机器视觉皮带撕裂检测及保护装置 【技术领域】
本发明涉及一种输送带撕裂检测及保护装置，尤其是根据图像特征检测撕裂，防止输送机皮带纵向撕裂扩大化的报警和保护装置。
背景技术
皮带输送机是港口、矿山、电厂等企业运输煤炭的重要工具和设备，由于杂质所引起的输送机皮带纵向撕裂事故时有发生，如果发现不及时，会导致整条皮带撕裂损坏，造成巨大的经济损失。为了解决这一技术难题，国内外专家尝试用很多种方法用于防撕裂检测，例如冲击检测法(检测皮带介质中冲击力传播)、托辊异常受力检测(分析托辊受力的异常状况)、超声波法(检测皮带介质中超声波传播)、压敏电阻法(检测皮带下方漏料)、嵌入法(在皮带中嵌入导电橡胶、光导纤维等)、机器视觉(提取皮带撕裂的特征，依据智能算法判断)等。由于很多检测手段在原理上存在一定缺陷，或是成本较高、后期维护繁琐等原因，均无法保证准确、稳定地实现皮带撕裂检测的目的。其中，机器视觉方法是近几年新提出的检测手段，其优点在于非接触、无需设备改造，但由于图像处理算法的复杂性不能满足在线实时检测的作业需求，尚未在实际生产中得到应用。视觉检测手段具有所见即所得的先天技术优势，随着计算机技术的不断发展，机器视觉检测方法也在逐步趋于成熟和完善。
【发明内容】
为了准确、高效、稳定地检测输送机皮带工作时可能产生的撕裂事故，本发明提供了一种全新的机器视觉撕裂特征检测手段。
本发明的目的在于提供一种机器视觉皮带撕裂检测装置，在皮带输送机下方安装一图像获取模块，该图像获取模块具有投射直线激光条纹和高速取像功能。获取图像后传递到光学检测模块，采用图像处理方法将激光条纹中心提取出来，并将激光条纹的强度、曲率等特征用于神经网络算法的训练。网络经过学习后能够根据光条的特征快速地检测撕裂事故，并及时向操作室报警，同时在终端上显示原始图像信息便于操作人员进行二次确认。保护补偿模块保证了检测装置在全天候24时都能够获取清晰稳定的图像用于撕裂检测。
本发明的优点在于：
1.采用图像处理方法用于检测皮带撕裂，具有非接触的特点，避免了传统检测手段中参数耦合带来的不稳定性。
2.根据激光条纹连续性与曲率分析撕裂特征，将特征提取算法的复杂度由二维降低到一维。
3.双CCD容错机制保证了皮带底面检测准确性，避免灰尘、煤渣等因素给单摄像机检测带来的虚警率。
【附图说明】
图1为本发明机器视觉皮带撕裂检测及保护装置的示意图。
图2为本发明机器视觉皮带撕裂检测及保护装置的方块图。
附图标号：
1——图像获取模块
2——光学检测模块
3——保护补偿模块
4——一字线激光器
5——第一取像装置
6——第二取像装置
7——机台底座
8——撕裂检测控制计算机
9——图像采集卡
10——LED光源
11——吹扫风机
12——皮带输送机密封罩
13——激光条纹
14——皮带水平底面
15——皮带左侧底面
16——皮带右侧底面
【具体实施方式】
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明机器视觉皮带撕裂检测装置由三个模块组成：图像获取模块1，光学检测模块2，保护补偿模块3。
图像获取模块1由一字线激光器4、第一取像装置5、第二取像装置6和机台底座7组成，其目的是将皮带表面图像实时地传递给光学检测模块，用于撕裂事故的在线检测。一字线激光器4向皮带底面投射一条波长为650nm的红色激光条纹作为辅助测量的结构光，激光线的方向与皮带传输方向垂直。第一取像装置5和第二取像装置6分别安装在皮带下方的左右两端，其光轴相交且分别与水平面呈45度角。使用广角定焦镜头尽量获得较大的视场，保证取像范围能够覆盖到整个皮带的横截面。其中，第一取像装置5覆盖包含皮带左侧底面15和皮带水平底面14的视场，第二取像装置6覆盖包含皮带右侧底面16和皮带水平底面14的视场。由于皮带水平底面14是撕裂事故多发区域，第一取像装置和第二取像装置均对其进行图像获取，能够保证系统的容错性，避免某一取像装置的取像区域发生遮挡时，检测装置不会发生频繁的虚警。一字线激光器4、第一取像装置5和第二取像装置6分别固定在机台底座7上，确保设备的稳固可靠。
光学检测模块由撕裂检测控制计算机8和图像采集卡9组成。取像装置获取图像经图像采集卡9输入到撕裂检测控制计算机8，每一组数据包含两帧图像，分别是第一取像装置和第二取像装置在同一时间所获取的。撕裂检测控制计算机对每组的两帧图像依次进行处理，首先在图像中提取出激光条纹13的中心点，并将光条中心的光强和曲率变化特征作为训练集用于神经网络的训练。训练后的神经网络能够快速有效地根据图像特征检测皮带撕裂，同时避免皮带表面划痕、污渍等给撕裂检测带来的干扰。针对最容易发生撕裂的皮带水平底面14采用双CCD容错机制，当第一取像装置5检测到撕裂时，则查看第二取像装置6的检测结果，确保检测结果的准确性。当撕裂事故发生时，向操作室报警，同时在终端上显示带有撕裂特征的原始图像便于操作人员确认。
保护补偿模块由LED光源10、吹扫风机11和皮带输送机密封罩12组成。为了要对快速运动的皮带获取清晰稳定的图像用于分析，需要CCD摄像机以高速电子快门抓取图像，而环境光照条件变化较大，无法保证全天候24小时达到稳定的光照强度。因此使用皮带输送机密封罩12将托辊间隙进行封闭，同时采用LED光源10在皮带底部均匀补光，这样既保证了稳定的光照条件，避免皮带运动所带来的拖影，同时密闭的空间也有效抑制了粉尘、煤渣为图像获取带来的噪声。
本发明解决了机器视觉检测手段在撕裂特征提取过程中算法过于复杂地难题，根据激光条纹连续性和曲率变化的分析判定撕裂事故具有较高的识别准确率，能够满足皮带输送机作业时检测撕裂事故的实时性要求，非接触的检测方式具有所见即所得的特点，具有很高的实用价值。