（3华能南京燃机发电有限公司，江苏 南京 210034）
摘要：
为了能够准确、及时地判断出输送带纵向撕裂故障，提出并实现了一种以机器视觉技术为基础的输送带纵向撕裂检测系统。该系统将高帧率相机与一字线激光发射器按特定位置和角度集成到同一个图像采集设备中。使用中将该图像采集设备分别安装在输送带下方两侧，当输送带发生撕裂事故时，照射在其表面的激光条纹也随之发生变化，通过对采集到的激光条纹图像进行特征识别，可实现对输送带撕裂故障的检测。经过大量试验和现场应用表明，该方法可对带式输送机输送带撕裂故障做出及时、准确的诊断。忏悔录2013
2011江西高考英语关键词：输送带；线激光；机器视觉；纵向撕裂；
0 引言
带式输送机是散料输送最为重要的运输设备之一，而输送带作为带式输送机的重要组成部分，
起着承载物料与牵引的重要作用。目前，企业生产中采用的带式运输机运行速度普遍较高，稳定运行速度可达5米/秒以上，由于其带动电机功率较大，在皮带发生以后如果不能及时通知控制系统停机或者通知现场工作人员及时消除撕裂，将会导致皮带运输机发生贯穿性撕裂。同时，在矿用输送带使用过程中，落料冲击、物料夹杂金属异物等易引起输送带非正常损伤，缩短输送带使用寿命，增加生产成本。如不能及时发现和处理输送带损伤，轻则导致撕裂扩大影响后续运输，重则导致输送带中断、物料损耗、人员伤亡等，影响安全生产。
一般输送带产生撕裂的原因主要有以下几点：一、落煤点、转载点有大型异物卡入导致胶带撕裂。二、机头、机尾处下皮带上有异物卷入滚筒，导致皮带撕裂。三、皮带正常运输部位， 由于边缘钢绳裸露或磨损的毛边被托辊卷入，导致皮带撕裂事故。针对撕裂产生的原因、特征，国内外从多个领域进行了撕裂检测的而研究，传统的输送带纵向撕裂检测方法主要是通过撕裂压力、电磁感应、光电感应等传感器检测输送带的物料泄露和钢丝绳或橡胶脱落等状态，判断纵向撕裂故障，均存在准确性和可靠性差、易损坏等缺点。
机器视觉测量技术具有非接触、实时性强和主动受控等特点，随着该技术的发展和日臻成
熟，基于机器视觉的输送带纵向撕裂检测得到了越来越多的研究和关注。然而当前市面上多数皮带撕裂检测设备普遍存在价格成本高、设备体积大、部署困难等问题，通过优化结构及安装方式本文提出并实现了一种低成本、便于安装的皮带撕裂智能检测系统。
1输送带撕裂检测原理
皮带运输机工作环境复杂，如果单纯依靠工业相机提取皮带表面裂缝特征，精确度差，提取时间长，不符合工业化现场对实时性的要求。20世纪60年代，激光技术出现，随着该技术不断的发展，以结构光为代表的三维视觉测量技术因非接触、速度快、实时性强等特点，越来越多被应用到工业检测中。基于皮带运输机实际应用场景特点，本文采用的基于“一字”线激光辅助的图像检测方法，利用高亮度的红激光与黑输送带呈现高对比度特征，通过采集线激光条纹图像，对激光条纹进行特征提取识别间接判断皮带是否发生撕裂，可以大大减少图像处理过程的计算量，保证检测的准确性和实时性。
2 检测系统说明
凤斗
2-1 系统构成及功能
皮带撕裂检测设备系统工作原理如图所示，该系统主要包括图像采集设备和边缘计算控制模块，考虑到一般皮带输送机皮带宽度平均在1.5米以上，为保障整条皮带数据采集完整性需使用2个图像采集设备同时工作。图像采集设备主要由650nm红“一”字线激光器、高帧率工业相机组成；边缘计算控制箱主要由边缘计算单元、继电器、开关电源、4G+WIFI路由器、EMI滤波器构成，考虑工作场景环境温度，内置散热风扇结合导热垫对计算单元进行散热；整套系统的供电电压为220VAC，额定运行频率50Hz,工作温度-15℃到60℃，工作湿度0~95%，图像采集设备的防护等级可达IP66，边缘计算控制箱的防护等级可达IP65。边缘计算单元中部署识别算法、WEB服务、视频编解码服务，可实现对撕裂故障的本地计算检测，并将检测结果上报到集控平台；其中的视频编解码服务可将采集的图像进行编解码后实时展示在集控平台，方便用户实时监控输送带表面图像。该系统将图像采集设备和计算设备进行了解耦，部署灵活度高、方便升级和维护。系统部署后可根据输送带运行情况设定检测系统工作时间。
图1 系统构成
2-2 图像采集模块
本文将激光器与高帧率工业相机上下并排固定在同一个相机壳体中，如图x所示，激光器和相机轴线保持在同一平面并且与水平面垂直，一字激光出光方向垂直于相机。该方案可以保证设备在以任意角度安装时，激光线始终处于检测画面中心，并且激光线在画面中是直线状态，设备在安装部署时只需关注激光线是否覆盖输送带检测区域即可。
滚动转子式压缩机
相机的性能决定了采集图像的质量，良好的原始数据可以降低图像处理的难度和时间，提高识别准确性。针对皮带机运行特点，本文采用高帧率工业相机，其主要规格如下：有效像素200万，分辨率1600x1200@60fps，最高帧率可达90fps,传感器尺寸为1/1.8”,全局快门曝光适合采集高速动态数据；镜头光圈及焦距可调，可根据目标距离进行焦距调整，根据环境光照条件调整光圈大小。数据接口为RJ45千兆以太网，传输距离长，采用双屏蔽超六类网线信号稳定抗干扰能力强。工作电压为DC9~12V,同时支持POE供电。一字线激光的作用是投射一条稳定集中的激光条纹到输送带下表面，通过分析激光条纹的变化来判断皮带状态。输送皮带为黑具有一定的吸光性，并且输送带与托辊接触的位置由于长时间
摩擦会被摩擦光滑形成不了漫反射会造成投射到该区域的线激光条纹亮度衰减造无法形成连续条纹。因此线激光的选择至关重要，本文采用的650nm一字激光仪光线均匀、亮度高、线宽可调、工作寿命长，光束发散度0.3mrad，线弯曲度≤0.1mm@500mm，采用进口鲍威尔棱镜提升了出射激光线的均匀性。该激光设备经过实际应用测试，可在皮带表面形成清晰均匀条纹，为检测算法提供良好的输入图像。
边缘计算模块基于NVIDIAJetsonNX核心板，该核心板具有8GBLPDDR4显存，16GB eMMC算力可达21TOPS，具有384个NVIDIACUDACores、48个Tensor Cores、两个NVIDIA深度学习加速器引擎,支持视频硬件编解码；针对设备接口及供电需求进行底板PCB设计，最终模块具备6个千兆网口，支持12v、5v供电，具备RS485端口3个，可扩展SSD内存256G。
为保证设备能在复杂的工业环境中正常工作，图像采集模块壳体做整机高防护设计，通过使用密封胶、密封圈、防水航空接插件等措施，防护等级可达到IP66，可有效避免工作现场粉尘和水进入壳体影响设备正常运行。为防止输送带运输过程中有煤块或石块掉落砸伤透镜，激光和相机的透镜采用5mm厚钢化玻璃，同时玻璃透镜双侧镀AR、AF膜以保证光
线透过率。皮带运输机工作现场粉尘和水雾污染十分严重，检测设备长期使用透镜表面会附着大量灰尘、水雾，为此采集模块前端设计了电动雨刷，雨刷清理范围可同时覆盖激光和镜头的两个透镜，雨刷控制协议为ModbusTCP ,通过后台控制WEB界面能够实现定时自动清理和手动控制清理。
图2 图像采集模块
2-3 系统工作原理
铵根离子图像采集模块部署在输送带下方，激光线投射在输送带的下表面，当皮带表面发生深度信息变化时，激光线会发生变形，变形的程度与设备相对皮带安装位置、角度等参数相关。当输送设备正常运行，输送带表面无损伤时，相机采集到的激光条纹平直、无跳跃、无断点；当发生撕裂事故时，激光线在撕裂位置则会发生畸变，出现断点、跳跃等现象。工业
自由交易
相机采集到的原始图像传输到边缘计算控制箱内的边缘计算模块，图像识别算法对获取的图像进行处理，通过对激光条纹进行特征分析，实现对输送带是否出现纵向撕裂进行判定。
边缘计算模块对图像进行识别处理后，由于工业相机采集输出的是原始数据，数据量非常大无法直接通过网络传输。因此在边缘计算模块中会部署音视频处理服务，首先对图像数据进行编码压缩、格式封装，转换成视频流再通过网络传输到后台WEB端，从而能够实时查看相机监测画面。除了实时检测视频展示，WEB端可以实现输送带表面裂痕、纵向撕裂的历史数据输出的功能，通过历史数据对比，可用于输送带表面划痕趋势的判断。操作人员在监控室通过在WEB端操作，可进行设备电源开关、采集图像、图像采集设备视窗清洁和设备状态监视等操作，无需人员到现场就能完成设备操作和检测工作。
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