阅读说明：本技术 一种铲车斗齿脱落预警装置及方法 (Forklift bucket tooth falling early warning device and method ) 是由 张聪瑞 张建华 黄刚 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及非接触式监测技术,具体涉及一种铲车斗齿脱落预警装置及方法,该装置包括设置在运载机械转动臂连接处的单点激光位移传感器、2D激光轮廓传感器、图像采集模块和外置光源以及设置在驾驶室内的数据处理及报警装置；单点激光位移传感器,2D激光轮廓传感器和图像采集模块分别与数据处理及报警装置连接。该装置实现了非接触式的斗齿脱落预警,避免了无效信息的采集,减少了能耗；采用2D激光轮廓传感器和图像采集模块双重模式判别斗齿状态,提高了识别准确性和预警准确性。选用传感器类型均为激光类型,数据形式单一,易于处理,即使铲车工作在地下或者是巷道环境中也适用。(The invention relates to a non-contact monitoring technology, in particular to a forklift bucket tooth falling early warning device and a method, wherein the device comprises a single-point laser displacement sensor, a 2D laser profile sensor, an image acquisition module, an external light source and a data processing and alarming device, wherein the single-point laser displacement sensor, the 2D laser profile sensor, the image acquisition module and the external light source are arranged at the joint of a rotating arm of a carrying machine; the single-point laser displacement sensor, the 2D laser profile sensor and the image acquisition module are respectively connected with the data processing and alarming device. The device realizes non-contact bucket tooth falling early warning, avoids the acquisition of invalid information and reduces energy consumption; the 2D laser profile sensor and the image acquisition module are adopted to judge the state of the bucket teeth, so that the identification accuracy and the early warning accuracy are improved. The sensor types are all laser types, the data form is single, the processing is easy, and the forklift is also suitable for underground or roadway environments.)

一种铲车斗齿脱落预警装置及方法

技术领域

本发明属于非接触式监测技术领域，尤其涉及一种铲车斗齿脱落预警装置及方法。

背景技术

各类装载机械在运行过程中，铲斗上的斗齿受到往复载荷和磨损，容易发生脱落，若脱落时，斗齿随装载物一起落入卡车内，并进入破碎、搅拌机械，将对破碎、搅拌机械产生极大影响。因此需要设计一种监测预警装置，以便及时发现斗齿是否脱落，提醒施工人员立即采取措施。

现有的斗齿脱落预警装置和方法多采用人工目视检查或接触式测量的方式，效率低，且随着装载机械的使用，可靠性降低。而利用图像识别等非接触式监测方式则存在设备采集无效信息多，图像识别算法精度不足，造成误报或漏报等问题。如：申请公布号为CN106592679A名称为“一种铲车铲齿脱落预警装置和方法”的发明专利，授权公布号为CN206681060U名称为“一种基于立体像对的铲车铲齿的监视预警装置”的实用新型专利，均采用图像识别方法，将采集的图片和预设的图片对比得到结果，计算既耗时准确率又不够高。而且，“一种铲车铲齿脱落预警装置和方法”的发明专利采用GPS，不适合地下或巷道环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用图像识别非接触式方式监测斗齿脱落的预警装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铲车斗齿脱落预警装置，包括设置在运载机械转动臂连接处的单点激光位移传感器、2D激光轮廓传感器、图像采集模块和外置光源以及设置在驾驶室内的数据处理及报警装置；单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块分别与数据处理及报警装置连接。

在上述的铲车斗齿脱落预警装置中，在机械转动臂上能目视斗齿且平稳处固定一壳体，壳体内设置有若干个固定卡槽，且填充有保护垫层和散热胶体，其外部预留有线缆接口；单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块分别安装于对应的固定卡槽内；其数据线缆通过壳体接口和固定卡线槽延长至驾驶室内；外置光源设置于壳体外部。

在上述的铲车斗齿脱落预警装置中，数据处理及报警装置包括CPU单元、存储单元和声光报警器，通过内置的预警算法实现斗齿状态的运算，并将斗齿脱落信息发送至声光报警器。

一种基于铲车斗齿脱落预警装置的预警方法，单点激光位移传感器采集的数据小于预设距离时，启动2D激光轮廓传感器和图像采集模块，获取斗齿轮廓和图像信息后传输至数据处理及报警装置，判断斗齿是否缺失；单点激光位移传感器采集的数据大于预设距离时，关闭2D激光轮廓传感器和图像采集模块。

在上述的铲车斗齿脱落预警装置的预警方法中，实现预警方法的具体步骤如下：

步骤1、通过单点激光位移传感器获取所在位置与前方最近物体间的采集距离；

步骤2、判断采集距离是否小于预设距离，若是，则进入步骤3，若否，则回到步骤2；

步骤3、2D激光轮廓传感器和图像采集模块根据步骤2判断结果发出启动信号；

步骤4、根据2D激光轮廓传感器获取斗齿轮廓，通过判断各斗齿间距识别斗齿脱落情况，若判断脱落，进入步骤6，若判断未脱落，进入步骤7；

步骤5、以2D激光轮廓传感器所发射的面激光为参考，通过图像采集模块拍摄带有激光参考信息的斗齿图片，根据机器视觉和神经算法，识别斗齿状态，若斗齿脱落，进入步骤6，若斗齿未脱落，进入步骤7；

步骤6、步骤4和步骤5均进入本步骤时，通过报警装置发出报警信号。

步骤7、判断单点激光位移传感器采集距离是否大于预设距离，若是，则发出停止信号，关闭2D激光轮廓传感器和图像采集模块，若否，则继续运行。

在上述的铲车斗齿脱落预警装置的预警方法中，预设距离为5-7m。

本发明的有益效果：本发明实现了非接触式的斗齿脱落预警，以单点激光传感器作为位置信息来源，当斗齿出现在目标区域内时装置才开始运行，避免了无效信息的采集，减少了能耗；采用2D激光轮廓传感器和图像采集模块双重模式判别斗齿状态，提高了识别准确性；并以2D激光轮廓传感器发射的面激光给图像识别模块提供参考，进一步提高了预警准确性。选用传感器类型均为激光类型，数据形式单一，易于处理，即使铲车工作在地下或者巷道环境中也适用。

附图说明

图1为本发明一个实施例一种斗齿脱落预警装置示意图；

图2为本发明一个实施例一种斗齿脱落预警方法流程图；

其中，1-单点激光位移传感器，2-图像采集模块，3-2D激光轮廓传感器，4-保护垫层和散热胶体，5-数据处理及报警装置，6-数据线缆；7-外置光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种铲车斗齿脱落预警装置，包括：设置在运载机械转动臂连接处的单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器，外置光源，图像采集模块和设置在驾驶室内的数据处理及报警装置。单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块安装于固定的防水防震壳体内。单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块的数据线缆，通过壳体和固定卡线槽延长至驾驶室内，并与数据处理及报警装置有线连接。数据处理及报警装置包括有处理CPU单元、存储单元、声光报警器。内置的预警算法能实现对斗齿状态的运算，并将斗齿脱落信息发送至声光报警器，发出蜂鸣声，实现预警。外置光源设置于壳体外部用于在环境条件较差时提供光源补充，保证外部环境的一致性，便于图像采集模块所采集的图片质量，简化预警算法。

本实施例单点激光位移传感器用于监测斗齿位置，2D激光轮廓传感器用于发射面激光，并判别斗齿轮廓，外置光源用于保持环境亮度，图像采集模块以面激光为参考，根据内置算法，自动判别斗齿脱落状态。实现在车辆运转工况下，斗齿脱落的自动识别与预警。

本实施例中采用2D激光轮廓传感器较三维激光传感器而言，成本较低；三维激光传感器测量的是一串“点云”信息，在采集的过程中，激光传感器需要“三维”旋转并采集信息，而传感器在移动、旋转的过程中，需要耗费时间，此时，很可能斗齿位置已经发生了变化，因此，所采集到的信息可能会有“重影”等异常现象。而2D激光轮廓传感器，发射的是一束“面”激光，传感器不需要旋转移动，当斗齿穿过该激光“面”时，可以直接获取斗齿形态，准确率更高。

而且，为适应铲车夜间作业，增加了外置光源，以保证外部环境的一致性，保证图像采集模块所采集的图片质量，简化预警算法。

并且，防水防震保护壳体中设置有与各传感器轮廓一致的固定卡槽，并填充有保护垫层和散热胶体，其外部预留有各模块通讯所需的线缆接口。

本实施例一种铲车斗齿脱落预警装置的预警方法，当单点激光位移传感器采集数据小于预设距离时，启动2D激光轮廓传感器和图像采集模块，获取斗齿轮廓和图像信息后传输至数据处理及报警装置，判断斗齿是否缺失；当单点激光位移传感器数据大于预设距离时，关闭2D激光轮廓传感器和图像采集模块。

并且，根据2D激光轮廓传感器所采集的斗齿轮廓，通过判断各斗齿间距识别斗齿脱落情况；

并且，使用2D激光轮廓传感器，所拍摄的图片将在斗齿上留下清晰的激光线，对于图像处理而言，这是非常重要的“参考线”，有助于缩短计算耗时，提高计算准确率。以2D激光轮廓传感器所发射的面激光为参考，通过图像采集模块拍摄带有激光参考信息的斗齿图片，根据机器视觉和神经算法，识别斗齿状态。

并且，本实施例采用单点激光传感器，有以下优势：传感类型均为激光类型，数据形式单一，易于处理；能够适应铲车在地下或者是巷道环境中工作。

并且，本实施例以“激光面”和“图像”双重判断的方式作为预警条件，准确率高。

具体实施时，如图1所示，一种铲车斗齿脱落预警装置，包括：单点激光位移传感器1；图像采集模块2；2D激光轮廓传感器3；保护垫层和散热胶体4；数据处理及报警装置5；数据线缆6；外置光源7。

在运载机械上选择一处能目视铲车斗齿并平稳固定的位置，安装本预警装置的壳体，壳体内设置的卡槽固定有单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块，各传感器和图像采集模块与壳体间设有保护垫层和散热胶体；外部设计有外置光源。单点激光位移传感器，2D激光轮廓传感器和图像采集模块的数据线缆通过壳体预留接口延长，并接入驾驶室内的数据处理及报警装置。

一种利用上述装置进行的斗齿脱落预警方法：单点激光位移传感器持续采集安装位置与前方最近物体间的距离，当单点激光位移传感器所采集数据小于预设距离5-7m时，可认为斗齿进入采集范围，启动2D激光轮廓传感器和图像采集模块，首先根据2D激光轮廓传感器所获取斗齿轮廓，通过判断各斗齿间距识别斗齿脱落情况；再以2D激光轮廓传感器所发射的面激光为参考，通过图像采集模块拍摄带有激光参考信息的斗齿图片，根据机器视觉和神经算法，识别斗齿状态。

通过2D激光轮廓传感器所获取斗齿轮廓信息进行判断；通过图像采集模块拍摄带有激光参考信息的斗齿图片进行判断。具体步骤如下：

S1.通过单点激光位移传感器获取安装位置与前方最近物体间的距离；

S2.判断所述距离是否小于预设距离，若是，则进入步骤S3，若否，则回到步骤S2；

S3.2D激光轮廓传感器和图像采集模块根据步骤S2结果发出启动信号；

S4.根据2D激光轮廓传感器所获取斗齿轮廓，通过判断各斗齿间距识别斗齿脱落情况，若判断脱落，进入步骤S6，若判断未脱落，进入步骤S7；

S5.以2D激光轮廓传感器所发射的面激光为参考，通过图像采集模块拍摄带有激光参考信息的斗齿图片，根据机器视觉和神经算法，识别斗齿状态，若判断脱落，进入步骤S6，若判断未脱落，进入步骤S7；

S6.步骤S4和步骤S5均进入本步骤时，通过报警器发出报警信号；

S7.判断单点激光位移传感器采集距离是否大于预设距离，若是，则发出停止信号，关闭2D激光轮廓传感器和图像采集模块，若否，则继续运行。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。