線激光縱向撕裂檢測裝置在選煤廠帶式輸送機中的應用

郭玉梅

(山西煤炭職業技術學院,山西省太原市,030001)

線激光縱向撕裂檢測裝置在選煤廠帶式輸送機中的應用

郭玉梅

(山西煤炭職業技術學院,山西省太原市,030001)

根據現有帶式輸送機輸送膠帶縱向撕裂檢測方法存在的問題,研究了線激光縱向撕裂檢測方法,介紹了線激光縱向撕裂檢測裝置的基本組成,分析了該裝置的工作原理。實際應用表明,該裝置能夠找出輸送膠帶存在縱向撕裂的隱患和故障地點,從而及時采取有效措施對輸送膠帶進行修補或更換。

線激光 縱向撕裂檢測裝置 帶式輸送機 輸送膠帶

目前,檢測帶式輸送機輸送膠帶縱向撕裂包括超聲波檢測和微電流檢測等多種方法,國際上應用較好的方法是在輸送膠帶內部埋嵌導體,通過檢測導體的通斷情況對帶式輸送機輸送膠帶是否發生撕裂進行判斷,而基于數字圖像處理的帶式輸送機輸送膠帶撕裂視覺檢測技術也已有應用,然而這些檢測方法都存在著不同程度的缺陷和不足。因此,研究了線激光視覺檢測方法對帶式輸送機的輸送膠帶進行檢測,利用激光照射物體的表面,可以形成具有與物體外形相符的輪廓線,從而獲取物體的幾何信息,通過改變激光的照射角度對形成的輪廓線進行放大或縮小,并配合相應的圖像處理方法及程序算法,實現輪廓缺陷的準確檢測,找出輸送膠帶存在縱向撕裂的隱患和故障地點,從而及時采取有效措施對輸送膠帶進行修補或更換,確保選煤廠高效安全生產。

1 線激光縱向撕裂檢測裝置基本組成

線激光檢測裝置的硬件系統由本安型一字線激光、隔爆型CCD相機、隔爆型現場處理器和遠端服務器4部分組成,硬件結構組成如圖l所示。

圖1 線激光縱向撕裂檢測裝置結構組成

根據帶式輸送機輸送膠帶的寬度可增加或減少相機和光源數量,保證相機和激光能覆蓋整個輸送膠帶的寬度范圍。為了避免同一相機視野內出現多條激光輪廓線,在帶式輸送機輸送膠帶運行方向采用相機和激光錯位方式進行安裝,使一個相機視野內只有一條激光輪廓線。相機和激光安裝位置示意圖如圖2所示。

圖2 相機和激光安裝位置示意圖

2 線激光縱向撕裂檢測裝置工作原理

為了實現對帶式輸送機輸送膠帶縱向撕裂現象的準確判斷和識別,采用線激光對運輸的輸送膠帶下表面進行照射,使激光在輸送膠帶下表面呈現對應的輪廓曲線,當輸送膠帶出現撕裂時,拍攝到的輪廓線即出現斷裂,利用自動查找輪廓線斷裂情況可準確地判斷輸送膠帶撕裂位置。

由于激光輪廓線在被測的輸送膠帶下表面上具有一定寬度,并且寬度并不均勻,輪廓線的亮度在不同的位置也可能不同,如何準確地獲取輪廓線中的缺陷信息至關重要,因此,采用CCD相機對線激光照射輸送膠帶后產生的激光輪廓線進行拍攝。在CCD相機拍攝到的圖像中,光線隨著輸送膠帶表面的變化而變化的情況能夠被及時捕獲。實際安裝中激光器距離輸送膠帶約為300 mm,照射角度為40°,CCD相機距離輸送膠帶約為400 mm。所采集的圖像視場分辨率為640×480,激光線寬度方向所占像素約為5個,視野總大小為500 mm× 400 mm,按照像元比例計算,激光線的寬度大約是4.17 mm。

3 線激光縱向撕裂檢測裝置的安裝

由于輸送膠帶的縱向撕裂發生為瞬變過程,如果不能在第一時間內對發生撕裂的輸送膠帶進行停機和報警,將會使撕裂現象迅速擴大化,因此,對圖像的實時處理非常重要,而提高圖像識別的重要前提是提高拍攝圖像的質量。為了避免一些復雜的濾波算法,需要注意拍攝圖像中的激光輪廓線寬度和邊緣的散射現象。

3.1 激光發射器的照射角度

激光發射器的照射角度對反應激光輪廓線的寬度、缺陷的分辨率和輪廓線的散射情況等都有明顯地影響,為了讓激光輪廓線能夠準確地反映缺陷現象,必須保證合適的照射角度。改變激光發射器的照射角度,CCD相機捕捉到的激光照片如圖3所示。

圖3 不同照射角度形成的激光輪廓線

由圖3可以看出,激光照射角度越大缺陷分辨度越不明顯,但是邊緣散射越嚴重,因此,在安裝過程中應盡量避免激光照射角度過大,以保證良好的圖像效果,根據現場安裝環境盡量保證安裝角度在30°左右為宜。

3.2 激光發射器的照射距離

激光發射器的照射距離主要影響輪廓線寬度和散射,要保證良好的圖像識別效果必須盡可能地去除散射現象,為了實現對缺陷響應的敏感度,應盡量使得輪廓線寬度變小。改變激光發射器的照射距離,CCD相機捕捉到的激光照片如圖4所示。

圖4 不同照射距離形成的激光輪廓線

由圖4可以看出,激光照射距離與缺陷分辨度成反比例變化,與邊緣散射成正比例變化,因此,在安裝過程中增大激光照射距離可以很好的解決輪廓線過寬和散射嚴重問題,從而保證良好的圖像效果,實際安裝過程中可根據安裝環境盡量放大照射距離。

3.3 激光發射器的照射功率

為了能夠得到理想的激光輪廓線,保證圖像效果,應嚴格控制激光發射器的功率大小。在有白熾燈照射的室內環境,激光光源功率應達到30 m W以上;在室外自然光環境,激光光源功率應達到100 m W以上;若有強光直照場所,應當適當增大激光光源功率,但光源功率應不超過200 m W。

4 線激光縱向撕裂檢測裝置的應用

2014年1月,首套線激光縱向撕裂檢測裝置在中煤能源山西中煤東坡煤業有限公司投入使用, 2014年7月,第2套和第3套線激光縱向撕裂檢測裝置分別在同煤集團晉華工礦和陽煤集團五礦投入使用。截止2015年1月10日,共投入使用12套線激光縱向撕裂檢測裝置,使用效果均達到客戶要求。

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(責任編輯 路 強)

Research on line laser detective device for longitudinal rips applied to belt conveyor in coal preparation plant

Guo Yumei
(Shanxi Coal Vocational Technical College,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Aimed at the existing problems in the detection of longitudinal rips of conveyor belt,the line laser detection of longitudinal rips was studied.The primary components of line laser detective device were introduced,and its working principle was analyzed.The application showed that this device could detect the location of longitudinal rips even the hidden cracks on the conveyor belt,and then the belt could be mended or replaced timely.

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TD528.1

A

郭玉梅(1964－),女,山西大同人,山西煤炭職業技術學院副教授,主要從事煤礦機電及選煤技術的研究。