基于聚焦形貌恢复的矿用截齿磨损测量系统.pdf

第45卷 第1期 2019年1月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 45 No. 1 Jan. 2019 文章编号671-251文章编号671-251X201901-00100 04 201901-00100 04 DOI 10. 13272/ 10. 13272/j. . issn. 1671-251. 1671-251x. 2018060054. 2018060054 基于聚焦形貌恢复的矿用截齿磨损测量系统 李宁1 2， ， 丁华 “，，王义亮12 1.太原理工大学机械工程学院， 山西太原030024 ; 2. 2. Shanxi Key Laboratory of Fully Mechanized Coal Mining Equipment, , Taiyuan 030024, 030024, China Abstract For problems of complicated process, , low accuracy and high cost in existing pick wear measurement s, , a mine-used pick wear measurement system based on shape from focus was designed. . The collected sequence images of cone on top of pick are processed through shape from focus technology, , so as to obtain 3 3D shape recovery diagram of cone on top of pick. . On this basis, , depth ination of surface of cone on top of pick is gotten, , thus volume of cone on top of pick is calculated, , and wear volume of pick is obtained by use of difference . . The test result shows that measurement accuracy of the system is 97.68. 97.68. Key words coal mining； ； pick wear; ; wear volume measurement; ; shape from focus; 3; 3D shape recovery 〇 引言〇 引言 矿用截齿是采煤机的关键零部件，其性能直接 影响采煤机的结构强度和使用寿命。磨损是截齿失 效的主要形式1，通过测量磨损可提醒人员及时更 换截齿，对提高采煤机生产效率和降低生产成本具 有重要意义。许多学者对截齿磨损测量方法进行了 研究。张景异等2提出采用CCD摄像机获得完好 截齿和磨损截齿的图像，通过Matlab读取图像并对 其处理，利用统计学方法计算2个截齿的平均面积， 从而得到截齿的磨损率。张大伟等3提出了一种采 用图像重构技术分析截齿磨损率的方法，该方法采 用等角度拍摄多幅二维截齿图像，然后根据角度信 息和边界坐标信息进行三维重构，计算重构后截齿 的体积，得到截齿磨损率。李高彩W设计了 一种截 齿磨损分析系统，该系统通过提取截齿图像的面积 特征参数和轮廓参数对截齿磨损程度进行分析。张 强等[“_6 ]通过分析不同磨损程度截齿在截割过程中 收 稿 日 期 2018-06-27;修 回 日 期 2018-12-10;责 任 编 辑 盛 男 。 基 金 项 目 山西 省 科 技 基 础 条 件 平 台 项 目 （201805D141002;山西 省 自 然 科 学 基 金 项 目 （201601D011050;山西 省 研 究 生 联 合 培 养 基 地 人 才 培 养 项 目 （2018JD15 。 作 者 筒 介 李 宁 （1992 ），男 ， 山西 长 治 人，硕 士 研 究 生，主 要 研 究 方 向 为 图 像 处 理 ，E-mail215463477qq. com。通 信 作 者 丁 华 （1979 ） ， 女 ， 山西 太 原 人 ， 副 教 授 ， 博 士 ， 主 要 研 究 方 向 为 智 能 设 计 、 图 像 处 理 ，E-maildinghua2002163. com。 引 用 格 式李 宁 ， 丁 华 ， 王 义 亮，等.基 于 聚 焦 形 貌 恢 复 的 矿 用 截 齿 磨 损 测 量 系 统[J].工 矿 自 动 化 ，2019，45100-103. LI Ning，DING Hua，WANG Yiliang. Mine-used pick wear measurement system based on shape from focus[J]. Industry and Mine Automation2019451100-103. 2 0 1 9 年 第 1 期 李 宁 等 基 于 聚 焦 形 貌 恢 复 的 矿 用 截 齿 磨 损 测 量 系 统 101 的振动和声发射特征信号， 建立截齿磨损程度识别 模型， 实现截齿磨 度在线监测。 截齿磨 测 繁琐、 精度低 本高等缺点。聚 焦形貌恢复Shape from Focus， SFF技术作为一种 新型三维重建技术， 其方法简单、 、 强[7]。本文 发 种基于S F F 的矿用截齿磨损测量系统， 可 现截齿三维形貌 重建和截齿磨损体积精确测 ， 提高截齿磨损测 ， 为截齿优化研究提供 。 1 1 SFF技术原理技术原理 S F F 流程 通过调节相机沿镜头光轴方向移 动 ， 等步 集 测表面全部深度信息的N 帧 序列图像;取每帧图像中任意 作为中心像素 ， 其邻域 价 序列， 价函 数[ 8 9]计算每 价 [1011]内所有 价 函数值， 并取均值作为中 价函数值然 择 价函数计算每 价函数值， 得到预 序列图 丨 清 ， 并根据三维表面形貌深度测 ， 获得 深度值， 形成初始深度图0 为图像中被测表面 有效区域。 “ 存储模块。该模块将截齿顶部圆锥体积测 文本文件， 并将截齿顶部圆锥三维形 貌 图保 定的文件夹中， 方 询。 3 系统开发3 系统开发 基 于 S F F 的矿用截齿磨损测量系统开发软件 为 MicrosoftVisualStudio2010,开发语言为 C ， 利 用 SQ LServer建立系统数据库。 应 用 C * 语 言 在 fin F o rm 中通过 TextBox控 件开发硬件参数设置模块。应 用 C * 与 Matlab混 编程技术， 开发图 入 、 算法设置模 、 三维形貌重建 、 测量参数计算结果 分析 ， 具体实现 在 Matlab软件中 将 序 ， 并 将 Matlab程序转化为C * 程 序 ， 在 MicrosoftVisual Studio2010 中调用 C * 程 序 ， 在 f in中开发各模块。 利 用 f in开发用户界面， 如 图 3 所示。 4 系统测试 系统测试 选 取 1 个已知尺寸的截齿（ 图 4对基于S F F 的 矿用截齿磨损测量系统精确度进行测试。首先， 搭 建图像获取 ， 将截齿置 ， 机 光轴方向 ， 当图像中截齿顶部 晰时， 相 机 停 止 移 动 ； 之 后 将 相 机 向 上 移 动 1 〜 2 mm， 使相机 平面位于截齿顶部 置 ， 此 时 测 得 01112 5 5 , 0 234 55;接着沿光轴方向 向下以等步长 0. 25 mm采 集 N 1 0 0 帧截齿 面 图像， 使其覆盖截齿顶部圆锥表面 部 图3用户界面 Fig. 3 User interface 深度信息。利 用 BasedCam软件采集的截齿顶部圆 锥序列图 图 5 所示。 图4截齿 Fig. 4 Pick 图5截齿顶部圆锥序列图像像 Fig. 5 Sequence images of cone on top of pick 然后， 将采集的序列图像导入指定文件夹， 通过 系统对图像进 ， 得到截齿顶部圆锥三维形貌 恢复图， 如 图 6 6 所示。 ， 系统计算求得截齿顶部圆锥体积 1 164. 08 1 164. 08 mm3 ，根据已知尺寸可知截齿顶部圆 锥实际体积y2 1 191.80 1 191.80 mm3 ，可得系统测量精确 度为 1 一 11 一 11一一2 1/1/2乂 100-97乂 100-97. 6 8 6 8 。 2 0 1 9 年 第 1 期 李 宁 等 基 于 聚 焦 形 貌 恢 复 的 矿 用 截 齿 磨 损 测 量 系 统 103 图6截齿顶部圆锥三维形貌恢复 Fig. 6 3D shape recovery of cone on top of pick 3结语3结语 基 于 S F F 的矿用截齿磨损测量系统通过采集 截齿序列图像， 恢复截齿顶部圆锥三维形貌， 同时利 面深度信息测量截齿顶部圆锥体积。测试结 明， 该系统测量精度达97. 6 8 ， 为截齿磨损测 提 方便、 快捷的测量手段。 参 考 文 献 （References 1 高英.煤矿用截齿失效研究现状及发展趋势[ ].装备 制造技术，20109 07-109. 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