一种钢丝绳全息检测系统的制作方法

一种钢丝绳全息检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢丝绳全息检测系统。上述钢丝绳全息检测系统包括检测装置、行程计量装置、数采转换工作站、报警控制器、终端控制主站等；上述检测装置又具体包括钢丝绳电磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置、损伤位置标记装置等。本发明提供的钢丝绳全息检测系统，具有诸多方面的技术优势，其必将带来良好的市场前景和经济效益。
【专利说明】
一种钢丝绳全息检测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及钢丝绳损伤检测技术领域，尤其涉及一种钢丝绳全息检测系统。
【背景技术】
[0002] 钢丝绳作为吊装、起重、提升、牵引、承载等设备的关键构件，广泛应用于国民经济 的各个领域(例如:矿井提升机、石油钻修井机、索道、缆车、起重机、桥梁拉吊索、电梯、牵引 索、固定索、承载索等）。长期以来，由于缺少科学有效的综合检测手段，钢丝绳的安全使用， 始终是安全管理的难点问题。钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的 规则捻制在一起的螺旋状钢丝束。钢丝绳是先由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定 数量股捻绕成螺旋状的绳。钢丝绳在物料(或是其他物品）的搬运机械中，供提升、牵引、拉 紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。
[0003] 但是，钢丝绳一旦处于损伤状态都会严重威胁工业生产（即损伤严重容易引发钢 丝绳断裂），甚至带来严重的安全生产事故;对此，钢丝绳的无损检测至关重要;一般来讲， 按照国标标准钢丝绳的损伤检测主要包括钢丝挤出、单层股钢丝绳绳芯挤出、钢丝绳直径 的局部减小、绳股挤出/扭曲、局部压扁、扭结、波浪形变形、弯折、笼状畸变、外部腐蚀、内部 腐蚀、外部磨损和内部磨损、表面断丝、内部断丝、钢丝疲劳等等二十多项损伤检测。
[0004] 在现有技术中，传统的钢丝绳检测方法主要有三种（即人工目视、人工卡尺测量以 及无损探伤设备检测）；
[0005] 第一种:在钢丝绳生产或是使用过程中，操作人员通过单独人工目视方式，即以肉 眼的方式抽检钢丝绳可能存在的外观和结构损伤（即：检测可能出现的钢丝挤出、单层股钢 丝绳绳芯挤出、扭结、波浪形变形、弯折、断丝等等损伤项目）；
[0006] 第二种:单独以人工卡尺的方式抽检钢丝绳可能存在的结构损伤（即：通过检测钢 丝绳直径尺寸分辨钢丝绳直径的变化(例如:钢丝绳直径的局部减小)等结构损伤）；
[0007] 第三种：单独通过采用电磁原理的无损探伤设备对钢丝绳进行无损探伤，可以检 测钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤;但是对钢丝绳直径几何尺寸的增减、6d、30d 表面断丝根数、表面锈蚀、外部损伤类型的分别等需要视觉识别的缺陷，却无能为力。虽然 人工目视方式、卡尺测量直径方式存在漏检严重、效率低、劳动强度大等技术缺陷，但也具 有合理因素。例如：通过目视检查可以明确确定钢丝绳6d、30d表面断丝的数量，（这一点很 重要，因为各国钢丝绳检测标准均有表面断丝的量化判废规定）；人工卡尺测量直径，也的 确是检测钢丝绳径缩量值的一种有效方法;所以单一采用电磁无损探伤设备检测钢丝绳的 损伤，仍然不能达到全面综合检测损伤的技术要求。
[0008] 目前，部分用户采用电磁无损探伤设备对钢丝绳进行检测，他们认为人工视觉检 测和卡尺测量的检测方法效率更低，技术十分落后;研究发现，目前的现有技术中不存在结 合视觉检测、直径变化检测、无损探伤检测三种检测功能有机结合的全面、高效、准确的无 损检测设备（另外，同时也缺少损伤位置的标记功能）。所以，传统技术中的检测精度不高、 细化程度不够，检测效率低，不能满足各国钢丝绳检测标准的规定和检测现场要求，进而严 重影响了钢丝绳检测的质量，容易出现错检和漏检，进而无法提供安全性更高的钢丝绳检 测保障。
[0009] 综上所述，如何克服传统技术中的钢丝绳损伤检测系统上述技术缺陷，是本领域 技术人员亟待解决的技术问题。

【发明内容】

[0010] 本发明提供的钢丝绳全息检测系统，用以解决上述技术缺陷。为了达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的：
[0011] 本发明提供了一种钢丝绳全息检测系统，包括检测装置、行程计量装置、数采转换 工作站、报警控制器、终端控制主站;所述数采转换工作站分别与终端控制主站、检测装置、 行程计量装置、报警控制器通信接口连接以及导线电连接；
[0012] 所述检测装置具体包括钢丝绳电磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢 丝绳机器视觉测量直径装置、损伤位置标记装置；
[0013] 其中，所述钢丝绳电磁检测装置（即无损探伤检测设备），其包括电磁传感器检测 装置、霍尔元件检测装置、感应线圈检测装置;所述钢丝绳电磁检测装置用于实时对直线运 动的钢丝绳进行实时检测，通过无损探伤方式确定存在损伤的位置为目标位置，待检测到 目标位置处存在损伤后，锁定当前位置处的钢丝绳，并发送启动信号启动后续的所述钢丝 绳机器视觉识别损伤装置、所述钢丝绳机器视觉测量直径装置和所述损伤位置标记装置；
[0014] 所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置，其包括机箱、设置在所述机箱内部的图像采 集装置（即摄像设备或是照相设备）、照明光源发生装置;所述照明光源发生装置用于接收 启动信号，并启动照明光源发生装置，向所述机箱内密闭空间内提供照明光源（即保证所述 图像采集装置的顺利进行）；所述图像采集装置用于接收启动信号，对目标位置处（即无损 探伤检测到的当前位置处)的钢丝绳进行图像采集，然后通过显示设备将图像输出，供给用 户进行人工识别和判断；
[0015] 所述钢丝绳机器视觉测量直径装置包括机箱和设置在所述机箱内的阴影图像采 集装置（即照相设备）、平行光源发生装置;所述平行光源发生装置为能产生平行光束的照 明装置;所述平行光源发生装置用于接收启动信号，并启动平行光源发生装置，并向目标位 置处的钢丝绳发射出平行光束;所述阴影图像采集装置用于接收启动信号，对目标位置处 的钢丝绳在平行光束照射下形成的阴影图像进行采集，并通过获取阴影图像的直径范围， 来计算得到目标位置处的钢丝绳的直径数值；
[0016] 所述损伤位置标记装置用于接收启动信号，启动损伤位置标记装置，对目标位置 处的钢丝绳执行喷涂标记动作。
[0017]优选的，作为一种可实施方案;所述钢丝绳电磁检测装置具体用于实时对当前位 置处的钢丝绳进行检测，并得到当前位置处的波形图，根据波形图对比进行检测，若当前检 测波形达到波形高度阈值，就判定当前位置为带有损伤的目标位置;所述钢丝绳电磁检测 装置还用于对目标位置处的钢丝绳进行检测，并得到无损探伤检测报告；还用于通过显示 设备将所述无损探伤检测报告进行显示输出；所述无损探伤检测报告包括主报告和分报 告;所述主报告包括总检测长度、综合损伤数量以及钢丝绳接头名称，钢丝绳重要损伤的长 度位置、量值、径缩以及钢丝绳重要损伤类型;所述分报告包括损伤序列表和损伤波形图。
[0018] 优选的，作为一种可实施方案;所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置其还包括图像 识别处理装置;所述图像识别处理装置用于接收启动信号，对目标位置处的钢丝绳进行图 像采集，得到目标位置的图像，并将目标位置的钢丝绳图像采集样本经过与损伤样本数据 库进行图像匹配和图像分辨后，判断目标位置处的钢丝绳损伤是否存在钢丝绳损伤，并进 一步判断目标位置处的钢丝绳损伤具体的损伤类型和数量。
[0019] 优选的，作为一种可实施方案;所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置其还包括损伤 样本数据库;所述损伤样本数据库具体储存了若干种损伤样本。
[0020] 优选的，作为一种可实施方案;所述图像采集装置具体为摄像设备或是照相设备。
[0021] 优选的，作为一种可实施方案;所述阴影图像采集装置具体为摄像设备或是照相 设备。
[0022] 优选的，作为一种可实施方案;所述平行光源发生装置具体为LED照明装置。
[0023]优选的，作为一种可实施方案;所述损伤位置标记装置具体为自动喷漆设备，所述 自动喷漆设备与所述检测装置电连接。
[0024] 优选的，作为一种可实施方案;所述钢丝绳全息检测系统还包声光报警装置;所述 报警控制器用于接收启动信号，并同时启动所述声光报警装置发出闪光报警操作以及响铃 报警操作。
[0025] 优选的，作为一种可实施方案;所述钢丝绳全息检测系统还包括行程计量装置;所 述行程计量装置用于检测当前钢丝绳的长度位置。
[0026] 与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
[0027] 本发明提供的一种钢丝绳全息检测系统，分析上述产品的主要构造可知：该钢丝 绳全息检测系统，主要由检测装置、行程计量装置、数采转换工作站、报警控制器、终端控制 主站的部分组成;其中，所述检测装置主要由钢丝绳电磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别损 伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置、损伤位置标记装置组成；
[0028] 本发明的钢丝绳全息检测系统，采用钢丝绳电磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别 损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置三者结合方式，综合了无损探伤检测、视觉检测和 直径变化检测三种功能于一身(甚至兼具损伤位置标记功能于一身），可以对钢丝绳的损伤 情况进行综合判断评估以及细化损伤数据信息，进而全面提升了检测细化程度和检测精 度，且损伤检出率极高，保证了钢丝绳检测的质量，避免出现错检和漏检等技术问题;综上， 本发明提供的钢丝绳全息检测系统，为钢丝绳检测提供了安全性更高、可靠性更高的检测 技术保障。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统的原理结构示意图；
[0030] 图2是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的检测装置的原理结构示意 图；
[0031] 图3是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的电磁传感器检测装置的结构 示意图；
[0032] 图4是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的霍尔元件检测装置的结构示 意图；
[0033] 图5是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的感应线圈检测装置的结构示 意图；
[0034] 图6是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的钢丝绳机器视觉识别损伤装 置结构示意图；
[0035] 图7是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的钢丝绳机器视觉测量直径装 置结构示意图；
[0036] 图8是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的行程计量装置的结构示意 图；
[0037] 图9是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的数采转换工作站结构示意 图；
[0038] 图10是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统中的终端控制主站结构示意图；
[0039] 附图标记说明：
[0040] 检测装置1;行程计量装置2;数采转换工作站3;报警控制器4;终端控制主站5;钢 丝绳A;
[0041] 在检测装置1的结构中：钢丝绳电磁检测装置11;安装支架111、检测探头112,加载 探头113;永久磁体114;霍尔元件115;感应线圈116;钢丝绳机器视觉识别损伤装置12;机箱 121;图像采集装置122;照明光源发生装置123;反光镜124;钢丝绳机器视觉测量直径装置 13;机箱131;阴影图像采集装置132;平行光源发生装置133;损伤位置标记装置14;
[0042] 在行程计量装置2的结构中：光电编码21;摩擦滚轮22;连接装置23;
[0043]在数采转换工作站3的结构中：安装底板31;线槽32;行程与报警控制器33;隔离变 压器34;电源滤波器35;二级站电源空气开关36;熔断器37;接线端子排38;数据转换处理器 39；
[0044] 在终端控制主站5的结构中：机柜51;液晶显不器52;鼠标53;工控机54;声光报警 装置55;关联信号采集电路箱56。
【具体实施方式】
[0045] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0046] 参见图1，本发明实施例提供的一种钢丝绳全息检测系统，包括检测装置1、行程计 量装置2、数采转换工作站3、报警控制器4、终端控制主站5;所述数采转换工作站3分别与终 端控制主站5(即实施中心数据分析和反馈控制）、检测装置1、行程计量装置2、报警控制器4 通信接口连接以及导线电连接;参见图1的原理图，所述数采转换工作站3分别与检测装置 1、行程计量装置2、报警控制器4连接，即实现信号传输和数据采集转换;所述数采转换工作 站3还与终端控制主站5连接，即为所述终端控制主站5提供数据采集；
[0047] 所述检测装置1具体包括钢丝绳电磁检测装置11、钢丝绳机器视觉识别损伤装置 12、钢丝绳机器视觉测量直径装置13、损伤位置标记装置14(另参见图2);
[0048] 其中，所述钢丝绳电磁检测装置11(即无损探伤检测设备），其包括电磁传感器检 测装置、霍尔元件检测装置、感应线圈检测装置;所述钢丝绳电磁检测装置用于实时对直线 运动的钢丝绳A进行实时检测，通过无损探伤方式确定存在损伤的位置为目标位置，待检测 到目标位置处存在损伤后，锁定当前位置处的钢丝绳A，并发送启动信号（即具体为波形触 发信号）启动后续的所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置、所述钢丝绳机器视觉测量直径装 置和所述损伤位置标记装置；
[0049] 所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置12,其包括机箱121、设置在所述机箱121内部 的图像采集装置122(即摄像设备或是照相设备）、照明光源发生装置123;所述照明光源发 生装置123(即图6中所示意的弧形形状的照明灯）用于接收启动信号，并启动照明光源发生 装置，向所述机箱内密闭空间内提供照明光源，保证所述图像采集装置的顺利进行;上述反 光镜124则通过反射原理，协助图像采集装置122进行另外两个视角的图像采集;所述图像 采集装置122用于接收启动信号，对目标位置处（即无损探伤检测到的当前位置处）的钢丝 绳A进行图像采集，然后通过显示设备将图像输出，供给用户进行人工识别和判断；
[0050] 所述钢丝绳机器视觉测量直径装置13包括机箱131和设置在所述机箱131内的阴 影图像采集装置132、平行光源发生装置133;所述平行光源发生装置133为能产生平行光束 的照明装置;所述平行光源发生装置133用于接收启动信号，并启动平行光源发生装置，并 向目标位置处的钢丝绳A发射出平行光束;所述阴影图像采集装置132用于接收启动信号， 对目标位置处的钢丝绳A在平行光束照射下形成的阴影图像进行采集，并通过获取阴影图 像的直径范围，来计算得到目标位置处的钢丝绳A的直径数值；
[0051 ]所述损伤位置标记装置14用于接收启动信号，启动损伤位置标记装置，对目标位 置处的钢丝绳A执行喷涂标记动作。
[0052]需要说明的是，上述钢丝绳全息检测系统，主要由检测装置、行程计量装置、数采 转换工作站、报警控制器、终端控制主站的部分组成;其中，所述检测装置主要由钢丝绳电 磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置、损伤位置标记 装置组成;在上述钢丝绳全息检测系统结构中，钢丝绳电磁检测装置（即其具体实现了电磁 检测钢丝绳的损伤）、钢丝绳机器视觉识别损伤装置（即其实现了视觉识别）、钢丝绳机器视 觉测量直径装置(即其实现了直径测量识别），其将三者结合起来，综合了无损探伤检测、视 觉检测和直径变化检测三种功能于一身，可以对钢丝绳的损伤情况进行综合判断评估以及 细化损伤数据信息，进而全面提升了检测细化程度和检测精度，且损伤检出率极高，保证了 钢丝绳检测的质量。
[0053]下面对本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统的具体构造以及具体技术效果 做一下详细说明：
[0054] 在钢丝绳电磁检测装置的具体构造中：
[0055] 上述钢丝绳电磁检测装置11(即无损探伤检测设备），其包括电磁传感器检测装 置、霍尔元件检测装置、感应线圈检测装置;很显然，本发明实施例提供的钢丝绳全息检测 系统，综合了三种无损探伤检测设备的结构构造;传统的无损探伤检测设备大多采用其中 一种方式进行无损探伤检测，但是本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统，综合三种无 损探伤检测优势，可以对钢丝绳进行全面权威的无损探伤检测。
[0056] 在上述具体结构中，所述电磁传感器检测装置用于通过弱磁方式对钢丝绳进行损 伤检测;所述霍尔元件检测装置用于霍尔效应对钢丝绳进行损伤检测;所述感应线圈检测 装置用于通过电感线圈技术对钢丝绳进行损伤检测;磁场传感器实现磁电信号的转换，它 是磁性无损检测技术的核心，决定着检测电信号的信噪比、分辨力、稳定性等多项性能，进 而决定磁性检测装置或系统的性能，不同的磁电转换元件和磁场测量方法将带来不同的探 头结构和检测性能指标。因此，选择磁场传感器是磁场检测技术的基础和关键。
[0057]从实际应用来看，磁敏感元器件和磁场测量原理的选择，应当综合考虑以下几个 因素;灵敏度、测量范围、空间分辨力、频带宽度等。测量较弱的磁场可以采用不同的磁测量 原理或元件。通常是将磁场转换成电信号然后实现自动化处理。实际检测中，磁电转换原理 和兀件应用最多为以下二种：
[0058] 1、感应线圈;通过线圈切割磁力线产生感应电压。感应电压的大小与线圈匝数、穿 过线圈的磁通变化率或者线圈切割磁感线的速度呈线性关系。感应线圈测量的磁场的相对 变化量，并对空间域上高频磁场信号更敏感。根据测量目的不同，感应线圈可以做多种形 式。线圈的匝数和相对运动速度决定了测量的灵敏度;线圈缠绕的几何形状和尺寸决定了 测量的空间分辨力、覆盖范围、有效信息比等。
[0059] 2、霍尔元件：霍尔元件基于霍尔效应原理工作，测量决定磁场大小。元件的灵敏 度、空间分辨力、覆盖范围等均由其敏感区域的几何尺寸，形状以及晶体性质决定。
[0060] 3、磁敏电阻:磁敏电阻传感器利用薄膜化的磁电阻敏感元件将磁场变化转化为电 信号输出。磁敏电阻的灵敏度是霍尔元件裸片的20倍左右，其具有较宽的温度使用范围。空 间分辨力等与元件感应面积有关。
[0061] 上述钢丝绳电磁检测装置（即无损探伤检测设备），其主要完成探伤钢丝绳的日常 无损检测上，检测范围较宽，可以检测钢丝绳直径2-200mm等范围的钢丝绳。
[0062] 上述钢丝绳电磁检测装置（即无损探伤检测设备），采用永磁、漏磁（弱磁)检测原 理通过对钢丝绳的充磁和消磁变化的监测能准确的分析出钢丝绳的内部损伤和外部损伤。 弱磁检测技术是一种完成定位、定性和定量识别钢丝绳内外部各种缺陷的电磁无损检测技 术。遵从国际标准规范的钢丝绳安全承载能力校核原则，提取的铁磁性材料物理场变信息， 单值等效映射钢丝绳上铁磁性材料体积元的综合退变特征，为系统评估钢丝绳抗拉/弯/扭 综合承载性能、安全使用寿命和安全负荷系数，提供了科学技术依据。体积元，即钢丝绳沿 轴向的体积微分。体积元内载荷材料的综合退变特征也就是钢丝绳金属截面积损失(LMA) 和局部缺陷(LF)的综合反映。
[0063]弱磁检测方法引入调制给定弱电磁场，与经弱磁规划的钢丝绳弱磁场形成物理场 关联。使传感器具有弱磁状态无基噪工作、提离效应自抑式宽距感应、高灵敏/高分辨/高速 率空域响应等突出的技术特点。综上所述，实现弱磁检测的流程是:弱磁规划一弱磁检测一 数据处理等。
[0064]此外，钢丝绳无损探伤技术采取电磁检测的性能主要优点有：1、信号采集的全面 性:选用高灵敏度的霍尔元件、磁感线圈或者弱磁传感器等进行检测。2、信号采集的特征性 更强：断丝信号、磨损信号、外部环境影响等不同特征的信号均可以完全表现出来（即均可 通过信号波形体现出来）。3、信号采集的过滤性:系统能够对采集信号进行有效过滤，保证 精确性。4、除实时输出模式外，还可以实施先检测，后下载，即：使用数据存储器现场采集， 存储数据。检测结束后，将数据存储器与检测磁头分离，带离现场，方便数据下载。5.在检测 时刻实时查看检测波形，遇到缺陷信号，便进行了记录存储等。
[0065]另外，上述钢丝绳电磁检测装置具体还用于实时对当前位置处的钢丝绳进行检 测，并得到当前位置处的波形图，根据波形图对比进行检测，若当前检测波形达到波形高度 阈值，就判定当前位置为带有损伤的目标位置;所述钢丝绳电磁检测装置还用于对目标位 置处的钢丝绳进行检测，并得到无损探伤检测报告；还用于通过显示设备将所述无损探伤 检测报告进行显示输出；所述无损探伤检测报告包括主报告和分报告;所述主报告包括总 检测长度、综合损伤数量以及钢丝绳接头名称，钢丝绳重要损伤的长度位置、量值、径缩以 及钢丝绳重要损伤类型;所述分报告包括损伤序列表和损伤波形图。
[0066] 需要说明的是，上述钢丝绳电磁检测装置根据损伤波形图进行检测，若当前检测 波形达到一定波形高度阈值，就会判定当前位置为带有损伤的目标位置，并同时就会启动 (即通过触发信号进行触发启动）图像采集装置实施拍照或是拍摄图像。与此同时，钢丝绳 电磁检测装置也会根据检测情况出具无损探伤检测报告，并显示设备进行显示输出。
[0067] 上述显示设备（即结合软件界面的个人电脑或工控机，同时配合使用数采转换工 作站)不仅可以显示目标位置处的钢丝绳图像，同时也可以对显示其波形图，同时也可以显 示无损探伤检测报告等等数据。
[0068] 该无损探伤检测报告包括主报告和分报告；
[0069] 上述主报告包括总检测长度、综合损伤数量以及钢丝绳接头名称、钢丝绳重要损 伤的长度位置、量值、径缩以及钢丝绳重要损伤类型。上述主报告主要涉及以下内容参数： 损伤是多大面积的损伤，该损伤是属于什么类型的损伤;例如:LF(局部缺陷)类型损伤、LMA (金属截面积损失)类型损伤等等。
[0070] 上述分报告也包括很多的类型，其中之一的分报告为损伤序列表。上述损伤序列 表是数字化的分析报告，例如:其可以检测出100米处有一个损伤，该损伤量值为3% (即金 属截面积减少量）；所述分报告还包括损伤波形图，损伤波形图反应的钢丝绳的位置以及损 伤情况，该波形等位置具有一些特殊的意义。如果波形起点到终点距离较短波幅越高，则判 定为断丝损伤;如果波形起点到终点距离的越长则判定为磨损或是锈蚀等损伤情况。很显 然，上述钢丝绳电磁检测装置可以实现损伤的定性、定位。
[0071] 当钢丝绳电磁检测装置检测到损伤后，钢丝绳机器视觉识别损伤装置可同步进行 机器视觉识别，具体而言经过图像采集装置对钢丝绳进行拍照，通过输出的图像照片就可 以清晰地分辨钢丝绳表面的具体损伤情况。例如:捻距断丝数量等损伤一目了然。所以钢丝 绳电磁检测装置+钢丝绳机器视觉识别损伤装置可以有效的对损伤进行更精确的定性和定 量检测。
[0072] 另外，当钢丝绳电磁检测装置利用无损探伤检测到损伤后，钢丝绳机器视觉测量 直径装置实现直径检测：平行光源发生装置向某位置的待检测钢丝绳发射出平行光源，然 后通过获取阴影的直径范围，来计算当前位置处的钢丝绳的直径数值;通过对钢丝绳直径 数值的判断可以进一步地完成对钢丝绳直径损失的量化分析。
[0073] 所以，钢丝绳电磁检测装置+钢丝绳机器视觉识别损伤装置+钢丝绳机器视觉测量 直径装置三位一体，完全可以有效的实现钢丝绳损伤的定位、定性和定量分析。
[0074] 在钢丝绳机器视觉识别损伤装置的具体构造中：
[0075]所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置其还包括图像识别处理装置；
[0076]所述图像识别处理装置用于接收启动信号，对目标位置处的钢丝绳进行图像采 集，得到目标位置的图像，并将目标位置的钢丝绳图像采集样本经过与损伤样本数据库进 行图像匹配和图像分辨后，判断目标位置处的钢丝绳损伤是否存在钢丝绳损伤，并进一步 判断目标位置处的钢丝绳损伤具体的损伤类型和数量。所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置 其还包括损伤样本数据库;所述损伤样本数据库具体储存了若干种损伤样本。
[0077]另外，所述图像采集装置具体为摄像设备或是照相设备。
[0078]需要说明的是，钢丝绳机器视觉识别损伤装置其提供了两种视觉处理方式，一方 面可以直接输出图像信息（即照片或是视频），供工作人员通过肉眼视觉识别方式进行识 另IJ;另一方面可以通过图像识别处理装置通过终端控制主站等软件方式进行自动识别。即 当图像识别处理装置将目标位置的钢丝绳图像采集样本经过与损伤样本数据库进行图像 匹配和图像分辨后，若当前目标位置处的钢丝绳损伤与损伤样本数据库中某一种钢丝绳损 伤的图像匹配成功(例如图像灰度直方图的匹配），即可判断当前目标位置处的钢丝绳损伤 就是这一种类别的钢丝绳损伤，继而钢丝绳损伤具体的损伤类型。同时，该完全机器视觉识 别的方式更好，更先进、效率更高、同时钢丝绳损伤的检出率更高。
[0079] 在钢丝绳机器视觉测量直径装置的具体构造中：
[0080] 所述阴影图像采集装置具体为摄像设备或是照相设备。所述平行光源发生装置具 体为LED照明装置。
[0081] 需要说明的是，上述平行光源发生装置由LED光源，透镜组，匀光棒，光阑和准直透 镜组成。光源被透镜组汇聚成一个具有一定大小的光斑。由于LED光源的发散角很大，透镜 应具有较小的焦距和较大的相对孔径，以收集更多的光能，缩短结构尺寸。光斑中心光强很 高，但光强分布不均，在此处加匀光棒，光线进入光棒经过多次反射，最后在后端重合，得到 一个较为均匀的输出，通过光阑后，由准直透镜将光束平行射出。
[0082] 在损伤位置标记装置的具体构造中：
[0083] 所述损伤位置标记装置具体为自动喷漆设备，所述自动喷漆设备与所述检测装置 电连接。需要说明的是，损伤位置标记装置其是最后的装置设备，进行补充的喷涂油漆，这 样可以有效地对损伤位置进行标记，便于工作人员对钢丝绳的损伤位置进行查找。
[0084] 在本发明提供的钢丝绳全息检测系统结构中，总的来说；
[0085] 上述钢丝绳电磁检测装置（即无损探伤检测设备）其依然实现的是无损探伤检测 的功能；同时在钢丝绳电磁检测装置检测到钢丝绳损伤后，发送触发信号（即给后续设备一 个触发的电信号），触发后续的钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装 置和损伤位置标记装置实现相应的图像采集视觉检测、直径检测以及损伤位置标记等功 能。
[0086] 具体而言，钢丝绳电磁检测装置实时对直线运动的钢丝绳进行实时检测，通过无 损探伤方式确定存在损伤的位置为目标位置，待检测到目标位置处存在损伤后，锁定当前 损伤位置处的钢丝绳，并发送启动信号启动后续的钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳 机器视觉测量直径装置和损伤位置标记装置；
[0087] 在此过程中，钢丝绳机器视觉识别损伤装置实施视觉识别功能，即图像采集装置 接收启动信号，对当前损伤位置处的钢丝绳进行图像采集，然后将图像输出，供给用户进行 人工识别和判断（即输出图像人工实现视觉识别）；另外还可以通过图像识别处理技术依靠 软件模块自动实现视觉识别，即将图像采集样本经过图像处理技术进行图像匹配和图像分 辨，然后判断是否存在钢丝绳损伤;在此过程中，如果钢丝绳电磁检测装置（即无损探伤检 测设备)检测到损伤，同时启动照明光源发生装置，向机箱内密闭空间内提供照明光源，保 证图像采集装置的顺利进行(即保证图像采集装置的照明需要）；
[0088] 在此过程中，钢丝绳机器视觉测量直径装置实现直径检测的功能：如果钢丝绳电 磁检测装置（即无损探伤检测设备)检测到损伤，同时或是延时启动平行光源发生装置，平 行光源发生装置向某位置的待检测钢丝绳发射出平行光源，然后通过获取阴影的直径范 围，来计算到当前位置处的钢丝绳的直径数值；
[0089] 在此过程中，损伤位置标记装置实施具体钢丝绳损伤位置的标记，待无损探伤设 备、钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置同时确定了检测到损伤， 对当前位置处的钢丝绳执行喷涂标记动作。
[0090] 很显然，钢丝绳电磁检测装置对钢丝绳的损伤情况进行定性和定量检测后，后续 的钢丝绳机器视觉识别损伤装置实施视觉图像输出以及图像匹配处理，其可以到达两个技 术目的，即进一步地对损伤情况进行二次验证确定，更为重要的是有助于进一步对钢丝绳 损伤情况进行定量识别；
[0091] 随后钢丝绳机器视觉测量直径装置，对钢丝绳的径缩情况进行定量分析，进而实 现了损伤情况的直径变化识别；从而确定该目标位置的量化指标来确定损伤情况，这样有 利于对钢丝绳生命周期所处阶段进行判断，使钢丝绳在充分保证安全的前提下，发挥最大 作用，减少钢丝绳使用的巨大浪费。
[0092] 另外，上述检测装置具体设计了不同等级，对不同损伤情况划定了不同的等级，主 要包括有普通损伤等级、严重损伤等级和报废损伤等级等;上述检测装置在检测到具体损 伤的时候可以根据损伤程度的不同进行不同等级损伤的程度判定，并自动出具制式的检测 报告。涉及具体内容本发明实施例不再一一赘述。
[0093] 在钢丝绳全息检测系统的具体构造中：上述钢丝绳全息检测系统还包括声光报警 装置，所述报警控制器用于接收启动信号，并同时启动声光报警装置发出闪光报警操作以 及响铃报警操作。需要说明的是，上述声光报警装置选择工业控制领域经常使用的声光报 警器即可。上述钢丝绳全息检测系统还包括行程计量装置;所述行程计量装置用于检测当 前钢丝绳的长度和纪录损伤位置。
[0094]同时，需要补充的是，本发明提供的钢丝绳全息检测系统，除了具有相关的软件模 块，还需要配合主站、数采转换工作站、行程计量装置等等硬件装置配合实现;本发明是提 供的钢丝绳全息检测系统，其硬件方面由检测装置、行程计量装置、数采转换工作站、报警 控制器、终端控制主站五个单元组成。
[0095]
[0096] 本发明提供的钢丝绳全息检测系统构成及功能：
[0097] 本发明提供的钢丝绳全息检测系统由检测装置、行程计量装置、数采转换工作站、 报警控制器、终端控制主站五个单元组成，采用弱磁检测技术，利用空间磁场矢量态势的变 化和运动规律对钢丝绳上剩磁信号检测。根据钢丝绳承载能力校核公式，金属横截面积是 影响在用钢丝绳安全承载能力的基本变量。检测设备实现的首要技术目标是在钢丝绳上提 取、识别金属有效横截面积的基准量和变化量。并以此正确判定钢丝绳的剩余承载能力，客 观评估钢丝绳使用的安全可靠性。
[0098]在钢丝绳电磁检测装置11具有三种主要的结构形式（即电磁传感器检测装置、霍 尔元件检测装置、感应线圈检测装置）：
[0099]参见图3,电磁传感器检测装置，即其主要安装支架111、检测探头112,加载探头 113等结构构造;上述检测探头112具体为C型系列检测探头，加载探头113具体为JZ型系列 磁加载探头，钢丝绳电磁检测装置每一对检测、加载探头实现1个钢丝绳1测点的在线无损 检测。
[0100]需要说明的是，钢丝绳电磁检测装置先由JZ型系列磁加载探头对被测钢丝绳实施 弱磁规划的工艺处理，再由jc型系列检测探头可对被测钢丝绳在线实时采集空间磁场分布 的状态信息，并把采集的有效信号输送给数采转换工作站。
[0101] 参见图4,霍尔元件检测装置，即其由霍尔元件探头(未示出）、永久磁体114、霍尔 元件115以及钢丝绳A等结构构成;其中该图中的箭头方向为磁化方向。
[0102] 参见图5,感应线圈检测装置，即其由感应线圈探头(未示出）、永久磁体114、感应 线圈116以及钢丝绳A等结构构成;其中该图中的箭头方向为磁化方向。
[0103] 参见图6,钢丝绳机器视觉识别损伤装置12,其主要由机箱121、设置在机箱121内 部的图像采集装置122(即摄像设备或是照相设备）、照明光源发生装置123等结构构成。在 上述附图6和附图7中，箭头方向简要代表和示意了照明光束的照射方向。如图6所示，其中， 照明光源发生装置123则发出的照明光束是散射的。如图7所示，平行光源发生装置133发出 的照明光束是平行的；
[0104] 参见图7,钢丝绳机器视觉测量直径装置13,其主要由机箱131和设置在机箱131内 的阴影图像采集装置132、平行光源发生装置133等结构构成。
[0105] 参见图8,行程计量装置2(如图8所示）：由光电编码21、摩擦滚轮22以及连接装置 23等固定支撑体所构成，其安装位置一般应在被测钢丝绳的摩擦滚轮的轮沿或者驱动转轴 轴端(轴联式）。
[0106] 需要说明的是，行程计量装置提供采样脉冲给数采转换工作站，配合检测装置和 数采转换工作站按照规定的行程间隔，对钢丝绳提取弱磁检测信号。
[0107] 参见图9,数采转换工作站3(图9):采用ARM系列处理器和12位精度的A/D采样芯 片，实现高精度的模数转换。具体硬件构造由安装底板31，线槽32，行程与报警控制器33，隔 离变压器34，电源滤波器35，电源空气开关36，熔断器37，接线端子排38，数据转换处理器39 等构成，对此本发明实施例不再一一赘述。
[0108] 需要说明的是，数采转换工作站采用ARM系列处理器和12位精度的A/D采样芯片， 实现高精度的模数转换，数采转换工作站从检测单元采样原始检测信息后，完成规定的数 模和信息制式转换，实现对原始数据的初步处理和信息存储，并通过有线(无线）的通讯传 输方式，将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输回终端控制主站进行分析。
[0109] 参见图10,终端控制主站5及报警控制器4(图10):终端控制主站5作为检测系统的 控制中枢，终端控制主站根据用户实际需要配置采用相应工业级计算机实现。在实施检测 的同时，对钢丝绳损伤分级状态在线实时声光提示。上述终端控制主站5主要由机柜51，液 晶显示器52,键盘/(鼠标53)，工业计算机54,声光报警装置55,关联信号采集电路箱56等硬 件结构构成，对此本发明实施例不再一一赘述。
[0110] 需要说明的是，报警控制器采用STC系列单片机，根据终端控制主站对钢丝绳检测 数据的分析处理指令，实现对探头故障、供电状态、钢丝绳缺陷级别的声光显示，为用户提 供可选择的在线实时报警功能。终端控制主站是整个检测系统的神经中枢，能够对收到的 检测信息进行全面的综合分析，为用户提供每日的分析处理结果及钢丝绳的损伤变化趋 势，实现在线实时检测。
[0111] 本发明提供的钢丝绳全息检测系统，采用机器替换人的技术综合解决;标准中所 列举的钢丝绳的各种损伤，本系统均有能力进行正确地检测。本发明提供的钢丝绳全息检 测系统，务必将该标准附件[即中华人民共和国国家标准:起重机钢丝绳保养、维护、安装、 检验和报废(GB/T 5972) (ISO 4309)]中所示的二十种损伤样本作为本发明检测能力的验 证样本。本发明提供的钢丝绳全息检测系统，可以针对圆股钢丝绳、异型股钢丝绳、面接触 钢丝绳及平衡用扁钢丝绳等等任何种类的钢丝绳进行准确、有效地检测。本发明提供的钢 丝绳全息检测系统，对钢丝绳损伤的检测能力，可以比美国、欧盟、日本、中国发布的钢丝绳 检测标准的要求做的更好。较为全面的解决了钢丝绳检测的技术难题。本发明提供的钢丝 绳全息检测系统，大幅提升保障了钢丝绳验收检验、使用前检验和在用钢丝绳定期检验的 技术要求，并完善了检验方法、判定方法等。
[0112] 关于本发明提供的钢丝绳全息检测系统的设计思路：
[0113] 研究发现，传统人工识别是具有合理因素的，因为本身人工视觉识别是比较直观 存在的，是可以细化识别具体损伤情况，所以本发明保留了人工视觉识别的功能，但是本发 明提供的钢丝绳全息检测系统采用全新的技术实现机器视觉识别;其具体通过图像采集装 置，进行图像输出供工作人员人工视觉识别；同时也通过图像处理技术，相匹配损伤数据库 同时实现了机器视觉识别；
[0114]另外，传统直径测量也是具有合理因素的，因为传统人工直径的测量，可以更好的 量化识别损伤情况，尤其对钢丝绳的径缩等损伤具有量化的意义，可以更好细化损伤情况； 因此，本发明保留了直径测量识别的功能，但是本发明提供的钢丝绳全息检测系统采用全 新的直径测量技术；即通过机器视觉技术自动测量目标位置处的钢丝绳的直径数值，进而 判断目标位置处的钢丝绳的直径损伤的细化情况。
[0115] 很显然在传统技术中，单纯采用无损探伤无法判断损伤的具体细化情况，单纯采 用无损探伤其只能模糊判断具体是类型的损伤情况，但是无法判断损伤具体情况，无法更 加细化量化的损伤，无法判断是否判定为报废。但是本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其 不但可以定性损伤，还可以具体结合视觉识别和直径测量方式对损伤情况进行进一步定性 判断以及更为重要的定量测量，识别钢丝绳损伤的具体量化情况，判定是否钢丝绳报废，这 样就可以通过电磁无损探伤、视觉识别、直径测量三个方面，更全面、更准确、更高效的完成 对钢丝绳的损伤检测，其检测效率更高、更快，最为重要的是其检出率更高，检测质量更高， 大幅保证了钢丝绳检测的检测质量。
[0116] 本发明提供的钢丝绳全息检测系统，至少存在如下方面的技术优势：
[0117] -、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其能够承受钢丝绳能够传递长距离的负 载，可以对长距离的钢丝绳进行有效的检测（即承载安全系数大，使用安全可靠）。本发明提 供的钢丝绳全息检测系统，其结构构造较多、但是核心装置自重重量轻，便于携带和运输。
[0118] 二、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其采用高速摄像设备（即高速图像采集装 置和高速阴影图像采集装置)在高速工作条件下对钢丝绳进行连续检测，其运转稳定性好， 因此其检测效率更高，检测速度更快，其相比传统人工目视检测(速度小于〇.5m/s)和传统 人工卡尺检测（只能在钢丝绳静态状态下检测），本发明提供的钢丝绳全息检测系统的检测 速度，可以达到5m/s以上，具有不可以比拟的技术优势。
[0119] 三、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其检测装置具有钢丝绳电磁检测装置可 以对钢丝绳的损伤检测实施定性和定量判断；
[0120] 四、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其钢丝绳机器视觉识别损伤装置可以进 一步地对钢丝绳的损伤情况进行视觉定量识别和具体损伤情况判断；
[0121] 五、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其钢丝绳机器视觉测量直径装置可以进 一步地对钢丝绳的损伤情况进行直径数据的定量识别和具体损伤情况判断；
[0122] 六、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其检测装置具有钢丝绳电磁检测装置、钢 丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳机器视觉测量直径装置、损伤位置标记装置四大装置 结构；其综合了电磁无损探伤检测、机器视觉识别损伤检测和机器视觉识别直径变化检测 以及位置标记四种功能于一身，可以对钢丝绳的损伤情况进行综合判断评估以及细化损伤 数据信息，进而全面提升了检测细化程度和检测精度，且损伤检出率极高，保证了钢丝绳检 测的质量，避免出现错检和漏检等技术问题。本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其克服了 单独使用无损探伤检测手段的技术缺陷，其借鉴了人工目视检查和人工卡尺测量直径的合 理因素;但是其是借助机器视觉识别的技术手段实现的视觉识别和直径测量识别，这样一 来其既吸收了人工视觉识别损伤和人工卡尺测量直径所具有的合理因素，又克服了传统技 术依靠人工检测手段所造成的易疲劳、检测效率低、局限性大等缺陷。
[0123] 七、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其具有工作量少、直观、准确、便于人工复 检和自动出具检测报告等技术优势，其有利于推广应用的优点，适用各种钢丝绳生产和使 用的企业。
[0124] 八、本发明提供的钢丝绳全息检测系统，其为钢丝绳检测提供了安全性更高、可靠 性更高的检测技术保障，其应用范围也更为广泛。
[0125] 综上所述，本发明实施例提供的钢丝绳全息检测系统，具备诸多方面的技术优势， 因此其必将带来良好的市场前景和经济效益。
[0126] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。
【主权项】
1. 一种钢丝绳全息检测系统，其特征在于，包括检测装置、行程计量装置、数采转换工 作站、报警控制器、终端控制主站;所述数采转换工作站分别与所述终端控制主站、所述检 测装置、所述行程计量装置、所述报警控制器通信接口连接以及导线电连接； 所述检测装置具体包括钢丝绳电磁检测装置、钢丝绳机器视觉识别损伤装置、钢丝绳 机器视觉测量直径装置、损伤位置标记装置； 其中，所述钢丝绳电磁检测装置，其包括电磁传感器检测装置、霍尔元件检测装置、感 应线圈检测装置;所述钢丝绳电磁检测装置用于实时对直线运动的钢丝绳进行实时检测， 通过无损探伤方式确定存在损伤的位置为目标位置，待检测到目标位置处存在损伤后，锁 定当前位置处的钢丝绳，并发送启动信号启动后续的所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置、 所述钢丝绳机器视觉测量直径装置和所述损伤位置标记装置； 所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置，其包括机箱、设置在所述机箱内部的图像采集装 置、照明光源发生装置;所述照明光源发生装置用于接收启动信号，并启动照明光源发生装 置，向所述机箱内密闭空间内提供照明光源;所述图像采集装置用于接收启动信号，对目标 位置处的钢丝绳进行图像采集，然后通过显示设备将图像输出，供给用户进行人工识别和 判断； 所述钢丝绳机器视觉测量直径装置包括机箱和设置在所述机箱内的阴影图像采集装 置、平行光源发生装置;所述平行光源发生装置为能产生平行光束的照明装置;所述平行光 源发生装置用于接收启动信号，并启动平行光源发生装置，并向目标位置处的钢丝绳发射 出平行光束;所述阴影图像采集装置用于接收启动信号，对目标位置处的钢丝绳在平行光 束照射下形成的阴影图像进行采集，并通过获取阴影图像的直径范围，来计算得到目标位 置处的钢丝绳的直径数值； 所述损伤位置标记装置用于接收启动信号，启动损伤位置标记装置，对目标位置处的 钢丝绳执行喷涂标记动作。2. 如权利要求1所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述钢丝绳电磁检测装置具体用于实时对当前位置处的钢丝绳进行检测，并得到当前 位置处的波形图，根据波形图对比进行检测，若当前检测波形达到波形高度阈值，就判定当 前位置为带有损伤的目标位置； 所述钢丝绳电磁检测装置还用于对目标位置处的钢丝绳进行检测，并得到无损探伤检 测报告;还用于通过显示设备将所述无损探伤检测报告进行显示输出； 所述无损探伤检测报告包括主报告和分报告； 所述主报告包括总检测长度、综合损伤数量以及钢丝绳接头名称，钢丝绳重要损伤的 长度位置、量值、径缩以及钢丝绳重要损伤类型； 所述分报告包括损伤序列表和损伤波形图。3. 如权利要求2所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置其还包括图像识别处理装置； 所述图像识别处理装置用于接收启动信号，对目标位置处的钢丝绳进行图像采集，得 到目标位置的图像，并将目标位置的钢丝绳图像采集样本经过与损伤样本数据库进行图像 匹配和图像分辨后，判断目标位置处的钢丝绳损伤是否存在钢丝绳表面损伤，并进一步判 断目标位置处的钢丝绳损伤具体的损伤类型和数量。4. 如权利要求3所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述钢丝绳机器视觉识别损伤装置其还包括损伤样本数据库;所述损伤样本数据库具 体储存了若干种损伤样本。5. 如权利要求4所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述图像采集装置具体为摄像设备或是照相设备。6. 如权利要求5所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述阴影图像采集装置具体为摄像设备或是照相设备。7. 如权利要求6所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述平行光源发生装置具体为LED照明装置。8. 如权利要求7所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 所述损伤位置标记装置具体为自动喷漆设备，所述自动喷漆设备与所述检测装置电连 接。9. 如权利要求1所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 还包声光报警装置;所述报警控制器用于接收启动信号，并同时启动所述声光报警装 置发出闪光报警操作以及响铃报警操作。10. 如权利要求1所述的钢丝绳全息检测系统，其特征在于， 还包括行程计量装置，所述行程计量装置用于检测当前钢丝绳的长度位置。
【文档编号】G01B11/08GK106018544SQ201610474839
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】窦柏林
【申请人】窦柏林