CN113358031A - 一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组 - Google Patents

一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，包括高速相机，非平行光源，相机保护壳,透明窗口，三维调整机构,供电及数据传输装置，基板。非平行光源可较好的照亮被检测的钢丝绳表面，通过三维调整机构将高速相机对准钢丝绳缺陷检测区域，相机保护壳和透明窗口保护相机镜头不收到污染，通过计算机人工智能手段自动实现钢丝绳直径、捻距及表面缺陷检测功能。本发明技术可通过将上述零部件集成测模组，进而可在工厂标准化生产组装调试之后到现场快速安装，大幅降低安装周期减少停机占用时间。由于表面缺陷检测是在钢丝绳运行期间检测，而钢丝绳的运行会带来润滑油和粉尘污染，被检测的钢丝绳处于相机保护壳和透明窗口之外，可较好的保护镜头和相机不被污染，保证检测效果的可靠性。

Description

一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组
技术领域
本发明涉及一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组。
背景技术
钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，钢丝绳由钢丝、绳芯及润滑脂组成。钢丝绳是先由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。1834年欧洲人奥鲁勃特发明了世界上第一根钢丝绳（光面钢丝绳），1939年建立的天津市第一钢丝绳厂是我国第一家金属制品企业。钢丝绳广泛应用于冶金、矿山、石油天然气钻采、机械、化工、航空航天等领域成为必不可少的部件或材料。
捻距是指在捻股或合绳时，钢丝围绕股芯或绳股围绕绳芯旋转一周（360°）的起止点间的直线距离。在捻制过程中，钢丝或绳股由捻制设备的机身带动作匀速圆周转动，在捻合的同时又被牵引轮带动作匀速直线运动，即成为绳股（简称股）或钢丝绳，钢丝在股中和股在钢丝绳中呈现圆柱螺旋线状态。
钢丝绳的可靠性和损伤状态，直接决定了上述领域提升机构的可靠性和生产安全。钢丝绳检测环境常常伴有潮湿，多尘，气流，寒冷和黑暗等不利于人体工程学的环境。目前我国钢丝绳以人工检测为主，部分公司开发了视觉检测设备和无损探伤检测设备。
专利授权公告号206002060一种钢丝绳机器测量直径检测装置，公开了一种采用相机或摄像机进行钢丝绳直降检测的装置。该专利将钢丝绳与相机均置于机箱之内，采用平行光源照明，将钢丝绳阴影投射到机箱箱底表面上，通过阴影图像采集***对钢丝绳直径进行测量。
专利申请号201610474838.3一种钢丝绳表面损伤识别及直径测量异步检测***，公开了一种采用相机或摄像机进行钢丝绳直降检测的装置。该专利将钢丝绳与相机均置于机箱之内，采用平行光源照明，将钢丝绳阴影投射到机箱上，通过阴影图像采集***对钢丝绳直径进行测量。该专利将钢丝绳直径信息与表面损伤信息分开异步处理，所采用的技术手段与方法也不同。
本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组与上述两种发明的主要区别在于：
1.结构不同：本发明将钢丝绳置于封闭相机保护箱之外，相较于上述两种发明可较好的保证钢丝绳工作时所携带的粉尘、油污等其他杂志污染镜头，同时设有透光窗口片便于高速相机拍摄。窗口同时可根据需求进行亲水或疏水的耐油污、粉尘处理，进一步提高抗油污粉尘能力，在污染后也透光窗口片也易于清理。
2.部件不同:本发明所采用的具有发散角的非平行光源可较好的实现匀光照明，同时该光源置于相机保护箱之外，便于对光照角度进行调整。
3.识别技术不同：本发明所采用的测量方法是对钢丝绳表面图像进行直接分析检测，通过人工智能的分析方式，采用卷积神经网络和图像处理算子的技术手段同步处理直接得出钢丝绳的直径、捻距、表面损伤情况的数据同时对钢丝绳的损伤情况进行全自动综合评估。
4. 部件不同：本发明采用三维调整机构，使高速相机更容易的对准钢丝绳工作，便于快速安装和调整。
5. 安装效果不同：本发明形成的钢丝绳测量及表面缺陷检测模组可在工厂内装调完毕，无需现场拼接，可快速施工。而上述专利由于钢丝绳位于机箱之内，因此须将机箱拆开套入钢丝绳，现场安装过程较为复杂。
本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组。拥有如下优点：
1. 本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，可实现采用计算机人工智能对钢丝绳直径、捻距、表面损伤情况的同步识别，具有速度快，识别率高，全自动的优点。
2.本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，具有模块化生产、模块化安装、产品标准化、生产成本低、安装成本低、钢丝绳设备停机时间短的优点。
3.本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，具有抗粉尘、抗油污能力强的优点。
4.本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，具有可对接工业物联网和云计算的兼容性拓展性强的优点。
因此本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组具备广泛的实用价值和商业价值。
发明内容
本发明提供一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，提出了采用非平行光源部件、便于调整的、模块化安装、抗污染、通过人工智能对钢丝绳表面图像进行分析，同步自动得出钢丝绳直径、捻距、表面损伤情况的检测模组，用以解决现有的技术缺陷。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，包括高速相机，非平行光源，相机保护壳,透明窗口，三维调整机构,供电及数据传输装置，基板；
所述高速相机，非平行光源，相机保护壳,透明窗口，三维调整机构,供电及数据传输装置，基板构成了钢丝绳测量及表面缺陷检测模组；
钢丝绳测量及表面缺陷检测模组通过数据传输装置与计算机***相连实现了表面缺陷检测及测量功能；
所述高速相机面向钢丝绳采集钢丝绳的表面图像信息；
所述基板置于底端；
所述高速相机，非平行光源，相机保护壳,透明窗口，三维调整机构,供电及数据传输装置均置于基板上方；
所述相机保护壳,透明窗口形成可开启的密闭空间；
所述高速相机置于由相机保护壳和透明窗口形成的壳体之内；
所述供电及数据传输装置与高速相机相连为其供电并对外传输图像数据，同时穿出相机保护壳；
所述非平行光源为一个光源或多个光源，固定于基板上或固定于相机保护壳上；
所述三维调整机构在相机保护壳外连接相机保护壳与基板为相机保护壳提供三位位置及俯仰调整功能，或所述三维调整机构在接相机保护壳内连接相机保护壳与高速相机为高速相机提供三位位置及俯仰调整功能；
所述非平行光源面向钢丝绳为钢丝绳提供均匀的照明。
优选的是，所述高速相机为数码高速相机，含有CMOS感光芯片、CCD感光芯片的一种或两种的组合，同时含有镜头，拍摄速度大于等于30张每秒。
优选的是，所述非平行光源为LED光源，光源发散角大于等于20mrad。
优选的是，所述相机保护壳具体为单件壳体或多件拼装壳体并可开孔。
优选的是，所述透明窗口具体为可透过非平行光源所发射光线的片状材料，并可与相机保护壳进行机械连接；所述透明窗口表面可进行亲水表面处理、憎水表面处理的任意一种。
优选的是，所述三维调整机构具体为可调整空间三维坐标及俯仰的机械机构为机械位移台、俯仰台、万向台中的任意一种或多种的组合；所述三维调整机构的一端通过机械固定方式与高速相机、基板中的任意一方连接，另一端连接到相机保护壳上。
优选的是，所述供电及数据传输装置具体可为USB线、无线数据传输装置、网线、电缆中的任意一种或多种的组合。无线数据传输装置一般为WIFI无线数据传输模块、4G/5G移动基带无线传输模块、射频无线传输模块等。
优选的是，所述基板材料为水泥、砖、金属、木质、树脂材料中的一种或多种的组合；所述基板结构为平板、块体、框架结构中的一种或多种的组合，并可开工艺孔及螺纹。
优选的是，所述计算机***含计算机硬件***和计算机软件***；所述计算机软件***通过对高速相机采集到的钢丝绳的表面图像信息进行基于卷积神经算法和图像处理算子技术的人工智能图像处理，测量得到捻距数据、直径数据、表面损伤图像中的一种或多种的组合，并对钢丝绳的损伤情况进行综合评估；所述计算机***可为单台计算机***、计算机集群***、分布式计算机网络***中的一种或多种的组合。
优选的是，所述数据传输装置与计算机***相连，为供电及数据传输装置与计算机***通过USB线、无线网络、有线网络、电缆、数据转换装置、数据中继装置中的任意一种或多种的组合进行数据传输。
本方所采用的其他领域的公知技术对此本发明不再一一赘述；本发明提供的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，主要保护上述装置的***架构。
综上所述，本发明提供的新型钢丝绳测量及表面缺陷检测模组拥有全自动智能化、标准化生产、模块化生产、快速安装、抗污防尘、数字接口扩展性强、对钢丝绳多维度数据综合评估的技术优势和产品优势。
附图说明
图1为本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组的结构示意图；
图中，钢丝绳1，高速相机2，非平行光源3，相机保护壳4,透明窗口5，三维调整机构6,供电及数据传输装置7，基板8，计算机***9。
图2为4套本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组阵列后的应用示意图；
图中，钢丝绳测量及表面缺陷检测模组1，钢丝绳测量及表面缺陷检测模组2，钢丝绳测量及表面缺陷检测模组3，钢丝绳测量及表面缺陷检测模组4,
图3为本发明一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组三维调整机构与高速相机、相机保护壳、三维调整机构的两种空间关系示意图；
图3A为三维调整机构6在相机保护壳4内，三维调整机构6通过机械固定方式与高速相机2连接，另一端通过机械方式连接到相机保护壳4上，为高速相机2提供姿态调整功能。
图3B为三维调整机构6在相机保护壳4外，三维调整机构6通过机械固定方式与相机保护壳4连接，另一端通过机械方式连接到基板8上，为相机保护壳4与高速相机2提供整体性姿态调整功能。
图中，高速相机2，相机保护壳4,三维调整机构6,基板8，
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的的诸如“具有”、“包含”亿级“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，具体实施案例为：
对6cm直径钢丝绳（钢丝绳1）进行表面检测，采用采样率每秒210帧分辨率1920*1200的高速相机（高速相机2），功率15瓦发散角200mrad的条型红外光源（非平行光源3）两个，喷漆铁皮相机保护壳（相机保护壳4）上带有可开启盖板,采用BK7表面亲水处理的透明窗口片（透明窗口5），采用球头万象结型三维调整架（三维调整机构6）,采用USB3.0线缆（供电及数据传输装置7）作为供电与数据传输设备，采用开槽的4mm厚耐候钢板作为（基板8），采用神舟战神G65T-9480S5N主机作为（计算机***9），该主机含显示器、键盘、鼠标。
具体模组组装方法如下：
1.将高速相机与三维调整架通过螺丝连接。
2.打开将相机保护壳上盖板打开，将连接后的三维调整架通过螺丝固定于相机保护壳上。
3.将USB3.0线缆***高速相机上，并通过相机保护壳后通孔穿出盒外。
4.将玻璃盖板通过夹紧的形式固定到相机保护壳开口面，关闭相机保护壳上盖板。
5.将两个条型红外光源通过夹紧装置固定于相机保护壳的两侧，同时夹紧装置可调整照射角度。
6.将已组装的含有高速相机、透明窗口、非平行光源、三维调整架、供电及数据传输装置的相机保护壳通过螺栓固定连接到基板的定位槽上，相机保护壳可通过定位槽在基板进行位置调整并可通过螺栓紧固锁紧。完成钢丝绳测量及表面缺陷检测模组的组装。
具体模组现场装调方法如下：
1.将已组装好的钢丝绳测量及表面缺陷检测模组固定于所需的工作位置，将高速相机与非平行光源对准钢丝绳。
2.将USB3.0线缆连接到计算机***的USB端口上，计算机***开机并启动图像识别程序，可实时观测***画面。
3.打开相机保护壳上盖板，通过调整三维调整架进而调整高速相机对钢丝绳图像观测的位置，调整到所需位置后紧固三维调整架并关闭相机保护壳上盖板。
4.调整非平行光源照明角度，同时观测钢丝绳照明状况确保达到预定照明效果。
5.通过预设的计算机程序采集高速相机所拍摄的钢丝绳表面图像，通过人工智能方法分析得出钢丝绳的捻距、直径以及表面缺陷参数，经人工智能判断后，如存在钢丝绳损伤和失效情况进行下一步应对处理。

Claims (10)

1.一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于：包括高速相机2，非平行光源3，相机保护壳4,透明窗口5，三维调整机构6,供电及数据传输装置7，基板8；
所述高速相机2，非平行光源3，相机保护壳4,透明窗口5，三维调整机构6,供电及数据传输装置7，基板8构成了钢丝绳测量及表面缺陷检测模组；钢丝绳测量及表面缺陷检测模组通过数据传输装置7与计算机***9相连实现了表面缺陷检测及测量功能；所述高速相机2面向钢丝绳1采集钢丝绳1的表面图像信息；
所述基板8置于底端；
所述高速相机2，非平行光源3，相机保护壳4,透明窗口5，三维调整机构6,供电及数据传输装置7均置于基板8上方；
所述相机保护壳4,透明窗口5形成可开启的密闭空间；
所述高速相机2置于由相机保护壳4和透明窗口5形成的壳体之内；
所述供电及数据传输装置7与高速相机2相连为其供电并对外传输图像数据，同时穿出相机保护壳4；
所述非平行光源3为一个光源或多个光源，固定于基板8上或固定于相机保护壳4上；
所述三维调整机构6在相机保护壳4外连接相机保护壳4与基板8为相机保护壳4提供三位位置及俯仰调整功能，或所述三维调整机构6在接相机保护壳4内连接相机保护壳4与高速相机2为高速相机2提供三位位置及俯仰调整功能；
所述非平行光源3面向钢丝绳1为钢丝绳1提供均匀的照明。
2.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述高速相机2为数码高速相机，含有CMOS感光芯片、CCD感光芯片的一种或两种的组合，同时含有镜头，拍摄速度大于等于30张每秒。
3.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述非平行光源3为LED光源，光源发散角大于等于20mrad。
4.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述相机保护壳4具体为单件壳体或多件拼装壳体并可开孔。
5.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述透明窗口5具体为可透过非平行光源3所发射光线的片状材料，并可与相机保护壳4进行机械连接；所述透明窗口5表面可进行亲水表面处理、憎水表面处理的任意一种。
6.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述三维调整机构6具体为可调整空间三维坐标及俯仰的机械机构为机械位移台、俯仰台、万向台中的任意一种或多种的组合；所述三维调整机构6的一端通过机械固定方式与高速相机2、基板8中的任意一方连接，另一端连接到相机保护壳4上。
7.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述供电及数据传输装置7具体可为USB线、无线数据传输装置、网线、电缆中的任意一种或多种的组合。
8.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述基板8材料为水泥、砖、金属、木质、树脂材料中的一种或多种的组合；所述基板8结构为平板、块体、框架结构中的一种或多种的组合，并可开工艺孔及螺纹。
9.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述计算机***9含计算机硬件***和计算机软件***；所述计算机软件***9通过对高速相机2采集到的钢丝绳1的表面图像信息进行基于卷积神经算法和图像处理算子技术的人工智能图像处理，测量得到捻距数据、直径数据、表面损伤图像中的一种或多种的组合，并对钢丝绳的损伤情况进行综合评估；所述计算机***9可为单台计算机***、计算机集群***、分布式计算机网络***中的一种或多种的组合。
10.如权利要求1所述的一种钢丝绳测量及表面缺陷检测模组，其特征在于，
所述数据传输装置7与计算机***9相连，为供电及数据传输装置7与计算机***9通过USB线、无线网络、有线网络、电缆、数据转换装置、数据中继装置中的任意一种或多种的组合进行数据传输。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114216912A (zh) * 2022-02-22 2022-03-22 常州海图电子科技有限公司 一种基于机器视觉的曳引钢丝绳缺陷检测方法
CN116840262A (zh) * 2023-05-10 2023-10-03 武汉帕菲勒电气有限公司 一种在线式钢丝绳无损检测***及方法

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