[發明專利]一種煤礦豎井井筒巡檢裝置及激光掃描缺陷檢測方法

有效

• 申請號: 202110102011.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112924463B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 周公博;唐超權;薛芮;何貞志;王東旭;孫亮;湯洪偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/954;G01N21/01;G01B11/16;H04W4/02;H04W64/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 紀德虎

1.一種使用煤礦豎井井筒巡檢裝置掃描缺陷的方法，其特征在于：所述煤礦豎井井筒巡檢裝置，包括，

巡檢裝置本體，設置于井筒內并在井筒內上下移動；

外部驅動裝置，通過繩索與巡檢裝置本體連接，用于驅動巡檢裝置本體上下移動；

張緊裝置，均勻分布在井筒頂壁和底壁且上下一一對應設置，兩個相對應張緊裝置之間豎直架設導向鋼絲繩；

本體導向裝置，周向均布固定在巡檢裝置本體側壁，導向鋼絲繩滑動穿設在本體導向裝置內；

定位系統，包括布置在井筒內壁的若干UWB節點和一個布置在巡檢裝置本體上的UWB節點；

供能電池包、無線通訊模塊、激光雷達和圖像采集平臺，安裝于巡檢裝置本體上；所述供能電池包用于為無線通訊模塊、激光雷達和圖像采集平臺供電；無線通信模塊具有無線通信功能以及基于UWB節點的定位功能；所述外部驅動裝置包括上部驅動裝置和下部驅動裝置，所述上部驅動裝置位于巡檢裝置本體上方，通過繩索連接巡檢裝置本體，用于驅動巡檢裝置本體上行；下部驅動裝置位于巡檢裝置本體下方，通過繩索連接巡檢裝置本體，用于驅動巡檢裝置本體下行；還包括有地面充電樁，其與供能電池包連接；

所述方法包括如下步驟：

步驟1，上部驅動裝置和下部驅動裝置間歇動作，驅動巡檢裝置本體在井筒內上下往復運動；

步驟2，通過布置在井筒內壁面和巡檢裝置本體上的UWB節點，測量巡檢裝置本體相對于井筒內壁的節點的距離實現定位，然后將位置數據通過無線通信模塊發送給地面數據處理系統；

步驟3，激光雷達檢測，通過激光雷達獲取井筒點云并通過無線通信模塊發送給地面數據處理系統；

步驟4，通過圖像采集平臺采集并處理井筒內壁面的圖像并通過無線通信模塊發送給地面數據處理系統；

步驟5，地面數據處理系統對接收的圖像數據、點云數據以及位置數據進行處理、實時顯示井筒內壁的圖像和三維點云模型，通過定位信息判斷缺陷發生的位置從而達到巡檢目的；

其中，通過激光雷達獲取的點云數據，包含環境噪聲以及本身傳感器的噪聲，需要進行濾波處理，激光雷達采集時視場角有限，為了獲得完整的井筒點云，需要將不同視點的點云數據進行拼接，利用采樣一致性算法對整體點云進行擬合，獲得圓柱的方程參數；利用中軸線設置斷面，使點云數據向斷面投影，得到平面的點云后再平面內擬合圓，獲取圓的半徑，將半徑與設計值比較獲得差值即可反映形變量；同時通過歐式聚類算法獲取代表璧面剝落的面積點云簇，對點云進行三角化后提取面積信息。

2.根據權利要求1所述的一種使用煤礦豎井井筒巡檢裝置掃描缺陷的方法，其特征在于：步驟5中，通過圖像采集平臺采集井筒內壁面的圖像，首先對采集的圖像進行預處理，以增強缺陷區域與背景的對比度，主要包括灰度化、高斯濾波、同態濾波，其次使用性能較好的Canny邊緣檢測方法，以獲取缺陷區域的邊緣輪廓線，然后使用形態學方法，對檢測到的輪廓進行閉合并填充，最后提取連通區域的面積、長度、寬度等特征，用于井壁裂紋缺陷的分級。