一种工业卷扬钢丝绳断丝检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种工业卷扬钢丝绳断丝检测方法及装置。该工业卷扬钢丝绳断丝检测装置包括截头圆锥筒、扭力弹簧、棘轮、摄像装置、数据采集装置、工控机、机体和机体位置调节装置。所述截头圆锥筒为三块锥形板，当钢丝绳断丝穿过所述截头圆锥筒小端开口，钢丝绳断丝推动固定在所述锥形板大端的棘轮转过棘爪位置后，所述锥形板在所述扭力弹簧推动下继续转动，所述摄像装置采集所述截头圆锥筒外表面图像，经过数据采集装置传入工控机，所述工控机对传入的图像分析处理，计算出所述截头圆锥筒锥面母线倾斜度，并根据所述倾斜度变化数值大小判定本段有无钢丝绳断丝。本发明能识别工业卷扬钢丝绳有无断丝，可代替检修人员人眼识别，消除安全隐患。

说明书

技术领域

本发明属于工程机械领域，具体地，涉及一种工业卷扬钢丝绳断丝检测方法及装置。

背景技术

工业卷扬作业的稳定性、可靠性和安全性直接影响到人身安全、生产设施安全和财产安全。钢丝绳是工业卷扬机的重要部件之一。由于钢丝绳的无序乱绳、重载、使用过度以及与其它物体的摩擦，都会造成钢丝绳的磨损、变形和结构方面的损伤，最终体现为钢丝绳断丝。当钢丝绳磨损、断裂到一定程度时，会导致钢丝绳报废。就需要换下旧的钢丝绳，但更换新钢丝绳时增加了机械操作成本和维护成本。

为及时获知工业卷扬钢丝绳的实际工作情况，需要对工业卷扬钢丝绳断丝进行检测。目前在实际的生产施工中，对于工业卷扬钢丝绳的断丝状况识别，基本没有自动化程度高、可靠性好、稳定性强的设备使用，主要是依靠人工检查断丝或人工观看视频监控判断钢丝绳是否存在断丝，极为浪费劳动力；且通常由于钢丝绳断丝太过细微，导致肉眼较难观察得到，或是操作人员疏忽，未能及时排除钢丝绳断丝状况，甚至是在监控视频中也无法体现有无断丝，容易给工程施工留下较大安全隐患。

发明内容

针对上述工业卷扬钢丝绳断丝给工程施工带来的安全隐患，以及人工验绳过程中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于工业卷扬钢丝绳断丝检测的方法及装置，将钢丝绳断丝这种肉眼难以观察的变化，转为截头圆锥筒锥形板转动这种在工业相机视野中极为明显的变化，利用工控机分析处理所述摄像装置捕捉的实时图像，识别工业卷扬钢丝绳的断丝状况，从而能够对工业卷扬钢丝绳断丝情况进行判断。

本发明提供一种工业卷扬钢丝绳断丝检测方法，所述工业卷扬钢丝绳断丝检测方法包括以下步骤：

S1.使钢丝绳通过一截头圆锥筒，所述截头圆锥筒由三块锥形板组成，所述锥形板的大端固定在棘轮上；

S2.转动所述棘轮，调整所述截头圆锥筒的锥形板的倾斜度，使所述截头圆锥筒小端开口内直径与钢丝绳直径之差不超过预设值；

S3.所述钢丝绳在电机驱动下自所述截头圆锥筒的大端向小端方向移动；

S4.摄像装置采集所述截头圆锥筒外表面的视频图像，数据采集模块将所述摄像装置采集的所述视频图像传入工控机；

S5.所述工控机对所述视频图像预处理,得到所述截头圆锥筒各锥形板的倾斜度；

S6.所述工控机计算所述截头圆锥筒各锥形板倾斜度的变化值，根据所述锥面倾斜度的变化值判断钢丝绳是否断丝。

进一步，所述工控机对所述视频图像预处理的具体步骤包括：所述工控机将所述视频图像按帧处理，将所述视频图像转化为灰度图像，对灰度图像降噪滤波，对降噪滤波处理的灰度图像转化为二值图像，利用所述截头圆锥筒外表面与图像背景的像素值不同，从降噪滤波处理的灰度图像中分离出所述截头圆锥筒外表面图像，再对所述截头圆锥筒外表面图像做边缘检测操作得到锥形板母线，所述锥形板母线是指所述截头圆锥筒被检测出的边缘中，长度数值最大的一条边缘线段，所述工控机记录所述锥形板母线在第i帧图像中的起点坐标(X

进一步，所述计算各锥形板母线倾斜度的变化值error_g的具体步骤为：所述工控机记录在第i帧图像中的锥形板母线倾斜度grad(i),通过公式:

进一步，所述判断钢丝绳是否发生断丝的判定方法包括：所述工控机将计算得到所述截头圆锥筒各锥形板母线倾斜度的变化值error_g，与设置于工控机内存中的倾斜度变化阀值max_g比较数值大小关系，若所述锥形板母线倾斜度的变化值error_g数值大于所述倾斜度变化阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳发生断丝，若所述锥形板母线倾斜度的变化值error_g数值小于所述倾斜度变化阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳未发生断丝，所述阀值max_g可根据实际应用经验设定。

本发明还提供一种工业卷扬钢丝绳断丝检测装置，该装置包括截头圆锥筒、棘轮、扭力弹簧、摄像装置、数据采集装置、工控机、机体和机体位置调节装置,所述截头圆锥筒由三块锥形板组成，所述截头圆锥大端固定连接有棘轮，所述棘轮通过轴与所述机体连接，所述扭力弹簧布置在所述机体与所述截头圆锥筒内表面形成的楔形空间内，所述摄像装置布置在所述机体内壁，且所述摄像装置的镜头对准所述截头圆锥筒外表面，所述数据采集装置一端连接所述摄像装置、一端连接所述工控机，所述工控机放置于所述机体上的固定位置，所述机体的左右两侧与所述机体位置调节装置相连，所述机体位置调节装置支撑所述机体及所述机体上布置的所有零部件。

进一步，所述截头圆锥筒的锥形板与锥形板之间是分离的，每个锥形板对应的弧度值为120度，每个锥形板大端与一个所述棘轮两端面固定连接,所述锥形板的转动可被钢丝绳断丝触发，钢丝绳无断丝则所述锥形板不会转动。

进一步，所述棘轮的数量为三个，沿同一圆周相隔120度均匀分布，所述棘轮通过轴连接所述机体，所述棘轮配套的棘爪也固定在所述机体上，转动所述棘轮可带着所述截头圆锥筒锥形板转动。

进一步，所述扭力弹簧的数量为三个，沿同一圆周相隔120度均匀分布，所述扭力弹簧一端固定在所述机体上，另一端固定于所述截头圆锥筒锥形板大端内表面。

进一步，所述摄像装置由三个工业相机组成，沿周向相隔120度布置于所述机体上的相机安装孔，用于采集所述截头圆锥筒外表面的视频图像，所述三个工业相机同时工作，可实现所述截头圆锥筒外轮廓数据的全方位采集。

进一步，所述机体外形为六边形盒体，所述机体上具有多个大小不同的开孔，每个开孔具有特定的作用，包括放置所述棘轮的开孔、安装所述工业相机的开孔、使钢丝绳通过的开孔等。

进一步，所述机体位置调节装置分为左右两部分，两部分的结构完全相同，采用丝杆与螺纹配合传动，转动丝杆上连接的旋钮实现所述机体位置的调节。

进一步，所述工控机包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

一个摄像装置包含三个工业相机，三个工业相机同时进行图像采集，视野内360度全覆盖，避免出现缺陷死角；

设计了棘轮机构，通过拨动所述棘轮可调整所述截头圆锥筒1小端开口直径，使不同直径钢丝绳顺利通过，有效适用不同直径的钢丝绳；

可在工业卷扬钢丝绳的操作或维护过程中识别钢丝绳的断丝状态，自动化程度高，代替人工直接检查或人工观看视频监控判断断丝，从而为工作人员提供预警，消除安全隐患，降低安全损失。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的工业卷扬钢丝绳断丝检测装置的构造图；

图2是根据本发明的实施方式的截头圆锥筒部分触发状态示意图；

图3是根据本发明的实施方式的工业卷扬钢丝绳断丝检测方法的流程图；

图4是根据本发明的实施方式识别出的锥形板母线在图像中的起点坐标和终点坐标的示意图；

图5是根据本发明的实施方式的工业卷扬钢丝绳断丝检测装置的局部正向透视图；

附图标记说明

1截头圆锥筒 2棘轮 3扭力弹簧 4摄像装置 5数据采集装置 6工控机 7机体 8机体位置调节装置 9钢丝绳 10钢丝绳断丝

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1示出了根据本发明的实施方式的工业卷扬钢丝绳断丝检测装置的构造图，包括用于提示钢丝绳存在断丝的截头圆锥筒1、用于转动所述截头圆锥筒1锥形板的棘轮2、用于增大所述棘轮2越过棘爪后的锥形板倾斜度grad(i)的扭力弹簧3、用于采集所述截头圆锥筒1外表面视频图像的摄像装置4、用于将所述摄像装置4采集到的视频图像传输入工控机6的数据采集模块5、用于对所述摄像装置4采集的视频图像分析处理，得到截头圆锥各锥形板倾斜度grad(i)，根据所述截头圆锥筒各锥形板母线倾斜度的变化值error_g判断钢丝绳断丝状况的工控机6，用于支撑和固定所述截头圆锥筒1的锥形板、棘轮2、扭力弹簧3、摄像装置4、数据采集装置5、工控机6的机体7，用于调节所述机体上下、前后位置的机体位置调节装置8。

所述摄像装置4包括3个工业相机，所述工业相机围绕所述截头圆锥筒1的圆周相隔120度布置，用于捕捉所述截头圆锥筒1的视频图像，所述摄像装置4通过螺栓与所述机体7连接。

所述数据采集装置5的输入端通过GigE线束连接所述摄像装置4的输出端，用于采集所述摄像装置4的视频信息，所述数据采集模块5的输出端通过GigE线束连接所述工控机6的输入端，用于存入所述摄像装置4采集的视频信息。

如图2所示，钢丝绳断丝10触动所述截头圆锥筒1的一个锥形板小端，图示虚线部分表示钢丝绳断丝10还未通过所述截头圆锥筒1小端时的初始状态，钢丝绳9继续由所述截头圆锥筒1大端向小端方向移动，钢丝绳断丝10推动所述锥形板大端上固定的所述棘轮2转过棘爪位置，在所述扭力弹簧3回弹作用下所述锥形板继续转动一定角度，直至所述棘轮2下一个轮齿转到棘爪位置。

图3示出了本发明所述工业卷扬钢丝绳断丝检测方法的流程示意图。

在一种优选实施例中提供一种工业卷扬钢丝绳断丝检测方法，该工业卷扬钢丝绳断丝检测方法步骤包括：

S1.使钢丝绳通过一截头圆锥筒，所述截头圆锥筒由三块锥形板组成，所述锥形板的大端固定在所述棘轮上；

S2.转动所述棘轮，调整所述截头圆锥筒的锥形板的倾斜度，使所述截头圆锥筒小端开口内直径与钢丝绳直径之差不超过预设值；

S3.所述钢丝绳在电机驱动下自所述截头圆锥筒的大端向小端方向移动；

S4.摄像装置采集所述截头圆锥筒外表面的视频图像，数据采集模块将所述摄像装置采集的所述视频图像传入工控机；

S5.所述工控机对所述视频图像预处理,得到所述截头圆锥筒各锥形板的倾斜度；

S6.所述工控机计算所述截头圆锥筒各锥形板倾斜度的变化值，根据所述锥面倾斜度的变化值判断钢丝绳是否断丝。

一种优选实施例中，所述工控机7对所述视频图像预处理的具体步骤包括：所述工控机7将所述视频图像按帧处理，将所述视频图像转化为灰度图像，对灰度图像降噪滤波，对降噪滤波处理的灰度图像转化为二值图像，利用所述截头圆锥筒1外表面与图像背景的像素值的不同，从降噪滤波处理的灰度图像中分离出所述截头圆锥筒1外表面图像，再对所述截头圆锥筒1外表面图像做边缘检测操作得到锥形板母线，所述锥形板母线是指所述截头圆锥筒1被检测出的边缘中，长度数值最大的一条边缘线段，所述工控机7记录所述锥形板母线在第i帧图像中的起点坐标(X

一种优选实施例中，所述降噪滤波处理是指使用双边滤波对图像噪点进行抑制；所述自适应二值化处理使用高斯加权和的策略，从降噪滤波处理的灰度图中分离出所述截头圆锥筒1外表面图像；所述边缘检测操作是指使用拉普拉斯检测算子提取所述截头圆锥筒1外表面边缘，再用霍夫直线方法对检测出来的边缘拟合为直线段；所述记录锥形板母线起点坐标是指记录锥形板母线段各点中Y轴坐标数值最大的点，所述记录锥形板母线终点坐标是指记录锥形板母线段各点中Y轴坐标数值最小的点。

一种优选实施例中，所述一次预处理过程中视频图像总帧数等于一次检测过程中所述摄像装置采集的视频图像帧数。

一种优选实施例中，所述计算各锥形板母线倾斜度的变化值error_g的具体步骤为：所述工控机6记录在第i帧图像中的锥形板母线倾斜度grad(i),通过公式:

一种优选实施例中，所述的工控机6记录在第i帧图像中的锥形板母线倾斜度grad(i)为每一帧图像中倾斜度最大的母线的倾斜度数值，所述计算所述截头圆锥筒1各锥形板母线倾斜度的变化值error_g存在三个，且同时进行计算，分别对应三个工业相机采集的三个不同角度视频图像中的锥形板母线倾斜度的变化值error_g。

一种优选实施例中，所述判断钢丝绳9是否存在钢丝绳断丝10的判定方法包括：所述工控机6将计算得到所述截头圆锥筒1各锥形板母线倾斜度的变化值error_g，与设置于工控机6内存中的倾斜度变化阀值max_g比较数值大小关系，若所述锥形板母线倾斜度的变化值error_g数值大于所述倾斜度变化阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳发生断丝，若所述锥形板母线倾斜度的变化值error_g数值小于所述倾斜度变化阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳9未发生断丝。

一种优选实施例中，若所述三个锥形板母线倾斜度的变化值error_g中存在任意一个error_g数值大于阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳9发生断丝，若同时计算的三个error_g数值均小于阀值max_g，则判断工业卷扬钢丝绳9未发生断丝。

在一种较优选的实施方式中，还提供一种工业卷扬钢丝绳断丝检测装置，包括截头圆锥筒1、棘轮2、扭力弹簧3、摄像装置4、数据采集装置5、工控机6、机体7和机体位置调节装置8,所述截头圆锥筒1由三块锥形板组成，所述截头圆锥1的锥形板大端固定连接所述棘轮2，所述锥形板能围绕所述棘轮2转动，所述棘轮2通过轴与机体7连接，所述扭力弹簧3布置在所述机体7与所述截头圆锥筒1内表面形成的楔形空间内，所述摄像装置4布置在机体7内壁，且所述摄像装置4的镜头对准所述截头圆锥筒1外表面，所述数据采集装置5一端连接所述摄像装置4、一端连接所述工控机6，所述工控机7放置于所述机体8上的固定位置，所述机体8的左右两侧与所述机体位置调节装置8相连，所述机体位置调节装置8支撑所述机体7及所述机体上布置的所有零部件；所述截头圆锥筒1的锥形板转动角度超过设定值后表明钢丝绳9存在断丝10、所述棘轮2用于切换所述截头圆锥筒1锥形板停止和转动状态、所述扭力弹簧3用于推动锥形板在所述棘轮2越过棘爪后继续转动、所述机体7用于支撑和固定其他硬件、所述机体位置调节装置8用于调节机体位置、所述摄像装置4用于采集所述截头圆锥筒1外表面视频图像、所述数据采集模块5用于将所述摄像装置4采集到的视频图像传输入工控机6、所述工控机6用于对所述摄像装置4采集的视频图像分析处理，得到各锥形板倾斜度，根据所述截头圆锥1各锥形板母线倾斜度的变化值判断钢丝绳9断丝状况。

在一种较优选的实施方式中，如图5所示，所述截头圆锥筒1由三个锥形板组成，所述锥形板外表面可喷涂彩色颜料，方便工控机6从采集的图像中分离出所述锥形板的外表面图像，每个锥形板对应的弧度值为120度，每个锥形板大端与一个所述棘轮2固定连接，所述棘轮2转动会带动连接的锥形板转动。

在一种较优选的实施方式中，如图5所示，所述棘轮2有三个，沿同一圆周均匀分布，所述棘轮2通过轴连接机体，所述棘轮2的棘爪固定在机体7上，棘爪采用弹塑性材料制成，可在所述棘轮2轮齿的推力作用下产生弹性形变，使所述棘轮2轮齿方便的转过。

在一种较优选的实施方式中，如图5所示，所述扭力弹簧3有三个，沿同一圆周均匀分布，所述扭力弹簧3一端固定在机体7上，另一端固定于锥形板大端内表面；所述扭力弹簧3产生的弹性力大于带动所述截头圆锥筒1的一个锥形板转动需要的力，但小于带动所述棘轮2转过棘爪需要的力。

在一种较优选的实施方式中，如图5所示，所述摄像装置4由三个工业相机组成，所述摄像装置4的镜头对准所述截头圆锥筒1的的锥形板外表面，沿周向相隔120度布置，用于采集所述截头圆锥筒1外表面的视频图像，且所述摄像装置4视野范围内可将所述截头圆锥筒1外表面完全覆盖。

在一种较优选的实施方式中，如图5所示，所述机体7外形为六边形盒体，所述机体7上具有多个大小不同的开孔，每个开孔具有特定的作用，包括放置所述棘轮2的开孔、安装所述摄像装置4的开孔、使钢丝绳9通过的开孔等。

在一种较优选的实施方式中，如图1所示，所述机体位置调节装置8分为左右两部分，两部分的结构相同，所述机体位置调节装置8依靠丝杆的转动调节机体7在空间中的前后、上下位置。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。