CN109879170A - 一种起重机吊臂旁弯位移实时检测*** - Google Patents

Abstract

一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，涉及起重机吊臂旁弯位移实时检测技术。目的是为了解决无法对大型起重机工作过程中臂架的旁弯量进行实时监测的问题。本发明的检测***，包括两个红外激光发射器、成像设备和工业计算机；所述两个红外激光发射器位于起重机基本臂的顶端，并且两个激光发射器与基本臂的中心轴线对称，且所述两个激光发射器位于同一水平面，成像设备的红外激光接收器位于起重机基本臂的底部中央，并且所述红外激光接收器的光轴与基本臂的中心轴线平行；所述成像设备的信号输出端连接工业计算机的图像信号输入端。该***具有操作简单方便、可靠性高，精确度高等特点。提高了起重机作业过程中的安全性，减少事故的发生。

Description

一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***

技术领域

本发明涉及起重机领域，具体涉及起重机吊臂旁弯位移实时检测技术。

背景技术

随着我国经济与现代工业的高速发展，大型起重机广泛地应用于各个领域的建设中，在工矿企业、建筑、桥梁、港口等工业生产和基础建设方面的需求量日益增加。与此同时，人们对起重机的安全性也十分重视。臂架是起重机工作运行时重要的承载部件，也是结构强度较为薄弱的环节，其旁弯现象尤为突出，臂架的应力和位移等力学参数均难以知晓，其力学性能严重影响起重机的正常运转。在缺少专业的高精密仪器监测下，不能实时了解起重机臂架在整个变幅过程中的工作状态，导致难以对其强度和安全性进行实时的评估。

当起重臂在吊载时，由于制造和装配误差，单侧日照，侧面风载等各种因素，会引起大臂在水平方向发生旁弯，从而影响起重机的吊装性能。超过额定偏移量时，起重机的重心会发生水平的移动，导致重心偏移危险系数大大增加，继续操作将很有可能发生严重的安全事故，将会严禁操作。起重机常年工作在室外，为了保证吊装性能和安全，需要保证吊臂的旁弯量一直在安全的范围内，但是派专人一直观测起重机的旁弯量的变化不是非常的现实，而且起重机的旁弯量很难通过肉眼和经验得到准确的判断，所以需要一种起重臂旁弯量实时检测的***来实时监测旁弯量的变化，来确保工程顺利、安全地进行。

发明内容

本发明的目的是为了解决无法对大型起重机工作过程中臂架的旁弯量进行实时监测的问题，提供一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***。

本发明所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***包括两个红外激光发射器、成像设备和工业计算机；

所述两个红外激光发射器位于起重机基本臂的顶端，并且两个激光发射器与基本臂的中心轴线对称，且所述两个激光发射器位于同一水平面，成像设备的红外激光接收器位于起重机基本臂的底部中央，并且所述红外激光接收器的光轴与基本臂的中心轴线平行；

所述成像设备的信号输出端连接工业计算机的图像信号输入端。

进一步地，所述检测***还包括旋转支架，所述旋转支架用于固定成像设备。

进一步地，所述检测***还包括报警器，所述报警器的报警信号输入端连接工业计算机的报警信号输出端。

进一步地，所述工业计算机内嵌入检测模块，所述检测模块包括以下单元：

图像处理单元：对成像设备发来的图像进行处理；

计算单元：根据图像处理单元得到的图像进行计算，得到起重机吊臂旁弯位移。

进一步地，所述图像处理单元包括以下子单元：

图像预处理子单元：对成像设备发来的图像进行预处理；

识别跟踪子单元：识别并跟踪预处理后的图像中的红外激光光斑；

第一计算子单元：计算当前图像中的两个红外激光光斑的横坐标x₁和x₂，然后计算h_i,其中，h_i＝|x₁-x₂|；

判断子单元：判断是否等于如果判断为是，则执行第二计算子单元，否则，返回执行图像预处理子单元；

第二计算子单元：计算激光水平偏移量增量δ_i，其中，dx_i是相邻帧图像间偏移δ_i占有的像素数；

第三计算子单元：计算当前水平偏移量sum，sum＝sum+δ_i，sum的初始值为0，然后返回执行识别跟踪子单元。

进一步地，所述图像预处理子单元中的预处理包括均值滤波、中值滤波、自适应全局阈值图像分割、以及分水岭区域图像分割。

进一步地，所述识别跟踪子单元采用采用基于归一化互相关图匹配算法识别红外激光光斑。

进一步地，所述识别跟踪子单元采用Mean shift算法搜索跟踪红外激光光斑。

进一步地，所述检测模块还包括：

报警单元：当起重机吊臂旁弯位移超过阈值时，发出报警触发信号。

本发明的检测***通过监测跟随臂架顶端同步移动的红外激光，实现对在工作过程中起重机臂架旁弯程度的实时监测，该***具有操作简单方便、可靠性高，精确度高等特点。提高了起重机作业过程中的安全性，减少事故的发生。

附图说明

图1是安装有本发明所述的检测***的起重机；

图2是本发明所述的检测***的检测原理示意图；

图3是检测模块检测的流程图；

图4是本发明所述的检测***的工作流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，包括两个红外激光发射器、成像设备和工业计算机；

所述两个红外激光发射器位于起重机基本臂的顶端，并且两个激光发射器与基本臂的中心轴线对称，且所述两个激光发射器位于同一水平面，成像设备的红外激光接收器位于起重机基本臂的底部中央，并且所述红外激光接收器的光轴与基本臂的中心轴线平行；

所述成像设备的信号输出端连接工业计算机的图像信号输入端。

工业计算机是一个功能强大的处理器，能够满足图像处理和串口通讯，同时又能嵌入所需的软件。为了使操作人员直观的了解检测结果，还可以配备可视化显示界面。

所述检测***还可以包括旋转支架，所述旋转支架用于固定成像设备，目的是为了便于调试和对目标点进行大面积的检测，可以使红外激光接收器水平旋转、也可以竖直旋转。

所述检测***还可以包括报警器，所述报警器的报警信号输入端连接工业计算机的报警信号输出端。报警器用于判断旁弯程度是否超过预定阈值，若超过预定阈值，则报警器发出报警。

本实施方式所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***利用CCD摄像设备捕获固定在臂架顶端处且有着固定间距的两个红外激光点的数字图像，并对其进行图像处理，对激光点进行识别与跟踪，获取两个激光点在图像中的像素矩阵坐标值，取该图像两个激光点间距中心坐标值作为当前臂架偏移的位置，然后将前一帧与当前图像中两个中心点的坐标值进行比较，计算获得臂架偏移的增量值，最后通过迭代累加得到最终的起重臂架位移像素值。由于在确定的光路***中物体到图像的放大倍数是一定的，所以目标图像的位移量与实际物体的位移量具有一一对应的关系比例，根据这种关系比例最后确定当前状态下吊臂实际的偏移位置或偏移位移。

如图2所示，根据横向偏移量测量原理，图像中红外激光点A和红外激光点B经过移动后，变成红外激光点A＇和红外激光点B＇，假设摄像设备在距离为L处所看到的实际范围为MxN，其分辨率为mxn，那么实际水平方向上的解析度为每个像素M/m，检测得到的水平解析度为H/h，通过实际水平解析度与检测水平解析度比较，可以获知目标识别是否正确；若H/h等于M/m，那么根据原理图得知目标水平偏移增量为：

其中，H为红外激光点A到激光点B的实际距离，h是经过图像分析处理后得到的两个红外激光点之间所占有的像素数，dx是相邻帧图像间偏移δ_i占有的像素数，dx的正负表示目标物体的此时刻移动倾向。

起重臂的水平偏移量由迭代累加得到，即：

sum＝sum+δ_i

其中i＝1，2，3……其正负表示起重臂当前的整体方向，sum的初始值为0。

具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***的进一步限定，本实施方式中，所述工业计算机内嵌入检测模块，所述检测模块包括以下单元：

图像处理单元：对成像设备发来的图像进行处理；

计算单元：根据图像处理单元得到的图像进行计算，得到起重机吊臂旁弯位移。

其中，所述图像处理单元包括以下子单元：

图像预处理子单元：对成像设备发来的每一帧图像进行预处理；

识别跟踪子单元：识别并跟踪预处理后的图像中的红外激光光斑；

第一计算子单元：计算当前图像中的两个红外激光光斑的横坐标x₁和x₂，然后每一帧图像计算h_i,其中，h_i＝|x₁-x₂|；

判断子单元：判断是否等于如果判断为是，则执行第二计算子单元，否则，返回执行图像预处理子单元；

第二计算子单元：计算激光水平偏移量增量δ_i，其中，dx_i是相邻帧图像间偏移δ_i占有的像素数；

第三计算子单元：计算当前水平偏移量sum，sum＝sum+δ_i，sum的初始值为0，然后返回执行识别跟踪子单元。

图像处理部分的预处理主要包括均值滤波、中值滤波、自适应全局阈值图像分割、以及分水岭区域图像分割。

在目标识别跟踪算法方面，采用基于归一化互相关图匹配算法作为识别检测目标的方法，然后对跟踪的初始目标确定外接矩形框，把它选定为Mean Shift跟踪的目标区域进行跟踪。

所述检测模块是由软件实现的模块，软件部分是整个***中的重要部分，主要负责对红外激光发射点的图像采集、图像预处理、红外激光点的识别跟踪，臂架旁弯偏移位移计算、上位机的实时显示等等。软件的设计要求具备实时性、稳定性、可调试性。本***选用的开发集成环境为Visual studio 2010，采用C#语言编程。

摄像设备将连续的图像离散化为数字图像，每幅图像可以用二维数组f(x,y)表示，x和y分别为离散坐标点的位置，f(x,y)代表图像在点(x,y)的灰度值属性。二维数字图像是由像素组成，可以用M行N列像素矩阵F表示：

对于单色图像来说，每个像素都有一个灰度值来表示亮度，通常数值范围在0到255之间，其中0表示黑，255表示白，其他值表示灰度。在现场安装中，红外激光发射装置是固定在臂架的顶端，红外激光发射装置发射的激光通过滤光片镜头后，会在摄像设备上成像，激光图像的灰度值比较亮，形成一个明亮的光斑，其形状不变。

检测模块的主要原理是先识别红外目标，再对红外目标采用Mean shift算法进行搜索跟踪，这样搜索跟踪速度快，最后计算臂架偏移位移量。具体步骤是：第一步是对采集到的图像进行预处理，获得质量较好的图像；第二步是对红外目标跟踪的初始化，所述初始化为对每一幅图像进行初始化，主要是通过目标识别检测方法得到需要跟踪的初始目标的外接矩形框；第三步是计算核函数加权下的搜索窗口的直方图分布，用同样的方法计算第N帧对应窗口的直方图分布；第四步是以两个目标模板分布的相似性最大为原则，使搜索窗口沿密度增加最大的方向移动，得到目标的真实位置，实现红外激光点的识别跟踪。最后对起重机臂架进行旁弯偏移位移计算，然后将计算结果后输出到软件界面，实现实时监控功能。该检测模块通过图像处理设备实时解析的方式替代人工观察图像判断，更加准确客观，进一步提高了起重机的安全性。

当计算得到的旁弯程度超过了预定阈值时，工业计算机控制报警器发起报警来提醒操作人员，防止由于人为疏忽造成的危险，进一步提高了起重机的安全性。

Claims (9)

1.一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，包括两个红外激光发射器、成像设备和工业计算机；

所述两个红外激光发射器位于起重机基本臂的顶端，并且两个激光发射器与基本臂的中心轴线对称，且所述两个激光发射器位于同一水平面，成像设备的红外激光接收器位于起重机基本臂的底部中央，并且所述红外激光接收器的光轴与基本臂的中心轴线平行；

所述成像设备的信号输出端连接工业计算机的图像信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述检测***还包括旋转支架，所述旋转支架用于固定成像设备。

3.根据权利要求1所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述检测***还包括报警器，所述报警器的报警信号输入端连接工业计算机的报警信号输出端。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述工业计算机内嵌入检测模块，所述检测模块包括以下单元：

图像处理单元：对成像设备发来的图像进行处理；

计算单元：根据图像处理单元得到的图像进行计算，得到起重机吊臂旁弯位移。

5.根据权利要求4所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述图像处理单元包括以下子单元：

图像预处理子单元：对成像设备发来的图像进行预处理；

识别跟踪子单元：识别并跟踪预处理后的图像中的红外激光光斑；

第一计算子单元：计算当前图像中的两个红外激光光斑的横坐标x₁和x₂，然后计算h_i,其中，h_i＝|x₁-x₂|；

判断子单元：判断是否等于如果判断为是，则执行第二计算子单元，否则，返回执行图像预处理子单元；

第二计算子单元：计算激光水平偏移量增量δ_i，其中，dx_i是相邻帧图像间偏移δ_i占有的像素数；

第三计算子单元：计算当前水平偏移量sum，sum＝sum+δ_i，sum的初始值为0，然后返回执行识别跟踪子单元。

6.根据权利要求4所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述图像预处理子单元中的预处理包括均值滤波、中值滤波、自适应全局阈值图像分割、以及分水岭区域图像分割。

7.根据权利要求4所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述识别跟踪子单元采用采用基于归一化互相关图匹配算法识别红外激光光斑。

8.根据权利要求4所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述识别跟踪子单元采用Mean shift算法搜索跟踪红外激光光斑。

9.根据权利要求4至8中任意一项所述的一种起重机吊臂旁弯位移实时检测***，其特征在于，所述检测模块还包括：

报警单元：当起重机吊臂旁弯位移超过阈值时，发出报警触发信号。