基于机器视觉的天轮偏摆在线监测系统的设计与研究

发布时间：2020-09-11 17:11

　　在矿井提升系统中,天轮作为其中的一个关键运行装置,主要起承力和导向的作用。由于其长时重载且运转繁忙,会产生偏摆故障,导致重大事故的发生。考虑到天轮作为运转轮体,自身不易安装传感器,且在其临近结构安装传感器时检测误差较大,本文提出一种基于机器视觉的天轮偏摆在线监测系统,采用非接触的方式监测天轮的偏摆量。本文运用机器视觉处理技术,使用由美国国家仪器公司开发的Labview软件开发平台以及其相关的视觉模块,完成基于图像处理技术的天轮偏摆量测量系统的设计开发,并将其尺寸测量数据传输到Labview故障诊断平台上,实现天轮偏摆故障的在线监测。基于矿井提升系统运行特性,研究了天轮偏摆对钢丝绳横向振动位移的影响。本文将天轮的横向偏摆作为提升系统的横向激励,建立了提升钢丝绳横向振动动力学模型,利用有限差分法求解振动方程,通过动态响应模拟,验证了天轮偏摆将明显加剧提升钢丝绳横向振动位移。根据天轮的工作环境,制定了监测系统的功能需求,设计了基于机器视觉的天轮偏摆故障在线监测硬件系统方案,完成了系统的总体构架设计及硬件设备选型,实现硬件间有效的通信与传输。基于NI的视觉核心模块以及视觉助手,制定了以图像处理技术为核心的天轮偏摆量尺寸测量程序。采用中值滤波法在频率上通过傅里叶变换获得频谱成分进行图像增强等图像预处理;使用Canny算子进行边缘特征提取,在二维高斯函数平滑滤波后通过一阶微分算子获得兴趣区域的边缘梯度幅值和梯度方向,实现了边缘检测、尺寸测量等处理。利用张氏标定法进行相机的标定,实现了像素坐标与世界坐标的转换,并验证了标定信息的可靠性。利用上述的标定信息对尺寸测量系统进行标定,完成了基于图像处理技术的尺寸测量软件程序设计,实现了测量值由像素单位到实际物理单位的转化。搭建了基于机器视觉的天轮偏摆监测实验平台,在某提升装置上进行了实验,对已知距离的模拟天轮进行20次实验检测,验证了尺寸测量系统的准确性和稳定性。并将其安装于现场进行测试,验证了系统的稳定性。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD53;TP391.41

【参考文献】