立井提升鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置及方法，尤其是一種適用于煤礦立井提升系統(tǒng)的鋼絲繩 橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 立井提升是我國(guó)煤礦生產(chǎn)的主導(dǎo)形式，而鋼絲繩是立井提升系統(tǒng)的重要組成部 分。鋼絲繩是立井提升中提升容器（箕斗和罐籠）的承載和傳動(dòng)構(gòu)件，其健康狀態(tài)是煤礦 安全生產(chǎn)的重中之重。在提升容器上提和下放過(guò)程中，提升容器的偏載、導(dǎo)軌缺陷以及主導(dǎo) 輪的偏心等會(huì)造成鋼絲繩的橫向擺動(dòng)，對(duì)提升容器和導(dǎo)軌產(chǎn)生了額外沖擊，也降低了鋼絲 繩的使用壽命，威脅提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。相應(yīng)地，通過(guò)檢測(cè)鋼絲繩的橫向擺動(dòng)位移，可以 對(duì)提升容器、主導(dǎo)輪、導(dǎo)軌、鋼絲繩的健康狀態(tài)進(jìn)行輔助診斷，對(duì)于保障提升系統(tǒng)的安全性 具有重要意義。
[0003] 目前，鋼絲繩的檢測(cè)主要集中在張力、內(nèi)部斷絲、表面形態(tài)等，對(duì)鋼絲繩的橫向擺 動(dòng)位移檢測(cè)研究較少。主要存在以下問(wèn)題：第一，鋼絲繩末端的橫向擺動(dòng)研究主要通過(guò)在提 升容器上安裝陀螺儀、加速度傳感器等檢測(cè)提升容器橫向擺動(dòng)來(lái)側(cè)面反映，而由于鋼絲繩 與提升容器之間連接構(gòu)件的安裝誤差和配合間隙等因素，導(dǎo)致依靠提升容器不能真實(shí)反映 鋼絲繩的真實(shí)橫向擺動(dòng)情況；第二，對(duì)于鋼絲繩懸掛點(diǎn)的橫向擺動(dòng)，由于鋼絲繩在工作過(guò)程 中需要不斷地卷繞，且懸掛點(diǎn)鋼絲繩的橫向擺動(dòng)量較小，導(dǎo)致橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)較為困難， 致使難以量化鋼絲繩在懸掛點(diǎn)與末端之間的橫向振動(dòng)傳遞特性。
[0004] 近年來(lái)，圖像處理技術(shù)的發(fā)展為鋼絲繩狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了新途徑。專利號(hào)為 CN200520040246. 8的鋼絲繩檢測(cè)可視儀，采用多可視探頭的中心線匯集相交于傳感器導(dǎo)向 體的導(dǎo)向孔中心線，用于在線檢測(cè)鋼絲繩的表面形態(tài)，精確提供缺陷實(shí)況，適用于各種起重 裝置的鋼絲繩檢測(cè)。有學(xué)者也研究了采用（XD圖像傳感器正面拍攝提升機(jī)鋼絲繩，來(lái)檢測(cè) 鋼絲繩的振動(dòng)位移。而針對(duì)立井提升鋼絲繩的橫向振動(dòng)位移檢測(cè)研究尚存在如下問(wèn)題：第 一，在立井提升過(guò)程中，鋼絲繩沿自身橫截面在X-Y二個(gè)方向上橫向擺動(dòng)，且需要在主導(dǎo)輪 上重復(fù)卷繞，而目前的鋼絲繩圖像處理技術(shù)主要采用正對(duì)鋼絲繩成像的方式，難以實(shí)現(xiàn)對(duì) 鋼絲繩的橫向擺動(dòng)檢測(cè)；第二，由于煤礦鋼絲繩工作環(huán)境存在可見(jiàn)度低、粉塵多、濕度大等 問(wèn)題，且立井提升過(guò)程中鋼絲繩的橫向擺動(dòng)，特別是懸掛點(diǎn)的橫向擺動(dòng)較小，采用鋼絲繩直 接成像的方式難以獲得較高的精確度，因?yàn)樾枰紤]鋼絲繩的成像方式和成像背景，以提 高鋼絲繩在圖像中的區(qū)分度，而目前缺乏相應(yīng)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兼具 可靠性和便捷性的立井提升鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)裝置及方法。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的立井提升鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)裝置，包括支撐架、縱向激 光器、縱向攝像頭、縱向遮光罩、橫向激光器、橫向攝像頭、橫向遮光罩、信號(hào)處理器；所述的 支撐架固定在立井提升井口井架上，支撐架的縱橫向兩個(gè)面上分別設(shè)有縱向激光器和橫向 激光器，并設(shè)有分別包裹縱向激光器和橫向激光器所發(fā)光幕的橫向遮光罩和縱向遮光罩， 縱橫向兩個(gè)激光器位于各自遮光罩內(nèi)的中間位置，激光器的激光發(fā)射方向與攝像頭的拍攝 方向一致，縱橫兩個(gè)激光器的激光發(fā)射方向相互垂直；縱向激光器和橫向激光器的后部分 別設(shè)有縱向攝像頭和橫向攝像頭，所述支撐架內(nèi)部頂壁上設(shè)有信號(hào)處理器，所述橫向激光 器、橫向攝像頭、縱向激光器、縱向攝像頭分別經(jīng)信號(hào)線與信號(hào)處理器相連接，信號(hào)處理器 控制縱橫向兩個(gè)激光器的開(kāi)閉，同時(shí)控制縱橫向兩個(gè)攝像頭分別對(duì)鋼絲繩縱橫兩個(gè)面拍攝 激光器照射到后在支撐架內(nèi)壁上的投影圖像，并將信號(hào)傳送給信號(hào)處理器；所述的支撐架、 橫向遮光罩、縱向遮光罩的頂部和底部分別設(shè)有通過(guò)鋼絲繩的圓孔，圓孔的直徑超過(guò)鋼絲 繩的橫向擺動(dòng)范圍。
[0007] 所述橫向激光器的激光發(fā)射口距離橫向攝像頭鏡頭的軸向距離小于2cm ;所述縱 向激光器的激光發(fā)射口距離縱向攝像頭鏡頭的軸線距離小于2cm。
[0008] 所述的橫向激光器與縱向激光器之間的垂直間距為10cm~15cm。
[0009] 所述的橫向遮光罩和縱向遮光罩的高度為5cm~10cm，具體取決于各自激光器產(chǎn) 生的光幕大小，橫向遮光罩的上頂板與縱向遮光罩的下底板的距離大于5cm，取決于縱橫向 兩個(gè)激光器產(chǎn)生光幕交叉影響的最近距離。
[0010] 上述裝置的立井提升鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0011] a、將支撐架固定在立井提升井口井架上，在支撐架內(nèi)壁分橫向和縱向設(shè)置橫向激 光器、縱向激光器，在縱橫向兩個(gè)激光器背部沿激光器投射方向設(shè)置橫向攝像頭、縱向攝像 頭，在支撐架內(nèi)壁側(cè)面設(shè)置橫向遮光罩和縱向遮光罩，兩激光器位于各自遮光罩沿垂直方 向的中間位置，在支撐架內(nèi)部頂壁上安裝信號(hào)處理器，將橫向激光器、橫向攝像頭、縱向激 光器、縱向攝像頭經(jīng)信號(hào)線與信號(hào)處理器相連接；
[0012] b、工作時(shí)，由信號(hào)處理器同時(shí)打開(kāi)橫向激光器、橫向攝像頭、縱向激光器、縱向攝 像頭，縱橫向兩個(gè)激光器沿縱橫兩個(gè)方向產(chǎn)生光幕照射在支撐架的內(nèi)壁上，縱橫向兩個(gè)攝 像頭分別拍攝各自對(duì)應(yīng)激光器照射到鋼絲繩后在支撐架內(nèi)壁上的投影圖像，將信號(hào)時(shí)實(shí)傳 送給信號(hào)處理器；
[0013] c、信號(hào)處理器根據(jù)鋼絲繩在支撐架內(nèi)壁形成的投影圖像信息，由公式（1)計(jì)算鋼 絲繩中軸線(^與支撐架中軸線0之間的橫向距離X、縱向距離Y :
[0015] 式中，r為提升鋼絲繩直徑，a為橫向攝像頭拍攝的鋼絲繩的內(nèi)側(cè)投影邊界距離支 撐架縱向中心線的距離，b為橫向攝像頭拍攝的鋼絲繩的外側(cè)投影邊界距離支撐架縱向中 心線的距離，c為縱向攝像頭拍攝的鋼絲繩的內(nèi)側(cè)投影邊界距離支撐架橫向中心線的距離， d為縱向攝像頭拍攝的鋼絲繩的外側(cè)投影邊界距離支撐架橫向中心線的距離，1為橫向激 光器發(fā)射點(diǎn)距離支撐架成像內(nèi)壁的距離，h為縱向激光器發(fā)射點(diǎn)距離支撐架成像內(nèi)壁的距 離；
[0016] d、當(dāng)鋼絲繩發(fā)生橫向擺動(dòng)時(shí)，信號(hào)處理器通過(guò)公式（1)進(jìn)行處理，不斷獲得發(fā)生 變化的鋼絲繩中軸線(V與支撐架中軸線0之間的橫向距離t、縱向距離t，由公式（2) 獲得鋼絲繩兩個(gè)方向的橫向擺動(dòng)位移ΔΧ、ΔΥ為：
[0018] 實(shí)現(xiàn)對(duì)立井提升鋼絲繩的橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)。
[0019] 有益效果：本發(fā)明采用正交的兩個(gè)激光器對(duì)鋼絲繩進(jìn)行照射，利用攝像頭拍攝各 自對(duì)應(yīng)激光器照射到鋼絲繩后的投影圖像，即可以實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼絲繩沿自身橫截面在X-Y二 個(gè)方向上橫向擺動(dòng)位移量，適用于立井提升鋼絲繩的橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)。同時(shí)，利用激光亮 度高、方向性好、單色性好等優(yōu)點(diǎn)，提高了鋼絲繩在圖像中的區(qū)分度，且利用投影成像原理， 放大了鋼絲繩的實(shí)際直徑，以獲得更高的鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)精度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠 性強(qiáng)，使用方便，經(jīng)濟(jì)效益明顯，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明的檢測(cè)原理圖。
[0022] 圖中：1-立井提升井口井架，2-支撐架，3-縱向激光器，4-縱向攝像頭，5-縱向遮 光罩，6-橫向遮光罩，7-橫向攝像頭，8-橫向激光器，9-鋼絲繩，10-信號(hào)處理器。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述：
[0024] 本發(fā)明的立井提升鋼絲繩橫向擺動(dòng)位移檢測(cè)裝置，主要由支撐架2、縱向激光器 3、縱向攝像頭4、縱向遮光罩5、橫向激光器8、橫向攝像頭7、橫向遮光罩6、信號(hào)處理器10 構(gòu)成；所述的支撐架2固定在立井提升井口井架1上，在支撐架2內(nèi)壁上分橫向和縱向，縱 橫向兩個(gè)面上分別設(shè)有縱向激光器3和橫向激光器8，并設(shè)有分別包裹縱向激光器3和橫向 激光器8所發(fā)光幕的橫向遮光罩6和縱向遮光罩5,縱橫向兩個(gè)激光器位于各自遮光罩內(nèi) 的中間位置，激光器的激光發(fā)射方向與攝像頭的拍攝方向一致，縱橫兩個(gè)激光器的激光發(fā) 射方向相互垂直；縱向激光器3和橫向激光器8的后部沿激光器投射方向分別設(shè)有縱向攝 像頭4和橫向攝像頭7,在支撐架2內(nèi)壁側(cè)面設(shè)有可以包裹激光器所發(fā)光幕的橫向遮光罩6 和縱向遮光罩5,兩激光器位于各自遮光罩沿垂直方向的中間位置，所述支撐架2內(nèi)部頂壁 上設(shè)有信號(hào)處理器10,所述橫向激光器8、橫向攝像頭7、縱向激光器3、縱向攝像頭4分別 經(jīng)信號(hào)線與信號(hào)處理器10相連接，信號(hào)處理器10控制