一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法

本申请涉及图像预警，具体涉及一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法。

背景技术：

1、含铁窑球团法生产工艺中生产球团矿的主要设备由烧结机、回转窑和环式冷却机组成，其中，烧结机是关键设备。在工业生产中，烧结机表面温度高达1000℃，由于台车本体导热，车体本体温度可达45℃左右，台车在循环往复运行过程中，会出现高低温受热不均匀的情况，加之生产现场粉尘冲刷，工作环境恶劣。烧结过程中，烧结机台车车轮运作时的承重除了本体的重量，还包括物料的重量，且烧结机不间断运作，台车车轮会出现扭矩，车轴极易发生油脂皂化、保持架破裂、轴承滚珠缺损等故障，当台车发生以上任何一种故障继续运行时，车轮会发生摆动的现象，严重情况下可能导致脱落，若不及时停机更换台车，车轮易在进入尾部弯道时脱落，将极大影响整个烧结系统的安全运转，影响企业的正常生产与经济效益。

2、目前，对于车轮的摆动监测主要依靠人工检查判断，人工监测费时费力，通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性的工作，容易造成漏检，智能化程度比较低。

3、随着图像智能识别技术的发展，利用机器视觉来进行车轮的摆动偏移监测，不但可以进一步提高生产过程中监测的智能化水平，同时也可以减少重复劳动，提高经济效益。

技术实现思路

1、为了解决现有烧结机台车车轮摆动偏移的监测及预警问题，本申请提供一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，可以对实时采集到的烧结机台车车轮图像进行分析，确定烧结机台车车轮是否发生偏移故障，提高了检测效率，避免由于人工检测疏忽导致的安全隐患。

2、本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，包括：获取生产场景下台车车轮的图像集，通过语义分割模型训练所述图像集，得到训练好的模型；使用训练好的模型处理监测图像，对现场台车的监测图像中的车轮区域进行分割掩膜处理，获取车轮偏转角度；基于设定规则对车轮偏转角度是否为正常运行状态进行判定，并按照风险等级分类处理；根据车轮偏转角度的风险等级作出相应报警。

3、在一种具体的实施方案中，所述获取车轮偏转角度的方法为：

4、使用训练好的模型对监测图像中车轮进行分割并掩膜处理，将车轮掩膜区域与背景分离，得到二值图并消除图像噪声；

5、在二值图中构建车轮的外接矩形框，获取台车车轮外接矩形框长边相对于基准线的几何关系，得出车轮的偏转角度。

6、在一种具体的实施方案中，所述基准线是通过采用直线检测算法对监测图像中设计运行状态下与车轮侧面呈平行状态的固定线性物体进行直线检测确定，包括：

7、以直线监测算法检测设计运行状态下与车轮侧面呈平行状态固定线性物体的直线段集合{l1,…,ln}，根据现场实际运行状况，选定其中一条lm直线段作为基准线，基准线两端端点坐标分别为(xm,ym)、(xm+1,ym+1)。

8、在一种具体的实施方案中，所述在二值图中构建车轮的外接矩形框，获取台车车轮外接矩形框长边相对于基准线的几何关系，得出车轮的偏转角度，包括：

9、由基准线lm对应的两端端点坐标(xm,ym)、(xm+1,ym+1)，得到lm相较于水平线的斜率km：

10、

11、由lm相较于水平线的斜率km，得到lm相较于水平线的弧度值并得到基准线lm相较于水平线的角度θm：

12、

13、其中θm的取值范围为[-90°,0°]和[0°,90°]，其中负数表示逆时针方向旋转，正数表示顺时针方向旋转；

14、通过基准线与水平线的夹角θm和外接矩形框长边与水平线的角度α，α取值范围为[-90°,0°]和[0°,90°]，计算车轮外接矩形框长边与基准线之间的相对角度β＝|α-θm|。。

15、在一种具体的实施方案中，所述正常运行状态是车轮外接矩形框长边与基准线之间的偏转角度不大于n°的状态，其中n°为现场车轮运行状态下车轮允许摆动的最大值，n°根据现场实际运行状况设定。

16、在一种具体的实施方案中，所述风险等级是将车轮偏转角度与预设预警规则进行比较并判定的等级。

17、在一种具体的实施方案中，所述预设预警规则为：

18、当0°≤车轮偏转角度≤n°时，判定为正常摆动范围，

19、当n°＜车轮偏转角度≤2n°时，判定为低风险等级，需在接下来的运行中加以关注，

20、当车轮偏转角度＞2n°时，判定为高风险等级，需人员立即前往处理。

21、在一种具体的实施方案中，所述烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法中设置有影像记录仪以获取现场台车车轮的运行状态图像以及台车运行的参考位置图像，还设置有补光装置为影像记录仪的拍摄提供光照；还设置有交换机、图像处理服务器、显示终端，所述交换机与影像记录仪、图像处理服务器通信连接，所述显示终端与图像处理服务器通信连接。

22、在一种具体的实施方案中，所述图像处理服务器通过训练好的模型处理监测图像，识别车轮，并判断车轮偏转角度，并根据风险等级做出报警提示，所述显示终端显示报警提示、触发报警时的现场台车车轮的运行状态信息以及台车运行的参考位置信息。

23、在一种具体的实施方案中，所述根据车轮偏转角度的风险等级作出相应报警中，通过多次判定，选取摄像头视野内的中间区域位置，根据车轮运行速度v设定采集时间阈值tv，每隔tv时间采集一次图像对车轮进行检测，获取采集图像中车轮偏转角度，并通过与预设预警规则进行对比，作出相应报警。

24、本申请的优点是：

25、1、烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法通过对实时采集的台车车轮图像使用改进的语义分割模型算法进行车轮区域的分割，以确定监测图像中目标车轮最小外接矩形框长边与设定基准线的夹角偏转角度是否大于风险阈值，对台车运行状态及时进行安全预警，提高监测效率及智能化水平，减少事故发生风险。

26、2、烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法通过以台车车轮外接最小矩形框长边与基准线构建的在实际运行状态下相对角度为车轮偏转角度，清晰了车轮边界关系及相对位置关系，提高分析计算速度和监测数据的精确度。

27、3、烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法通过对车轮偏转角度按照不同的风险等级进行判定，进一步地，在检测到车轮发生摆动故障时，保存车轮图像的检测效果图和对应台车的参考位置图像，在显示终端显示监测效果图和参考位置图像，并做出相应报警信息，从而提升监测的可视化和功能化水平。

28、4、烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法将收集到的不同工作场景下台车车轮的图像集用语义分割模型进行训练，再通过调用训练好的模型对监测图像进行处理，识别出台车车轮并判断车轮偏转角度，进一步提高该监测模式的智能化水平以及对图像中监测目标的识别率。

技术特征：

1.一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述获取车轮偏转角度的方法为：

3.如权利要求2所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述基准线是通过采用直线检测算法对监测图像中设计运行状态下与车轮侧面呈平行状态的固定线性物体进行直线检测确定，包括：

4.如权利要求3所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述在二值图中构建车轮的外接矩形框，获取台车车轮外接矩形框长边相对于基准线的几何关系，得出车轮的偏转角度，包括：

5.如权利要求4所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述正常运行状态是车轮外接矩形框长边与基准线之间的偏转角度不大于n°的状态，其中n°为现场车轮运行状态下车轮允许摆动的最大值，n°根据现场实际运行状况设定。

6.如权利要求5所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述风险等级是将车轮偏转角度与预设预警规则进行比较并判定的等级。

7.如权利要求6所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述预设预警规则为：

8.如权利要求7所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法中设置有影像记录仪以获取现场台车车轮的运行状态图像以及台车运行的参考位置图像，还设置有补光装置为影像记录仪的拍摄提供光照；还设置有交换机、图像处理服务器、显示终端，所述交换机与影像记录仪、图像处理服务器通信连接，所述显示终端与图像处理服务器通信连接。

9.如权利要求8所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述图像处理服务器通过训练好的模型处理监测图像，识别车轮，并判断车轮偏转角度，并根据风险等级做出报警提示，所述显示终端显示报警提示、触发报警时的现场台车车轮的运行状态信息以及台车运行的参考位置信息。

10.如权利要求9所述的一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，其特征在于，所述根据车轮偏转角度的风险等级作出相应报警中，通过多次判定，选取摄像头视野内的中间区域位置，根据车轮运行速度v设定采集时间阈值tv，每隔tv时间采集一次图像对车轮进行检测，获取采集图像中车轮偏转角度，并通过与预设预警规则进行对比，作出相应报警。

技术总结
本申请提供了一种烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法，涉及图像预警技术领域，包括：获取生产场景下台车车轮的图像集，通过语义分割模型训练所述图像集，得到训练好的模型；使用训练好的模型处理监测图像，对现场台车的监测图像中的车轮区域进行分割掩膜处理，获取车轮偏转角度；基于设定规则对车轮偏转角度是否为正常运行状态进行判定，并按照风险等级分类处理；根据车轮偏转角度的风险等级作出相应报警。该烧结机台车车轮摆动的监测与预警方法可以对实时采集到的烧结机台车车轮图像进行分析，确定烧结机台车车轮是否发生偏移故障，提高了检测效率，避免由于人工检测疏忽导致的安全隐患。

技术研发人员：王月明,张昊,陈波,李琦,石春芳,梅佳锐,杨虎生
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14