強力輸送帶無損檢測系統的製作方法

2023-05-20 06:10:31

專利名稱：強力輸送帶無損檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像技術(圖像採集技術、圖像處理分析技術和圖像自動識別技術)、光學技術、人工智慧技術、精密機械製造技術、電子技術、傳感器技術、無損檢測技術和現代計算機等技術設計一種具有防爆功能的強力輸送帶無損檢測系統。
背景技術：
現在的煤礦，特別是大型煤礦，年生產能力都在幾百萬噸，甚至更多。而礦井的提升一般都採用強力輸送帶機斜井提升。因此，該強力輸送帶能否安全、高效地運輸，直接影響到煤礦的生產效益和安全生產狀況。在運行過程中，輸送帶接頭是否有鋼絲繩因受力過大而抽動，或鋼絲繩受外力的衝擊而被砸斷，或者因膠皮破損而鋼絲繩受水的侵蝕造成斷繩或鏽蝕等情況，這些問題的出現會給安全生產帶來極大的不利，甚至造成重大的傷亡事故。
為了保證鋼繩芯輸送帶機安全正常地運行，需要一種實時在線檢測強力輸送帶內鋼繩芯在運行過程中變化情況的方法，以保證整條輸送帶的運行始終保持在可靠而安全的狀態下，避免事故發生。
傳統的利用X光機對輸送帶接頭進行檢測是在輸送帶靜止的條件下進行觀察，這種觀測儀器，雖然直觀，但檢測時必須停止生產，不能實現鋼繩芯輸送帶的實時在線監測。另外，人工操作，勞動強度大，效率低，檢測時間長，受X光照射，檢測人員會有一些不良反應，長期使用會嚴重影響操作人員的身體健康。其次由於X光機不能長期連續工作，因此對輸送帶不能進行全長度上的檢測，使輸送帶的新斷繩、鏽蝕不能及時發現，對輸送帶運行留下事故隱患。

發明內容
本發明的目的是從根本上克服了上述傳統檢測方法的不足，使計算機技術、數字圖像處理技術與線陣掃描檢測技術相結合，可以實現輸送帶的準確、實時、在線掃描檢測，另外，半導體器件的發展和專用晶片速度、性能、容量的提高，使得數位訊號處理可以實時地完成更為複雜的算法，從而可以進一步提高圖像質量，促進了輸送帶無損檢測技術的發展。
為了實現上述目的，本發明提供一種強力輸送帶無損檢測系統，該系統置於輸送帶側，包括有微機，與其連接的顯示臺，其中該系統的結構還包括有封閉的監測系統箱及輻射屏蔽，該箱及輻射屏蔽內設有X射線發生器、X射線接收/控制板、光觸發傳感器、裝有X射線圖象分析系統的微機，系統供電電源；所述X射線發生器和X射線接收/控制板分別置於所述輸送帶的上下側，當X射線發生器發出呈80度角的扇形光束，穿過運行著的輸送帶，所述X射線發生器發出的X光波成80度角的扇形X光波束，使帶有被測物體信息的X光穿過輸送帶後的信號被位於X射線接收/控制板接收，經過光觸發傳感器和X射線接收/控制板中的信號處理電路放大、濾波、模數轉換，將轉換的數位訊號傳輸給微機，將信號轉換為圖像顯示在與微機連接的所述的微機上，並在所述的顯示臺上顯示。
所述的X射線發生器是電壓、電流可調的能連續工作的X射線發生裝置。
所述的X射線接收/控制板包括有矽光電二極體一維陣列、接收板、數據採集系統DAS及控制模塊，接收板是根據帶寬的不同而調整的多塊子板並接而成，矽光電二極體一維陣列發出的包含著強力輸送帶信息的電信號，被接收板接收，經過放大和通道選擇後被順次採集入數據採集系統DAS中進行A/D轉換，模擬信號經A/D轉換後變為14位數字像素信號，然後像素信號被送入控制模塊中進行數字圖像處理，形成一幀圖像，送入微機中。
所述的接收板的多塊子板中的每塊接收子板包括有前置放大器和多路復用器，將所述接收板的多塊子板並聯組成長度可變的接收板。
所述的數據採集系統包括有可調增益放大器、緩衝放大器及A/D轉換電路，在進行模數轉換之前由可調增益放大器和緩衝放大器使信號放大到可以進行模數轉換，然後把信號送入A/D轉換電路中進行模數轉換。
所述的控制模塊包括有控制單元、數位訊號處理電路和圖像採集接口電路，控制單元根據從微機接收到的指令來控制接收/控制板，從微機到接收/控制板的指令是通過數位訊號處理電路和圖像採集接口電路來傳送的。
所述微機中有一個幀捕獲卡。
所述的幀捕獲卡包括電可擦除只讀存儲器、其周邊元件擴展接口控制器、電平轉換晶片、高速數據緩存及數據傳輸控制邏輯。
本發明的有益效果是該系統能在短時間內分析X光採集的圖像，功能強大且操作簡單，並且容易處理，主要特點有1、系統高性能優勢本系統支持圖像掃描、視頻圖像採集和列印，以預先、同步、滯後處理方式對X射線圖像的形成、判讀分析、管理，可進行視頻回放，同時伴隨有多線程數據後臺採集。運用X射線數字成像技術來進行檢測處理，特別是對批量較大或是在流水線上生產的產品有很高的性能優勢。
2、採集分析系統由於本裝置具有數位化採集功能，採取線掃描逐行成像，幾乎不存在幾何不清晰度，從檢測圖像質量上比以往的圖像增強器成像系統技術要先進。軟體適應相應檢測產品所規定的技術標準，具有圖像幾何尺寸標定和測量以及缺陷定位功能。
3、系統解析度高。線陣掃描成像技術目前在各種成像系統中處於先進水平，射線-數字直接成像系統的轉換方式大大減少了信號長距離傳輸和轉換過程的信號幹擾，且光電陣列像素尺寸很小，因此，空間解析度得到很大的提高。
4、強大的處理功能內置幾何校正、灰度變換、偽彩色等多種清晰度增強算法，利用數字處理技術，將圖像對比度和清晰度進行增強。診斷區域預製了繪圖工具箱、度量工具箱、文本編輯器等多種標註手段，使用戶可以在圖像上添加必要的輔助信息。同時允許用戶保真壓縮數據存儲，也可通過網際網路共享動態數據流。
5、易用交互式平臺本系統具有動態採集，智能分析的圖像管理系統，從圖像的採集到報告生成，最終產生一份詳盡的分析報表，將原本繁瑣且易出錯的人為操作減到最少。
6、模式識別系統用數學方法表示並教會計算機也能懂得識別圖像的本領，這便是模式識別系統。這有助於提高X射線圖像的處理和分析質量，也是對未來更高需求的軟體升級。


圖1是本發明的系統外觀模塊圖；圖2是本發明的系統原理框圖；圖3是本發明中X射線接收/控制板構成圖；圖4是本發明中幀捕獲卡結構圖；圖5是本發明中外部接口圖。
圖中1.監測系統箱及輻射屏蔽2.X射線發生器3.X射線接收/控制板 4.光觸發傳感器
5.微機 6.電源8.矽光電二極體一維陣列 9.接收板10.數據採集系統(DAS) 11.控制模塊12.前置放大器13.多路復用器14.可調增益放大器15.緩衝放大器16.A/D轉換電路 17.控制單元18.數位訊號處理電路 19.圖像採集接口電路20.幀捕獲卡 21.電可擦除只讀存儲器22.周邊元件擴展接口控制器23.電平轉換晶片24.高速數據緩存 25.數據傳輸控制邏輯具體實施方式
下面結合附圖對本發明的強力輸送帶無損檢測系統作進一步的描述。
本發明的強力輸送帶無損檢測系統的結構是在監測系統箱及輻射屏蔽1內有一個能連續工作的T-140型X射線發生器2置於被測物體強力輸送帶一方，該X射線發生器2發出的X射線穿過強力輸送帶後被置於強力輸送帶對方相應部位的X射線接收/控制板3接收。所述的X射線接收/控制板3包括由光電管構成的一維陣列8發出的包含著被測物體圖像象素的電信號經放大、濾波處理後被順序採集。模擬信號經模擬信號放大後經數模轉換器、並串轉換器產生並行圖像象素數位訊號，該信號被輸往微機5內的幀捕獲卡20中，於此該串行數據流被分解成數位訊號和控制信號。經由圖象分析系統，最終產生一份詳盡的分析報表，可在顯示屏幕上直接觀測或列印。
如圖1、2所示，強力輸送帶無損檢測系統，包括有微機5，與其連接的顯示臺7，該系統的結構還包括有封閉的監測系統箱及輻射屏蔽1，該箱及輻射屏蔽1內設有X射線發生器2、X射線接收/控制板3、光觸發傳感器4、裝有X射線圖象分析系統的微機5，系統供電電源6，所述X射線發生器2和X射線接收/控制板3分別置於所述輸送帶的上下側；當X射線發生器2發出的X光波成80度角的扇形X光波束，使帶有被測物體信息的X光穿過輸送帶後的信號被位於X射線接收/控制板3接收，經過光觸發傳感器4和X射線接收/控制板3中的信號處理電路放大、濾波、模數轉換，將轉換的數位訊號傳輸給微機5，將信號轉換為圖像顯示在與微機5連接的所述的微機上，並在所述的顯示臺7上顯示。微機5通過專用圖像處理軟體對圖像進行放大、處理等。
所述X射線發生器2的型號為能夠連續發射X射線T-140型的X射線發生器。所述電源7用來為系統各部件提供所需的直流電。
如圖3所示，所述X射線接收/控制板3為707型號的接收/控制板，包括矽光電二極體一維陣列8、接收板9、數據採集系統10、控制模塊11四大部分組成。接收板9由數塊子板並接而成，可根據帶寬的不同而調整子板的塊數。矽光電二極體一維陣列8發出的包含著強力輸送帶信息的電信號，被接收板9接收，經過放大和通道選擇後被順次採集入數據採集系統(DAS)10中進行A/D轉換，模擬信號經A/D轉換後變為14位數字像素信號，然後像素信號被送入控制模塊11中進行數字圖像處理，形成一幀圖像，送入微機5中。
本系統的核心模塊為X射線接收/控制板3，由於現場輸送帶的帶寬不相同，故其接收板9由多塊接收子板並接而成，可根據帶寬的不同而調整接收子板的塊數。接收子板部分包括前置放大器12和多路復用器13。前置放大器12用來採集和放大矽光電二極體一維陣列8極低的電流輸出(十幾個微安)，多路復用器13的主要功能是信號的多路化，在這種情況下輸出的是連續的模擬數據。
經過前置放大器12和多路復用器13後是數據採集系統(DAS)10，數據採集系統(DAS)10的主要功能是完成模數轉換。包括可調增益放大器14、緩衝放大器15、A/D轉換電路16三部分。在進行模數轉換之前需要一些步驟使信號放大到可以進行模數轉換，這主要由可調增益放大器14和緩衝放大器15來完成，然後把信號送入A/D轉換電路16中進行模數轉換。數據採集系統(DAS)10、前置放大器12及多路復用器13放在同一塊接收子板中。
圖3中的控制模塊11包括控制單元17、數位訊號處理電路18和圖像採集接口電路19。控制單元17根據從微機5接收到的指令來控制接收/控制板3。來自微機5的指令包括校準、採集和設置不同的積分時間，還可能包括校準數據或其它設置數據。從微機5到接收/控制板3的數據是通過RS232接口來傳送。控制單元17的主要功能之一是為數據採集系統(DAS)10提供時序。
數位訊號處理電路18除了處理不同信號的的多路化、標準化、修正和邏輯功能外，還能處理一些更複雜的任務，如信號的平均化。構成一幅圖像的每條線上的信號經過平均化以後得到一個新的圖線，這樣能取得更好的信噪比，提高圖像清晰度和質量。
圖像採集接口電路19負責接收/控制板3和微機5之間的通信。選擇RS422作為接口。
如圖4所示，所述幀捕獲卡20包括包括電可擦除只讀存儲器24，其周邊元件擴展接口控制器22，該型號為S5933。電平轉換晶片23，其型號為MAX3095。高速數據緩存24，其型號為IDT72V235。數據傳輸控制邏輯25，ispLSIL1016。電平轉換晶片23的作用是將來自RS422輸出埠的差分數據轉換成TTL信號。高速流入的數據先在外部高速數據緩存24中緩存，內部高速數據緩存24非滿時再作傳送。周邊元件擴展接口(PCI)控制器22用來實現周邊元件擴展接口(PCI)總線協議的執行。數據傳輸控制邏輯25用於周邊元件擴展接口(PCI)控制器與高速數據緩存24，以及高速數據緩存24與外部設備之間的傳輸控制。
所述微機5內有幀捕獲卡20及圖象分析處理軟體系統，不僅能顯示出被測物體的圖像，而且提供了超級圖像處理功能，包括降噪、亮度對比度增強、邊緣增強等基本功能和多種高級功能，如組合控制功能、自由編程功能、數據報告的瀏覽和列印輸出功能、圖像存儲和圖像轉儲功能、圖像回拉功能、人性化的圖像顯示和個性化的設計功能、遠近程開關機功能、系統自診斷功能、自動維護保養功能等。系統自診斷功能是以菜單方式提供，方便操作。使用圖像處理系統能適應相應檢測產品所規定的技術標準，具有圖像幾何尺寸標定和測量以及缺陷定位功能；在檢測圖像中標定的缺陷位置與實際位置誤差應≤2mm，單個缺陷的測量精度為±0.5mm。
本發明的接口關係如圖5所示，處理好的一幀圖像數據既可以通過RS422接口傳送，也可以通過乙太網接口傳送。微機5發送指令到X射線接收/控制板3，以及X射線接收/控制板3的應答信號通過RS232接口傳送。幀捕獲卡位於微機5中，通過數據線與X射線接收/控制板3中的數位訊號處理電路18相接。微機5發出一個幀觸發信號即開始採集圖像。
本發明的圖像分析處理軟體包括兩部分，一部分是控制軟體，其功能是通過數據總線發送命令來控制成像系統，這些命令包括工件動作指令、成像裝置的校準、從幀捕獲卡20得到圖像、圖像平面尺寸校定、圖像實時採集、圖像的同步處理和圖像儲存等。根據視頻技術理論，圖像採集速度達到25幀/秒即視為實時成像。另一部分是成像軟體，其功能是在微機上顯示圖像，按所檢測輸送帶的質量標準進行缺陷等級評定，同時生成工件檢測資料庫文件，輸出評定報告，再將檢測圖像和資料庫文件同時保存到光碟等儲存介質中去，最終產生一份詳盡的分析報表。
本發明的軟體平臺用C++及MFC實現。軟體使用幀捕獲卡20提供的動態連結庫函數獲取圖像數據，像素數據校正軟體採用多文檔界面框架，按照面對對象編程思想，重點設計了以下四個類(1)CimageSrc類用於圖像像素數據讀取、將圖像數據放入緩衝區，然後進行圖像處理數據和異物判斷及識別使用。
(2)CimageDisplay類用於圖像在界面中顯示。
(3)Cximage類圖像處理模塊，包含了大部分圖像預處理功能圖像增強、圖像分割、圖像輪廓提取等。
(4)LinePixel類行像素灰度曲線分析模塊，包含了對行像素灰度分布曲線繪製。
將本發明的強力輸送帶無損檢測系統進行工業試行中，在井下溼度大、煤塵大的惡劣環境下，該系統連續穩定運行達800小時以上。顯示臺7設置在專用觀察室中，離現場檢測設備20m左右，保證了操作人員的安全。輸送帶運行過程中圖像以25幀/秒進行顯示，圖像解析度達到了1.5mm*1.5mm，圖像清晰度高，能實時看到完整的強力輸送帶內鋼繩夾芯的圖像，幾乎與輸送帶運行同步。在運行時，發現輸送帶部位有一處亮度增大，隨即微機5通過報警裝置發出了報警信號，然後停機檢查，果然看到該部位的熱補膠已經脫落，當即進行了修補，防止了事故隱患。當運行至輸送帶接頭時，報警裝置響起，通過圖像處理軟體進行缺陷定位，智能識別與計算，發現接頭處伸長5.1mm，輸送帶強度已經降低。該裝置誤差率可達到0.1％，幾乎可以無誤地檢測出輸送帶中鋼繩夾芯的任何異常現象。
權利要求
1.一種強力輸送帶無損檢測系統，該系統置於輸送帶側，包括有微機(5)，與其連接的顯示臺(7)，其特徵是該系統的結構還包括有封閉的監測系統箱及輻射屏蔽(1)，該箱及輻射屏蔽(1)內設有X射線發生器(2)、X射線接收/控制板(3)、光觸發傳感器(4)、裝有X射線圖象分析系統的微機(5)，系統供電電源(6)；所述X射線發生器(2)和X射線接收/控制板(3)分別置於所述輸送帶的上下側，當X射線發生器(2)發出呈80度角的扇形光束，穿過運行著的輸送帶，所述X射線發生器(2)發出的X光波成80度角的扇形X光波束，使帶有被測物體信息的X光穿過輸送帶後的信號被位於X射線接收/控制板(3)接收，經過光觸發傳感器(4)和X射線接收/控制板(3)中的信號處理電路放大、濾波、模數轉換，將轉換的數位訊號傳輸給微機(5)，將信號轉換為圖像顯示在與微機(5)連接的所述的微機上，並在所述的顯示臺(7)上顯示。
2.根據權利要求1所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的X射線發生器(2)是電壓、電流可調的能連續工作的X射線發生裝置。
3.根據權利要求1所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的X射線接收/控制板(3)包括有矽光電二極體一維陣列(8)、接收板(9)、數據採集系統(DAS)(10)及控制模塊(11)，接收板(9)是根據帶寬的不同而調整的多塊子板並接而成，矽光電二極體一維陣列(8)發出的包含著強力輸送帶信息的電信號，被接收板(9)接收，經過放大和通道選擇後被順次採集入數據採集系統(DAS)(10)中進行A/D轉換，模擬信號經A/D轉換後變為14位數字像素信號，然後像素信號被送入控制模塊(11)中進行數字圖像處理，形成一幀圖像，送入微機(5)中。
4.根據權利要求3所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的接收板(9)的多塊子板中的每塊接收子板包括有前置放大器(12)和多路復用器(13)，將所述接收板(9)的多塊子板並聯組成長度可變的接收板。
5.根據權利要求3所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的數據採集系統(10)包括有可調增益放大器(14)、緩衝放大器(15)及A/D轉換電路(16)，在進行模數轉換之前由可調增益放大器(14)和緩衝放大器(15)使信號放大到可以進行模數轉換，然後把信號送入A/D轉換電路(16)中進行模數轉換。
6.根據權利要求3所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的控制模塊包括有控制單元(17)、數位訊號處理電路(18)和圖像採集接口電路(19)，控制單元(17)根據從微機(5)接收到的指令來控制接收/控制板(3)，從微機(5)到接收/控制板(3)的指令是通過數位訊號處理電路(18)和圖像採集接口電路(19)來傳送的。
7.根據權利要求1所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述微機(5)中有一個幀捕獲卡(20)。
8.根據權利要求7所述的強力輸送帶無損檢測系統，其特徵是所述的幀捕獲卡(20)包括電可擦除只讀存儲器(21)、其周邊元件擴展接口控制器(22)、電平轉換晶片(23)、高速數據緩存(24)及數據傳輸控制邏輯(25)。
全文摘要
本發明提供的強力輸送帶無損檢測系統，該系統箱及輻射屏蔽內有一個能連續工作的X射線發生器置於被測物體強力輸送帶一方，該X射線發生器發出的X射線穿過強力輸送帶後被置於強力輸送帶對方相應部位的X射線接收/控制板接收。所述的X射線接收/控制板包括由光電管構成的一維陣列發出的包含著被測物體圖像象素的電信號經放大、濾波處理後被順序採集。模擬信號經模擬信號放大後經數模轉換器、並串轉換器產生並行圖像象素數位訊號，該信號被輸往微機內的幀捕獲卡中，於此該串行數據流被分解成數位訊號和控制信號，經由圖象分析系統，最終產生一份詳盡的分析報表，可在顯示屏幕上直接觀測或列印。該系統功能強大且操作簡單，並且容易處理。
文檔編號G01N23/18GK1936555SQ20061001579
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月25日 優先權日2006年9月25日
發明者崔才英, 李文, 焦克華 申請人:天津安信通科技有限公司