基于圖像處理技術(shù)的皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

王 鑫

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)公司， 山西 交城 030500）

引言

皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)節(jié)惡劣，受巷道底板底鼓、安裝質(zhì)量或者皮帶粘附異物等多種因素影響，皮帶輸送機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)松弛、跑偏甚至縱向撕裂等故障，不僅會(huì)影響物料正常運(yùn)輸而且存在一定安全隱患，其中跑偏是皮帶輸送機(jī)常見(jiàn)故障[1-6]。為此文中就針對(duì)礦井皮帶輸送機(jī)使用需求，提出基于圖像處理技術(shù)對(duì)輸送機(jī)跑偏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以期更好地促進(jìn)礦井生產(chǎn)。

1 礦井現(xiàn)有皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)往往采用近距離監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)。在托輥上安裝接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏時(shí)接近開(kāi)關(guān)即會(huì)發(fā)出異常信號(hào)，檢修人員即可對(duì)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)出位置對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。采用接近開(kāi)關(guān)對(duì)皮帶跑偏故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，該監(jiān)測(cè)方法具有較高的監(jiān)測(cè)精度，但是需要在皮帶輸送機(jī)沿線間隔一段距離布置接近開(kāi)關(guān)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝工程量大且后期維護(hù)成本高；同時(shí)當(dāng)接近開(kāi)關(guān)長(zhǎng)時(shí)間不檢修或者未定期校準(zhǔn)時(shí)，還容易與皮帶出現(xiàn)摩擦，會(huì)給皮帶輸送機(jī)后續(xù)使用帶來(lái)影響[7]。

因此，針對(duì)現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)存在問(wèn)題，急需采用一種新型的、可靠性較強(qiáng)的跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)皮帶跑偏監(jiān)測(cè)，而且可監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行、故障預(yù)警。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、視覺(jué)分析技術(shù)以及監(jiān)測(cè)技術(shù)等不斷發(fā)展，可為視覺(jué)圖像處理技術(shù)在皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)中應(yīng)用提供良好條件。

2 圖像處理技術(shù)在皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

文中就結(jié)合以往研究成果，提出采用移動(dòng)式線纜機(jī)器人實(shí)時(shí)獲取皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)并通過(guò)圖形處理技術(shù)對(duì)皮帶輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)可能出現(xiàn)的跑偏故障監(jiān)測(cè)、預(yù)警。采用的基于圖像處理技術(shù)的皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)技術(shù)方法具有效率高、成本低、后期維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可在一定程度上提升礦井皮帶輸送機(jī)工作效率。

2.1 跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)中，首先需要實(shí)時(shí)獲取皮帶運(yùn)行狀態(tài)。為此，文中提出采用跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相機(jī)、移動(dòng)式線纜機(jī)器人、圖像處理主機(jī)等構(gòu)成。采用的移動(dòng)式線纜機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1 所示，功能模塊包括有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊、電池模塊、控制系統(tǒng)等。運(yùn)動(dòng)模塊是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式線纜機(jī)器人位置改變的基礎(chǔ)，包括有電動(dòng)機(jī)、滑輪，從而使得移動(dòng)式線纜機(jī)器人在皮帶輸送機(jī)沿線鋪設(shè)的鋼絲繩上移動(dòng)；控制系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)式線纜機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行控制；電池模塊為移動(dòng)式線纜機(jī)器人移動(dòng)以及皮帶圖像獲取提供電源。具體跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 移動(dòng)式線纜機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖

表1 跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2 跑偏監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)路徑

跑偏監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑如圖2 所示，在皮帶輸送機(jī)沿線鋪設(shè)鋼絲繩并安裝移動(dòng)式線纜機(jī)器人組建跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)定跑偏監(jiān)測(cè)閾值并將監(jiān)測(cè)獲取圖像傳輸給處理主機(jī)，處理主機(jī)對(duì)圖像文件分析，判斷是否發(fā)出皮帶跑偏預(yù)警。

圖2 皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)路徑

獲取相機(jī)與皮帶間距離是跑偏監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)，采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相機(jī)位置用以獲取皮帶輸送機(jī)圖像中像素距離、實(shí)際距離，并通過(guò)對(duì)比跑偏距離實(shí)現(xiàn)跑偏監(jiān)測(cè)。皮帶圖像采集以及圖像傳輸均通過(guò)移動(dòng)式線纜機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，后圖像處理主機(jī)對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行處理分析。皮帶輸送機(jī)圖像處理是實(shí)現(xiàn)跑偏故障監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，圖像處理包括有圖像濾波、輪廓提取。

2.3 皮帶跑偏分析

分析皮帶特征輪廓信息、篩選托輥?zhàn)罡唿c(diǎn)線段，最后提取得到皮帶邊緣以及托輥?zhàn)罡唿c(diǎn)特征；計(jì)算得到皮帶邊緣與托輥?zhàn)罡唿c(diǎn)像素距離并經(jīng)轉(zhuǎn)換得到皮帶邊緣與托輥實(shí)際距離；當(dāng)托輥與皮帶邊緣距離在預(yù)先設(shè)定值以內(nèi)時(shí)，則表明皮帶處于正常運(yùn)行狀態(tài)；托輥與皮帶邊緣距離超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，則表明皮帶出現(xiàn)跑偏，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警信息。具體皮帶跑偏分析過(guò)程如圖3 所示。

圖3 皮帶跑偏過(guò)程

3 工程應(yīng)用實(shí)例分析

將文中所輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到山西某礦2150 運(yùn)輸巷主運(yùn)輸皮帶監(jiān)測(cè)中，該皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)度共計(jì)3 km，將采區(qū)煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)至主斜井。2150 運(yùn)輸巷內(nèi)布置的皮帶輸送機(jī)在使用過(guò)程中受到皮帶上物料分布不均衡、皮帶輸送機(jī)異常振動(dòng)以及托輥、滾筒等粘附異物等影響，皮帶常出現(xiàn)跑偏故障，會(huì)使得運(yùn)輸?shù)拿禾垦鼐€灑落，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)皮帶撕裂問(wèn)題。將文中所述皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到該皮帶運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)皮帶的持續(xù)監(jiān)測(cè)、分析，當(dāng)皮帶出現(xiàn)跑偏后及時(shí)發(fā)出預(yù)警，從而降低皮帶輸送機(jī)跑偏故障影響。將跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，每年多實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸10 萬(wàn)t 以上，同時(shí)減少皮帶磨損。具體監(jiān)測(cè)獲取到的皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)圖像如圖4 所示。

圖4 皮帶輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)獲取畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

礦井皮帶輸送機(jī)跑偏會(huì)制約煤巖運(yùn)輸效率，而傳統(tǒng)的跑偏監(jiān)測(cè)技術(shù)存在精度低、維護(hù)工程量大等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)皮帶跑偏故障預(yù)警，提出將圖像處理技術(shù)應(yīng)用到皮帶跑偏監(jiān)測(cè)中，通過(guò)移動(dòng)式線纜機(jī)器人獲取皮帶情況，并由處理主機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別、處理，從而實(shí)現(xiàn)皮帶跑偏故障監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，該皮帶輸送機(jī)跑偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)皮帶狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及跑偏故障預(yù)警。