[发明专利]基于机器视觉的张力平衡装置位移检测方法

权利要求书

1.基于机器视觉的张力平衡装置位移检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1、矿井提升装置正常工作时，缠绕在滚筒(1)上的钢丝绳(4)牵引提升容器(5)做升降移动；提升容器(5)包括主罐(6)和副罐(7)，主罐(6)和副罐(7)各自通过张力平衡装置(8)连接在同一根钢丝绳(4)上；

钢丝绳(4)和提升容器(5)之间通过张力平衡装置(8)连接固定；

滚筒(1)包括滚筒侧壁(2)和滚筒轴(3)，滚筒轴(3)与滚筒侧壁(2)转动连接；滚筒侧壁(2)固定若干霍尔传感器(9)；滚筒轴(3)上固定若干磁钢(10)；磁钢(10)随滚筒轴(3)转动而做圆周运动，经过霍尔传感器(9)并被霍尔传感器(9)感应识别；

磁钢(10)的具体布设方式为：在滚筒轴(3)上以圆心角角度θ为间隔均匀布置，布置的磁钢数量其替代布设方式为：在滚筒轴(3)上平行布置p圈磁钢，每圈磁钢以圆心角角度θ为间隔均匀布置，且相邻两圈磁钢之间错开角度β；其中θ＝p.β；布置的磁钢总数每一圈磁钢匹配安装若干霍尔传感器(9)；

步骤2、当提升容器(5)达到卸载位置，滚筒轴(3)停止转动，没有磁钢(10)经过霍尔传感器(9)，在预设的时间内，与霍尔传感器(9)相连的PLC(11)无法接收到霍尔传感器(9)的输入信号，此时张力平衡装置(8)到位停止；

步骤3、张力平衡装置(8)包括液压缸(12)和套设在液压缸(12)内的活塞杆(13)；液压缸(12)的顶部固定相对静止标识物(14)，活塞杆(13)的顶部固定相对移动标识物(15)；当张力平衡装置(8)到位停止后，通过设置视觉传感器(16)持续采集张力平衡装置(8)的图像信息，位置信息由数据传输机构(17)传输至计算机(18)；

视觉传感器(16)设置两个，分别对准主罐(6)和副罐(7)所对应的张力平衡装置(8)；

步骤4、计算机(18)将视觉传感器(16)采集的图像画面每帧叠加，并进行图像画面处理；图像画面处理方法为：

步骤4-1、将采集的图像进行灰度处理，变成灰度图像f(x,y)；

步骤4-2、对灰度图像进行降噪处理，消除或者抑制噪声对图像的影响，实现图像的平滑，得到图像g(x,y),则：g(x,y)＝T[f(x,y)]，T为滤波算子；

降噪处理为滤波处理，滤波算子T表示如下：

其中，图像的尺寸为M×N，则图像可表示为二维函数f(x,y)，x＝0,1,2,…,M-1，y＝0,1,2,…,N-1；ω(u,v)为滤波系数或者掩膜；

滤波处理中的滤波器选用均值滤波或者高斯滤波或者中值滤波或者双边滤波；其中均值滤波和高斯滤波为线性滤波，中值滤波和双边滤波为非线性滤；

若滤波器为均值滤波，此时滤波系数为：

其中，M_h表示滤波系数的高度，M_w表示滤波系数的宽度；

若所述的滤波器为高斯滤波，则：

其中，σ²为方差，k为非负整数；

若所述的滤波器为中值滤波，则有：

g(x,y)＝mid(f(x-k,y-l))(k,l∈E)

其中，E表示滤波掩膜，k，l表示掩膜中心点到掩膜其它像素点位置的相对坐标值；

若所述的滤波器为双边滤波，则有：

其中，滤波系数ω是距离掩膜系数d和灰度值掩膜系数r的乘积，距离掩膜系数d和灰度值掩膜系数r的意义分别如下：

其中，σ_d和σ_r为高斯函数的标准差，此时：

步骤4-3、对去噪图像g(x,y)进行增强处理，增强图像的对比度，使图像更加清晰，从而得到增强图像h(x,y)；

增强处理采用膨胀或者腐蚀运算形式，计算方法为：

其中h_a(x,y)表示膨胀运算，h_b(x,y)表示腐蚀运算，R_m表示卷积掩膜；

步骤5、计算机(18)根据处理后的图像画面，利用相对静止标识物(14)和相对移动标识物(15)之间的移动距离来判断张力平衡装置的液压缸活塞杆(13)移动的位置信息，具体包括以下步骤：

步骤5-1、识别标记物的形状及位置信息，利用霍夫变换识别出所有的圆以及圆的圆心位置；圆心坐标为(x_i,y_i)，i＝0，1，2···；

步骤5-2：将得到的圆以圆心坐标的横坐标按从小到大的顺序重新排列，得到一组新的圆的队列；

步骤5-3：计算每个液压缸上相对移动和相对静止的标记物的中心距离Dm：

步骤6、重复步骤2至步骤5，得出在预设时间内运行过程中张力平衡装置每个液压缸的活塞杆(13)的位移信息；

利用标识物判断张力平衡装置的液压缸活塞杆位移信息的替代方法为：通过识别张力平衡装置的整体轮廓，对比前一帧与当前帧的明显特征的位置变化，从而转化成张力平衡装置各液压缸活塞杆的位移变化，具体包括以下步骤：

步骤5-1’、获取当前帧的图像特征，以此为基准；

步骤5-2’、选取当前帧图像上特征区域，使其与下一帧图像的特征区域进行对比追踪；

步骤5-3’、确定特征区域的中心位置，得出其中心坐标；

步骤5-4’、重复步骤5-1’至步骤5-3’，得出运行过程中张力平衡装置移动的位移变化。