基于线阵的钢绳芯输送带无损检测系统设计

论文摘要

近年来,随着能源产业的快速发展,钢绳芯强力输送带系统已经广泛应用于煤矿、冶金、码头、电力等部门的大型运输设备,此类设备具有大倾角、速度快、运力大、运输距离远等特点,这些优点使其成为煤矿的主要输送工具。钢绳芯输送带是由若干段皮带搭接、硫化而成,皮带接头是整个运输系统的薄弱环节,断带事故将造成人员伤亡和重大经济损失。因此开发一套实时在线的钢绳芯输送带无损检测装置十分必要。在经过查阅领域内的大量资料,调查研究目前的检测手段之后,试制了基于漏磁原理的钢绳芯输送带保护装置。该装置经过在煤矿现场一段时间的试验和使用已经达到了预期设计目标,并且应用到了多处煤矿现场。该产品能够检测出皮带内的钢丝绳断绳损伤,识别皮带接头信号。软件识别出损伤后可以定位到距接头位置的距离。不过也存在一些不足:首先,基于漏磁原理开发的设备无法看到皮带内的钢丝绳真实状况,只能看到在显示器上模拟的图像。其次,基于漏磁原理的皮带监测设备只能定性检测钢丝绳的损伤状况,不能定量检测损伤的程度。因为只要钢丝绳有损伤的情况出现就会存在漏磁场,所以无法准确了解钢丝绳的断裂程度。由于这些不足的存在,给操作人员带来了一些麻烦。为此,考虑寻找新方案来避免以上不足。与此同时,了解到X射线线阵探测器阵列具有扫描速度快、观察直观等特点。X射线无损检测与医学上的透视原理相同,钢丝绳和橡胶的密度相差较大,拍摄出的透视图片可以清晰的分辨出钢丝绳的断绳程度。这在很大程度上方便了操作人员对皮带的维护。目前,X射线无损检测技术已经应用到了轮胎检测、工件缺陷检测、食品异物检测等领域,实时在线的皮带监测设备在煤矿领域的应用还是一片空白。在对基于漏磁产品的总结、评测的基础上,确定了现在的钢丝绳芯输送带X射线透视检测方案,此方案突破了漏磁检测的局限性,实现了皮带内部结构的可视化。设备的成功开发,使皮带内人眼不能直接观看的钢丝绳损伤情况一目了然,操作人员可以精确了解皮带内钢丝绳的损伤情况,为皮带维护和更换提供了科学的参考依据。本论文提出了基于X射线线阵探测器阵列的钢丝绳芯输送带无损监测方案。在X射线线阵探测器消化吸收的基础上,设计了线阵探测器阵列和主机之间的通讯软件,实现了输送带大数据量的实时传输。采用图像还原、图像增强、图像变换、图像分割等图像处理方法对采集的输送带图像进行处理,提出钢丝绳的断绳、锈蚀、带面损伤、接头抽动等损伤的判定方法。并且利用VC集成开发环境编写了图像处理软件,实现了对钢绳芯输送带的实时在线监测和故障判断。本装置通过初步的实验,采集的输送带图像分辨率较高,图像传输质量较好。钢丝绳缺陷的软件智能识别为预防恶性事故的发生提供了科学的参考数据,相信必将使事故数量大大减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 强力输送带无损检测技术的发展现状
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 课题研究的内容
• 第二章 基于漏磁原理钢丝绳皮带监测设备的开发
• 2.1 输送带简介
• 2.2 漏磁原理简介
• 2.3 电磁检测系统结构组成
• 2.4 系统硬件设计实现
• 2.5 系统软件设计部分
• 2.6 基于漏磁原理的钢绳芯皮带无损监测装置的分析与总结
• 2.7 基于线阵探测器阵列的无损探伤监测设备的开发工作规划和探索
• 第三章 X 射线检测原理
• 3.1 X 光的产生
• 3.1.1 X 光的产生原理
• 3.1.2 X 光特性
• 3.1.3 X 射线穿过物质发生的变化
• 3.2 射线检测技术发展
• 3.2.1 X 射线衰减特性
• 3.2.2 X 射线检测技术发展
• 3.3 人工研制的X 射线
• 3.3.1 X 射线机的基本结构与类型
• 第四章 系统整体方案设计
• 4.1 概述
• 4.2 本安电源介绍
• 4.2.1 本质安全理论产生的背景
• 4.2.2 理论发展简介
• 4.2.3 本质安全型基本原理
• 4.2.4 我国发展状况
• 4.3 X 光机介绍
• 4.3.1 X 光机串口通讯命令
• 4.4 线阵探测器阵列介绍
• 4.4.1 线阵探测器阵列功能单元
• 4.4.2 线阵探测器阵列功能调试
• 第五章 图像处理方法
• 5.1 图像处理方法概述
• 5.2 空间域的图像变换增强
• 5.2.1 直接灰度变换
• 5.2.2 直方图变换
• 5.2.3 图像间运算
• 5.2.4 模板运算
• 5.3 空间域滤波增强
• 5.4 频率域增强
• 5.5 图像处理方法确定
• 第六章 强力输送带图像采集和图像处理软件设计
• 6.1 软件设计框架
• 6.2 图像处理函数库选择
• 6.3 软件算法实现
• 6.4 软件功能实现
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录1 主控板PCB 实物图
• 附录2 光电隔离板PCB 实物图
• 附录3 传感器单元PCB 实物图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文