一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法，所述装置包括一组或多组激光器对、成像单元、处理单元和隔爆单元。所述的激光器对产生两束成一定夹角的激光束；所述的成像系统用于获取激光束在煤面上形成的两点光斑图像；所述的处理单元计算两光斑点的中心距和煤仓料位的深度，并且控制光源，激光器对、相机以及电机工作；当用多组激光器对时，每次接通一组激光器对，依次接通直至形成两个类似的光斑；当用一组激光器对时，装置还包括旋转电机、直线电机。利用旋转电机的旋转和直线电机的直线运动来保证在煤面上形成两个类似的光斑；隔爆单元用来满足井下防爆要求。因而，本发明专利技术的优点在于：结构简单，成本低廉，精度高，鲁棒性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为，属于机器视觉、 立体测量和自动化领域，用于快速正确获得煤仓料位的深度信息。
技术介绍
煤仓料位的检测是煤矿安全生产的重要措施，随着煤源源不断地送入煤仓，煤面 离煤仓顶部的距离越来越小，如不及时停止加煤，就有可能溢出，造成煤堆积，从而引发胶 带输送机头积煤埋压和胶带机重载启动现象，进而引发一系列重大事故；如果煤下降到规 定的最低料位后，如果不及时停止卸煤，一方面其下口结构受冲击而破坏，另一方面可能造 成下部工作人员伤亡事故。同时，还可能由于贮仓上下口风流负压而造成的漏风和煤尘粉 尘的飞扬，造成粉尘浓度急剧增加，可能造成爆炸，酿成煤矿事故。因此，煤仓煤位的检测非 常重要，通过实时检测煤仓的煤位，掌握煤仓储煤量情况，便于控制各部胶带机的送煤量， 杜绝了煤仓堆煤事故的发生，消除隐患，实现安全运输生产。目前常用的煤仓料位检测方法有重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式、回转 翼轮式、雷达式、超声波式、激光式、核子式等。其中重锤式、电极式、电容式、机杆式、称重式 和回转翼轮式属于接触式测量方法，其余的为非接触式测量方法。最常用的有基于射频电 容技术、基于超声波技术和基于雷达技术的三种测量方法，基于射频电容技术测量方法将 一个无线电频率发送到探头上，通过连续的分析电容量的变化来实现测量；基于超声波技 术的测量方法利用超声波发送和接受的时间差来实现测量；基于雷达技术的测量方法利用 电磁波的发射波与反射波时间差来实现测量。中国专利申请号200710038493. 8，公开日2008. 9. 24，公开了一种基于机器视觉 的非接触式连续测量小颗粒状物质料位的高可信度方法及其装置，装置由特殊点光源、图 像采集机、机器视觉模块等组成，图像采集机采集由点光源发射出的光束在物料表面形成 的高亮度光圆图像，通过机器视觉模块采用验证型光圆检测算法进行分析和处理，计算出 光圆的直径或面积大小，进而获得物料值，从而实现物料测量。中国专利申请号01107328. 4，公开日2002. 11. 6，公开了一种数字视频料位计，由 视频输入器、图像采集卡、微处理器和显示屏等相互连接而成，把视频输入器对准被测物 料，视频输入器又连接到图像采集卡的视频输入端，微处理器控制图像采集卡按用户设定 的采样周期采集料位图像、并对图像进行处理，将分析的料位坐标值与标定的刻度计比较 计算出料位真实值，同时将料位图像、料位真实值以及该值的变化趋势显示在显示屏上。目前存在的煤仓料位测量方法有多种，这些方法和设备有着以下问题。1)接触性测量方法由于探头接触物料，易粘住物料和损坏，而且大部分方法测量 距离也比较小，重锤式料位传感器多是机械式的，包括显示部分整个结构很复杂，工作可靠 性差，易出故障。2)非接触式的测量方法，一旦测量头污染，测量精度大幅度下降，且该类方法一般 要求煤面形状规则，内表面光滑，且测量盲区较大，测量精度不稳定，另外波传播时，仓内湿度也影响测量精度，且很多方法对煤仓的直径与深度比有一定的要求。3)基于光圆图像的测距方法，由于成像存在太多盲点和图像的多解析性，特别煤 的成分，颗粒度等差别，可能在缺失光斑或缺少光斑的大部分信息，因而测量误差大，鲁棒 性低；4)主动性差；由于煤仓的高深度，无光、煤的颗粒程度差别很大，无明显一致的特 征，主动性差。5)不易部署，在井下煤仓的有限位置部署，基于PC的视觉系统，比较困难，且很难 实现煤矿安全生产的特性。为了提高煤仓料位测量的主动性，高精度，实时获得煤仓中煤的深度信息，且成本 低廉，本专利技术提供了。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，它利 用激光器对提供主动光源，解决了高深煤仓煤质特征复杂的问题，且激光束的方向可变，有 效地解决了光斑缺少的问题。用单个相机检测光斑点的间距，进而实现煤仓料位的测量，用 较低的成本实现了较高的测量精度和高实时性。本专利技术所述的目的由以下提出的基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置得以 实现。所述的装置包括一组或多组激光器对、成像单元、处理器单元和防爆单元。所述的激 光器对根据煤仓的深度产生两束成一定夹角的激光束；所述的成像系统用于获取激光束在 煤仓中煤面上形成的两点光斑图像；所述的处理器单元利用图像中两个光斑的中心距离以 及两激光束的夹角计算煤仓料位的深度，并且控制光源，一组或多组激光器对、相机以及电 机的工作；但用多组激光器对时，每次接通一组激光器对，依次接通直至在煤面上形成两个 大小相差不大的光斑。当用一组激光器对时，装置进一步电机旋转单元、直线电机单元。电 机旋转单元通过电机旋转来改变一组激光器对两激光束的的方向，保证在煤面上形成两个 大小相差不大的光斑；直线电机单元驱动撑杆的开合控制两激光束之间的夹角大小；隔爆 单元用来满足井下防爆要求。本专利技术所述的目的由以下提出的基于激光和单目视觉的煤仓料位测量方法得以 实现，所述方法包括如下步骤1)产生两束成固定夹角的激光束；2)获取所述激光束在煤面上形成的光斑图像；3)检测图像中光斑的数量和大小；4)如果图像光斑是两个且两个大小相差不大，进入下一步，否则重复步骤2)和步 骤3)直到得到两个大小相差不大的光斑；5)计算两个光斑之间距离；6)根据步骤5)所得的距离和两激光束之间的夹角计算煤仓料位； 以下结合附图对优选实施例进行详细描述，从这些描述中本专利技术的上述目的和优 点将变得更加清楚。其中附图说明图1是本专利技术多组激光器对一种实施例料位测量装置的平面图；图2是本专利技术用一组激光器对时一种实施例料位测量装置的平面图；图3是本专利技术激光器对中每个激光器的蜂窝布置结构示意图；图4是本专利技术激光和单目视觉煤仓料位测量装置的方框图；图5是本专利技术激光和单目视觉煤仓料位测量原理示意6、图7和图8表示本专利技术煤仓料位测量时所得图像的示意图；图9是本专利技术煤仓料位测量的流程图；图10是本专利技术用一组激光器对时料位测量装置装配体主视图；图11是本专利技术用一组激光器对时料位测量装置装配体右视图；图12是本专利技术用一组激光器对时料位测量装置装配体主视图半剖面图；图13是本专利技术用一组激光器对时料位测量装置装配体主视图局部剖面图；图14是本专利技术用多组激光器对时料位测量装置主视图剖面图；图15是本专利技术用多组激光器对时料位测量装置仰视图剖面图；具体实施方法下面将结合附图中所列的实例对本专利技术的优选实施例进行详细，说明，其中使用 相似的附图标记来表示类似部件。图1是本专利技术多组激光器对一种实施例料位测量装置的平面图；如图1所示，本发 明煤仓料位测量装置包括多组激光器对100，一个电荷耦合器件(CXD)相机6、光源5、防 爆外壳8和外壳视窗10 ；所述的多组激光器对的每个激光器成圆周均勻或非均勻布置，多 组激光器对100的每一组激光器对中的两个激光器(比如激光器3和激光器4)对称布 置，并产生固定夹角的激光束。所述的CXD相机6通过拍摄两束激光在煤面上形成的两个 光斑的像而得到一副图像。所述的多组激光器对每次接通一组激光器对，依次接通，直到所 述的CXD相机获得两个光斑的像。所述的光源5是由LED阵列组成，根据煤仓的深度点亮 LED阵列中LED的数量，为获取好的图像提供合适的照明。所述的防爆外壳7是为了满足煤 矿井下防爆要求而设计，其中的镶嵌的视窗10是高透光的。图2是本专利技术用一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置，包括：一组或多组激光器对，每组激光器对包含两个激光器，用于产生成固定夹角的两束激光束；成像单元，用于获取所述激光束在煤面上形成的两点光斑图像；主处理器单元，它利用所述图像计算两光斑的中心距离，进而结合两激光束的夹角计算煤面到装置间的实际距离；防爆单元，用来实现煤矿井下的防爆要求；当装置仅包括一组激光器对时，装置还包括：两激光固定杆，用来固定激光器对；两支撑杆，通过直线电机用来控制两激光固定杆的开合程度；电机旋转单元，用来旋转固定激光器对支架，从而改变激光束的方向，以保证煤面上有两个大小和形状类似的光斑图像；直线电机单元，用来驱动支撑杆的开合控制两激光束之间的夹角大小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，刘松，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]