【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井提升钢丝绳振动视觉监测领域，尤其涉及钢丝绳振动监测系统、方法、装置及其存储介质。
技术介绍
1、矿井提升机通过柔性钢丝绳、提升容器和卷筒将矿工、设备、和物料等负载提升，是煤矿高效生产和高质量发展的重要保障。其中，作为关键部件的钢丝绳，其柔性特性使得矿井提升机是一个随钢丝绳长度变换而质量改变的时变系统，受频繁的提升下放动作、紧急制动，以及外界激励等影响，会产生不可避免的振动。在振动的影响下，运动过程中的钢丝绳张力变化剧烈、动态响应特性复杂。同时，随着提升机朝向大型化、高速运行、和重负载方向发展，导致钢丝绳磨损加剧、疲劳失效，严重影响矿井的生产安全。因此对钢丝绳的振动监测是保证矿山安全生产的前提。
2、钢丝绳的振动监测方法可以分为接触式和非接触式监测。相比于接触式振动监测需要将传感器安装在提升机上而言，非接触式监测方法基于视觉传感器，具有测量方法简单、覆盖范围广等优点。且视觉监测方法基于频率法的测量原理，通过图像处理算法分析钢丝绳振动的振幅和频率，可以保证测量精度。因此，研制准确、实时的矿井提升钢丝绳振动视觉监测系统分析钢丝绳的振动特性，对矿井提升机稳定安全生产具有非常高的实际应用价值。
3、对于钢丝绳的视觉图像监测系统和振动监测方法已经有很多研究，但现有监测系统图像采集设备多为工业相机，少有研究给出适合煤矿井下特殊感测环境的监测系统。煤矿井下受限空间内，受人工光照不均匀、水雾和煤灰粉尘散射大等因素影响，使得煤矿智能移动机器人的机器视觉图像整体偏暗，视觉图像的对比度、细节表现能力低于绝多数文
技术实现思路
1、本方案针对上文提出的问题和需求，提出钢丝绳振动监测系统、方法、装置及其存储介质，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
2、本专利技术的一个目的在于提出一种钢丝绳振动监测系统，包括：图像采集模块、上位机监控模块和下位机控制模块，
3、所述图像采集模块包括tdi相机单元，其配置为采集钢丝绳的振动图像，并将所述振动图像传输给所述上位机监控模块；
4、所述上位机监控模块与所述图像采集模块通信连接，配置为接收所述振动图像，通过傅里叶频谱分析方法测量钢丝绳的振动状态，并将钢丝绳的振动状态数据发送给下位机控制模块；
5、所述下位机控制模块包括计算机单元和控制器单元，所述计算机单元与所述上位机监控模块通信连接，所述控制器单元与提升机通信连接，其中，所述计算机单元配置为用于接收上位机监控模块发送的钢丝绳的振动状态数据，并将钢丝绳的振动状态数据与预期状态数据进行对比决策，通过控制器单元调整提升机的运动参数，同时将提升机的运动数据上传至上位机监控模块，由上位机监控模块对数据分析并保存。
6、在本专利技术的一个示例中，所述下位机控制模块还包括：故障诊断与预警单元，
7、其与所述计算机单元相通信连接，配置为当钢丝绳的振动状态数据与预期状态数据进行对比且超出预期状态数据的阈值范围时，生成预警信息；向所述故障诊断与预警单元发送所述预警信息；
8、其中，所述故障诊断与预警单元，还被配置为输出所述预警信息。
9、本专利技术的另一个目的在于提出一种钢丝绳振动监测方法，包括如下步骤：
10、s10：利用tdi相机单元采集钢丝绳的振动图像，并将所述振动图像传输给所述上位机监控模块；
11、s20：利用上位机监控模块接收所述振动图像，通过傅里叶频谱分析方法测量钢丝绳的振动状态，并将钢丝绳的振动状态数据发送给下位机控制模块；
12、s30：利用所述计算机单元接收上位机监控模块发送的钢丝绳的振动状态数据，并将钢丝绳的振动状态数据与预期状态数据进行对比决策，通过控制器单元调整提升机的运动参数，同时将提升机的运动数据上传至上位机监控模块，由上位机监控模块对数据分析并保存。
13、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤s20中，通过傅里叶频谱分析方法测量钢丝绳的振动状态包括如下步骤：
14、s201：对采集到的钢丝绳图像进行预处理，通过中值滤波的方法去除图像噪声、采用自适应阈值法对图像进行二值化区分钢丝绳和背景、利用仿射变换对图像进行位姿调整，使钢丝绳在图像中呈现几何稳定的状态；
15、s202：提取钢丝绳的边缘位置坐标，首先通过区域裁剪提取图像中的钢丝绳区域，然后提取钢丝绳中心线坐标，将其定义为静止状态下的钢丝绳在图像上的位置，与钢丝绳边缘坐标进行比对，即为钢丝绳振动位移；
16、s203：运用傅里叶变换将时域颤振信号转化为频域分布，准确地标定了钢丝绳主要振动频率的峰值和次峰值。
17、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤s201中，在对图像进行二值分割之前，还包括如下步骤：
18、通过亮度加权平均法对图像进行灰度化处理，其中，加权平均法通过对每个像素的红、绿、蓝通道值进行加权平均，得到对应的灰度值，灰度值的表达式如下：
19、i(i,j)＝0.299×r(i,j)+0.587×g(i,j)+0.114×b(i,j)
20、其中，i(i,j)表示图像该点的灰度值，r(i,j)、g(i,j)、b(i,j)分别表示该像素在r、g、b通道的灰度值，而0.299、0.587和0.114则分别是对应于r、g、b通道的权重值。
21、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤s201中，自适应阈值法的表达式如下：
22、t(i,j)＝mean(i,j)-c·std(i,j)
23、其中，t(i,j)为第i,j点像素的阈值，mean(i,j)为以该坐标为中心的局部区域内像素值的平均值，c为阈值敏感度常数，std(i,j)为该局部区域内像素值的标准差。
24、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤s203中，运用傅里叶变换将时域颤振信号转化为频域分布之后还包括：
25、通过峰值搜索法对频谱图进行分析，通过在频谱图中滑动窗口寻找局部最大值识别出具有显著振幅的峰值。
26、在本专利技术的一个实施例中，所述峰值搜索法的表达式如下：
27、
28、其中，w表示定义的窗口大小即表示在信号中寻找峰值的范围。对于每个时间或序号n，计算信号在窗口范围内的局部最大值。
29、本专利技术的再一个目的在于提出一种钢丝绳振动监测装置，包括：处理器和通信接口；所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如上述所述的钢丝绳监测监测方法。
30、本专利技术的又一个目的在于提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当计算机执行该指令时，该计算机执行上述所述的钢丝绳监测监测方法。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
32、1)本专利技术在煤矿井下低光照、高噪声条件下，使用tdi相机代替普通工业相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钢丝绳振动监测系统，其特征在于，包括：图像采集模块(110)、上位机监控模块(120)和下位机控制模块(130)，
2.根据权利要求1所述的钢丝绳振动监测系统，其特征在于，
3.一种如权利要求1或2所述的钢丝绳振动监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
7.根据权利要求4所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
9.一种钢丝绳振动监测装置，其特征在于，包括：处理器和通信接口；所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如权利要求3-8任一项中所述的钢丝绳监测监测方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当计算机执行该指令时，该计算机执行上述权利要求3-8任一项中
...【技术特征摘要】
1.一种钢丝绳振动监测系统，其特征在于，包括：图像采集模块(110)、上位机监控模块(120)和下位机控制模块(130)，
2.根据权利要求1所述的钢丝绳振动监测系统，其特征在于，
3.一种如权利要求1或2所述的钢丝绳振动监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的钢丝绳振动监测方法，其特征在于，
...【专利技术属性】
技术研发人员：徐婷婷，李运强，雷雨，陈伟，刘珏廷，陈都峰，王泽华，刘迎春，王虎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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