[发明专利]一种煤矿竖井井筒巡检装置及激光扫描缺陷检测方法

权利要求书

1.一种使用煤矿竖井井筒巡检装置扫描缺陷的方法，其特征在于：所述煤矿竖井井筒巡检装置，包括，

巡检装置本体，设置于井筒内并在井筒内上下移动；

外部驱动装置，通过绳索与巡检装置本体连接，用于驱动巡检装置本体上下移动；

张紧装置，均匀分布在井筒顶壁和底壁且上下一一对应设置，两个相对应张紧装置之间竖直架设导向钢丝绳；

本体导向装置，周向均布固定在巡检装置本体侧壁，导向钢丝绳滑动穿设在本体导向装置内；

定位系统，包括布置在井筒内壁的若干UWB节点和一个布置在巡检装置本体上的UWB节点；

供能电池包、无线通讯模块、激光雷达和图像采集平台，安装于巡检装置本体上；所述供能电池包用于为无线通讯模块、激光雷达和图像采集平台供电；无线通信模块具有无线通信功能以及基于UWB节点的定位功能；所述外部驱动装置包括上部驱动装置和下部驱动装置，所述上部驱动装置位于巡检装置本体上方，通过绳索连接巡检装置本体，用于驱动巡检装置本体上行；下部驱动装置位于巡检装置本体下方，通过绳索连接巡检装置本体，用于驱动巡检装置本体下行；还包括有地面充电桩，其与供能电池包连接；

所述方法包括如下步骤：

步骤1，上部驱动装置和下部驱动装置间歇动作，驱动巡检装置本体在井筒内上下往复运动；

步骤2，通过布置在井筒内壁面和巡检装置本体上的UWB节点，测量巡检装置本体相对于井筒内壁的节点的距离实现定位，然后将位置数据通过无线通信模块发送给地面数据处理系统；

步骤3，激光雷达检测，通过激光雷达获取井筒点云并通过无线通信模块发送给地面数据处理系统；

步骤4，通过图像采集平台采集并处理井筒内壁面的图像并通过无线通信模块发送给地面数据处理系统；

步骤5，地面数据处理系统对接收的图像数据、点云数据以及位置数据进行处理、实时显示井筒内壁的图像和三维点云模型，通过定位信息判断缺陷发生的位置从而达到巡检目的；

其中，通过激光雷达获取的点云数据，包含环境噪声以及本身传感器的噪声，需要进行滤波处理，激光雷达采集时视场角有限，为了获得完整的井筒点云，需要将不同视点的点云数据进行拼接，利用采样一致性算法对整体点云进行拟合，获得圆柱的方程参数；利用中轴线设置断面，使点云数据向断面投影，得到平面的点云后再平面内拟合圆，获取圆的半径，将半径与设计值比较获得差值即可反映形变量；同时通过欧式聚类算法获取代表璧面剥落的面积点云簇，对点云进行三角化后提取面积信息。

2.根据权利要求1所述的一种使用煤矿竖井井筒巡检装置扫描缺陷的方法，其特征在于：步骤5中，通过图像采集平台采集井筒内壁面的图像，首先对采集的图像进行预处理，以增强缺陷区域与背景的对比度，主要包括灰度化、高斯滤波、同态滤波，其次使用性能较好的Canny边缘检测方法，以获取缺陷区域的边缘轮廓线，然后使用形态学方法，对检测到的轮廓进行闭合并填充，最后提取连通区域的面积、长度、宽度等特征，用于井壁裂纹缺陷的分级。