阅读说明：本技术 一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台 (Visual inspection test bed that circular-arc simulation conveyer belt was indulged and is torn ) 是由 程刚 徐世昌 康彬 顾伟 崔振国 金祖进 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台,包括输送机模型、平面镜模块和图像采集模块；输送机模型包括传送带和托辊；传送带的上输送面为圆弧状；上输送面的圆弧圆心位于传送带的上方；平面镜模块包括平面镜和旋转轴；旋转轴穿过上输送面的圆弧圆心,且平行于传送带的托辊；平面镜同平面固定在旋转轴上,以旋转轴为轴心旋转；图像采集模块包括摄像机；摄像机的光轴为水平设置,垂直于旋转轴且与旋转轴相交。本发明高还原度地模拟煤矿现场带式输送机高速运行、频繁振动情况下传送带撕裂的图像,且试验台结构简单,提供海量的输送带纵撕图像用以测试、调试,显著缩短开发周期、降低开发成本,适用于基于视觉的纵撕监测的多种方法。(The invention discloses a visual detection test bed for simulating longitudinal tearing of a conveyor belt in a circular arc shape, which comprises a conveyor model, a plane mirror module and an image acquisition module; the conveyor model comprises a conveyor belt and a carrier roller; the upper conveying surface of the conveying belt is arc-shaped; the circle center of the arc of the upper conveying surface is positioned above the conveying belt; the plane mirror module comprises a plane mirror and a rotating shaft; the rotating shaft penetrates through the circular arc center of the upper conveying surface and is parallel to the carrier roller of the conveying belt; the plane mirror is fixed on the rotating shaft in the same plane and rotates by taking the rotating shaft as an axis; the image acquisition module comprises a camera; the optical axis of the camera is horizontally arranged, perpendicular to the rotating shaft and intersected with the rotating shaft. The invention simulates the images of the torn conveyer belt of the belt conveyer in the coal mine field under the conditions of high-speed operation and frequent vibration with high reduction degree, has simple structure, provides massive vertical torn images of the conveyer belt for testing and debugging, obviously shortens the development period, reduces the development cost, and is suitable for various methods of vertical torn monitoring based on vision.)

一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台

技术领域

本发明属于煤矿监测设备领域，特别涉及一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台。

背景技术

带式输送机是我国煤矿广泛使用且具有重要作用的运输设备，而带式输送机出现的绝大多数故障都是传送带故障，其中传送带纵向撕裂是其中频率较高后果严重的故障之一，不能及时检测到纵撕故障将使传送带破坏加剧并毁坏传带式输送机其他组件，进而严重影响生产，带来巨大经济损失。

随着机器视觉技术的日趋成熟，相较于传统的接触式传送带纵撕检测方法及电磁、超声波等其他非接触式检测方法，基于视觉的传送带纵撕检测方法以其可靠性、准确性、无需对现场设备进行改造等诸多优点逐渐被更多地开发和采用。

基于视觉的传送带纵撕监测方法的开发和修正需要大量的传送带纵撕图像数据作为支撑，去煤矿现场获取纵撕图像是不现实的。主要原因有：煤矿传送带纵向撕裂是随机发生的，要想在现场获取大量纵撕的图像用于算法开发，采集周期将异常漫长，采集开销也将随之变得十分巨大。同时这些采集设备在煤矿现场的安装调试将给生产现场带来隐患，为配合采集设备安装调试而进行的停机，将严重影响煤矿的正常生产。

故用于视觉检测传送带纵撕方法开发的图像数据获取只能搭建试验台通过在传送带上人为制造裂缝来模仿纵撕图像来实现。然而整套带式输送机设备昂贵，用于破坏的传送带更是占到输送机整机成本的50％左右，为了获得海量的图像数据，传送带需要反复更换。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台，高还原度地模拟煤矿现场带式输送机高速运行、频繁振动情况下传送带撕裂的图像，且试验台结构简单，试验破坏用传送带廉价且更换方便，给基于视觉纵撕的监测方法提供海量的输送带纵撕图像用以测试、调试，显著缩短开发周期、降低开发成本，适用于基于视觉纵撕的监测的多种方法。

技术方案：本发明提出一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台，包括

输送机模型；所述输送机模型包括传送带和托辊；所述传送带的上输送面为圆弧状；上输送面的圆弧圆心位于传送带的上方；所述托辊用于支撑导向传送带的上输送面形成圆弧状；

平面镜模块；所述平面镜模块包括平面镜和旋转轴；所述旋转轴穿过上输送面的圆弧圆心，且平行于传送带的托辊；所述平面镜固定在旋转轴上，平面镜与旋转轴位于同一平面，以旋转轴为轴心旋转；

图像采集模块；所述图像采集模块包括摄像机；所述摄像机的光轴为水平设置，垂直于旋转轴且与旋转轴相交。

进一步，所述平面镜沿旋转轴轴对称。

进一步，所述图像采集模块还包括导轨；所述导轨平行于摄像机的光轴；所述摄像机可滑动连接在导轨上。

进一步，所述图像采集模块还包括竖直的伸缩杆；所述伸缩杆的固定端通过滑块可滑动连接在导轨上；所述伸缩杆的伸缩端连接摄像机。

进一步，所述图像采集模块还包括用于通过平面镜镜面反射照亮传送带的照明设备；所述照明设备可转动安装在伸缩杆的伸缩端。

进一步，所述平面镜模块还包括安装架和平面镜驱动电机；所述平面镜驱动电机固定在安装架上，用于驱动旋转轴旋转。

进一步，所述输送机模型还包括传送电机和滚筒；所述传送电机通过滚筒驱动传送带运动。

有益效果：本发明面向纵撕图像获取设计，运用镜面反射原理，设计了独特的圆弧形传送带面—镜面—摄像机的布置方案，通过镜面旋转来获得快速变化的传送带变化图像，且过程中保证摄像机获取图像的视场范围尺寸不发生变化，用以模拟实际使用的水平传送带高速运动时的图像捕捉；调节平面镜驱动电机转速，即可得到不同等效传送带运动速度下的传送带变化图像；输送机模型的传送带不需要模拟实际使用的快速运动，只需缓慢运动调整纵撕裂缝位置即可，缩小、精简了输送机模型结构，指数级减少传送带尺寸，极大提升其安装便捷性以及经济性；

设计了方便摄像机视场视距调节、激光器替换扩展等面向视觉方法调试的解决方案；引入电动振动台模拟现场振动情况。

相比现有的用于计算机视觉传送带纵撕检测试验图像数据的获取方法，本发明的一种视觉检测带式输送机纵撕试验台的引入，在最大程度上模拟现场传送带纵撕图像获取的前提下，使图像获取流程更为可控方便快捷，且极大降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一状态下的使用原理示意图；

图3为本发明的第二状态下的使用原理示意图；

图4为本发明的图像采集模块的正面视图；

图5为本发明的图像采集模块的背面视图。

具体实施方式

如图1，本发明提出一种圆弧状模拟传送带纵撕的视觉检测试验台，包括输送机模型、平面镜模块和图像采集模块。

所述输送机模型包括传送带101和托辊102；所述托辊102用于支撑导向传送带101的上输送面，多个托辊102的高度差导向使传送带101的上输送面形成圆弧状，即图2和图3中的圆弧PQ；上输送面的圆弧圆心位于传送带101的上方，即图2和图3中的点O；

所述输送机模型还包括传送电机103和滚筒104；所述传送电机103通过滚筒104驱动传送带101运动。

如图1所示，所述传送带101不承担物料输送只用于纵撕裂缝检测，可用强度寿命远不及常规输送带的廉价品替代；且传送带101长度为常规矿用输送机传送带的1/10以下，宽度为常规矿用输送机传送带的一半左右，故较常规传送带安装更换更为方便快捷，节约成本；结合传送带撕裂的不同机理产生的裂缝特征，在传送带101上人为用利物进行穿刺割裂来模拟纵撕裂缝。

本实施例中所述输送机模型有四条支腿，均安装在电动振动台105上。以模仿现场的振动环境。

所述平面镜模块包括平面镜201、旋转轴202、安装架203和平面镜驱动电机204。

所述平面镜驱动电机204固定在安装架203上，用于驱动旋转轴202旋转。

所述旋转轴202穿过上输送面的圆弧圆心点O，且平行于传送带101的托辊102；所述平面镜201固定在旋转轴202上，平面镜201与旋转轴202位于同一平面，以旋转轴202为轴心旋转，且沿旋转轴202轴对称。

所述图像采集模块包括摄像机301；所述摄像机301的光轴为水平设置，垂直于旋转轴202且与旋转轴202相交。

根据镜面反射原理，在图2镜面所处的位姿M₀-M₀’下，摄像机301获取到以A点为中心的视场范围内的传送带表面图像。在图4中，旋转轴202带动镜面绕旋转中心O转过α角，镜面位姿由M₀-M₀’变为M₁-M₁’，则同样根据镜面反射原理，摄像机301获取到以B点为中心的视场范围内的传送带表面图像。由于传送带101上部圆弧面弧PQ曲率中心即为镜面旋转中心O，故在镜面旋转过程中摄像机301成像距离始终保持不变,即

CO+OA＝CO+OK₁＝CO+OK₂＝CO+OB，故摄像机301的视场范围大小始终不变且正对传送带101上表面。

假设传送带101不运动，传送电机103的转动角速度ω＝1080°/s，镜面旋转中心到传送带101上部圆弧面的距离，即OA为1m，则在1s内，摄像机301视场中心的偏移距离，即等效传送带运动速度为

即平面镜201仅需以3r/s的转速，就可以获得以9.42m/s的速度运动的传送带变化图像，且根据所述转速角速度和等效传送带运动速度的对应关系，可调节平面镜驱动电机204转速，得到不同等效传送带运动速度下的传送带101变化图像用以检测视觉检测纵撕系统在不同速度下的实时性及有效性。

因此，输送机模型的传送带101不需要模拟实际使用的快速运动，所述传送电机103的功率可以比常规矿用电机小，传送电机103受变频器控制后可以带动传送带101缓慢运动选型，以调整纵撕裂缝位置即可，不需要达到高带速；由于对传送电机103转速和扭矩的需求很低，所述输送机模型也可不设置齿轮箱，传送电机103直接通过联轴器与滚筒104相联。

如图4和图5，所述图像采集模块还包括导轨302、竖直的伸缩杆303和照明设备305；所述导轨302平行于摄像机301的光轴；所述伸缩杆303的固定端通过滑块304可滑动连接在导轨302上；所述伸缩杆303的伸缩端连接摄像机301。

所述照明设备305可转动安装在伸缩杆303的伸缩端，用于通过平面镜201镜面反射照亮传送带101。转动照明设备305，保证光线可以水平投射，并与旋转轴202垂直。

通过伸缩杆303可以调节摄像机301和照明设备305的高度，保证其摄像机301光轴和照明设备305照明中心法线可以水平穿过旋转轴202轴线，即摄像机301光轴水平穿过O点。

通过伸缩杆303沿导轨302移动，可以调节摄像机301距镜面的距离，据此来调节摄像机301的视场大小。如在图3中，使摄像机301的C点移动至C’点，则摄像机301的成像距离由CO+OB增加为C’C+CO+OB，视场范围大小也随之增大，可方便用于调焦、确定最佳视场范围等相机调试。

对于需要激光辅助定位或结构光等主动光源型视觉检测方法需要引入激光线/面的情况，可将所述照明设备305替换为激光发射器，则激光发射器在平面镜201旋转过程中，所发射激光线或激光面照射到镜面旋转中心经镜面反射后在传送带101上打出的激光线条在摄像机301所捕获的反射图像视场中的相对位置不发生变化。