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基于机器视觉的矿井提升系统钢丝绳振动监测研究

郭宁  
【摘要】:在煤矿生产与建设过程中,提升系统起到连接井下与地上的“咽喉”作用,它的安全运行与否与煤矿安全高效生产密不可分。其中钢丝绳作为提升系统十分重要的组成部分,对它的正常稳定工作起到决定性的作用。近年来提升系统钢丝绳的运行速度与载重量有巨大的提升,通过监测钢丝绳振摆参数来评估提升系统运行状况,以及更进一步实现故障的提前预测在整个煤矿安全生产方面显得尤为重要。本文主要针对矿井提升系统钢丝绳振动开展了基于机器视觉的监测方法研究。主要以某煤矿提升系统为例进行运动学计算,建立该提升系统的五自由度数学模型。针对提升速度、提升钢丝绳张力及其固有频率、天轮偏摆与绳槽磨损带来的钢丝绳振动激励进行分析。基于机器视觉与监测系统实际应用场景提出了单目机器视觉监测系统方案,对整个单目机器视觉监测系统进行整体设计,针对系统的功能需求对监测系统的图像采集模块、信息通讯模块和软件处理模块进行细化与硬件设备参数研究。对机器视觉监测系统的成像理论进行研究,将机器视觉中四个空间坐标系对应点的转化过程进行数学公式推导,得到准确的转化公式。推导出相机内参矩阵与畸变系数矩阵,对两个矩阵的求解方法进行程序编译,实现相机标定,并通过对比实验验证相机标定结果是否准确。对本文研究的钢丝绳的振动参数计算原理进行分析,编写了针对钢丝绳图片的后续图像处理算法。主要包括图像预处理中的灰度获取,滤波变换,减少图像处理运算量的ROI技术,降低识别难度的对比度调整和边缘检测。对同种图像处理步骤的不同类型算法进行处理效果显示对比并做出最终选择。设计了机器视觉监测软件并进行监测实验。在钢丝绳动态运行测试系统基础上搭建机器视觉监测实验台完成钢丝绳的监测实验,同时使用位移传感器设置对比实验,得到两组实验数据。通过对实验数据的处理与误差分析,证明本文研究的单目机器视觉监测系统在对钢丝绳横向振动位移监测十分有效。


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