基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置.pdf

本发明公开了一种基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，包括除尘装置、煤岩界面信号采集装置和煤岩界面信号处理装置，除尘装置包括防护外壳、除尘刷，玻璃罩和喷水器，其中除尘刷与玻璃罩相接触并能沿玻璃罩曲面做往复运动，煤岩界面信号采集装置包括CCD摄像头、旋转基座、光源和传输电缆线，其中CCD摄像头分别与旋转基座和传输电缆线连接，光源是由多组LED阵列组成的白光照明灯。本发明结构简单、自动化程度高，适用于煤岩硬度差别不大但灰度值差别较大时，对煤和岩石进行识别，使采煤机能够及时的调整采煤姿态。

1.  基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，其特征在于：包括设在采煤机上的防尘装置、煤岩界面信号采集装置和煤岩界面信号处理装置；
所述煤岩界面信号采集装置包括安装板、CCD摄像头、旋转基座和光源，安装板通过第一紧固螺栓水平设在采煤机上，旋转基座通过第二紧固螺栓设在安装板上，CCD摄像头设在旋转基座上，光源设在CCD摄像头上，CCD摄像头通过传输电缆线与煤岩界面信号处理装置连接；
所述防尘装置包括防护外壳、除尘刷，玻璃罩和喷水器；防护外壳下端设在采煤机上，煤岩界面信号采集装置设在防护外壳内部，防护外壳朝向煤岩界面一侧为敞口结构，玻璃罩呈半球形结构，玻璃罩设在安装板上并将CCD摄像头、旋转基座和光源罩住，喷水器设在防护外壳的顶部，喷水器的喷水口伸入到防护外壳内并朝向玻璃罩，喷水器的进水口连接有高压水管，除尘刷设在玻璃罩外表面并可沿玻璃罩外表面往复运动。

2.  根据权利要求1所述的基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，其特征在于：玻璃罩下端边缘与安装板之间设有防止灰尘和水进入玻璃罩内部的密封圈。

3.  根据权利要求1或2所述的基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，其特征在于：防尘装置和煤岩界面信号采集装置分别对应设有两组，这两组分别设在采煤机的前部上侧和后部上侧，煤岩界面信号采集装置设有一个，煤岩界面信号采集装置设在采煤机的中部。

4.  根据权利要求1或2所述的基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，其特征在于：光源为LED阵列组成的白光照明灯，光源位于CCD摄像头外壳的边缘， LED阵列点亮的数量由煤岩界面信号处理装置控制，为煤岩界面信号采集装置提供合适的照明。

基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置。
背景技术
我国是世界主要的产煤国家，煤矿总数超过全世界其他所有国家煤矿数目之和，目前，综合机械化采煤成为对煤层进行开采的主要方法，采煤机是综合机械化采煤工作面的主要设备之一，而煤岩界面识别技术是能使采煤机实现自动控制的基础。
发明内容
煤岩识别即用某种方法识别出识别对象为煤或岩石。目前已有20多种方法对煤岩识别展开研究，包括人工γ射线法、自然γ射线法、机械振动法、雷达探测法、红外反射和记忆截割法等，其中记忆截割技术已被应用于生产中，但不能处理岩层突变和工作面突发情况。而基于采煤机切割力响应的煤岩界面识别传感器法，是用传感器拾取摇臂振动信号、滚筒轴扭矩信号及调高油缸压力信号进行识别，由于在采煤过程中滚筒在做旋转运动，因而信号的传输受到很大的影响，到目前为止尚未见到成熟的方法及产品问世。
特别地，在煤岩硬度差别不大的情况下对煤岩识别技术提出了更高的要求，因此，针对这种情况进行煤岩识别技术开发研究非常重要，对煤炭业发展意义非常重大。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可以识别煤岩硬度差别不大但灰度值差别较大的煤和岩石的基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，包括设在采煤机上的防尘装置、煤岩界面信号采集装置和煤岩界面信号处理装置；
所述煤岩界面信号采集装置包括安装板、CCD摄像头、旋转基座和光源，安装板通过第一紧固螺栓水平设在采煤机上，旋转基座通过第二紧固螺栓设在安装板上，CCD摄像头设在旋转基座上，光源设在CCD摄像头上，CCD摄像头通过传输电缆线与煤岩界面信号处理装置连接；
所述防尘装置包括防护外壳、除尘刷，玻璃罩和喷水器；防护外壳下端设在采煤机上，煤岩界面信号采集装置设在防护外壳内部，防护外壳朝向煤岩界面一侧为敞口结构，玻璃罩呈半球形结构，玻璃罩设在安装板上并将CCD摄像头、旋转基座和光源罩住，喷水器设在防护外壳的顶部，喷水器的喷水口伸入到防护外壳内并朝向玻璃罩，喷水器的进水口连接有高压水管，除尘刷设在玻璃罩外表面并可沿玻璃罩外表面往复运动。
玻璃罩下端边缘与安装板之间设有防止灰尘和水进入玻璃罩内部的密封圈。
防尘装置和煤岩界面信号采集装置分别对应设有两组，这两组分别设在采煤机的前部上侧和后部上侧，煤岩界面信号采集装置设有一个，煤岩界面信号采集装置设在采煤机的中部。
光源为LED阵列组成的白光照明灯，光源位于CCD摄像头外壳的边缘， LED阵列点亮的数量由煤岩界面信号处理装置控制，为煤岩界面信号采集装置提供合适的照明。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明基于机器视觉的煤岩界面识别装置通过煤岩信号的采集和处理，能处理煤与岩石硬度差别不大但灰度差别较大的煤层情况。
本发明中，CCD摄像头安装在旋转基座上后能够在垂直于旋转轴的平面内做180°的旋转。防护外壳在面向煤层界面的方向为敞口结构,这种敞口结构为摄像头采集信号留有一定的视角窗口。
本发明的具体工作过程如下:将CCD摄像头固定于旋转基座上，根据采煤机姿态自动调整旋转基座的位置使CCD摄像头对准采煤机刚截割过的煤层断面，再调整CCD摄像头使能在对准采煤机刚截割过的煤层断面的平面内做180°旋转，并将煤岩界面置于CCD摄像头的拍摄范围内，可以保证对于不同的倾斜度的采煤面均可以对准刚截割过的煤层断面。CCD摄像头所获取煤岩界面信号经过传输电缆线传输到煤岩界面信号处理装置上，煤岩界面信号经过滤波、灰度增强和Sobel算子边缘检测，可以得到煤岩界面基本轮廓曲线，然后再用最小二乘法对基本轮廓曲线进行拟合，可最终得到一条连续的煤岩界面曲线，也就最终形成了一条采煤机的截割路径。而防尘装置的作用就在于能够防止大量的煤粉尘在信号采集过程中影响成像质量进而影响最终的识别效果。
喷水器固定于防护外壳上且位于玻璃罩正上方,喷水器能间隔一定时间的不连续喷水,将玻璃罩外表面的灰尘冲掉。除尘刷与玻璃罩外表面相接触并能沿玻璃罩曲面做往复运动，这样可以将玻璃罩外表面的灰尘清除并擦拭干净。喷水器喷出的高压水对玻璃罩的冲洗分为定时冲洗与图像模较糊度冲洗。
综上所述，本发明的技术效果在于：特别的对于煤和岩石硬度差别不大的情况，能够根据他们灰度的不同将煤岩界面轮廓曲线识别出来，并经过一系列的处理得到一个采煤机的最佳截割路径，进一步提高采煤机自动化的程度，以适应矿井进一步发展的需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图2的左视图；
图4为本发明中煤岩界面识别装置煤岩信号采集和处理流程图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的基于机器视觉用于采煤机的煤岩界面识别装置，包括设在采煤机40上的防尘装置10、煤岩界面信号采集装置20和煤岩界面信号处理装置30。
煤岩界面信号采集装置20包括安装板25、CCD摄像头21、旋转基座22和光源23，安装板25通过第一紧固螺栓26水平设在采煤机40上，旋转基座22通过第二紧固螺栓27设在安装板25上，CCD摄像头21设在旋转基座22上，光源23设在CCD摄像头21上，CCD摄像头21通过传输电缆线24与煤岩界面信号处理装置30连接；
防尘装置10包括防护外壳11、除尘刷12，玻璃罩13和喷水器14；防护外壳11下端设在采煤机40上，煤岩界面信号采集装置20设在防护外壳11内部，防护外壳11朝向煤岩界面一侧为敞口结构，玻璃罩13呈半球形结构，玻璃罩13设在安装板25上并将CCD摄像头21、旋转基座22和光源23罩住，喷水器14设在防护外壳11的顶部，喷水器14的喷水口伸入到防护外壳11内并朝向玻璃罩13，喷水器14的进水口连接有高压水管15，除尘刷12设在玻璃罩13外表面并可沿玻璃罩13外表面往复运动。
玻璃罩13下端边缘与安装板25之间设有防止灰尘和水进入玻璃罩13内部的密封圈。
防尘装置10和煤岩界面信号采集装置20分别对应设有两组，这两组分别设在采煤机40的前部上侧和后部上侧，煤岩界面信号采集装置20设有一个，煤岩界面信号采集装置20设在采煤机40的中部。
光源23为LED阵列组成的白光照明灯，光源23位于CCD摄像头21外壳的边缘， LED阵列点亮的数量由煤岩界面信号处理装置30控制，为煤岩界面信号采集装置20提供合适的照明。
本发明中，CCD摄像头21安装在旋转基座22上后能够在垂直于旋转轴的平面内做180°的旋转。防护外壳11在面向煤层界面的方向为敞口结构,这种敞口结构为摄像头采集信号留有一定的视角窗口。
结合图4，本发明的具体工作过程如下:将CCD摄像头21固定于旋转基座22上，根据采煤机姿态自动调整旋转基座22的位置使CCD摄像头21对准采煤机40刚截割过的煤层断面，再调整CCD摄像头21使能在对准采煤机40刚截割过的煤层断面的平面内做180°旋转，并将煤岩界面置于CCD摄像头21的拍摄范围内，可以保证对于不同的倾斜度的采煤面均可以对准刚截割过的煤层断面。CCD摄像头21所获取煤岩界面信号经过传输电缆线24传输到煤岩界面信号处理装置30上，煤岩界面信号经过滤波、灰度增强和Sobel算子边缘检测，可以得到煤岩界面基本轮廓曲线，然后再用最小二乘法对基本轮廓曲线进行拟合，可最终得到一条连续的煤岩界面曲线，也就最终形成了一条采煤机40的截割路径。而防尘装置10的作用就在于能够防止大量的煤粉尘在信号采集过程中影响成像质量进而影响最终的识别效果。
喷水器14固定于防护外壳11上且位于玻璃罩13正上方,喷水器14能间隔一定时间的不连续喷水,将玻璃罩13外表面的灰尘冲掉。除尘刷12与玻璃罩13外表面相接触并能沿玻璃罩13曲面做往复运动，这样可以将玻璃罩13外表面的灰尘清除并擦拭干净。喷水器14喷出的高压水对玻璃罩13的冲洗分为定时冲洗与图像模较糊度冲洗。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。