一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置，所述煤矿井筒变形自动化连续检测装置包括罐笼、矿井、编码器、激光雷达扫描仪与激光指向仪；所述罐笼设置于矿井内，罐笼的正面依次安装有二号相机与计数器，罐笼的右侧与编码器的左侧连接，编码器的右侧滑轮与矿井的内壁滑动配合，计数器与编码器电连接；所述罐笼的底部从左至右依次与一号云台、二号云台、三号云台的顶部连接，一号云台与三号云台的底部均与激光指向仪的顶部连接，二号云台的底部与激光雷达扫描仪的顶部连接。本设计实现了罐笼水平移动和旋转值测量、点云采集、垂距测量的同步；检测过程中罐笼不需要长时间停留，做到了自动化连续测量，大大提高了作业效率。大大提高了作业效率。大大提高了作业效率。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种煤矿井筒检测技术的改进，属于井筒变形检测领域，尤其涉及一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置及方法。
技术介绍
[0002]煤矿井筒是连接地下资源开采和地面生产系统的必经通道，同时也承担着开采安全的重任。井筒所处地质条件复杂，受到地下煤矿开采影响，井壁径向和竖向受力产生变化，容易出现变形的情况，这将影响到煤矿资源的正常开采，同时对开采安全造成极大威胁。罐道是立井提升设备的重要组成部分，在保持罐笼运行、导向以及防止罐笼坠落等方面有着重要的作用。因此对煤矿井筒和罐道定期进行变形检测是十分必要的。
[0003]目前主要的井筒变形检测方法有：几何测量法、传感器监测法、专业仪器法。
[0004]几何测量法通过从井口下放垂线作为基准线，再测量基准线到井壁或罐道距离，从而实现对井壁和罐道变形检测的一种方法。以钢丝垂线法为例，需要从井口垂直下放两根钢丝作为定向基准，在井筒中选取不同的水平面作为测量面，主要量取钢丝到罐道正、侧面以及到井壁各点的垂直距离，通过多次数据的分析对比及与标准比较，由此可得到罐道和井壁的垂直度变形状况。钢丝悬挂操作繁琐，且受风力、淋水等影响，钢丝发生摆动、偏移时，将会造成较大误差，难以保证精度。这种方法需要测量人员搭乘罐笼停留至对应深度进行测量，占用井筒的时间较长，效率低。
[0005]传感器法通过在井壁上安装应变传感器（如光纤传感器），对比分析井壁的应变数据的变化，可实现对井筒变形的全天时监测。但是以光纤传感器为例，其本身容易受到井内环境因素干扰，存在安装成本高，技术路线较为复杂，且传感器发生故障后不易维修的缺点。
[0006]对于矿井井筒的检测，专业仪器法也在国内外得到了应用。德国ＤＭＴ公司所采用的ISSM，采用惯导系统获取罐笼平台的平面位置，利用2套激光扫描设备进行井壁测量，整个设备造价高昂，且由于惯导系统的误差，随着井筒深度增加，误差急剧增加，该设备主要用于测量井壁的相对变形，对井筒整体变形测量效果较差。
[0007]综上所述，本专利技术要解决的技术问题是：如何实现煤矿井筒变形自动化连续检测问题。
[0008]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是克服现有技术中存在煤矿井筒变形不能连续检测的问题，提供了煤矿井筒变形自动化连续检测的一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置及方法。
[0010]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种煤矿井筒变形自动化连续检测
装置，所述煤矿井筒变形自动化连续检测装置包括罐笼、矿井、编码器、激光雷达扫描仪与激光指向仪；所述罐笼设置于矿井内，罐笼的正面依次安装有二号相机与计数器，罐笼的右侧与编码器的左侧连接，编码器的右侧滑轮与矿井的内壁滑动配合，计数器与编码器电连接；所述罐笼的底部从左至右依次与一号云台、二号云台、三号云台的顶部连接，一号云台与三号云台的底部均与激光指向仪的顶部连接，二号云台的底部与激光雷达扫描仪的顶部连接；所述矿井的内壁底部设置有接收框，接收框的顶部设置有安装板，安装板的中段安装有一号相机。
[0011]所述接收框的内壁底部设置有三个标记点，接收框的内壁底部通过激光指向仪投射有两个激光光斑。
[0012]所述一号相机固定在接收框中心正上方一米处，一号相机拍摄接收框中的标记点与激光光斑。
[0013]一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置的使用方法，所述方法包括以下步骤；装配工艺：罐笼的底部从左至右依次与一号云台、二号云台、三号云台的顶部连接，一号云台与三号云台的底部均与激光指向仪的顶部连接，二号云台的底部与激光雷达扫描仪的顶部连接，并在罐笼的正面安装二号相机以及安装编码器；在矿井底部安放接收框，接收框的顶部设置有安装板，安装板的中段安装有一号相机；运行工艺：先将罐笼从矿井底部开始上升，在上升过程中对井壁进行扫描并保存点云数据，直到罐笼到达井口；同时，上升的过程中激光雷达扫描仪对矿井进行断面点云采集，编码器对矿井断面垂距进行测量，激光指向仪在接收框上投映出两个激光光斑；再由二号相机录制视频实时记录垂距数据，与带时间戳的断面点云数据相对应，一号相机录制视频实时记录和读取激光光斑坐标；数据处理工艺：获取的数据发送至后台终端，后台终端根据获取的数据计算每个断面点云的中心坐标，最后根据断面间的中心坐标作差来检测矿井井壁的倾斜变化情况。
[0014]所述编码器对矿井断面垂距进行测量具体为：在罐笼与矿井上安装编码器，连接计数器，可实时显示罐笼的垂向运动距离，并使用二号相机对计数器录像，便可通过拍摄时间对应罐笼深度。
[0015]所述断面点云指激光雷达扫描仪在矿井的预设深度，在水平面上扫描一圈，获取这一圈的井壁点集合即为断面点云。
[0016]所述根据断面间的中心坐标作差来检测矿井井壁的倾斜变化情况具体为：处理对应帧相片得到光斑坐标、光斑连线的象限角与激光雷达扫描仪的核心坐标，与定向基准的初始坐标和象限角作差，得到罐道的变形情况，并依照罐道的变形情况来对该垂距的断面点云进行平移和旋转，矫正因罐笼水平移动和旋转带来的对井壁测量的误差，最后通过最小二乘法求取每个断面点云的中心坐标，将断面间的中心坐标作差得到矿井井壁的倾斜值。
[0017]所述激光雷达扫描仪获取的断面点云包括角度信息和时间戳。
[0018]所述读取激光光斑坐标具体为：使用python语言的opencv库编写程序提取拍摄相片中的激光光斑中心坐标，即为定向基准线的平面坐标。
[0019]提取拍摄相片中的激光光斑中心坐标具体为：先使用cv2.GaussianBlur函数对相片进行滤波去除噪音像素，再使用cvtColor函数将图像作灰度处理，然后通过threshold函数设定灰度阈值将图像二值化，再使用findContours函数识别相片中的光斑边缘和控制点中心，最后，使用四参数坐标转换法，并根据控制点中心与光斑中心的像素坐标，以将光斑中心的像素坐标转换至控制点所在的独立坐标系中，即完成拍摄相片中激光光斑中心坐标的提取。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置及方法中，在罐笼与罐道上安装滚轮编码器，连接计数器，可实时显示罐笼的垂向运动距离，并使用数码相机对计数器录像，便可通过拍摄时间对应罐笼深度；无需人工控制、记录罐笼运行距离，通过相机记录视频的时间点和扫描仪点云数据中的时间戳信息的对应，使得所有测量工作的同步，罐笼无需中途停留，进而实现了整个检测过程的自动化和连续，通过对应视频录制时间点和扫描仪时间戳，实现了罐笼水平移动和旋转值测量、点云采集、垂距测量的同步；检测过程中罐笼不需要长时间停留，做到了自动化连续测量，大大提高了作业效率。因此，本专利技术可以自动化连续测量，提高测量效率。
[0021]2、本专利技术一种煤矿井筒变形自动化连续检本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置，其特征在于：所述煤矿井筒变形自动化连续检测装置包括罐笼（1）、矿井（2）、编码器（5）、激光雷达扫描仪（9）与激光指向仪（10）；所述罐笼（1）设置于矿井（2）内，罐笼（1）的正面依次安装有二号相机（3）与计数器（4），罐笼（1）的右侧与编码器（5）的左侧连接，编码器（5）的右侧滑轮与矿井（2）的内壁滑动配合，计数器（4）与编码器（5）电连接；所述罐笼（1）的底部从左至右依次与一号云台（6）、二号云台（7）、三号云台（8）的顶部连接，一号云台（6）与三号云台（8）的底部均与激光指向仪（10）的顶部连接，二号云台（7）的底部与激光雷达扫描仪（9）的顶部连接；所述矿井（2）的内壁底部设置有接收框（11），接收框（11）的顶部设置有安装板（12），安装板（12）的中段安装有一号相机（13）。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置，其特征在于：所述接收框（11）的内壁底部设置有三个标记点（15），接收框（11）的内壁底部通过激光指向仪（10）投射有两个激光光斑（14）。3.根据权利要求2所述的一种煤矿井筒变形自动化连续检测装置，其特征在于：所述一号相机（13）固定在接收框（11）中心正上方一米处，一号相机（13）拍摄接收框（11）中的标记点（15）与激光光斑（14）。4.一种权利要求1
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3中任意一项所述煤矿井筒变形自动化连续检测装置的使用方法，其特征在于所述方法包括以下步骤；装配工艺：罐笼（1）的底部从左至右依次与一号云台（6）、二号云台（7）、三号云台（8）的顶部连接，一号云台（6）与三号云台（8）的底部均与激光指向仪（10）的顶部连接，二号云台（7）的底部与激光雷达扫描仪（9）的顶部连接，并在罐笼（1）的正面安装二号相机（3）以及安装编码器（5）；在矿井（2）底部安放接收框（11），接收框（11）的顶部设置有安装板（12），安装板（12）的中段安装有一号相机（13）；运行工艺：先将罐笼（1）从矿井（2）底部开始上升，在上升过程中对井壁进行扫描并保存点云数据，直到罐笼（1）到达井口；同时，上升的过程中激光雷达扫描仪（9）对矿井（2）进行断面点云采集，编码器（5）对矿井（2）断面垂距进行测量，激光指向仪（10）在接收框（11）上投映出两个激光光斑（14）；再由二号相机（3）录制视频实时记录垂距数据，与带时间戳的断面点云数据相对应，一号相机（13）录制...
【专利技术属性】
技术研发人员：查剑锋，李思豪，仲崇武，查剑林，宋坤，郭广礼，李怀展，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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