强力输送带接头抽动检测方法.pdf

第 4 3卷 第 5期 2 0 1 7年 5月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 5 M a y 2 O 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 3 7 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 5 ． 0 0 9 罗明华． 强力输送带接头抽动检测方法E J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 7 ， 4 3 5 3 7 4 0 ． 强力输送带接头抽动检测方法 罗 明华 中煤科 工集 团重 庆研 究 院有 限公 司 ，重庆4 0 0 0 3 9 摘要 针对强力输送带由于抖动、 跑偏、 速度 变化等导致的接头抽动计算不准确 问题 ， 提 出了一种基 于接 头图像 配 准的抽 动检 测方 法 。对二 次采 集 的接 头 图像 进 行 配准 ， 用 Y 差 分 法定 位 配 准 图像 中的接 头 点 ， 计 算所有接 头点的距离并与参考 图像 比对 ， 得 出接头抽动距 离， 根据抽动距 离可得到所有接头的变化趋势。实 验结果表明， 该方法检测精度高， 可满足实际应用要求。 关键词 强力输送带； 接 头抽动 ；图像配准 ； Y差分法； 抽动距 离 中图分类号 TD 6 3 4 ． 1 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 5 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 4 2 5 ． 1 7 5 4 ． 0 0 9 ． h t ml De t e c t i o n me t h o d o f j o i n t s t wi t c h i n g o f p o we r f u l c o n v e y o r b e l t LUO M i ng hu a CCTEG Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e m o f i n a c c u r a t e c a l c u l a t i o n o f j o i n t s t wi t c h i n g c a u s e d b y b e l t j i t t e r ， d e v i a t i o n a n d s p e e d c h a n g e s o f p o we r f u l c o n v e y o r b e l t ，a d e t e c t i o n me t h o d o f j o i n t s t wi t c h i n g b a s e d o n j o i n t i ma g e r e g i s t r a t i o n wa s p r o p o s e d ．Th e j o i n t i ma g e o f t h e s e c o n d a r y a c q u i s i t i o n i s r e g i s t e r e d，a n d t h e Y d i f f e r e n c e me t h o d i s u s e d t o l o c a t e t h e j o i n t s i n t h e r e g i s t r a t i o n i ma g e ．Di s t a n c e s o f a l l t h e j o i n t p o i n t s a r e c a l c u l a t e d a n d c o mp a r e d wi t h t h e r e f e r e n c e i ma g e t o o b t a i n t h e j o i n t t wi t c h i n g d i s t a n c e ．Th e c h a n g e t r e n d s o f a l l j o i n t s c a n b e o b t a i n e d a c c o r d i n g t o t h e t wi t c h i n g d i s t a n c e ．Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e me t h od h a s hi g h a c c ur a c y a n d c a n me e t p r a c t i c a l a pp l i c a t i on r e q u i r e m e nt s ． Ke y wo r d s p o we r f u l c o n v e y o r b e l t ；j o i n t s t wi t c h i n g；i ma g e r e g i s t r a t i o n；Y d i f f e r e n c e me t h o d； t wi t c h i ng d i s t a nc e 0 引言 钢丝 绳芯 带式 输送 机是 矿井 生产 中主要 的运输 设备 ， 具有运速高 、 运距长、 运载量大 、 易实现 自动化 控制 等 优 点 。输 送 带 作 为 输 送 机 的 重 要 组 成 部 分n ] ， 当输送带强度下降到一定限度后就会造成重 大断 带事 故 ， 严 重 影 响安 全 生 产 。 目前 对 输 送 带进 行 检 测 的主流 方法 有磁 感应 检测 法。 。 ] 、 视觉 检 测方 法 嘲 、 X射 线 检 测 法 。输 送 带 接 头 是 整 条 输 送 带 中抗拉强度最低、 最为薄弱的环节， 就现有煤炭企业 中钢绳芯输送带断裂事故来看 ， 大多数是 由于接头 抽 动未 被及 时发 现 而造 成 的_ 7 ] 。因 此 ， 通 过 X射 线 检 测法 准确 检 测钢绳 芯 输送 带接 头抽 动情 况并 预测 其 强度 尤 为重要 。 焦 晋杰 等 _ 8 采用 查 集 算 法 进 行 连 通 域 合 并 ， 自 动 检测 所有 对 接 头 长 度 。樊 荣 等 采 用 Y 差 分 法 进 行接 头检 测 ， 将检 测 距 离 与 标 准 对 接 头距 离 进 行 比较 ， 得 出抽 动 距 离 。但 他 们 都 没 考 虑 实 际情 况 中 输 送带 的速 度 变化 、 抖 动 和 跑 偏 会 导致 二 次采 集 的 同一接 头 图像 发生平 移 、 伸缩 等变 形 。鉴此 ， 本 文提 出了一 种强 力输 送 带 接 头 抽 动检 测 方 法 ， 首先 通 过 一 系列算法规则化接头图像 ， 然后通过差分法消除 收稿 日期 2 0 1 6 1 2 2 8 ； 修 回 E l 期 2 0 1 7 0 3 2 7 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 重庆市社会事业与 民生保障专项项 目 c s t c 2 0 1 5 s h ms z x 9 0 0 0 7 。 作者简介 罗明华 1 9 7 5 一 ， 男 ， 重庆人 ， 副研究员 ， 主要 研究方向为煤矿 自动化 ， E ma i l l mh c a r i 1 6 3 ． c o rn。 3 8 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 孤立点和定位接头点 ， 最后计算接头抽动距离 ， 进而 得 到接 头 的抽 动 趋势 。 1接 头 图像 规 则化 为 消 除 由于输送 带抖 动 、 跑偏 、 速 度变化 等 引起 的接头 图像 几何 形 变 ， 获 取 具 有 几何 一 致 性 的 2幅 接 头 图像 ， 首先 对待 检测 图像 进行 配 准l 1 。 文献 [ 1 1 ]根 据 归 一 化 积 相 关 算 法 筛 选 出完 整 的接 头 图像 ， 然 后 采 用 Ha r r i s角 点 检 测 [ 1 及 特 征 描述 相关 算法 ， 识 别 出每个 接头 ， 并找 到 当前接 头 与 参考 接头 的匹配 点 ， 下 一 步就 需 要 根 据 匹 配 点 计 算 图像 间 的空 间变换 模 型参数 。本文采 用 6参 数 的仿 射 变换模 型来 描述 图像 间的几 何变换 关 系 。 仿射变换的特点 变换是线性的， 经过仿射变换 的直线仍 然 是直 线 ， 可 以表 示 平 移 、 旋 转 、 缩 放 等 运 动 。变换 公 式为 一 三 1 式 中 为 当 前 接 头 图 像 特 征 点 坐 标 ； ， 为 参 考 接 头 图 像 与 对 应 的 特 征 点 坐 标 ； 暑 为 2 2 标 准 矩 阵 ； 为 二 维 向 量 。 假 设 经过 特征 点 匹 配后 得 到 N 对 正 确 匹 配点 对 ， 则 矩 阵 H 可表示 为 H ， ， ．2 7 1 Y } } z2 Y2 ● ● ， ， z N N 2 由最 小二 乘 法 可 计 算 反 向仿 射 变 换 参 数 n-， 的最小二乘估计 - l 一 H n] n 一 H H 一 H 1 ， 3 4 对 配准 结果 图 中 的 每个 像 素 点 ， 逐 一 利 用 反 向 仿射变换参数计算其在待配准图像 中的对应像素点 坐 标 。但 配 准结 果 图与待 配准 图像 的各 像素 点之 间 没有一一对应关系 ， 因为通过反向仿射变换得到 的 像素点坐标可能含有小数 ， 所以， 需采用插值方法解 决该问题。本文采用常见 的双线性插值算法 ， 利用 4个 邻 近点 的灰 度 值 加 权平 均 得 到 插 值 点 灰度 值 。 规则化 后 的 图像 如 图 1 所 示 。 图 1规 则 化 后 图像 2接 头抽 动检 测 2 ． 1 差 分 法 文献[ 4 ] 利用 Y差分法检测接头点 ， 但 在实际 应用 中， 如 果仅 用 2个 邻 域 点 灰 度 进行 差 分 来 分 割 图像 ， 很容 易受 噪声 影 响 。因此 ， 本文 采用 3个 相邻 像素点灰度作平均 ， 再进行 x和 y方向差分 。差分 法 如 图 2所示 ， 其 中 P 为 中心 像 素 的灰度 值 ， P 为 其八 邻域 灰度 值 一1 ， 2 ， ⋯ ， 8 。 Pl P2 P3 P8 P P4 P7 P6 P5 图 2差 分 法 x 方 向差 分记 为 D ， y方 向差 分记 为 D Dx一 P1 P8 P ／ 3一 P2 P - FP6 ／ 3 5 Dy一 Ps J r Ps P ／ 3一 P P P ／ 3 6 中心像 素 的灰度 值计 算公 式为 p一 ／ 2 5 5 i f I D x l 一一＼ 1 2 8 i f l D l 0 j 1 0 P ． ，一 0。 某 个接 头点 的差 分 分割 图像消 除孤 像 素点 后 的结 { u j 3所 示 。 ≠1 孤 点} 『j i 除lj i『 b 孤 ， 消除 3 桀个 接 头点 消 除孤 后 的 结 2 ． 3 对接 头距 离计算 埘 图像 进 行 分 割 并消 除 孤 点 后 ， 得到 I 下 接 I 域 ． 接 头 雄 分罔像 如 图 4所 ， J j 。 I冬 I l 接 分 I冬 I 1 家 利 川轮 廓跟踪 算法 叮得 到 F 接 域 f t l 心点 坐 ． 卜下接 失点 其 灰度 值 区分 ．卜 接 头点 厌度值 1 2 S ． 下 接义 点厌 度 值为 2 5 5 。 I 下接头 域 l f 1 心 点 离即 埘接 头距 离 。 J 二 接 } 为 【 ，『 z ’ j ， ， - 下 接 i 为 D ， 。 -v J 。 满 以下 空 距 离约 条 ” ． 则 认 为埘 心 2个接头 ‘ 一 _，} 8 ， 一 ， 、 9 f ， ， 和 为 2个 闽 值 ， 由 具 体 川 巾的 对 接 头 Ih l 位 米决 定 ～ 略大 丁 f 下 接 点 的 横 平 均 离 大 十 【 下接 头点 的纵 平均 距离 。 接 川 的距 离 c 表 示 为 { t w 为 像 索 『 u j 距 ． 『 h 探 测 器 精 『火定 ， 此 处 1 ．6 n⋯ 1 。 2 ．I 接 头抽 动 计 算 通 过 拔 尖图像 配准 ． 获 得 丁 钉 儿何 一 致 的 旗准接 头 l 殳 l 像 和 J 待 检 测 接 头 像 ， 通 过 以 下 步骤 即 ” r 精确 汁箅 f f 所有 埘接 头抽动 州 i 离 1 获取 准接 像 卜 j 待 检测 接 头 罔像 重 卺 区域 。 2 定义 1i lJ 约 束 条 件 ． 符 合约 束 范 ⋯ 的 则 认 为是 同一个 对接 头 。 3 分 别计算 荩准 像 和 待检 测 l 刳像 配 对接 的距 离 ， 分 别 R， 不 1 I 1 ， ． 其 中 j 0 ， 1 ⋯ ， N 为对接 头个 数 。 4 计算 埘接 头抽 动距 离 L ， 一 、 ， ， 平 均 抽 动距 离为 L， ／ N。 通过 所 有 对 接 的抽 动 距 离 卞 均 抽 动距 离 ， 可 以很容 易地 褂 剑接 头的变 化 趋势 。 3 实验 分析 采 用 本 文 力 ‘ 法 对 某矿 主运 煤输 送 带 的 1 0个接 头 进行 实验 ， 首 先选 定 输 送 带 最 大速 度 时采 集 的 接 头 图像 作 为基 准 像 ， 然 后 再 实 时 采 集输 送 带 所 有 接头图像。 计算 均抽动距离嗣 1 最大抽动距离， 结果 见 表 l 。 表 1 矿 i 运 煤 输 送 带 接 头抽 动 距 离 接 头 编 号 最 犬抽 动距 离 ， n 1 m f 从表 1 可 行 ⋯ ， 1 0个接 头 的最 大抽 动距 离 干 平 均抽 动距 离均 很小 抱 内 ， 以此 为依据 ， n T 僻钊 所 有接 头 的变化 趋 势 。 4 结 语 首 先 依 据 l 挈 1 像 巾 的 { J l5 _ 并特 征形 成 特 征集 ． 计算 2幅I 刳像 的 仿射 变换 参数 ． 进 { 双线 性 捅 值 运算 从 而实 现 罔像 的 准 ． 有 效解 决 r r I I 于输 送 带抖 动 、 跑 偏 、 速 度 变换造 成 的 像 肜 变 问 题 。然 后 对 配 准 罔 像进 行差 分 分割 、 消 除孤 点 等处邯 ． 最终 计 箅 j } I 抽 动距 离 。实验 结 果 衷 f JJ 】 ， 小 艾抛 ； 的接 头 抽 动 检 测 方法 能 根 据 接 点 的 距 离得 剑接 的 抽 动 变 化 趋 势 。 陔方法 仪利 』 { j r 像 r t 的 昔 特 征 参 与计 算 ， 具有 适 应性 强 、 解 法效 率 及 准精 度高 、 对 复杂形 变 号号 号号号号号n 7口 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H 第 4 3卷 第 5期 2 O 1 7年 5月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a nd M i n e Aut o ma t i o n Vo 1 ． 43 NO ． 5 M a y 2 O1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 4 0 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 5 ． 0 1 0 张坤 ， 廉 自生． 液压支架姿态角度测量 系统E J ； ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 5 4 0 4 5 ． 液压文架姿态角度测量系统 张坤 。 ， 廉 自生 1 ． 太原 理工 大学 机 械工 程学 院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 煤 矿综 采 装备 山西 省重 点实 验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 针 对采 用单 一 角度 传 感 器实现 综采 工作 面液压 支架姿 态 角度 监 测 时测量 结果 不准确 的 问题 ， 提 出 了一 种基 于倾 角传 感 器和 陀螺 仪 的 液 压 支架姿 态 角度 测 量 系统 。该 系统 采 用 S VT6 2 6 T 型 倾 角传 感 器和 ML 7 1 0 0型 三轴 陀螺仪 测量 倾 角和轴 向偏 转 角度 ， 并 以俯仰 角为例 ， 用卡 尔曼滤 波对 2种传 感 器测量 的 角度 进行数据融合 。Ma t l a b仿真及实验结果表 明， 该 系统有效解决 了倾角传感器 因顶梁变加速运动导致的测量 误 差和 陀螺仪 因长 时间测 量导 致 的漂移 和误 差 累积 问题 ， 提 高 了顶 梁姿 态角度 测 量精度 。 关键 词 液 压 支架 ；姿 态角度 ； 数 据 融合 ； 倾 角传 感 器 ；陀螺仪 中图分类 号 T D3 5 5 ． 4 文献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 5 7 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 4 2 5 ． 1 7 5 7 ． 0 1 0 ． h t ml At t i t u de a ng l e me a s u r i n g s y s t e m o f hy d r a u l i c s up p o r t ZH ANG Kun 一． LI AN Zi s he n g ， 1． Col l e ge o f M e c ha n i c a l Eng i ne e r i n g，Ta i y ua n U n i v e r s i t y o f Te c hn ol o gy，Ta i y ua n 03 0 0 2 4，Chi n a； 2． Sha nx i K e y La b or a t or y of Fu l l y M e c ha ni z e d Co a l M i ni ng Eq ui p me nt ，Ta i yu a n 03 0 0 2 4，Chi n a Ab s t r a c t I n v i e w o f pr o bl e m t ha t m e a s u r i ng r e s ul t i s i na c c u r a t e whi l e us i ng s i n gl e a ng l e s e ns o r t o r e a l i z e a t t i t u de a ng l e m e a s u r e me nt o f hy d r a u l i c s up po r t o n f ul l y m e c ha ni z e d c o a l mi n i ng f a c e，a n a t t i t ud e a ngl e me a s u r i ng s y s t e m of hyd r a ul i c s u pp or t b a s e d o n t i l t s e ns o r a nd gy r os c o p e wa s pr o po s e d．Th e s y s t e m 收稿 日期 2 0 1 6 1 2 2 1 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 3 1 7 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 U1 6 1 0 2 5 1 。 作者简介 张坤 1 9 9 2 一 ， 男 ， 山东烟台人 ， 硕 士研究 生， 研究方 向为液压支架姿态监测 ， E ma i l 5 4 0 4 7 7 2 2 9 q q ． C O 1T I 。 不敏感等优点， 可满足工业现场实际应用要求， 对保 障运输 系统 的安 全运 行具 有重 要意 义 。 参 考 文献 [1] 朱荣涛 ． 皮带运输机皮带撕裂 原因探析及 防治 E J 3 ． 江 西煤炭科 技 ， 2 0 1 4 3 9 8 9 9 ． [ 2] 李彦 隆． 井 下皮 带运 输机 皮带 撕 裂原 因分 析及 对 策 [ J ] ． 机械管理开发 ， 2 0 1 5 ， 3 0 5 9 8 9 9 ． [ 3] 许 伟． 基于金属磁记忆法 的钢绳芯胶带故障检测 系统 研 究[ D] ． 太 原 太原理工大学 ， 2 0 1 0 ． [ 4] 吉增超 ， 陆振洋． 钢丝绳 芯输送 带检测 技术 及其发 展 状况E J ] ． 机 电技术 ， 2 0 1 1 ， 3 4 4 1 6 8 1 7 0 ． [5 ] 张文明 ， 卢金龙． 变光 照环境下 皮带撕 裂视 觉检测 方 法研究E J ] ． 光学技术 ， 2 0 1 6 ， 4 2 2 1 0 8 1 1 3 ． [ 6] [7 ] [ 8] [9] E l o ] E 1 1 ] [ 1 2 ] 季晓华 ． 基 于 x射 线 的钢丝 绳芯 无损 探伤 系统 研究 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 O 1 4 ， 4 0 8 l 1 0 1 1 2 ． 殷 勇辉 ， 范忠明 ， 梁骁 ， 等． 钢绳芯 输送带 接头 实时监 测系统设计 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 9 ， 3 7 7 9 0 9 2 ． 焦晋杰 ， 牛昱 光． x光 成像 的钢绳 芯输送 带接 头距 离 检测方法[ J ] ． 机械工程 与 自动化 ， 2 0 1 2 5 1 3 3 1 3 4 ． 樊荣 ， 张荣华 ， 方崇全 ， 等． 强力输 送带 接头 抽动检 测 算法研究 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 2 3 0 3 3 ． 廖斌． 基于特征点的图像 配准技 术研究 [ D ] ． 长沙 国 防科学技术 大学 ， 2 0 0 8 ． 佘影． 基于角点匹配的强力输送带接 头识别算 法[ J ] ． 煤 炭 工 程 ， 2 O 1 6， 4 8 3 1 1 6 - 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