台车轮工作异常状态下的测距数据示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
实施例1
如图1所示为一种实现烧结机台车轮工作状态检测方法的检装置，具体包括设置在现场的两套图像采集设备、设置在中心控制室5内的工控机6、显示器7 和报警器9；其中，
两套图像采集设备分别设置在烧结机台车运行轨道的两侧，每套图像采集设备具体包括一台摄像机1和两台光源2；摄像机1设置在烧结机台车轨道一侧，使其以正面平摄的方式对行驶过程中的台车轮进行图像采集；两台光源2对称安装在摄像机1两侧，并以对称的45°角度对台车轮进行补光；
在烧结机台车运行轨道邻侧还设置有现场箱3，其内设置有用于图像采集设备供电的电力系统和一台第一光纤收发器4a；对应地，在中心控制室内还设置有一台第二光纤收发器4b；第一光纤收发器4a与摄像机1通过数据线连接，第二光纤收发器4b一端与第一光纤收发器4a通过光纤连接、另一端通过数据传输线与位于中心控制室5内的工控机6连接；
工控机6通过光纤收发器接收由摄像机1采集的图像并对其进行分析处理以判断台车轮的工作状况，显示器7与工控机6连接，实时显示工控机6的处理结果；具体地，工控机6包括数据接收模块、数据分析模块、数据存储模块和异常数据报警模块；其中，数据接收模块用于接收摄像机1采集的图像；数据分析模块用于对摄像机采集的图像进行分析以实现通过对每两张包含相同台车的两个台车轮的图像中的同一台车轮进行特征点提取和前后图像中同一特征点的相对位置是否发生变化的比较，判断出台车轮是否正常转动，以及通过计算台车轮的圆心至其轮廓轨迹上各点的距离是否完全一致，判断出台车轮是否发生摆动；数据存储模块用于对图像及图像处理过程的数据进行保存；异常数据报警模块用于当数据分析模块分析出单幅图像内台车轮不足两个、台车轮出现不转动问题、或台车轮出现摆动问题时，启动与工控机6连接的报警器9发出报警信号。
实施例4
如图2所示为一种实现烧结机台车轮工作状态检测方法的配检测装置，具体包括设置在现场的两套图像采集设备和两台测距激光传感器10，以及设置在中心控制室5内的工控机6、显示器7和报警器9；其中，
两套图像采集设备分别设置在烧结机台车运行轨道的两侧，每套图像采集设备具体包括一台摄像机1和两台光源2；摄像机1设置在烧结机台车轨道一侧，使其以正面平摄的方式对行驶过程中的台车轮进行图像采集；两台光源2对称安装在摄像机1两侧，并以对称的45°角度对台车轮进行补光；
两台测距激光传感器10分别设置在烧结机台车运行轨道的两侧，且每台测距激光传感器10竖直设置于邻侧台车轮轮轨上方，即位于在烧结机台车轨道上运行的台车轮的上方，并与台车运行过程不冲突，保证该测距激光传感器10发射出的激光光线垂直向下，并发射至台车轮的边缘位置处；
在烧结机台车运行轨道邻侧还设置有现场箱3，其内设置有用于图像采集设备供电的电力系统和一台第一光纤收发器4a；对应地，在中心控制室内还设置有一台第二光纤收发器4b；两台摄像机1和两台测距激光传感器10分别通过数据线与第一光纤收发器4a连接，第二光纤收发器4b一端与第一光纤收发器4a通过光纤连接、另一端通过数据传输线与位于中心控制室5内的工控机6连接；
工控机6通过光纤收发器接收由摄像机1采集的图像并对其进行分析处理以判断台车轮的工作状况，显示器7与工控机6连接，实时显示工控机6的处理结果；具体地，工控机6包括数据接收模块、数据分析模块、数据存储模块和异常数据报警模块；其中，数据接收模块用于接收摄像机1采集的图像；数据分析模块用于对摄像机采集的图像进行分析以实现通过对每两张包含相同台车的两个台车轮的图像中的同一台车轮进行特征点提取和前后图像中同一特征点的相对位置是否发生变化的比较，判断出台车轮是否正常转动，以及通过计算台车轮的圆心至其轮廓轨迹上各点的距离是否完全一致，判断出台车轮是否发生摆动；数据存储模块用于对图像及图像处理过程的数据进行保存；异常数据报警模块用于当数据分析模块分析出单幅图像内台车轮不足两个、台车轮出现不转动问题、或台车轮出现摆动问题时，启动与工控机6连接的报警器9发出报警信号。
如图3所示，采用上述实施例1和实施例2的烧结机台车轮工作状态检测装置实现的烧结机台车轮工作状态检测方法的具体实施步骤如下：
步骤S1、获取摄像机实时采集的烧结机台车轮的图像；
具体地，摄像机设置在烧结机台车轨道邻侧，并使其以正面平摄的方式对行驶过程中的烧结机台车轮进行图像采集，得到车轮的正视图图像，且相邻两张图像获取的间隔时间应设置为能够保证每连续采集的两张图像中均包含有同一辆台车的两个台车轮；
在该步骤S1中，由于烧结机的运行速度不是恒定的，因此摄像机的图像采集频率通过作业现场的生产管理二级系统反馈的烧结机的运行速度进行实时调整，以保证能够能在连续两帧图像中拍摄到同一个台车的两个台车轮。
步骤S2、每张图像内采集到的台车轮进行识别并进行位置标记：
具体地，操作步如下：
S201、依次对摄像机采集的每张图像中的台车轮进行识别，并将识别出的每个完整的台车轮采用绘制其外接矩形框的方式进行标识；
S202、如图4(a)所示，以每张图像的左上顶角为原点O1(0,0)，图像的上侧横边为X1轴，图像的左侧竖边为Y1轴，构建第一平面直角坐标系；以图像每个像素的边长为单位长度，给出每个外接矩形框的左上顶点和右下顶点的坐标，即M1、M2、N1和N2；
在上述步骤S2中，当经过步骤S201标识出的台车轮的个数少于两个时，则判断为台车轮缺失，发出报警信号，提醒作业人员重新设置图像采集的间隔时间；
步骤S3、在进行步骤S2的同时，对台车轮是否处于正常转动状态进行分析：
具体地，该步骤S3的实施步骤如下：
S301、获取用于标识台车轮的外接矩形框的中心点，并以该中心点绘制外接矩形框的内接圆，由于台车轮的外接矩形框的中心点即为台车轮的外接圆圆心，且台车轮外接矩形框的以中心点为圆心内接圆即为台车轮的外接圆，因此根据外接矩形框的内接圆的信息即可相应得到台车轮的圆心坐标M和车轮半径R；
S302、如图4(b)所示，针对每两张包含相同台车的两个台车轮的图像，利用Harris特征提取算法分别提取第一张采集图像中两个台车轮外接圆区域内的台车轮上特征点A和B，并给出特征点A和B在第一平面直角坐标系下的坐标；接着在第二张采集图像中寻找能与特征点A相匹配的特征点A’及与特征点B相匹配的特征点B’，并给出特征点A’和特征点B’在第一平面直角坐标系的坐标；
S303、以每个台车轮的外接矩形框的左上顶角为坐标原点O2(0,0)、外接矩形框的上侧横边为X2轴、外接矩形框的左侧竖边为Y2轴，构建第二平面直角坐标系；以图像每个像素的边长为单位长度，将特征点A、特征点B、特征点A’和特征点B’在图像中的绝对坐标转换为以每个外接矩形框为基准构建的第二平面直角坐标系中的相对坐标，并作出如下判断：
若特征点A和特征点A’在以各自外接矩形框为基准构建的第二平面直角坐标系中的坐标不一致，且特征点B和特征点B’在以各自外接矩形框为基准构建的第二平面直角坐标系中的坐标不一致，则说明特征点A’和特征点A相对于背景图像发生相对移动，特征点B’和特征点B相对于背景图像发生相对移动，即判断台车轮处于正常转动状态；
若特征点A和特征点A’在以各自外接矩形框为基准构建的第二平面直角坐标系中的坐标一致，和/或特征点B和特征点B’在以各自外接矩形框为基准构建的第二平面直角坐标系中的坐标一致，则说明特征点A’和特征点A没有相对于背景图像发生相对移动，特征点B’和特征点B没有相对于背景图像发生相对移动，即判断台车轮处于非正常运动状态；
其中，特征点A和特征点B为采用Harris特征提取算法提取的台车轮上特征点，具体为如台车轮上的螺丝角，台车轮上的污渍或者锈迹的边缘角点等具有旋转不变性的点。
步骤S4、在进行步骤S3的同时，在步骤S2得到的具有坐标信息的图像中选取其上台车轮位于图像中部或接近位于图像中部且标识有外接矩形框的图像，通过计算台车轮的圆心至其轮廓轨迹上各点的距离是否完全一致，判断出台车轮是否发生摆动；
具体地，对台车轮是否发生摆动进行分析的具体实施步骤为：
S401、根据步骤S301处理的图像中台车轮的圆心坐标，选择一张其上标记的台车轮位于图像正中或接近图像正中的图像；
S402、对经过步骤S401选取的图像内的位于图像正中或接近图像正中的台车轮图像依次进行阈值分割、轮廓提取和曲线拟合算法处理，获得该台车轮的光滑轮廓的曲线点集；
S403、计算该台车轮的圆心至轮廓曲线点集中各点的距离，并进行如下判断：
若台车轮的圆心到台车轮轮廓轨迹上各点的距离均相等，且与步骤S301得到的台车轮半径一致，则判断台车轮未发生摆动；
若台车轮的圆心到台车轮轮廓轨迹上各点的距离不完全相等，则判断台车轮发生摆动。
在该步骤S4中，由于台车轮在图像中的大小不变，台车轮的正常图像应该为圆形，如果发生摆动，则图像应为椭圆形，因此通过对比台车轮圆心到台车轮周围各点的距离是否相等即可判断出台车轮是否发生摆动。然而，由于台车轮在图像中不同位置会造成分析误差，为了确保测量精确，在对台车轮图像进行选取时，最优选择刚好位于图像正中的台车轮图像进行分析，或选择非常接近位于图像正中时的图像进行分析。
步骤S5、当经过步骤S4判断出台车轮出现摆动问题时，还可以进一步在实施例2的基础上通过步骤S5进行验证。
具体地，步骤S5的具体实施过程为：
S501、在利用摄像机获取的图像对台车轮的工作状态进行判断的同时，通过设置在烧结机台车轨道上方的激光测距传感器连续获取激光测距传感器感应端端部至台车轮边缘处的距离变化数据，并将所得数据绘制成横坐标为时间，纵坐标为距离的距离变化曲线；
S502、通过计算距离变化曲线中相邻两点之间的差值变化，判断绘制出曲线的每个弧形端是否存在出现断崖式变化的状况：
当激光测距传感器连续获取的距离变化数据绘制而成的测距图像为如图5所示为一条完整、平滑的呈弧线的曲线，则判断台车轮运行正常；
当激光测距传感器连续获取的距离变化数据绘制而成的测距图像为一条不规则且呈断崖式变化的曲线，则判断台车轮运行异常，计算机发出报警；如图6 所示为台车轮出现摆动时测得的测距数据绘制出的图像。
另外，在步骤S5后还包括有步骤S6：信息汇总和存储。具体地，步骤S6 为：将上述步骤S3、步骤S4和步骤S5中获得的旋转、摆动和缺失报警信息与其他系统的信息，如台车号、时间、是否需要加油等进行整合，统一按照时间和台车号为索引存储到数据库中，便于后续调用。
Claims (2)
1.一种烧结机台车轮工作状态检测装置，其特征在于，包括分别设置在烧结机台车运行轨道两侧的图像采集设备，以及设置在中心控制室内的工控机(6)、显示器(7)和报警器(9)；其中，
每套图像采集设备包括一台摄像机(1)和两台光源(2)；摄像机(1)设置在烧结机台车轨道一侧，使其以正面平摄的方式对行驶过程中的台车轮进行图像采集；两台光源(2)对称安装在摄像机(1)两侧，并以对称的角度对台车轮进行补光；摄像机(1)与设置在现场的第一光纤收发器(4a)通过数据传输线连接，工控机(6)与设置在中心控制室内的第二光纤收发器(4b)通过数据传输线连接，第一光纤收发器(4a)与第二光纤收发器(4b)之间通过光纤连接，使摄像机(1)采集的图像传输至工控机内；显示器(7)与工控机(6)通过数据传输线连接，以显示工控机的图像处理结果；报警器(9)与工控机(6)通过数据传输线连接，以当工控机处理结果时启动并发出警报。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括两台分别设置在烧结机台车运行轨道上的两侧轮轨上方的测距激光传感器(10)；每台测距激光传感器(10)竖直设置在位于同侧的轮轨上方，使距激光传感器(10)发出的激光光线垂直向下发射并发射至运行在轮轨内的台车轮的边缘位置处；两台测距激光传感器(10)分别通过数据传输线与第一光纤收发器(4a)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20200331 Effective date of abandoning: 20231110 |
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