(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210621951.5 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 徐州煤矿安全设备制造有限公司 地址 221011 江苏省盐城市江苏徐州工业 园区苏州大道6号 申请人 中国矿业大 学 (72)发明人 杜庆永　彭玉兴　朱真才　胡长华　 张家铭　常向东　周公博　卢昊　 江帆　曹国华　唐玮　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06V 20/64(2022.01) (54)发明名称 基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝 应力预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于三维图像识别的提 升钢丝绳内部钢丝应力预测方法。 首先， 基于仿 真分析软件对提升系统中的钢丝绳进行应力分 析； 然后， 对钢丝绳表面进行处理， 将钢丝绳安装 至拉伸试验机， 调试三维应力应变仪， 拍摄逐步 加载时钢丝绳的表面图片， 对所拍摄图片设置基 准斑点、 划分网格并对比不同网格内像素点变化 情况， 计算得到钢丝绳表面应力、 应变； 最后， 对 比分析仿真结果与检测结果， 验证仿真与检测结 果一致性， 根据仿真及检测结果预测实际提升钢 丝绳内部钢丝 应力。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115221748 A 2022.10.21 CN 115221748 A 1.一种基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： S1、 基于仿真分析软件对提升系统中的钢丝绳进行应力分析， 得到钢丝绳应力较大区 域； S2、 基于三维应力应 变仪， 对运行 过程中的钢丝绳进行检测； S21、 对待检测钢丝绳表面进行处理， 首先将钢丝绳表面清洗干净， 然后在钢丝绳表面 均匀喷涂白色哑光漆， 最后喷涂黑色哑光漆， 使其在钢丝绳表面形成均匀的细小黑色斑点， S22、 放置三维应力应变仪， 调整灯光角度、 镜头位置及角度， 调整镜头焦距及光圈， 使 三维应力应 变仪软件界面能够清晰看到待观测钢丝绳表面； S23、 使用标定板进行标定， 确定图片内像素点与钢丝绳物理尺寸间的转换关系， 拍摄 钢丝绳表面图像； S24、 对三维应 变仪所拍摄图像进行处 理、 分析； S241、 选取基准斑点； S242、 图片划分为m ×n的网格， S243、 从基准斑点开始对每张图片内的网格进行编号， 将每张图片与第一张图片中相 同编号的网格进行对比， 计算网格内像素点的变化情况， 像素点的改变即对应钢丝绳表面 的应变， 根据标定板确定的转换关系进 行换算， 计算钢丝绳表面应变， 通过钢丝绳表面应变 和钢丝绳表面材 料的弹性模量计算钢丝绳表面应力； S3、 根据步骤S1的仿真及步骤S2的检测结果推导实际钢丝绳内部钢丝应力。 2.根据权利要求1所述的基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 其 特征在于， 步骤1具体包括以下子步骤： S11、 利用Frenet标架推导 提升钢丝绳各钢丝中心线方程； S12、 根据实际提升钢丝绳参数及所述钢丝中心线方程， 基于可进行参数化建模的三维 绘图软件建立 提升钢丝绳模型； S13、 基于静力学有限元仿真分析软件建立提升钢丝绳有限元模型， 划分网格、 设置材 料属性、 设置 接触参数、 施加载荷 及约束， 进行有限元求 解， 输出钢丝绳应力及应 变。 3.根据权利要求1所述的基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 其 特征在于， 步骤S241中， 选取基准斑点时， 选择不变形或变形量 最小的斑点作为基准斑点。 4.根据权利要求1所述的基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 其 特征在于， 步骤S242中， 网格的大小根据分析精度及图片中斑点的大小进 行设置， 保证每个 斑点至少占据2 ×2个网格。 5.根据权利要求1所述的基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 其 特征在于， 步骤S3具体是： 使用三维应力应变仪检测钢丝绳表面应力， 并与仿真结果进行对比， 确定仿真数据与 检测数据的比例关系， 预测提升钢丝绳内部钢丝应力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115221748 A 2基于三维图像识别的提升钢丝绳 内部钢丝应力预测方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法。 背景技术 [0002]当矿井深度较大时， 由于受到交变应力的制约， 摩擦式提升装置无法适用于深井 提升工况， 单绳缠绕式提升装置由于受绳径比限制， 设备体积将会很大， 这极大地增加了生 产维护成本， 因此， 目前学者普遍认为使用多绳缠绕式提升装置进行深井提升运输较为合 理。 [0003]缠绕式提升系统中的钢丝绳是提升系统内部的关键部件， 也是承载工况最为复杂 的部件， 其一旦 发生损伤， 将极易导致 失效断裂， 将会引发极为严重的矿井安全事故， 因此， 需在不影响系统工作的前提下， 对钢丝绳进行 无损检测。 [0004]目前， 钢丝绳无损检测方法有很多种， 包括无损检测常用的超声波检测法、 射线检 测法、 电涡 流检测法、 电磁检测法、 机械检测法等， 且电磁检测法存在广泛的工业应用。 但以 上方法均是对已发生损伤部位进行检测， 无法做到对可能会产生损伤的部位进行预测， 存 在一定的信息滞后性。 因此需要一种新的钢丝绳检测方法， 对提升系统内部不同位置处钢 丝绳进行检测， 并判断可能会发生损伤的区域， 而这需要对钢丝绳损伤机理进行深入探究。 [0005]根据研究发现， 钢丝绳损伤多是由于发生了表面磨损， 而产生磨损的原因是由于 钢丝绳存在应力较大区域， 且该区域钢丝绳产生了相对位移， 钢丝绳应力可分为拉伸应力、 弯曲应力及接触 应力， 不同应力间及应力与绳端载荷间存在一定的对应关系。 [0006]目前， 未见有公开专利及文献对提升钢丝绳内部钢丝的应力进行 预测的方法。 发明内容 [0007]针对上述技术问题， 本发明提出一种基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应 力预测方法， 能够在不影响矿井提升系统设备 的正常运转的情况下， 以较低的成本识别提 升系统中钢丝绳表面应力， 并对钢丝绳内部钢丝应力值进行 预测。 [0008]为实现上述 技术目的， 本发明采用如下的技 术方案： [0009]一种基于三维图像识别的提升钢丝绳内部钢丝应力预测方法， 包括以下步骤： [0010]S1、 基于仿真分析软件对提升系统中的钢丝绳进行应力分析， 得到钢丝绳应力较 大区域； [0011]S2、 基于三维应力应 变仪， 对运行 过程中的钢丝绳进行检测； [0012]S21、 对待检测钢丝绳表面进行处理， 首先将钢丝绳表面清洗干净， 然后在钢丝绳 表面均匀喷涂白色哑光漆， 最后喷涂黑色哑光漆， 使其在钢丝绳表面形成均匀的细小黑色 斑点， [0013]S22、 放置三维应力应变仪， 调整灯光角度、 镜头位置及角度， 调整镜头焦距及光 圈， 使三维应力应 变仪软件界面能够清晰看到待观测钢丝绳表面； [0014]S23、 使用标定板进行标定， 确定图片内像素点与钢丝绳物理尺寸间的转换关系，说　明　书 1/4 页 3 CN 115221748 A 3