皮带输送机跑偏检测装置及自动调整方法

466 编辑：中冶有色技术网来源：中国矿业大学

2023-11-17 13:45:03

权利要求书： 1.一种皮带输送机跑偏检测装置，其特征在于：包括

视觉检测模块，其架设在皮带输送机中部皮带(4)的正上方，且其由承载架(6)以及安装在承载架(6)上的高清摄像头(1)和线激光相机(2)构成；

托辊调整模块(5)，其位于承载架(6)的内侧，并分别设置在所述皮带(4)的底部两侧，且其由承载轴承(8)以及连接在承载轴承(8)两端的移动液压缸(7)构成。

2.根据权利要求1所述的一种皮带输送机跑偏检测装置，其特征在于：所述视觉采集模块两端头上设置的高清摄像头(1)采集皮带(4)左右侧边缘图像；其中部的所述线激光测距仪(2)用于测量煤料(3)顶端到采集模块架的高度h(u)；视觉采集模块中部前后摄像头用于采集中部皮带(4)前后的图像；所述托辊调整模块(5)通过上下调整移动液压缸(7)的推进量△L进而推动安装在托辊轴端(9)的承载轴承(8)，液压的上下推动可实现托辊与输送带架的夹角θ的变化。

3.一种基于权利要求1所述的一种皮带输送机跑偏检测装置的自动调整方法，其特征在于：其自动调整方法包括以下步骤

步骤S1：图像数据获取，视觉采集模块上的四个高清摄像头(1)采集皮带工作时的视频图像I；中部线激光测距仪(2)测量煤料(3)到承载架(6)顶梁的距离；

步骤S2：图像数据预处理，对高清摄像头(1)中获取的视频图像I进行关键帧提取，并对帧图像使用伽马和分数阶图像增强后得到的图像G；中部线激光测距仪(2)得到的高度信息进行数据去噪处理；

步骤S3：图像数据分析，对图像G进行Canny边缘检测，并识别皮带和输送带架线上的坐标点B[b1,b2,b3......bn]和D[d1,d2,d3......dn]；

步骤S4：计算皮带跑偏量，针对采集模块左右高清摄像头采集到坐标点，可计算出皮带的水平偏移量△L；根据采集模块中部高清摄像头可计算出皮带的角度偏移量△θ；计算皮带负载煤流量，根据采集模块中部激光测距仪采集的高度信息并结合皮带速v计算出皮带的负载Q；

步骤S5：皮带跑偏调整，根据跑偏量△L、△θ和皮带的负载Q，计算出皮带托辊支架的调整量△Lθ。

4.根据权利要求3所述的一种皮带输送机跑偏检测自动调整方法，其特征在于：所述步骤S2中，图像增强利用伽马变换和分数阶图像增强，伽马变换用于图像的光照增强，变换参数γ取0.5；分数阶图像增强分数阶系数为2/3；激光测距仪得到的高度信息采取小波变换去噪方式。

5.根据权利要求3所述的一种皮带输送机跑偏检测自动调整方法，其特征在于：所述步骤S3中，图像经过边缘检测后，提取I～VI所在区域的皮带和输送架边缘线上各50个坐标点。

6.根据权利要求1所述的一种皮带输送机跑偏检测自动调整方法，其特征在于：所述步骤S3中，计算皮带跑偏量具体步骤为，分别计算各区域50个对应点的回归直线，

回归系数

回归直线方程为

分别计算6个区域回归直线间的距离[d1,d2,d3,d4,d5,d6]。

7.根据权利要求6所述的一种皮带输送机跑偏检测自动调整方法，其特征在于：若满足条件

皮带不存在角度跑偏量，则

不满足则皮带存在角度跑偏量，

(bi为I-VI区域内皮带边缘线的回归系数)，水平跑偏量为△L＝|d3-d4|。

8.根据权利要求3所述的一种皮带输送机跑偏检测装置自动调整方法，其特征在于：所述步骤S4中，计算煤流量的方法为

其中ρ为煤料的密度；v为皮带的带速；M1、M2分别为皮带左右侧煤流量；l为皮带左侧煤料起始坐标点，m为输送架中部坐标点，n为皮带右侧煤料终止坐标点；h(u)、G(u)分别为煤料和托辊架高度坐标函数。

9.根据权利要求3所述的一种皮带输送机跑偏检测自动调整方法，其特征在于：所述该装置调整的具体步骤为，根据跑偏量△L和△θ，计算托辊浮动调整角度

再根据输送带左右侧煤流量M1、M2的大小判断托辊调整位置，若M1≥M2，需调整左侧托辊上升△Lθ或右侧托辊下降△Lθ；若M1≤M2，需调整左侧托辊下降△Lθ或右侧托辊上升△Lθ。

10.根据权利要求9所述的一种皮带输送机跑偏检测及自动调整方法，其特征在于：所述该装置利用伸缩液压缸进行托辊的上下调节以实现托辊与输送带架之间角度的调节。

说明书：一种皮带输送机跑偏检测装置及自动调整方法技术领域

本发明涉及一种皮带输送机跑偏检测装置，具体为一种皮带输送机跑偏检测及自动调整方法，属于皮带运输监测控制技术领域。

背景技术

皮带输送机是煤矿运输煤料的重要设备，由于皮带上煤料堆积不均匀导致皮带受力不均、煤料冲击皮带等因素的影响，皮带在长时间运行后，皮带跑偏情况经常发生，当皮带跑偏达到一定程度时，皮带会触发用于防偏的急停装置，造成作业系统停机，影响生产进程。皮带跑偏也使滚筒、托辊承受的轴向力增加，引起滚筒窜轴、托辊轴承的损坏。如果长时间皮带处于跑偏状态，就会造成皮带翻卷物料，致使皮带单侧受力超过皮带纵向拉断力，从而引起皮带横向撕裂等安全隐患，因此皮带跑偏的及时发现及跑偏纠正问题亟需解决。

目前煤矿皮带跑偏监测方式主要通过跑偏开关传感器，跑偏传感器确定跑偏量并对跑偏进行处理，然而实际煤矿生产环境较为复杂，需要在皮带运行的两侧安装较多的跑偏开关传感器，这种检测方式在皮带运行过程中，主要会存在相邻传感器的磁性干扰，输出处于不稳定状态，影响数据的判读；皮带跑偏开关与保护装置还需要定期停机校对和测试，并且井下输送带较长，需要投入人力和时间进行检测，会对煤矿井下生产效率产生影响。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种皮带输送机跑偏检测及自动调整方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种皮带输送机跑偏检测及自动调整方法，包括

视觉检测模块，其架设在皮带输送机中部皮带的正上方，且其由承载架以及安装在承载架上的高清摄像头和线激光相机构成；

托辊调整模块，其位于承载架的内侧，并分别设置在所述皮带的底部两侧，且其由承载轴承以及连接在承载轴承两端的移动液压缸构成。

作为本发明再进一步的方案：所述视觉采集模块两端头上设置的高清摄像头采集皮带左右侧边缘图像；其中部的所述线激光测距仪用于测量煤料顶端到采集模块架的高度h(u)；视觉采集模块中部前后摄像头用于采集中部皮带前后的图像；所述托辊调整模块通过上下调整移动液压缸的推进量△L进而推动安装在托辊轴端的承载轴承，液压的上下推动可实现托辊与输送带架的夹角θ的变化。

一种皮带输送机跑偏检测装置的自动调整方法，其自动调整方法包括以下步骤

步骤S1：图像数据获取，视觉采集模块上的四个高清摄像头采集皮带工作时的视频图像I；中部线激光测距仪测量煤料到承载架顶梁的距离；

步骤S2：图像数据预处理，对高清摄像头中获取的视频图像I进行关键帧提取，并对帧图像使用伽马和分数阶图像增强后得到的图像G；中部线激光测距仪得到的高度信息进行数据去噪处理；

步骤S3：图像数据分析，对图像G进行Canny边缘检测，并识别皮带和输送带架线上的坐标点B[b1,b2,b3......bn]和D[d1,d2,d3......dn]；

步骤S4：计算皮带跑偏量，针对采集模块左右高清摄像头采集到坐标点，可计算出皮带的水平偏移量△L；根据采集模块中部高清摄像头可计算出皮带的角度偏移量△θ；计算皮带负载煤流量，根据采集模块中部激光测距仪采集的高度信息并结合皮带速v计算出皮带的负载Q；

步骤S5：皮带跑偏调整，根据跑偏量△L、△θ和皮带的负载Q，计算出皮带托辊支架的调整量△Lθ。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S2中，图像增强利用伽马变换和分数阶图像增强，伽马变换用于图像的光照增强，变换参数γ取0.5；分数阶图像增强分数阶系数为2/3；激光测距仪得到的高度信息采取小波变换去噪方式。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S3中，图像经过边缘检测后，提取I～VI所在区域的皮带和输送架边缘线上各50个坐标点。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S3中，计算皮带跑偏量具体步骤为，分别计算各区域50个对应点的回归直线，

回归系数

回归直线方程为

分别计算6个区域回归直线间的距离[d1,d2,d3,d4,d5,d6]。

作为本发明再进一步的方案：若满足条件

皮带不存在角度跑偏量，则

不满足则皮带存在角度跑偏量，

(bi为I-VI区域内皮带边缘线的回归系数)，水平跑偏量为△L＝|d3-d4|。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S4中，计算煤流量的方法为

其中ρ为煤料的密度；v为皮带的带速；M1、M2分别为皮带左右侧煤流量；l为皮带左侧煤料起始坐标点，m为输送架中部坐标点，n为皮带右侧煤料终止坐标点；h(u)、G(u)分别为煤料和托辊架高度坐标函数。

作为本发明再进一步的方案：所述该装置调整的具体步骤为，根据跑偏量△L和△θ，计算托辊浮动调整角度

再根据输送带左右侧煤流量M1、M2的大小判断托辊调整位置，若M1≥M2，需调整左侧托辊上升△Lθ或右侧托辊下降△Lθ；若M1≤M2，需调整左侧托辊下降△Lθ或右侧托辊上升△Lθ。

作为本发明再进一步的方案：所述该装置利用伸缩液压缸进行托辊的上下调节以实现托辊与输送带架之间角度的调节。

本发明的有益效果是：通过安装在皮带输送机中部的视觉检测模块，分别获取皮带输送机工作时的中部皮带运行图像、中部前后方运行图像及中部煤流信息，使用伽马和分数阶进行图像增强处理，对处理后的图像进行Canny边缘检测以获取托辊与皮带边缘信息，通过皮带中部前后的托辊和皮带边缘直线计算出跑偏角度，再根据中部边缘检测得出的信息检测出横向跑偏量；视觉检测模块的线激光相机获得的皮带中部煤流信息来计算皮带的受力情况，最后通过托辊控制模块根据皮带受力情况及偏移量对皮带跑偏进行实时修正，可及时有效的检测出皮带的跑偏量并及时进行调整，实现煤炭输送安全生产的目的。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明装置结构示意图。

图3为本发明装置托辊支架和皮带装置的俯视结构示意图。

图4为本发明托辊角度调整示意图。

图中：1、高清摄像头，2、线激光相机，3、煤料，4、皮带，5、托辊调整模块，6、承载架，7、移动液压缸，8、承载轴承和9、托辊轴端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图2～4，一种皮带输送机跑偏检测及自动调整方法，包括

视觉检测模块，其架设在皮带输送机中部皮带4的正上方，且其由承载架6以及安装在承载架6上的高清摄像头1和线激光相机2构成；

托辊调整模块5，其位于承载架6的内侧，并分别设置在所述皮带4的底部两侧，且其由承载轴承8以及连接在承载轴承8两端的移动液压缸7构成。

在本发明实施例中，所述视觉采集模块两端头上设置的高清摄像头1采集皮带4左右侧边缘图像；其中部的所述线激光测距仪2用于测量煤料3顶端到采集模块架的高度h(u)；视觉采集模块中部前后摄像头用于采集中部皮带4前后的图像；所述托辊调整模块5通过上下调整移动液压缸7的推进量△L进而推动安装在托辊轴端9的承载轴承8，液压的上下推动可实现托辊与输送带架的夹角θ的变化。

实施例二

请参阅图1～4，一种皮带输送机跑偏检测装置的自动调整方法，其自动调整方法包括以下步骤

步骤S1：图像数据获取，视觉采集模块上的四个高清摄像头1采集皮带工作时的视频图像I；中部线激光测距仪2测量煤料3到承载架6顶梁的距离；

步骤S2：图像数据预处理，对高清摄像头1中获取的视频图像I进行关键帧提取，并对帧图像使用伽马和分数阶图像增强后得到的图像G；中部线激光测距仪2得到的高度信息进行数据去噪处理；

步骤S3：图像数据分析，对图像G进行Canny边缘检测，并识别皮带和输送带架线上的坐标点B[b1,b2,b3......bn]和D[d1,d2,d3......dn]；

步骤S4：计算皮带跑偏量，针对采集模块左右高清摄像头采集到坐标点，可计算出皮带的水平偏移量△L；根据采集模块中部高清摄像头可计算出皮带的角度偏移量△θ；计算皮带负载煤流量，根据采集模块中部激光测距仪采集的高度信息并结合皮带速v计算出皮带的负载Q；

步骤S5：皮带跑偏调整，根据跑偏量△L、△θ和皮带的负载Q，计算出皮带托辊支架的调整量△Lθ。

在本发明实施例中，所述步骤S2中，图像增强利用伽马变换和分数阶图像增强，伽马变换用于图像的光照增强，变换参数γ取0.5；分数阶图像增强分数阶系数为2/3；激光测距仪得到的高度信息采取小波变换去噪方式。

在本发明实施例中，所述步骤S3中，图像经过边缘检测后，提取I～VI所在区域的皮带和输送架边缘线上各50个坐标点。

在本发明实施例中，所述步骤S3中，计算皮带跑偏量具体步骤为，分别计算各区域50个对应点的回归直线，

回归系数

回归直线方程为

分别计算6个区域回归直线间的距离[d1,d2,d3,d4,d5,d6]。

在本发明实施例中，若满足条件

皮带不存在角度跑偏量，则

不满足则皮带存在角度跑偏量，

(bi为I-VI区域内皮带边缘线的回归系数)，水平跑偏量为△L＝|d3-d4|。

在本发明实施例中，所述步骤S4中，计算煤流量的方法为

其中ρ为煤料的密度；v为皮带的带速；M1、M2分别为皮带左右侧煤流量；l为皮带左侧煤料起始坐标点，m为输送架中部坐标点，n为皮带右侧煤料终止坐标点；h(u)、G(u)分别为煤料和托辊架高度坐标函数。

在本发明实施例中，所述该装置调整的具体步骤为，根据跑偏量△L和△θ，计算托辊浮动调整角度

再根据输送带左右侧煤流量M1、M2的大小判断托辊调整位置，若M1≥M2，需调整左侧托辊上升△Lθ或右侧托辊下降△Lθ；若M1≤M2，需调整左侧托辊下降△Lθ或右侧托辊上升△Lθ。

在本发明实施例中，所述该装置利用伸缩液压缸进行托辊的上下调节以实现托辊与输送带架之间角度的调节。

首先通过安装在皮带输送机中部的视觉检测模块，分别获取皮带输送机工作时的中部皮带运行图像、中部前后方运行图像及中部煤流信息，使用伽马和分数阶进行图像增强处理，对处理后的图像进行Canny边缘检测以获取托辊与皮带边缘信息，通过皮带中部前后的托辊和皮带边缘直线计算出跑偏角度，再根据中部边缘检测得出的信息检测出横向跑偏量；视觉检测模块的线激光相机获得的皮带中部煤流信息来计算皮带的受力情况，最后通过托辊控制模块根据皮带受力情况及偏移量对皮带跑偏进行实时修正。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。