CN107966232B - 基于机器视觉的起重装备制动器性能监测方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种起重装备制动器性能的监测方法与系统，包括图像采集单元、图像处理分析单元、数据存储模块、数据通讯模块、远程分析诊断中心、实时显示模块、声光报警模块、功能按键,以解决现有技术中存在的无法对制动力矩、推动器行程进行长期实时在线监测与预知维修的问题。

Description

基于机器视觉的起重装备制动器性能监测方法与系统

技术领域

本发明涉及起重装备性能监测领域，特别是一种基于机器视觉的起重装备制动器性能监测方法与系统。

背景技术

起重装备广泛应用于冶金、电力、港口、物流、机械制造、建筑业和海洋工程等国民经济各行业中，是工业生产的重要工艺设备。动力驱动的起重机，其起升、变幅、运行、旋转机构都必须装设制动器。电力液压制动器为起重装备常用标准系列制动器，主要由电力液压推动器和制动架两部分组成。电力液压推动器由驱动电动机及器身(离心泵)，器身部分由盖、缸、活塞杆、推杆、推杆护套、叶轮及转轴组成。制动架主要由制动瓦块、制动力臂、制动拉杆、杠杆、制动弹簧等零部件组成。制动器是利用磨擦原理来实现机构制动的。制动器的磨擦零件以一定的作用力压紧机构中的制动轮或制动盘，产生制动力矩，利用这个制动力矩，使物体质量和惯性力产生的力矩减小，直至两个力矩平衡，达到调速或制动的要求。制动力矩的大小与推动器行程直接反映制动器的性能。在制动器工作时，制动力矩由两部分构成的，一部分是制动架上的制动弹簧预紧力产生的制动力矩；另外一部分是电力液压推动器的推力产生的制动力矩。制动弹簧布置在弹簧管内，并在一侧设有制动力矩标尺供安装、维保人员观察制动力矩的大小以便做出相应的调整。在推动器的推杆护套旁边设置了行程指示标尺，推动器的工作行程必须在行程指示标尺绿色范围之间。推杆护套下端在制动器闭合时进入行程标尺红色区域内的状态下使用，否则制动器可能失灵导致严重事故发生。

随着现代自动化工业技术的日趋成熟，起重装备制动器的性能监测由于生产效率、人力资源分配、工作环境恶劣等多方面原因，很多时候不能通过人工作业完成或是人工作业达不到工业生产要求。在这种情况下，需要利用机器视觉系统作为代替人工作业。机器视觉技术通过图像采集装置将采集的对象转换成图像信号，然后传送给图像处理系统。将图像信号转化为数字信号；图像处理系统再根据得到的数字信号，抽取目标特征，判断设备的运行状态。

目前起重装备制动器的制动弹簧预紧力与推动器行程主要依靠人工目视检测制动力矩标尺以判断预紧力大小是否在安全范围内以及推动器工作行程是否在行程标尺范围以内，但是人工检测效率低、速度慢、受主观影响，精度一般，易疲劳，受情绪波动，工作时间有限，不易信息集成、人力与管理成本上升，不适合恶劣和危险环境。由于人工检测需要在起重装备停机状态下进行，因此无法实时动态的对制动器状态进行监测。另一种方法是推动器上安装接近开关、机械限位开关检测制动器工作状态，在推动器上安装电子尺检测推动器行程，但是接近开关、机械限位开关只能检测制动器是否处于打开或闭合状态，无法测量推杆行程。电子尺虽然可以测量推动器行程，但受环境因素影响较大，精度不高。且无论是安装接近开关、机械限位开关或电子尺，都需要在推动器上钻孔，对于出厂时未安装制动器接近开关、机械限位、电子尺的在役起重装备，如需要安装以上检测装置，由于涉及到钻孔加工，破坏推动器现有结构，一定程度上降低了制动器的安全系数，安装难度较大。

发明内容

本发明提供了一种基于机器视觉的起重装备制动器性能监测方法与系统，以解决现有技术中存在的无法对制动力矩、推动器行程进行长期实时在线监测与预知维修的问题。

本发明提供的一种基于机器视觉的起重装备制动器性能监测系统，包括图像采集单元、图像处理分析单元、数据存储模块、数据通讯模块、远程分析诊断中心、实时显示模块、声光报警模块、功能按键一、功能按键二。图像采集单元与图像处理分析单元相连；图像处理分析单元与实时显示模块、声光报警模块相连；图像处理分析单元与数据存储模块相连；数据存储模块与数据通讯模块相连；数据通讯模块与远程分析诊断中心相连。

进一步的，功能按键一可以暂时关闭声光报警中的声音报警功能；功能按键二可以控制系统是否开始存储工业相机所拍摄的图像。

进一步的，图像采集单元包括工业相机、相机支架、光源、光源支架、立柱、滑块和安装支架，安装支架的立柱上装有滑块，滑块上装有相机支架和光源支架，相机支架上装有工业相机，光源支架上装有光源。

进一步的，安装支架在安装时与安装部位通过螺纹联接或焊接。

进一步的，安装支架的立柱上的滑块可以上下调节并可以在立柱任意位置锁紧固定，滑块上安装的相机支架可以调节角度与位置并在任意位置锁紧，滑块上安装的光源支架可调节角度与位置。

一种基于机器视觉的起重装备制动器性能监测系统，其制动器性能监测方法，包括以下步骤：

(1)视觉系统采集设置，包含进行光线调整、光源调整、焦距调整设置；

(2)系统软件提取制动弹簧标尺、制动器推杆行程标尺特征图像；

(3)系统软件进行制动器动作跟踪；

(4)进行误差测试滤除干扰数据；

(5)根据制动器动作设定报警阈值；

(6)完成设置进入正常采集模式；

(7)软件测量数据跟随制动器动作进行变化；

(8)软件判断是否超出设置阈值；

(9)如超出预警数值进行报警提示，如无报警进行下一步；

(10)记录每次动作行程数据；

(11)记录制动器动作时间及动作循环周期时间；

(12)循环至步骤(7)；

(13)定时进行数据特征值提取；

(14)预测制动器状态趋势；

(15)提出维保计划并预警。

当制动力矩与推动器行程达到危险值，或变化趋势逐渐接近危险值时，通过安装在司机室现场仪表向司机发送报警信号，提醒司机联系维保人员对制动弹簧与推动器行程进行调整。同时将经过图像处理后的数据传送给远程的诊断分析中心对数据进行分析，找出制动器性能与制动弹簧力矩以及推动器行程变化的规律。给出制动弹簧力矩与推动器行程调节的维修策略，将事后维修转为事先预防，最大限度保障起重装备的安全运行。

附图说明

图1为图像采集单元的结构示意图；

图2为制动弹簧标尺的结构示意图；

图3为制动器推杆行程标尺的结构示意图；

图4为制动器性能监测方法的流程图。

具体实施方式

基于机器视觉的起重装备制动器性能监测系统，包括图像采集单元、图像处理分析单元、数据存储模块、数据通讯模块、远程分析诊断中心、实时显示模块、声光报警模块、功能按键一、功能按键二。

如图1所示图像采集单元包括工业相机3、相机支架6、光源4、光源支架5、立柱1、滑块2和安装支架，安装支架的立柱上装有滑块2，滑块2上装有相机支架6和光源支架5，相机支架6上装有工业相机3，光源支架5上装有光源4。

进一步的，安装支架在安装时与安装部位通过螺纹联接或焊接。

进一步的，安装支架的立柱上的滑块可以上下调节并可以在立柱任意位置锁紧固定，滑块上安装的相机支架可以调节角度与位置并在任意位置锁紧，滑块上安装的光源支架可调节角度与位置。

将图像采集单元与图像处理分析单元相连；图像处理分析单元与实时显示模块、声光报警模块相连；图像处理分析单元与数据存储模块相连；数据存储模块与数据通讯模块相连；数据通讯模块与远程分析诊断中心相连；功能按键一可以暂时关闭声光报警中的声音报警功能；功能按键二可以控制系统是否开始存储工业相机所拍摄的图像。

将装有工业相机3与光源4的安装支架放置于制动弹簧标尺正前方，接通工业相机3与光源4电源，运行监测系统软件，将工业相机3采集到的图像在显示器上显示出来。调整安装支架位置，调节滑块2的上下位置、调节工业相机3、光源4的角度与位置，使制动弹簧标尺位于工业相机3镜头视野范围内且能够采集到标尺清晰的图像。制动弹簧标尺由弹簧方管11、弹簧标尺12、制动弹簧13、示值块14组成，设置一个报警阈值，当制动弹簧标尺刻度超出系统设置阈值时，触发报警。

将装有工业相机3与光源4的安装支架放置于制动器推杆行程标尺正前方，接通工业相机3与光源4电源，运行监测系统软件，将工业相机采集到的图像在显示器上显示出来。调整安装支架位置，调节滑块2的上下位置、调节工业相机3、光源4的角度与位置，使制动器推杆行程标尺位于工业相机3镜头视野范围内且能够采集到标尺清晰的图像。制动器推杆行程标尺由推杆护套7、推动器缸盖10及标尺组成，其中标尺被分为标尺红色区域9和标尺绿色区域8。

起重装备开始通电运行后，系统软件、工业相机3、光源4开始工作，将采集到的图像实时传送到图像处理分析单元，并将处理后的图像在位于司机室的显示器上显示出来。当制动弹簧标尺刻度超出系统设置阈值时，声光报警器工作，提醒司机采取相应措施。系统定期及在制动器工作(打开、闭合)阶段将采集到的图像存储到数据存储模块并通过数据通信模块定期发送至远程分析诊断中心进行分析诊断。

Claims (2)

1.基于机器视觉的起重装备制动器性能监测系统，包括图像采集单元、图像处理分析单元、数据存储模块、数据通讯模块、远程分析诊断中心、实时显示模块、声光报警模块、功能按键一、功能按键二；其中图像采集单元与图像处理分析单元相连；图像处理分析单元与实时显示模块、声光报警模块相连；图像处理分析单元与数据存储模块相连；数据存储模块与数据通讯模块相连；数据通讯模块与远程分析诊断中心相连；功能按键一能暂时关闭声光报警中的声音报警功能；功能按键二能控制系统是否开始存储工业相机(3)所拍摄的图像；所述的图像采集单元包括工业相机(3)、相机支架(6)、光源(4)、光源支架(5)、立柱(1)、滑块(2)和安装支架，安装支架的立柱(1)上装有滑块(2)，滑块(2)上分别装有相机支架(6)和光源支架(5)，滑块(2)能上下调节并在立柱(1)任意位置锁紧固定，滑块(2)上安装的相机支架(6)能调节角度与位置并在任意位置锁紧，滑块(2)上安装的光源支架(5)能调节角度与位置；相机支架(6)上装有工业相机(3)，光源支架(5)上装有光源(4)，安装支架放置于制动弹簧标尺正前方，工业相机(3)用于采集制动弹簧标尺的图像；所述制动弹簧标尺由弹簧方管(11)、弹簧标尺(12)、制动弹簧(13)、示值块(14)组成，设置报警阈值，当制动弹簧标尺刻度超出系统设置报警阈值时，触发报警。

2.一种应用如权利要求1所述的基于机器视觉的起重装备制动器性能监测系统的制动器性能监测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)视觉系统采集设置，包含进行光线调整、光源调整、焦距调整设置；

(2)系统软件提取制动弹簧标尺、制动器推杆行程标尺特征图像；

(3)系统软件进行制动器动作跟踪；

(4)进行误差测试滤除干扰数据；

(5)根据制动器动作设定报警阈值；

(6)完成设置进入正常采集模式；

(7)软件测量数据跟随制动器动作进行变化；

(8)软件判断是否超出设置报警阈值；

(9)如超出报警阈值数值进行报警提示，如无报警进行下一步；

(10)记录制动器每次动作行程数据；

(11)记录制动器动作时间及动作循环周期时间；

(12)循环至步骤(7)；

(13)定时进行数据特征值提取；

(14)预测制动器状态趋势；

(15)提出维保计划并预警。

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