矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种检测装置及方法，尤其是一种适用于煤矿的矿用钢丝绳节圆直径 非接触检测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 矿用钢丝绳是我国煤矿生产过程中重要的传动和承载构件，广泛应用于多种矿井 运输提升设备，如立井提升机。在钢丝绳实际应用中，由于承受载荷，特别是长距离重载拖 动过程，其节圆直径会随着载荷的变化而变化。因而，钢丝绳节圆直径可W反映钢丝绳承 受的拉力大小，可用于监测钢丝绳的负载变化。同时，钢丝绳节圆直径变化还从侧面反映 钢丝绳伸长量的变化，从而为远距离拖动时的钢丝绳张紧和负载准确就位提供依据。因此， 钢丝绳节圆直径的检测对于提高煤矿生产的安全性和可靠性具有重要意义。
[0003] 目前，钢丝绳节圆直径的检测，主要由专用量具测量，如游标卡尺。有学者采用钢 丝绳直径变化引起的其他机构的电阻、电感或电容等参数变化来间接检测钢丝绳节圆直 径。专利号为CN201110417764. 7和CN201120522664. 6的钢丝绳张力检测装置，分别利 用Ξ棱套筒和楠圆套筒夹持着钢丝绳，通过检测紧压在钢丝绳上的张力感应板的径向收缩 和扩张变化，来检测钢丝绳的节圆直径。专利号CN201110376418. 9、CN201110376457. 9 和CN201110376420. 6的钢丝绳张力装置，分别利用检测附着在钢丝绳上的滑板与基板间 的横向电感变化、两个柱状导磁铁忍间的纵向电感变化和电容极板间的纵向电容变化来检 测钢丝绳节圆直径。
[0004] 基于上述研究现状，针对矿用钢丝绳节圆直径检测主要存在W下问题：第一，采用 游标卡尺等量具直接检测，属于静态检测，只适应于静态下的钢丝绳检测；第二，矿用钢丝 绳一般是由多个绳股缠绕成的粗直径钢丝绳，其横截面不是标准的圆形，且沿轴向存在绳 股间的缝隙，导致采用游标卡尺等量具难W精确获得节圆直径；第Ξ，矿用钢丝绳多用于重 载拖动，其钢丝绳沿轴线运动，特别是立井提升机等设备，钢丝绳还需要不断在主导轮上卷 绕，采用电阻、电容、电感板等夹持钢丝绳的方式，只能将设备安装在钢丝绳末端，不能对钢 丝绳悬挂点或者绕绳处的节圆直径进行检测，对于轴线运动的钢丝绳的在线检测需要采用 非接触的方式，而现在缺乏相应的研究。
【发明内容】
阳0化]技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、兼具 可靠性和便捷性的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置及方法。
[0006] 技术方案：本发明的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，包括激光器、摄像头、 基座、信号处理器、成像板、图像游标尺；所述的基座固定在基础平台上，所述的激光器、摄 像头、信号处理器设在基座上，激光器位于基座的前部正对钢丝绳，摄像头位于激光器的背 部，信号处理器位于基座的底部，激光器和摄像头分别与信号处理器相连接，通过激光器对 钢丝绳进行照射，激光器光幕的中轴线AA'与钢丝绳的中轴线0相互垂直且相交；所述的 成像板设在在激光器的正对面，激光器的光幕中轴线AA'垂直于成像板，成像板固定在与 基座正对面的基础平台上，成像板面向激光器一端面上设有图像游标尺，由信号处理器控 制激光器的开闭，摄像头拍摄激光器照射到钢丝绳后在成像板上的投影图像，并传送给信 号处理器。
[0007] 所述的图像游标尺包括主尺和副尺，主副尺均为正方形网格，网格边长为ΔD，副 尺W主尺左边界为基础沿横向依次向右递进Ad，沿纵向递进N个Ad，使Δ0 =AdXN， AD的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Ad取决于钢丝绳节圆直径检测的分辨率 需求。
[0008] 上述装置的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测方法，包括如下步骤：
[0009] a、在需检测的钢丝绳一侧安设激光器，另一侧安设成像板，成像板正对激光器，通 过激光器对钢丝绳进行照射，激光器光幕的中轴线AA'与钢丝绳的中轴线0相互垂直且相 交，激光器光幕中轴线AA'垂直于成像板；
[0010] b、通过信号处理器开启激光器和摄像头，激光器产生的光幕照射在成像板上，此 时摄像头拍摄激光器照射到钢丝绳在成像板上的投影图像，时实传送给信号处理器；
[0011] C、信号处理器基于钢丝绳在成像板上的投影图像，根据图像游标尺的网格边界信 息，由下式计算钢丝绳的成像宽度以
[0012] L=[度1-1)XΔ D+BzXAd] -(AiXΔ D+AzXAd)
[0013] 式中：Ai为钢丝绳的投影图像边界Li距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格 的不计入，
[0014] A2为钢丝绳的投影图像边界Li沿副尺（1，2, 3…脚第一次与完整网格边缘重合或 者最接近的副尺序号；
[0015] Bi为钢丝绳的投影图像边界L2距离主尺左边界的最大格数，不足整个网格的计 入；
[0016] B2为钢丝绳的投影图像边界L2沿副尺（1，2, 3…脚第一次与完整网格边缘重合或 者最接近的副尺序号；
[0017] Δ0为网格边长，Ad为副尺W主尺左边界为基础沿横向依次向右递进的距离；
[0018] t信号处理器基于钢丝绳成像宽度以由下式计算出钢丝绳节圆直径D:
[0019]
[0020] 式中，d为激光器发射点距离钢丝绳中轴线0的距离，W为激光器发射点距离成像 板的距离；
[0021] e、钢丝绳沿轴线方向传递拉力，摄像头不断拍摄激光器照射到钢丝绳后在成像板 上的投影图像，并传送给信号处理器，信号处理器根据步骤C和d，获得钢丝绳节圆直径D， 实现对矿用钢丝绳节圆直径的非接触检测。
[0022] 有益效果：本发明利用激光器正对钢丝绳进行照射，通过分析激光器照射到钢丝 绳后在成像板上的投影图像，来检测钢丝绳的节圆直径变化，可W实现对钢丝绳的高精度 非接触动态检测。利用激光亮度高、方向性好、单色性好等优点，通过远距离投影成像可W 放大钢丝绳节圆直径变化，并提高了钢丝绳在图像中的区分度；采用投影图像边界线的方 式判断节圆直径，有利于避免绳股间隙对节圆直径检测的干扰；通过图像游标尺的方式， 利用错位放大原理，可W显著提高摄像头所拍摄的投影图像的最低分辨率，从Δ0扩大到 A山Δ0的大小取决于投影图像的最小网格分辨率，Ad取决于钢丝绳节圆直径检测的分 辨率需求，从而提高节圆直径的检测精度，结构简单，兼具可靠性和便捷性，在本技术领域 内具有广泛的实用性，经济效益明显。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的检测装置结构示意图。
[0024] 图2是本发明的钢丝绳投影图像阴影宽度检测原理图。
[00巧]图3是矿用钢丝绳节圆直径示意图。
[0026] 图中：1-基础平台，2-成像板，3-钢丝绳，4-激光器，5-摄像头，6-信号处理器， 7-基座，8-图像游标尺。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
[0028] 本发明的矿用钢丝绳节圆直径非接触检测装置，主要由激光器4、摄像头5、基座 7、信号处理器6、成像板2、图像游标尺8 ;所述的基座7固定在基础平台1上，所述的激光 器4、摄像头5、信号处理器6设在基座7底部，激光器4位于基座7的前部正对钢丝绳3,对 钢丝绳3进行照射，摄像头5位于激光器4的背部，信号处理器6位于基座7的底部，激光 器4和摄像头5分别与信号处理器6相连接，通过激光器4对钢丝绳3进行照射，激光器4 光幕的中轴线AA'与钢丝绳3的中轴线0相互垂直且相交；所述的成像板2设在在激光器 4的正对面，激光器4的光幕中轴线AA'垂直于成像板2,成像板2