基于機器視覺的傳送帶跑偏糾正系統的設計

皖江物流集團裕溪口煤碼頭分公司 王來平

安徽理工大學電氣與信息工程學院 徐善永

皖江物流集團裕溪口煤碼頭分公司 徐曉強 劉淵亮 劉 昆 劉平寬 蔣 偉

根據工礦業在生產中輸送機的傳送帶容易發生跑偏現象的大背景下，本文采用機器視覺技術設計了一種傳送帶跑偏自動糾正系統。在實時監控傳送帶傳輸情況下，將傳送帶偏差信號及時的反饋給控制元件來進行計算分析，這很大程度上提高了跑偏糾正精度同時也使得工作效率大大提高，本文也詳細敘述了其軟硬件得構成。

1 引言

目前的工礦業輸送機仍在在大規模的使用，但是由于生產條件以及使用的不恰當導致傳送帶時不時都就會發生各種故障，一般比較常見的故障主要有傳送帶的撕裂，跑偏以及磨損等。這其中，傳送帶的跑偏現象尤其常見。當機器正常運行時如果發生傳送帶跑偏現象不僅僅會造成機器的不工作，還會影響生產進度，導致人員傷亡的這樣惡性事故也是有可能發生的。因此，設計一種跑傳送帶偏糾正裝置來降低帶式輸送機跑偏現象的發生的在工業生產中具有相當實用意義。

2 跑偏故障分析

2.1 傳送帶兩側受力不均

導致傳送帶跑偏故障的直接原因就是傳送帶兩側的受力不均勻。而傳送帶兩側受力不均的因素主要有以下幾點：首先，在安裝傳送帶裝置的過程中，每個部件的緊密度引起誤差，這將導致傳送帶兩端的力不均勻，從而傳送帶將發生跑偏故障。第二，傳送帶硫化接頭或傳送帶原先就不是直的從而導致不平衡的張力，此時，傳送帶的主要特征是一側張力較大，容易發生偏差（陳蕾,李青燦.]虛擬儀器技術在農業中的應用[J].農業網絡信息,2012(11)）。第三，傳送帶在長時間使用后會因拉伸而老化，張力減小，導致傳送帶兩側的張力不一致。

2.2 傳送帶接頭不正或物料落入傳送帶造成傳送帶跑偏

如果傳送帶的傳送帶接頭傾斜或偏移，則當傳送帶工作時，傳送帶會跑偏。機械接頭和硫化接頭是目前傳送帶的兩種主要類型的傳送帶接頭。為了避免在正常運行過程中傳送帶兩側張力不均勻引起的傳送帶偏差，無論采用哪種方式連接傳送帶接頭，都必須保證接頭的連接，水平平滑。另外，當材料放在傳送帶上時，如果材料的下落點遠離傳送帶的中心線，材料會在重力的作用下撞擊傳送帶，而傳送帶的傳送帶則會受到傳送帶的影響導致傳送帶的偏離。

2.3 張緊裝置調整影響

當傳送帶在長期的運行過程中，傳送帶的密封性的定期檢查十分重要。所以，該張緊裝置是一個有效的跑偏糾正措施。在安裝張緊裝置時如果有部件沒有安裝到位或是安裝有偏差以及傳送帶兩側傳送帶張力的錯誤調節就會導致傳送帶跑偏現象的產生。

3 跑偏糾正裝置

3.1 調整承載托輥輪組

調整輥輪組的位置是防止傳送帶在運行期間發生跑偏的措施（湯偉波,強建寧,常妍.基于虛擬儀器技術的測試系統的搭建[J].信息通信,2017(05)）。傳送帶的哪一側偏置，托輥輪組的哪一側向傳送帶的前進方向移動，如果傳送帶向下跑偏，則托輥輪組的上部位置應向左偏移，而下部位置向右偏移。如果偏差十分嚴重的話，傳送帶的另一側可以向后調整（趙云高,趙云俊,歐陽喜德.虛擬儀器技術及其應用[J].企業技術開發,2010(23)）。

3.2 安裝調心托輥輪組

自動調心輥輪組的抗偏壓原理主要利用托輥在水平面上的旋轉產生橫向附加力，使得輥輪組框架圍繞中心軸旋轉成一個弧形，并根據傳送帶在操作時不垂直于托輪的規律，傳送帶自動移動到中心以進行調整。

3.3 調整各滾筒位置

對滾筒的位置進行必要的調整，這是防止傳送帶發生跑偏故障的重要措施。因此，當安裝滾筒時，滾筒的軸線應垂直于傳送帶傳送方向的中心線（譚超.淺談虛擬儀器技術與應用發展[J].中國科技投資,2013(26)）。如果存在偏差，傳送帶就會跑偏。滾筒位置調整方法有以下幾點：傳送帶向右跑偏，右軸承座向前移動或左軸承座向后移動；傳送帶向左偏移，左軸承座向前移動或右軸承座向后移動。尾部滾筒正與頭部軸承相反。

4 基于機器視覺技術的傳送帶跑偏糾正系統設計

4.1 機器視覺的介紹

機器視覺是一個涉及面很廣，同時也是一個很復雜的系統。總的來說，該系統主要由燈光系統，攝像頭，圖像獲取裝置（包括CMOS與CCD）以及圖像處理系統（譚超.淺談虛擬儀器技術與應用發展[J].中國科技投資,2013(26).）。將捕獲的圖像傳送到圖像處理裝置通過對圖像的像素分布，亮度以及顏色的信息計算分析將其轉換成數字信號；然后通過專門的算法計算數字信號從而得到我們需要的偏差結果進而實施校準措施。

4.2 系統硬件

系統硬件主要由照明系統，CCD圖像采集系統，圖像采集卡和計算機模塊組成。在對大量光源進行分析比較后，本設計選取Microvision公司生產的JC-FL-200x200型LED作為照明系統。CCD圖像采集系統采用Microvision公司生產的MV-VE08SCCCD圖像捕獲系統具有1392×1014的分辨率和6.45×6.45的像元大小。

本裝置安裝過程中，輥輪組必須確保軸線垂直于傳送帶的軸線。而且，所有滾筒軸線都要垂直于傳送帶長度方向的軸線（賈奇童,成國強,李兆.淺析虛擬儀器技術在農業中的應用[J].南方農機,2017(05)）。根據以上分析，本文提出了一種基于機器視覺的自動糾偏裝置，該裝置基于輥輪組的糾正跑偏技術。該系統的傳送帶跑偏檢測流程圖如圖1所示。圖像捕獲系統安裝在處于工作狀態中的傳送帶底端，用來實時監測滾筒組的工作狀態。步進電機安裝在各滾輪組上，我們根據實際應用選擇步進電機的型號。該系統的具體工作流程如下：輥輪組的運行狀態由CCD圖像捕獲系統進行實時檢測，然后將CCD攝像機捕捉的圖像信號傳輸給圖像處理系統進行分析獲得角度測量結果，計算出傳送帶與輥輪組軸線之間偏差的大小和方向。通過上述介紹，需要在傳送帶中心線與輥輪組中心線偏差角度上設定一個的閾值θ，當滾輪組的中心線與傳送帶的中心線之間的偏差超出給定值范圍時CCD圖像捕獲系統會采集到這個值，同時系統統會發出警報。PLC控制器將偏差結果發送給步進電機的驅動器，步進電機把控制器輸入的命令信號轉換為角位移信號，然后驅動滾輪組以及時的調整皮帶偏差。

圖1 系統檢測流程圖構

4.3 系統軟件

本系統的軟件選用NI開發的機器視覺開發系統，是研究機器視覺和相關科研的設備。視覺模塊主要由兩個子模塊組成：IMAO Vision Builder I和IMAO Vision。IMAQ Vision Builder模塊主要用于傳送帶運行過程中的在線監控。LabVIEW是一種基于程序代碼的圖形化編程語言，提供了大量的圖像理解功能庫，圖像分割和軟件開發工具。軟件界面設計如圖2所示。

4.4 偏差糾正結果

偏差糾正說明如圖3所示，x方向表示一般情況下的托輥輪組中心線方向，y方向表示通常情況下傳送帶軸線運動的方向。角度偏差表示為θ1= 90o — θ，通常情況下θ = 90o。如果給定的閾值為θ2，則在傳送帶跑偏的時候則θ2＜ θ ＜90o，利用圖像處理系統獲得角度θ。然后，使用二值化，邊緣檢測，圖像預處理，特征值提取等來計算捕獲圖像中的角度偏差，并在執行偏差校正處理的同時實時記錄故障圖像，若θ <90o，則表示傳送帶向運動方向右側托輥輪組發生偏移，若θ ＞90o，則表示傳送帶向運動方向左側托輥輪組跑發生跑偏，當傳送帶發生跑偏的時候，則由步進電機帶動跑偏側的托輥輪組朝向傳送帶前進方向進行調整。

圖2 軟件設計界面

圖3 偏差說明

5 結論

通過以上對輸送帶在工作過程中易發生跑偏現象的分析，設計了一種基于機器視覺的傳送帶跑偏校正系統。該裝置的優勢主要包括以下幾點：首先，該設備非常精確。因為設備選用PLC控制步進電機驅動牽引輥輪組校正偏差，因此具有相當高的精度；第二，具有可預測性，通過分析圖像信號，能夠及時監測傳送帶偏差，很大程度上防止了事故的產生。第三，速度快，可以自動調整設備以避免手動調整，這不僅改變了現有校準設備的不足，而且提高了安全性。