基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置及方法，属于输送带检测技术领域。

背景技术

矿用带式输送机作为煤矿运输系统中的关键核心装备，与其他运输形式相比，带式输送机具有运载量大、稳定性高、实用性强、维护和安装相对便捷等优势。然而煤炭在开采运输过程中，经常夹杂带有尖锐棱角的大块物料如煤矸石、铁器、木块等，非常容易划伤进而刺穿输送带。同时当煤矿落料口处满仓堆煤，或者因输送带拉力不均、落煤不正、水煤等原因，导致原煤中掺杂的矸石等异物或大煤块、托辊等异物掉落插入到滚筒与机头两侧的连接梁之间并卡压输送带，最终导致输送带撕裂事故发生。随着煤炭生产快速高效发展，当前煤矿输送机都朝着大功率、高速度发展，输送带运行速度普遍较高，大中型的输煤皮带运行速度基本都在4米/秒以上。一旦发生输送带撕裂事故，如果巡检或者附近值班人员无法及时发现并进行停机操作控制，价值数百万甚至更多的输送带会在短时间内发生贯穿性整体损毁。输送带撕裂事故发生会造成物料倾洒、托辊、减速器和电动机等设备损毁，造成巨大经济损失甚至是人员伤害。

输送带撕裂实时检测是煤矿生产中必须要解决的关键问题，研究检测精度高、抗噪性能优异、可实时检测的输送带撕裂预警检测技术，实现对输送带撕裂故障的及时发现、及时停机，可从根本上减少故障并避免事故发生。当前，国内外开发的输送带撕裂检测装置形式和种类繁多，归纳起来有以下类型：嵌入法、接触法、探露法、视觉检测法。其中，嵌入法主要通过监测输送带中预埋物的完整性来判断输送带是否发生撕裂，该方法工艺复杂，且对现有已经在用输送带无法适用；接触法通过感测装置与输送带的接触来感知输送带的状况；探露法是以输送带撕裂后裂口变宽导致物料伸出或是泄露的原理为基础。视觉检测方法因其检测速度快、准确率高、非接触检测逐渐成为主流。但是由于相机可视视角以及光源发射角度的技术限制，当前视觉检测都无法实现输送带撕裂的全带面检测，只能检测输送带带面的60%-70%区域，存在较大的检测遗漏和缺陷。因此，研究基于视觉的检测输送带全带面撕裂检测是当前亟需解决的技术难题。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置，包括安装在输送带机架上的固定横梁，所述固定横梁位于输送带上下皮带之间，所述固定横梁上安装有固定底板，所述固定底板的两侧分别安装有一个侧板，所述侧板向上倾斜设置，且侧板表面与固定底板之间的夹角为钝角，所述固定底板上安装有撕裂识别及控制单元，两个所述侧板上分别安装有线性激光图像采集单元；

所述线性激光图像采集单元用于向待检测输送机的上皮带下表面发射一字线性激光，且两个所述线性激光图像采集单元的线性激光配准成为一条可以完全覆盖待检测输送带表面的线性激光，同时采集该线性激光位置的输送带表面图像，并对图像进行处理，形成一幅包含完整激光线信息的输送带全带面图像，然后将该图像传输至所述撕裂识别及控制单元；

所述撕裂识别及控制单元用于对所述线性激光图像采集单元传输的输送带全带面图像进行分析处理，判断输送带是否有撕裂现象发生。

优选的，所述线性激光图像采集单元包括线性激光器模块、图像采集模块、位置校准调节模块，所述线性激光器模块和图像采集模块分别安装在位置校准调节模块上，所述线性激光器模块和图像采集模块分别与撕裂识别及控制单元相连接，所述线性激光器模块用于向待检测输送机上皮带下表面发射一字线性激光，所述图像采集模块用于采集待检测输送带表面的图像信息，所述位置校准调节模块用于实现对线性激光器模块和图像采集模块的相对位置调节、角度调节。

优选的，所述撕裂识别及控制单元包括图像预处理模块、撕裂识别模块、控制模块、电源模块以及通讯接口模块，所述图像预处理模块、撕裂识别模块、电源模块以及通讯接口模块分别与控制模块相连接；

所述图像预处理模块用于对图像进行滤波、去噪以及配准处理；所述撕裂识别模块用于对全带面图像的撕裂信息分析、识别；所述控制模块用于对位置校准调节模块的位置、角度控制，用于对性激光器模块、图像采集模块的供电控制和图像采集控制；所述电源模块用于对装置的整体的供电；所述通讯接口模块用于外接电源接口以及对外信号传输接口。

优选的，所述线性激光器模块为一字线性半导体激光器，所述图像采集模块为可见光相机。

基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置的方法，按照以下步骤进行操作，

S1.两个线性激光器模块分别向待检测输送带表面发射一字线性激光，分别调节激光器位置以及激光器发射角度，使两个线性激光器模块发射的激光线调节成为一条可以完全覆盖待检测输送带表面的线性激光；

S2.调节两个图像采集模块的位置，使两个图像采集模块可从输送带运行的同一方向、不同位置分别采集含线性激光的输送带表面图像，输送带中间区域可被两台相机重复采集，两个图像采集模块采集的输送带表面图像可完整反应输送带全带面信息；

S3.对两个图像采集模块采集的图像分别进行滤波、去噪，然后进行图像配准，形成一幅包含完整激光线信息的输送带全带面图像；

S4.对上述配准后的输送带全带面图像进行撕裂分析，计算配准后图像中激光线信息的角点变化、曲率变化、激光线缺陷宽度，判断输送带是否发生撕裂现象。

优选的，所述步骤S3中，使用基于尺度空间的Harris-Laplace特征点提取算法和SIFT匹配算法实现对采集的图像进行配准操作，得到包含完整激光线信息的输送带全带面图像。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果。

1、本发明将采集后的图像进行配准，配准形成输送带全带面图像，实现对输送带全带面的撕裂检测，避免漏检、误检等安全隐患，有效解决输送带撕裂的安全可靠检测。同时能够对输送带带面情况进行实时检测，一旦撕裂发生，发出报警、停机信息，停止输送带运行。

2、本发明全自动操作取代人工检测 ,能够第一时间发现输送带撕裂，不需要停止输送机对输送带进行检修，造成的损失小。

3、本发明充分考虑了输送带运行过程中撕裂发生时的表征，对配准后的输送带全带面图像从激光线信息的角点变化、曲率变化、激光线缺陷宽度等多方面分析，极大提高了输送带撕裂检测的可靠性。

4、本发明可适用于光照度较低甚至完全黑暗的环境，可以全天24H工作，极大提高了撕裂识别的连续性和可靠性。

5、本发明可作为单机使用，也可通过信号传输接口连接环网进行远程数据传输，在集控室、调度中心等再现输送带撕裂检测过程中的实时视频图像，方便工作人员查看。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至3所示，基于线性激光图像的输送带全带面撕裂检测装置，包括固定底板8、侧板5、固定横梁4、线性激光图像采集单元7、撕裂识别及控制单元6。

固定横梁4安装在在输送带机架3上，且固定横梁4位于输送带上皮带1、下皮带2之间，固定横梁4上安装有固定底板8，固定底板8的两侧分别安装有一个侧板5，侧板5向上倾斜设置，且侧板5表面与固定底板8之间的夹角为钝角，固定底板和侧板构成线性激光图像采集单元7和撕裂识别及控制单元6的安装支架。

两个线性激光图像采集单元7分别安装在侧板5的表面。两个线性激光图像采集单元7的结构相同，均包括线性激光器模块701、图像采集模块702、位置校准调节模块703，其中，线性激光器模块701为一字线性半导体激光器，用于向待检测输送机上皮带1下表面发射一字线性激光。图像采集模块702为可见光相机，用于采集待检测输送带表面的图像信息。位置校准调节模块703可实现对线性激光器模块701和图像采集模块702的相对位置调节、角度调节。

撕裂识别及控制单元6主要包括：图像预处理模块602、撕裂识别模块601、控制模块603、电源模块604以及通讯接口模块605。其中，图像预处理模块602可实现对图像的滤波、去噪以及配准。撕裂识别模块601实现对全带面图像的撕裂信息分析、识别。控制模块603为带RAM缓存的FPGA模块，用于对位置校准调节模块的位置、角度控制，用于对性激光器模块、图像采集模块的供电控制和图像采集控制。电源模块604可实现对装置的整体的供电。通讯接口模块605用于外接电源接口以及对外信号传输接口。

具体的使用方法如下：

S1. 线性激光器模块701分别向待检测输送机上皮带下表面发射一字线性激光，分别调节激光器位置以及激光器发射角度，使线性激光器模块701发射的激光线配准成为一条可以完全覆盖待检测输送带表面的线性激光；

S2.调节图像采集模块702位置，使两模块可从输送带运行的同一方向、不同位置分别采集含线性激光的输送带表面图像#1和#2，输送带中间区域可被图像采集模块702重复采集，两模块采集的输送带表面图像#1和#2可完整反应输送带全带面信息；

S3.通过图像预处理模块602对图像采集模块702采集的图像分别进行滤波、去噪，然后进行图像配准，形成一幅包含完整激光线信息的输送带全带面图像#3；

S4.对上述配准后输送带全带面图像#3进行撕裂分析，判断输送带是否发生撕裂现象。

其中，在进行配准时，使用基于尺度空间的Harris-Laplace特征点提取算法和SIFT匹配算法实现对图像采集模块702采集图像的配准操作，得到包含完整激光线信息的输送带全带面图像#3。计算配准后图像#3中激光线信息的角点变化、曲率变化、激光线缺陷宽度，判断输送带是否有撕裂现象发生。

本发明采集并配准形成输送带全带面图像，实现对输送带全带面的撕裂检测，避免漏检、误检等安全隐患，有效解决输送带撕裂的安全可靠检测。充分考虑了输送带运行过程中撕裂发生时的表征，对配准后的输送带全带面图像从激光线信息的角点变化、曲率变化、激光线缺陷宽度等多方面分析，极大提高了输送带撕裂检测的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明范围内。