本發(fā)明屬于機器視覺監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
起重機械是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)主要的搬運設(shè)備，在物料裝卸、設(shè)備安裝及工程施工等各類起重作業(yè)中被普遍使用。隨著生產(chǎn)復(fù)雜程度的提高，起重機械正向結(jié)構(gòu)大型化、功能多元化的方向發(fā)展。目前，我國針對在用起重機械的檢驗，主要是由特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)采取定期檢驗的方式進行。基本上采用的是目視檢測、感觀判斷、磁粉探傷及動作試驗等常規(guī)的檢驗檢測方法。由于大部分的檢驗項目是在起重機械停機狀態(tài)下進行的，檢驗結(jié)果難以體現(xiàn)起重機械實際的運行狀態(tài)和安全隱患。由于無法獲取起重機械長期運行的狀態(tài)參數(shù)，檢驗人員無法對在用起重機械金屬結(jié)構(gòu)的抗力水平和剩余壽命進行分析；對于超期服役的起重機械，更是缺少進行改造和安全評估的相關(guān)依據(jù)和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
《特種設(shè)備安全法》于2014年1月1日起施行，其中第四十八條明確要求，起重機械達到設(shè)計使用年限繼續(xù)使用的，應(yīng)當(dāng)通過安全評估。起重機械金屬結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測是進行安全評估的基礎(chǔ)和前提，因此，開展針對起重機械的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，是起重機械得以安全運行和使用的重要保障。
門座起重機是港口、碼頭、船舶制造及大型水電站的生產(chǎn)和建設(shè)過程中廣泛使用的大型生產(chǎn)設(shè)備，對其進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測具有十分重要的現(xiàn)實意義。
通過調(diào)查和分析，裂紋是起重機金屬結(jié)構(gòu)的最主要故障，其中起重機的轉(zhuǎn)臺和轉(zhuǎn)柱連接處的法蘭盤更是裂紋的高發(fā)區(qū)域，尤其是法蘭盤的焊縫處，主要原因是法蘭盤在外界作用下會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，因此很有必要對其進行監(jiān)測。
機器視覺系統(tǒng)能通過獲取到被測物的一幀或者多幀圖像來對其進行處理、分析，對處理和分析的結(jié)果做出解釋，并對被測物的特征量做出某種判斷。它是計算機學(xué)科的一個重要分支，它綜合了光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。目前機器視覺技術(shù)憑借其高分辨率，無接觸、無損傷、響應(yīng)速度快、重復(fù)性客觀性、低成本等優(yōu)勢，工作在軍工、機械制造、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、電子、物流等諸多領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)門座式起重機運維監(jiān)測不足的問題，而提供能自動實時監(jiān)測門座式起重機法蘭盤的裂紋參數(shù)的一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)，包括中央處理單元，及與中央處理單元連接的應(yīng)力監(jiān)測單元、圖像采集單元、圖像處理單元、觸發(fā)單元以及顯示單元；
所述中央處理單元，包括智能控制器以及與所述智能控制器連接的應(yīng)力處理單元和圖像處理單元，所述應(yīng)力處理單元用于處理法蘭盤應(yīng)力值信號輸出給智能控制器應(yīng)力值信息，所述圖像處理單元用于處理裂紋信號并輸出裂紋值信息給智能控制器；
所述應(yīng)力監(jiān)測單元，用于檢測法蘭盤處的應(yīng)力值，輸出監(jiān)測到的應(yīng)力值信號給所述應(yīng)力處理單元；
所述圖像采集單元，受智能控制器的控制，用于采集門座起重機轉(zhuǎn)臺和轉(zhuǎn)柱處的法蘭盤的圖像，并輸出到圖像處理單元；
所述觸發(fā)單元，用于當(dāng)法蘭盤應(yīng)力值接近最大閾值時，發(fā)出觸發(fā)信號，并輸出給所述智能控制器；
所述顯示單元，與所述智能控制器連接，用于顯示法蘭盤裂紋和應(yīng)力值信息。
進一步改進，所述一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)還包括與所述智能控制器連接的存儲單元，，用于記錄法蘭盤裂紋和應(yīng)力值歷史信息。
進一步改進，所述一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)還包括與所述智能控制器連接的照明單元，用于為采集起重機法蘭盤的裂紋圖像提供照明。
進一步改進，所述一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)還包括與所述智能控制器連接的預(yù)警單元，所述預(yù)警單元包括警報裝置以及與所述警報裝置連接的警報驅(qū)動裝置，所述警報驅(qū)動裝置與所述智能控制器連接，受智能控制器的控制打開或關(guān)閉警報裝置。
進一步改進，所述應(yīng)力監(jiān)測單元為壓電傳感器。
進一步改進，所述圖像采集單元包括圖像采集卡和CCD相機，所述圖像采集卡接收來自智能控制器的信號后控制所述CCD相機曝光采集法蘭盤圖像并將圖像輸送給圖像處理單元。
進一步改進，所述照明單元采用LED燈。
進一步改進，所述智能控制器為基于ARM結(jié)構(gòu)的嵌入式智能控制器。
本發(fā)明的有益效果在于：
1、本發(fā)明一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)采用自動化智能視覺監(jiān)控技術(shù)，具有高精度、高效率、高自動化程度、適應(yīng)性強等優(yōu)點，通過非接觸無損傷的方式，在門座式法蘭盤的應(yīng)力值超出閾值或出現(xiàn)裂紋的時候能快速響應(yīng)，及時停止作業(yè)，降低事故的發(fā)生率，避免人員和財產(chǎn)損失；
2、本發(fā)明還設(shè)有存儲單元，可以根據(jù)需要查閱門座式法蘭盤的歷史監(jiān)控記錄，根據(jù)歷史記錄值可以進一步進行分析，并做出預(yù)判，降低事故的發(fā)生率；
3、本發(fā)明還設(shè)有警報裝置，一旦監(jiān)控到門座式法蘭盤的裂紋超出預(yù)設(shè)值，馬上發(fā)出警報，提醒工作人員第一時間做出反應(yīng)，防止事故的發(fā)生；
4、本發(fā)明還設(shè)有照明裝置，在光線不足時為圖像采集提供所需的光源，而且LED燈，光照強，光線柔和，炫光少，有利于CCD相機拍出高清的圖像；
5、本發(fā)明能同時監(jiān)測法蘭盤焊縫及其上出現(xiàn)的應(yīng)力值和裂紋，對起重機的有雙重的安全保障，有很好的預(yù)警意義，更大限度的降低事故的發(fā)生率。
本發(fā)明提供的一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)具有精度高、反應(yīng)快、實時性強、能同時監(jiān)測法蘭盤焊縫及其上出現(xiàn)的應(yīng)力值和裂紋，對起重機的有雙重的安全保障，從而降低事故的發(fā)生率，避免人員和財產(chǎn)損失，而且具有預(yù)警功能和歷史數(shù)據(jù)查詢的優(yōu)點
附圖說明
圖1為本發(fā)明提供的一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例，一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所述，包括中央處理單元，及與中央處理單元連接的應(yīng)力監(jiān)測單元、圖像采集單元、圖像處理單元、觸發(fā)單元以及顯示單元，其中中央處理單元，包括智能控制器以及與所述智能控制器連接的應(yīng)力處理單元和圖像處理單元，在本實施方式中，采用具有實現(xiàn)自動采樣計算、無功自動調(diào)節(jié)、故障報警保護功能的Samsung S3C2440作為智能控制器。所述應(yīng)力處理單元用于處理法蘭盤應(yīng)力值信號輸出給智能控制器應(yīng)力值信息，所述圖像處理單元用于處理裂紋信號并輸出裂紋值信息給智能控制器。
所述應(yīng)力監(jiān)測單元，用于檢測法蘭盤處的應(yīng)力值，輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后監(jiān)測到的應(yīng)力值信號給所述應(yīng)力處理單元。其中，應(yīng)力監(jiān)測的具體實施部件為壓力傳感器，壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等，它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕，當(dāng)然也可選用其他的具有力和電信號轉(zhuǎn)換功能的傳感器。
所述圖像采集單元，受智能控制器的控制，用于采集門座起重機轉(zhuǎn)臺和轉(zhuǎn)柱處的法蘭盤的圖像，并輸出到圖像處理單元，在實際運行中，所述圖像采集單元包括圖像采集卡和CCD相機，所述圖像采集卡接收來自智能控制器的信號后控制所述CCD相機曝光采集法蘭盤圖像并將圖像輸送給圖像處理單元；圖像處理單元，用于接收法蘭盤的圖像信息后計算出裂紋的尺寸，輸出法蘭盤焊縫處的裂紋尺寸信號給智能控制器；所述觸發(fā)單元，當(dāng)壓電傳感器監(jiān)測到的應(yīng)力值接近法蘭盤的許用值時，觸發(fā)單元發(fā)出觸發(fā)信號給智能控制器；所述顯示單元，與所述智能控制器連接，用于顯示法蘭盤裂紋和應(yīng)力值信息。所述顯示單元，與所述智能控制器連接，用于顯示法蘭盤裂紋和應(yīng)力值信息，方便門座式起重機的運維人員對起重機的運維參數(shù)有一個比較直觀的了解。
為了方便對門座式起重機法蘭盤的歷史運維參數(shù)的查閱，還設(shè)有與所述智能控制器連接的存儲單元，用于記錄法蘭盤裂紋和應(yīng)力值歷史信息，并做出預(yù)判，降低事故的發(fā)生率；另一方面，所述門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)還設(shè)有包括警報裝置預(yù)警單元，一旦監(jiān)控到門座式法蘭盤的裂紋超出預(yù)設(shè)值，馬上發(fā)出警報，提醒工作人員第一時間做出反應(yīng)，防止事故的發(fā)生。
由于在夜晚或者光線不足的情況下，CCD相機不能采集到高清的圖像，所以在本系統(tǒng)中還設(shè)置了照明單元，采用照度高、炫光少而且穿透能力強的LED燈作為照明光源，滿足了采集單元采集到的圖像的精度要求。
在本發(fā)明中，門座式起重機的法蘭盤的裂紋閾值，即臨界最大裂紋，由斷裂力學(xué)的相關(guān)公式來確定：
式中Y為形狀系數(shù)，一般取1.12:；KIC(此處IC是K的下標(biāo))斷裂韌性值(應(yīng)力強度因子)；σ為構(gòu)件的應(yīng)力值，由有限元法得到的應(yīng)力云圖或監(jiān)測單元獲得的應(yīng)力值來確定。
本發(fā)明一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程為：
壓電傳感器監(jiān)測門座式起重機法蘭盤附近處的應(yīng)力值，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，傳輸給應(yīng)力處理單元處理，應(yīng)力處理單元把接收到的應(yīng)力值的電信號基于預(yù)設(shè)的函數(shù)轉(zhuǎn)換成具體的應(yīng)力值，當(dāng)門座式法蘭盤附近的應(yīng)力值超過所設(shè)定的閾值時，智能控制器向圖像采集卡發(fā)出脈沖信號，驅(qū)使CCD相機開始采集法蘭盤的裂紋圖像，經(jīng)圖像處理單元計算處理后，輸出到顯示器上，如果運維人員看到應(yīng)力和裂紋超出預(yù)設(shè)值，預(yù)警單元開始工作，預(yù)警燈亮，喇叭開啟，司機停止作業(yè)，避免事故的發(fā)生。
由以上的具體實施方式可以看出，本發(fā)明一種門座式起重機法蘭盤裂紋的視覺監(jiān)測系統(tǒng)具有精度高、反應(yīng)快、實時性強、能同時監(jiān)測法蘭盤焊縫及其上出現(xiàn)的應(yīng)力值和裂紋，對起重機的有雙重的安全保障，從而降低事故的發(fā)生率，避免人員和財產(chǎn)損失，而且具有預(yù)警功能和歷史數(shù)據(jù)查詢的優(yōu)點。