一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置，属于机器视觉领域。它包括成像部分、处理部分、照明光源部分和隔爆部分。成像部分包括ＣＣＤ相机和一组或多组激光器对。当用一组激光器对时，装置还包括旋转电机和直线电机。相机、直线电机和激光器对与旋转电机相连，受其转导可以做圆周旋转，激光器对与直线电机相连，受其引导可以做圆弧运动。当用多组激光器对时，相机和多组激光器，照明光源部分通过固定架与隔爆部分相连。处理部分为一块嵌入式处理器，与装置各部分相连。照明光源部分由红外ＬＥＤ阵列组成。隔爆部分包括隔外壳和高透光视窗。本实用新型专利技术的优点在于：结构简单，成本低廉，精度高，鲁棒性好，且解决了光斑丢失问题。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术为一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置，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。本技术提供了一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置和方法。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种基于激光和单目视觉的煤仓料位测量装置，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，用单个相机检测光斑点的 间距，进而实现煤仓料位测量的目的，用较低的成本实现了较高的测量精度和高实时性。本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。所述的装置包括成像部分、处理部分、照明光源部分和隔爆部分。成像部分包括 CXD相机和一组或多组激光器对。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CCD相机用于获取激光束在煤仓中煤面上形成的两点光斑图像。当用一 组激光器对时，装置还包括旋转电机和直线电机。相机、直线电机和激光器对与旋转电机相 连，受其转导可以做圆周旋转。激光器对与直线电机相连，受其引导可以做圆弧运动，以保 证在煤面上形成两个大小相差不大的光斑。当用多组激光对时，相机和多组激光器，照明光 源部分通过固定架与隔爆部分相连，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。照明光源部分由红外LED阵列组成。隔爆部分包括隔外壳和高 透光视窗。本技术利用激光对产生两个成一定夹角的激光束，在煤面上产生两个光斑， 用CXD相机采集光斑图像，处理器计算两个光斑的距离并结合一组激光对的夹角实现煤仓 料位测量的目的。本技术的优点在于结构简单，成本低廉，精度高，鲁棒性好，且解决 了光斑丢失问题。以下结合附图对优选实施例进行详细描述，从这些描述中技术的上述目的和 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是本技术激光对中每个激光器的蜂窝布置结构示意图；图4是本技术激光和单目视觉煤仓料位测量装置的方框图；图5是本技术激光和单目视觉煤仓料位测量原理示意图图6、图7和图8表示本技术煤仓料位测量时所得图像的示意图；图9是本技术用一组激光器对时料位测量装置装配体主视图；图10是本技术用一组激光器对时料位测量装置装配体右视图；图11是本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12是本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13是本技术用多组激光器对时料位测量装置主视图剖面图；图14是本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， 本技术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(CCD)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。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，包括成像部分、处理部分、照明光源部分和隔爆部分；成像部分包括ＣＣＤ相机和一组或多组激光器对；当用一组激光器对时，装置还包括旋转电机、直线电机、两个激光固定杆和两个支撑杆，相机、直线电机和激光器对与旋转电机相连，受其转导可以做圆周旋转，激光器对与直线电机相连，受其引导可以做圆弧运动；当用多组激光对时，相机和多组激光器对，照明光源部分通过固定架与隔爆部分相连，处理器部分为一块嵌入式处理器，与装置各部分相连，照明光源部分由红外ＬＥＤ阵列组成，隔爆部分包括隔外壳和高透光视窗。

【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：实用新型
国别省市：11[]