摘要：煤矿生产过程中以带式输送机运输为主，在运输过程中由于荷载量增加、被障碍物划伤及老化等原因，易造成输送带纵向撕裂故障，给煤矿生产造成严重的损失，因此采用线激光带式输送机纵向撕裂检测装置对运输中的带式输送机进行检测，利用激光照射物体的表面，可以形成具有与物体外形相符的轮廓线，从而获取物体的几何信息。通过改变激光的照射角度对形成的轮廓线进行放大或缩小，并配合相应的图像处理方法及程序算法，可以实现轮廓缺陷的准确检测。从而对带式输送机存在纵向撕裂故障隐患的地点采取措施，确保煤矿高效安全生产。
关键词：线激光检测装置；带式输送机；轮廓线；纵向撕裂
概述
由于国家对环境质量要求越来越高，大量原煤需要洗选后才能达到使用要求，因此煤矿对运输设备的要求不断提高，为了实现在煤矿中长距离、高效率、低费用运输，带式输送机大量使用，尤其是特大型现代化矿井型煤矿，带式输送机输送机的运量、运距、带速都在不断增加，一条大型带式输送机输送机的功率往往达1000KW左右，乃至更大。这样以来易导致输送带的纵向撕裂故障，一旦发生输送带纵向撕裂，给煤矿造成的损失是十分巨大的。
目前，带式输送机纵向撕裂检测装置形式多样，如：超声波检测、微电流检测等；国际上应用较好的是在胶带内部埋嵌导体，通过检测导体的通断情况实现对带式输送机是否发生撕裂进行判断。基于数字图像处理的带式输送机撕裂视觉检测技术也已有应用，但这些检测方式均存在着缺陷和不足。因此在前人的基础上，对线激光的视觉检测装置对带式输送机的检测进行了研究，找出输送带存在纵向断裂隐患故障的地点，并及时采取措施，确保煤矿高效安全生产。而线激光的应用成为该检测装置的主要内容。
1.基本组成
线激光带式输送机纵向撕裂检测装置的硬件系统分为：本安型一字线激光、隔爆型CCD相机和隔爆型现场处理器和远端服务器四部分。
根据带式输送机宽度可增加或减少相机和光源数量，保证相机和光源能覆盖整个带式输送机宽度范围；为避免同一相机视野内出现多条激光轮廓线，相机和光源采用交错安装方式（如图1），在带式输送机运行方向进行错位安装，使一个相机视野内只有一条激光轮廓线。
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2.工作原理
利用激光照射物体表面，可以形成具有与物体外形相符的轮廓线，从而获取物体的几何信息。通过改变激光的照射角度对其形成的轮廓线进行放大或缩小，并配合相应的图像处理方法及程序算法，可以实现物体轮廓缺陷的准确检测。
由于激光轮廓线在被测物体表面上具有一定宽度，并且宽度并不均匀，轮廓线的亮度在不同的位置也可能不同。因此，如何准确获取轮廓线中描述的缺陷信息至关重要。因此，采用CCD相机对激光线照射的图片进行采集，如图2所示，被激光线照射的皮带表面，CCD拍摄到的物体表面图像中，光线随皮带表面变化同时变化情况能够被捕获。实际安装中激光器距离皮带下表面约300mm，照射角度40°，CCD相机距离皮带下表面约400mm。所采集图像视场分辨率640×480，激光线宽度方向所占像素约5个，视野总大小500×400mm，按照像元比例计算，激光线的宽度大约是4.17mm。
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为了实现对带式输送机纵向撕裂现象的准确判断和识别，采用了一字线激光对带式输送机的下表面进行照射，使激光在带式输送机下表面呈现对应的轮廓曲线，当带式输送机输送带表面出现撕裂时，拍摄到的轮廓线出现断裂，利用自动查找轮廓线断裂情况可准确的判断带式输送机撕裂位置。
3.实验数据
3.1 硬件环境
由于带式输送机带式输送机的纵向撕裂发生为瞬变过程，若不能在第一时间内对发生撕裂的带式输送机进行停机、报警将会使撕裂现象迅速扩大化，因此，对图像的实时处理非常重要。而提高识别算法的重要前提是图像质量的好坏，为了避免一些复杂的滤波算法，需要对拍摄图像中的激光轮廓线宽度和边缘散射现象尽可能避免。需要注意如下几方面：
（1）激光发射器照射的角度
激光发射器的角度对反应激光轮廓线的宽度、缺陷的分辨率、轮廓线的散射情况等都有明显的影响，为了让激光轮廓线能够准确的反映缺陷现象，必须保证合适的照射角度。
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经实验变化激光发射器的照射角度，相机捕捉到的激光照片如图3、4所示，由以上图可以看出：激光照射角度越大缺陷分辨度越不明显，边缘散射越严重，因此，在安装过程中应尽量避免激光照射角度过大，以保证良好的图像效果，一般照射根据现场安装环境尽量保证安装角度为30°左右为宜。
（2）激光发射器的照射距离
照射距离主要影响轮廓线宽度和散射，要保证良好的图像识别效果，必须尽可能的去除散射现象，为了实现对缺陷响应的敏感度，应尽量使得轮廓线宽度变小。
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经实验变化激光发射器的照射距离，相机捕捉到的激光照片如图5、6所示，由以上图可以看出：激光照射距离与缺陷分辨度成反比例变化，与边缘散射成正比例变化，因此，在安装过程中增大激光照射距离可以很好的解决轮廓线过宽和散射严重这两个问题，从而保证良好的图像效果，实际安装过程中可根据安装环境尽量放大照射距离。
（3）激光发射器照射功率
由于煤矿中输送带大多是在室内，室内光线与室外有明显差距，为了保证在室内、室外均能得到理想的激光轮廓线，必须严格的控制激光发射器的功率的大小。在有白炽灯照射的室内环境，要保证图像效果，激光光源功率达到至少30mW，在室外阳光直照或有直接反射时，激光光源功率达到至少100mW，若遇有强光直照场所，应当在适当增大激光光源功率，但光源功率最好不超过200mW。
3.2 实际使用现场
2014年1月首套设备在中煤东坡矿投用，7月第二、第三套设备分别在同煤晋华工矿，阳煤五矿投用，截止目前已在现场投运设备12套，使用效果均达到客户要求。
4.结论
根据上述对线激光带式输送机纵向撕裂检测装置的研究可以得出：
（1）为了确保CCD相机视野内只有一条激光轮廓线,相机和光源采用交错安装方式，在带式输送机运行方向进行错位安装。
（2）激光是影响线激光带式输送机纵向撕裂检测装置识别准确性的主要因素，一般激光器的发射角度为30°左右为宜；增大激光器距照射物的距离可以解决轮廓线过宽和散射，因此在安装激光器时尽量放大照射距离；激光发射器照射功率对激光成像的质量也有较大的影响。
（3）线激光带式输送机纵向撕裂检测装置可以对煤矿带式输送机带式输送机纵向撕裂故障做出准确的判断和识别，给煤矿的安全运输提供可靠的保障。
（4）区域搜索方式在该项目中可大大缩减算法的耗时，在保证算法准确性的基础上，充分发挥了实时性。
参考文献
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