一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別系統(tǒng)與方法，尤其適用于礦井提升系統(tǒng)、電梯曳引系統(tǒng)的鋼絲繩運動狀態(tài)檢測，也適用于各類鋼絲繩運動狀態(tài)檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]纏繞式提升機在礦井提升系統(tǒng)中運用非常廣泛，纏繞式滾筒上鋼絲繩的運行狀態(tài)對礦井提升系統(tǒng)的安全高效運行具有十分重要的意義。但目前尚無有效辦法實時識別纏繞式滾筒卷放鋼絲繩的運動狀態(tài)，使?jié)L筒圓度檢測、滾筒鋼絲繩亂繩監(jiān)測和提升容器實時速度無法獲知，給煤礦的安全高效生產(chǎn)埋下了隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別系統(tǒng)與方法，以解決在纏繞式滾筒運行過程中無法對鋼絲繩運動狀態(tài)識別的問題，實現(xiàn)纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)監(jiān)測的實時化、可視化。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別系統(tǒng)，包括安裝在滾筒后部垂直于滾筒軸線的工業(yè)相機一和安裝在滾筒右側(cè)平行于滾筒軸線的工業(yè)相機二，工業(yè)相機一和工業(yè)相機二分別通過通訊線纜與工控機相連，在纏繞滾筒并繞過天輪的豎直向下的鋼絲繩上設(shè)有鋼絲繩軸向速度測量裝置，鋼絲繩軸向速度測量裝置經(jīng)導(dǎo)線連接有數(shù)據(jù)采集盒;
[0005]所述的鋼絲繩軸向速度測量裝置包括套裝在鋼絲繩上的U型底座，U型底座上對稱設(shè)有位于鋼絲繩左右兩側(cè)的測速組件和壓緊組件，所述的測速組件和壓緊組件分別包括設(shè)在U型底座上的底座，所述底座的前后兩側(cè)對稱設(shè)有支撐臂，對稱設(shè)置的支撐臂之間下部經(jīng)銷軸設(shè)有調(diào)節(jié)組件，上部經(jīng)支撐轉(zhuǎn)軸設(shè)有抱住鋼絲繩的摩擦輪，支撐轉(zhuǎn)軸兩側(cè)對稱布置有設(shè)在支撐臂上的軸承和軸套；所述的測速組件上還包括經(jīng)聯(lián)軸器連接在支撐轉(zhuǎn)軸上的軸編碼器。
[0006]所述的軸編碼器上設(shè)有固定在支撐臂一側(cè)的編碼器支架。
[0007]所述設(shè)在U型底座上的底座由T型螺栓組件固接。
[0008]所述的支撐臂上部兩側(cè)均設(shè)有軸承端蓋。
[0009]所述的摩擦輪上設(shè)有耐磨橡膠套。
[0010]使用上述系統(tǒng)的纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別方法，包括如下步驟:
[0011](1)滾筒卷放鋼絲繩的橫向與縱向運動狀態(tài)檢測:
[0012]①分別測量滾筒的實際寬度Di和設(shè)在滾筒后方的工業(yè)相機一獲取的圖像上的圖像寬度山，計算出工業(yè)相機一的轉(zhuǎn)化系數(shù)Z1= D '(^測量鋼絲繩的實際寬度D 2和設(shè)在滾筒右側(cè)的鋼絲繩在工業(yè)相機二獲取的圖像上的圖像寬度d2，計算出工業(yè)相機二的轉(zhuǎn)化系數(shù)Z2=D2/d2；
[0013]②通過設(shè)在垂直于滾筒軸線和平行于滾筒軸線兩個方向的工業(yè)相機一和工業(yè)相機二，連續(xù)獲取鋼絲繩與滾筒相切出繩點A上方露出滾筒外邊緣測點B的兩個方向的運動圖像；
[0014]③通過工控機分別對工業(yè)相機一和工業(yè)相機二采集的圖像進行處理，獲取鋼絲繩出繩時橫向運動速度和鋼絲繩在垂直于鋼絲繩方向出繩時的橫、縱向運動速度；
[0015](2)鋼絲繩的軸向速度檢測:
[0016]①停止提升系統(tǒng)運行，安裝鋼絲繩軸向速度測量裝置，將U型底座套裝在天輪落繩下方的鋼絲繩上，使鋼絲繩穿設(shè)于U型底座中間；將測速組件和壓緊組件對稱安裝在鋼絲繩的兩側(cè)，使兩個摩擦輪緊靠鋼絲繩，將測速組件和壓緊組件固定于U型底座上，調(diào)整調(diào)節(jié)組件使兩個摩擦輪與鋼絲繩達到預(yù)定的壓緊力；
[0017]②開啟提升系統(tǒng)運行，運動的鋼絲繩帶動摩擦輪旋轉(zhuǎn)，摩擦輪通過平鍵帶動支撐轉(zhuǎn)軸，支撐轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器帶動軸編碼器，軸編碼器將運動信號傳輸至數(shù)據(jù)采集盒，數(shù)據(jù)采集盒通過無線通信模塊將信號傳送至工控機，工控機接收信號通過上位機軟件計算出鋼絲繩的實時軸向速度。
[0018]在獲取鋼絲繩出繩時的橫、縱向運動速度時，先對鋼絲繩出繩圖像進行灰度化和閾值化處理，用不同顏色標(biāo)識采集到的鋼絲繩圖像和背景圖像，使兩者分離；在閾值化處理后的鋼絲繩出繩圖像的滾筒上方的位置B處選取一條垂直于鋼絲繩4的水平線作為參考線，在該參考線上，選取表示鋼絲繩的所有像素的橫、縱坐標(biāo)的平均值為鋼絲繩橫、縱向運動的坐標(biāo)位置(x，y);通過對連續(xù)得到的鋼絲繩位置信息進行對時間t微分得到鋼絲繩橫、縱向運動相對速度vx= dx/dt，v y= dy/dt ;并將該參數(shù)和轉(zhuǎn)化系數(shù)計算得到鋼絲繩橫、縱向的真實運動速度V):= V χ.Ζ1? VY= v y.Z2。
[0019]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明可實時識別纏繞式滾筒卷放鋼絲繩的運動狀態(tài)，對滾筒圓度檢測、滾筒鋼絲繩亂繩監(jiān)測和提升容器的速度進行實時監(jiān)控，解決了在纏繞式滾筒運行過程中無法對鋼絲繩運動狀態(tài)識別的問題，實現(xiàn)了纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)監(jiān)測的實時化，可視化，智能化，為煤礦安全高效生產(chǎn)提供了重要保障。尤其適用于礦井提升系統(tǒng)、電梯曳引系統(tǒng)的鋼絲繩運動狀態(tài)檢測，也適用于各類鋼絲繩運動狀態(tài)檢測。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用效果好。主要優(yōu)點有:
[0020](1)系統(tǒng)實時監(jiān)測鋼絲繩的運動狀態(tài)，實現(xiàn)了纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)監(jiān)測的可視化、自動化、智能化；
[0021](2)采用機器視覺技術(shù)監(jiān)測滾筒卷放鋼絲繩的橫向與縱向運動狀態(tài)檢測，實現(xiàn)無接觸、高精度、低成本的信號采集；
[0022](3)鋼絲繩軸向速度測量裝置實時監(jiān)測提升鋼絲繩的運動速度，反映提升容器的實時運動速度，實現(xiàn)對提升容器狀態(tài)的監(jiān)測；
[0023](4)系統(tǒng)對工業(yè)相機和軸編碼器的信號通過通訊線纜和無線WiFi傳輸至同一工控機，全面監(jiān)測鋼絲繩的運動狀態(tài)，實現(xiàn)滾筒圓度檢測、滾筒鋼絲繩亂繩監(jiān)測和提升容器實時速度的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明整體系統(tǒng)的布置圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)檢測的工業(yè)相機布置圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的鋼絲繩軸向速度測量裝置的正視圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的鋼絲繩軸向速度測量裝置的俯視圖；
[0028]圖5是本發(fā)明去除靠外的支撐臂的鋼絲繩軸向速度測量裝置的正視圖；
[0029]圖6是本發(fā)明測速組件局部剖視的鋼絲繩軸向速度測量裝置的左視圖；
[0030]圖7是本發(fā)明壓緊組件局部剖視的鋼絲繩軸向速度測量裝置的右視圖。
[0031]圖中:1_滾筒；2_工業(yè)相機一 ；3_工業(yè)相機二 ；4_鋼絲繩；5-天輪；6_鋼絲繩軸向速度測量裝置；7_數(shù)據(jù)采集盒；8_工控機；9_通訊線纜；6-1_測速組件；6-2_壓緊組件；6-3-U型底座；6-4_底座；6-5_調(diào)節(jié)組件；6-6_銷軸；6_7_摩擦輪；6_8_支撐臂；6_9_軸套；6-10-支撐轉(zhuǎn)軸；6-11_軸承；6-12_軸承端蓋；6-13_軸編碼器；6_14_聯(lián)軸器；6_15_編碼器支架；6-16-T型螺栓組件；6-17_耐磨橡膠套；6-18_輪輻；6_19_調(diào)節(jié)螺母；6-20_壓縮彈簧；6-21_雙頭螺柱；6-22_調(diào)節(jié)塊。
【具體實施方式】
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[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
[0033]如圖1-2所示，本發(fā)明的纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態(tài)識別系統(tǒng)，包括安裝在滾筒1后上方垂直于滾筒軸線的工業(yè)相機一 2和安裝在滾筒1右側(cè)平行于滾筒軸線的工業(yè)相機二 3。由于滾筒的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致工業(yè)相機二 3無法拍攝到位于鋼絲繩4與滾筒1相切處的理想鋼絲繩測點Α位置的全局縱向運動狀態(tài)，由于理想鋼絲繩測點A與位于測點A上方露出滾筒1外邊緣的實際鋼絲繩測點B的間距與滾筒1和天輪的間距相比極小，實際鋼絲繩測點B點的運動狀態(tài)與理想鋼絲繩測點A的運動狀態(tài)基本一致，故選取靠近出繩點A的測點B處作為滾筒出繩狀態(tài)的監(jiān)測點。工業(yè)相機一 2和工業(yè)相機二 3分別通過通訊線纜9與工控機8相連，在纏繞滾筒并繞過天輪的豎直向下的鋼絲繩4上設(shè)有鋼絲繩軸向速度測量裝置6，數(shù)據(jù)采集盒7與鋼絲繩軸向速度測量裝置6的軸編碼器6-13相連。
[0034]如圖3-7所示，所述的鋼絲繩軸向速度測量裝置6包括套裝在鋼絲繩4上的U型底座6-3，U型底座6-3上對稱設(shè)有位于鋼絲繩4左右兩側(cè)的測速組件6-1和壓緊組件6_2，所述的測速組件6-1和壓緊組件6-2分別包括設(shè)在U型底座6-3上的底座6-4，所述底座6_4的前后兩側(cè)對稱設(shè)有支撐臂6-8，對稱設(shè)置的支撐臂6-8之間下部經(jīng)銷軸6-6與調(diào)節(jié)組件6-5連接，上部經(jīng)支撐轉(zhuǎn)軸6-10設(shè)有抱住鋼絲繩4的摩擦輪6-7，支撐轉(zhuǎn)軸6_10兩側(cè)對稱布置有設(shè)在支撐臂上的軸承6-11和軸套6-9 ;所述的測速組件6-1上還包括經(jīng)聯(lián)軸器6-14連接在支撐轉(zhuǎn)軸6-10上的軸編碼器6-13。
[0035]所述的調(diào)節(jié)組件6-5包括設(shè)在兩個支撐臂6-8之間的調(diào)節(jié)塊6_22，調(diào)節(jié)塊6_22中間設(shè)有調(diào)節(jié)雙頭螺柱6-21，雙頭螺柱6-21上穿設(shè)有壓縮彈簧6-20和調(diào)節(jié)螺母6_19。通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺母6-19的松緊，改變壓縮彈簧6-20的預(yù)緊力，使雙頭螺柱6-21上下移動，雙頭螺柱6-21帶動調(diào)節(jié)塊6-22移動，調(diào)節(jié)塊6-22帶動支撐臂6_8繞銷軸6_6轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)測速