立井提升鋼絲繩橫向擺動位移檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測裝置及方法，尤其是一種適用于煤礦立井提升系統(tǒng)的鋼絲繩 橫向擺動位移檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 立井提升是我國煤礦生產的主導形式，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）的承載和傳動構件，其健康狀態(tài)是煤礦 安全生產的重中之重。在提升容器上提和下放過程中，提升容器的偏載、導軌缺陷以及主導 輪的偏心等會造成鋼絲繩的橫向擺動，對提升容器和導軌產生了額外沖擊，也降低了鋼絲 繩的使用壽命，威脅提升系統(tǒng)的安全運行。相應地，通過檢測鋼絲繩的橫向擺動位移，可以 對提升容器、主導輪、導軌、鋼絲繩的健康狀態(tài)進行輔助診斷，對于保障提升系統(tǒng)的安全性 具有重要意義。
[0003] 目前，鋼絲繩的檢測主要集中在張力、內部斷絲、表面形態(tài)等，對鋼絲繩的橫向擺 動位移檢測研究較少。主要存在以下問題：第一，鋼絲繩末端的橫向擺動研究主要通過在提 升容器上安裝陀螺儀、加速度傳感器等檢測提升容器橫向擺動來側面反映，而由于鋼絲繩 與提升容器之間連接構件的安裝誤差和配合間隙等因素，導致依靠提升容器不能真實反映 鋼絲繩的真實橫向擺動情況；第二，對于鋼絲繩懸掛點的橫向擺動，由于鋼絲繩在工作過程 中需要不斷地卷繞，且懸掛點鋼絲繩的橫向擺動量較小，導致橫向擺動位移檢測較為困難， 致使難以量化鋼絲繩在懸掛點與末端之間的橫向振動傳遞特性。
[0004] 近年來，圖像處理技術的發(fā)展為鋼絲繩狀態(tài)監(jiān)測提供了新途徑。專利號為 CN200520040246. 8的鋼絲繩檢測可視儀，采用多可視探頭的中心線匯集相交于傳感器導向 體的導向孔中心線，用于在線檢測鋼絲繩的表面形態(tài)，精確提供缺陷實況，適用于各種起重 裝置的鋼絲繩檢測。有學者也研究了采用（XD圖像傳感器正面拍攝提升機鋼絲繩，來檢測 鋼絲繩的振動位移。而針對立井提升鋼絲繩的橫向振動位移檢測研究尚存在如下問題：第 一，在立井提升過程中，鋼絲繩沿自身橫截面在X-Y二個方向上橫向擺動，且需要在主導輪 上重復卷繞，而目前的鋼絲繩圖像處理技術主要采用正對鋼絲繩成像的方式，難以實現對 鋼絲繩的橫向擺動檢測；第二，由于煤礦鋼絲繩工作環(huán)境存在可見度低、粉塵多、濕度大等 問題，且立井提升過程中鋼絲繩的橫向擺動，特別是懸掛點的橫向擺動較小，采用鋼絲繩直 接成像的方式難以獲得較高的精確度，因為需要考慮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，而目前缺乏相應的研究。

【發(fā)明內容】

[0005] 技術問題：本發(fā)明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，兼具 可靠性和便捷性的立井提升鋼絲繩橫向擺動位移檢測裝置及方法。
[0006] 技術方案：本發(fā)明的立井提升鋼絲繩橫向擺動位移檢測裝置，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面上分別設有縱向激光器和橫向 激光器，并設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， 縱橫向兩個激光器位于各自遮光罩內的中間位置，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 別設有縱向攝像頭和橫向攝像頭，所述支撐架內部頂壁上設有信號處理器，所述橫向激光 器、橫向攝像頭、縱向激光器、縱向攝像頭分別經信號線與信號處理器相連接，信號處理器 控制縱橫向兩個激光器的開閉，同時控制縱橫向兩個攝像頭分別對鋼絲繩縱橫兩個面拍攝 激光器照射到后在支撐架內壁上的投影圖像，并將信號傳送給信號處理器；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有通過鋼絲繩的圓孔，圓孔的直徑超過鋼絲 繩的橫向擺動范圍。
[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 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 兩個激光器產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位移檢測方法，包括如下步驟：
[0011] a、將支撐架固定在立井提升井口井架上，在支撐架內壁分橫向和縱向設置橫向激 光器、縱向激光器，在縱橫向兩個激光器背部沿激光器投射方向設置橫向攝像頭、縱向攝像 頭，在支撐架內壁側面設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，在支撐架內部頂壁上安裝信號處理器，將橫向激光器、橫向攝像頭、縱向激 光器、縱向攝像頭經信號線與信號處理器相連接；
[0012] b、工作時，由信號處理器同時打開橫向激光器、橫向攝像頭、縱向激光器、縱向攝 像頭，縱橫向兩個激光器沿縱橫兩個方向產生光幕照射在支撐架的內壁上，縱橫向兩個攝 像頭分別拍攝各自對應激光器照射到鋼絲繩后在支撐架內壁上的投影圖像，將信號時實傳 送給信號處理器；
[0013] c、信號處理器根據鋼絲繩在支撐架內壁形成的投影圖像信息，由公式（1)計算鋼 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側投影邊界距離支 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側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)射點距離支撐架成像內壁的距離，h為縱向激光器發(fā)射點距離支撐架成像內壁的距 離；
[0016] d、當鋼絲繩發(fā)生橫向擺動時，信號處理器通過公式（1)進行處理，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) 獲得鋼絲繩兩個方向的橫向擺動位移ΔΧ、ΔΥ為：
[0018] 實現對立井提升鋼絲繩的橫向擺動位移檢測。
[0019] 有益效果：本發(fā)明采用正交的兩個激光器對鋼絲繩進行照射，利用攝像頭拍攝各 自對應激光器照射到鋼絲繩后的投影圖像，即可以實時檢測鋼絲繩沿自身橫截面在X-Y二 個方向上橫向擺動位移量，適用于立井提升鋼絲繩的橫向擺動位移檢測。同時，利用激光亮 度高、方向性好、單色性好等優(yōu)點，提高了鋼絲繩在圖像中的區(qū)分度，且利用投影成像原理， 放大了鋼絲繩的實際直徑，以獲得更高的鋼絲繩橫向擺動位移檢測精度，其結構簡單，可靠 性強，使用方便，經濟效益明顯，在本技術領域內具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明的檢測原理圖。
[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-信號處理器。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述：
[0024] 本發(fā)明的立井提升鋼絲繩橫向擺動位移檢測裝置，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、信號處理器10 構成；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內壁上分橫向和縱向，縱 橫向兩個面上分別設有縱向激光器3和橫向激光器8，并設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,縱橫向兩個激光器位于各自遮光罩內 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有縱向攝 像頭4和橫向攝像頭7,在支撐架2內壁側面設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內部頂壁 上設有信號處理器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 經信號線與信號處理器10相連接，信號處理器10控制