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1、基于CCD吊钩检测系统研究与应用,引 言,1.1 我国起重机械事故的现状 起重机械是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员的输送等作业中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高劳动生产率。一些起重机械还能生产过程中进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。,我国在用的起重机械大约有180多万台。随着我国经济的快速发展和老工业基地的振兴和搬迁改造，在用设备的数量一直被刷新，并且每年新安装的数量以15%的速度递增，但是，起重机械事故也随之增加。,2001年7月17日，上 海沪东造船厂一座正在 安装的600t龙门吊轰然 倒塌，造成1亿元的经 济损失，事
2、故造成36人 死亡，2人重伤，1人轻伤。死亡人员中，电建公司4人，机器人中心9人(其中有副教授1人，博士后2人，在职博士1人)，沪东厂23人。,2007年4月18日7 时53分，辽宁铁岭市 清河特殊钢有限公司 发生钢水包整体脱落 事故，一台60吨钢水 包在吊运过程中倾覆， 钢水涌向一个工作间， 造成正在开班前会的32人死亡，6人重伤，直接经济损失866.2万元 。,1.2 起重机械的管理,1.3 研发吊钩检测系统的必要性,绝大多数起重机的取物装置都是吊钩，吊钩是起重机械中重要的零部件，一旦发生吊钩断裂或者开口度增加引发钢丝绳的脱出情况，那么任何的安全保护都无法阻挡事故的发生，轻则吊物摔坏、设备
3、被砸，重则出现人身伤亡事故，特别是在冶金、易燃易爆、危险品场合工作的起重机械，如果发生事故，那后果真是无法估计。,1.4 吊钩检测的要求与技术现状, 吊钩的表面不允许存在裂纹，否则报废 。 吊钩应检查开口度，其值超过使用前基本尺寸的15时，应报废。危险断面磨损值超过使用前基本尺寸的10时，吊钩应报废。 检查吊钩的扭转变形，当钩身的扭转角超过10时，吊钩应报废。,检测现状,传统测量方法，费时费力，而且一些尺寸的检测需要对吊钩进行拆卸，这样更增加了检测的难度，所以，大多的检测人员对这些尺寸只能进行估计或者忽略，而且工具各异、结果误差大，很难对吊钩尺寸变化进行快速、准确的报废判定。,1.5 本课题的
4、主要工作内容,本课题主要针对于吊钩的开口度、危险断面磨损量进行测量,为了减少测量时发生的偶然误差,使用了面阵CCD摄像头,提供相对比较准确的传感器件,拍照成像，然后通过软件程序调取图片，进行边缘提取、二值化处理、局部放大等处理，得出完整的图像。然后通过代码程序得出危险断面和开口度的像素点，得出实际检测的尺寸数值，最后再通过程序调取制造吊钩的原始尺寸和实际检测尺寸数值进行比较。,2 CCD的功能特性,CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现 。 其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能
5、稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。,3.1 吊钩的种类,锻造吊钩 片式吊钩,3.2 吊钩的危险断面,危险断面,如图是吊钩在起升载荷时的受力简图和应力分布图。图中有三个危险断面，分别是钩身危险断面A-A、钩身危险断面B-B、钩柄尾部的螺纹部位C-C。三个危险截面受力有明显的不同： （1） 钩身危险断面A-A 其钩身部分应力最大的断面为A-A因为起升载荷的偏心拉力，所以该断面受到弯曲和拉伸组合应力作用。断面内侧应力为最大拉应力，断面外侧为最大压应力。 （2
6、） 钩身危险断面B-B 虽然受力不如A-A断面大，却是吊索强烈磨损的部位。随着断面面积减小，承载能力下降，应按实际磨损的断面尺寸计算。 （3） 钩身危险断面C-C C-C是螺纹根部应力集中，由于制造中对工艺要求这里需要有退刀槽，这样势必容易产生集中应力、容易受到腐蚀，会在缺陷处断裂。 传统检测方法必须将吊钩拆卸下来，才能检测到该处的尺寸。,4 检测系统组成,整个检测系统主要由光学照明系统、CCD成像系统、图像采集及计算机系统、程序边缘提取、输出判定结果和数据终端显示和存储系统组成 。,5 系统的应用,钩头取样,非线性中值滤波,非线性边缘检测,二值化处理,非线性腐蚀,非线性膨胀,调用Matlab
7、代码,调取吊钩原始尺寸,判定结论,6系统检测和人工检测的对比表,结 论,本课题是研究将CCD成像系统应用于吊钩钩头的检测，通过CCD相机的拍照取样，调取成像的图片，对图片进行边缘提取、局部放大、二值化处理等，将吊钩钩头的开口度、危险断面的检测实际尺寸通过计算机显示出来，并和吊钩钩头的原始尺寸或出厂尺寸进行比较，得出判定结论并保存存档。 通过这套吊钩检测系统可以大大的减轻吊钩检测人员的劳动强度和工作效率，减小使用单位在检测过程中的人力、物力的配合，有可追溯性、非接触式检测、检测速度快、精度高、方便携带、对环境不敏感等特点。,该检测系统现阶段还只是停留在二维空间的检测上，以后将继续开发三维空间上的检测，将对钩头扭转度进行检测。还要逐步完善系统，开发应用在起重机械上，对各类轴磨损的检测、车轮磨损的检测、制动轮磨损等项目。并且可以向所有关于零件尺寸检测行业进行推广，将CCD成像技术广泛应用到各类的检测中。,谢谢,