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

王 鑫

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)公司， 山西 交城 030500）

引言

皮帶輸送機現(xiàn)場使用環(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，皮帶輸送機在實際使用過程中會出現(xiàn)松弛、跑偏甚至縱向撕裂等故障，不僅會影響物料正常運輸而且存在一定安全隱患，其中跑偏是皮帶輸送機常見故障[1-6]。為此文中就針對礦井皮帶輸送機使用需求，提出基于圖像處理技術(shù)對輸送機跑偏進行監(jiān)測，以期更好地促進礦井生產(chǎn)。

1 礦井現(xiàn)有皮帶輸送機跑偏監(jiān)測技術(shù)分析

現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機跑偏監(jiān)測往往采用近距離監(jiān)測傳感器實現(xiàn)。在托輥上安裝接近開關(guān)，當皮帶出現(xiàn)跑偏時接近開關(guān)即會發(fā)出異常信號，檢修人員即可對接近開關(guān)信號發(fā)出位置對設(shè)備進行檢修。采用接近開關(guān)對皮帶跑偏故障進行監(jiān)測時，該監(jiān)測方法具有較高的監(jiān)測精度，但是需要在皮帶輸送機沿線間隔一段距離布置接近開關(guān)，監(jiān)測系統(tǒng)安裝工程量大且后期維護成本高；同時當接近開關(guān)長時間不檢修或者未定期校準時，還容易與皮帶出現(xiàn)摩擦，會給皮帶輸送機后續(xù)使用帶來影響[7]。

因此，針對現(xiàn)階段礦井皮帶輸送機跑偏監(jiān)測存在問題，急需采用一種新型的、可靠性較強的跑偏監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能實現(xiàn)皮帶跑偏監(jiān)測，而且可監(jiān)測皮帶輸送機運行、故障預警。隨著計算機技術(shù)、視覺分析技術(shù)以及監(jiān)測技術(shù)等不斷發(fā)展，可為視覺圖像處理技術(shù)在皮帶輸送機跑偏監(jiān)測中應用提供良好條件。

2 圖像處理技術(shù)在皮帶輸送機跑偏監(jiān)測中的應用

文中就結(jié)合以往研究成果，提出采用移動式線纜機器人實時獲取皮帶輸送機運行參數(shù)并通過圖形處理技術(shù)對皮帶輸送機狀態(tài)進行分析，對可能出現(xiàn)的跑偏故障監(jiān)測、預警。采用的基于圖像處理技術(shù)的皮帶輸送機跑偏監(jiān)測技術(shù)方法具有效率高、成本低、后期維護簡單等優(yōu)點，可在一定程度上提升礦井皮帶輸送機工作效率。

2.1 跑偏監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

將圖像處理技術(shù)應用到皮帶輸送機跑偏監(jiān)測中，首先需要實時獲取皮帶運行狀態(tài)。為此，文中提出采用跑偏監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相機、移動式線纜機器人、圖像處理主機等構(gòu)成。采用的移動式線纜機器人結(jié)構(gòu)如圖1 所示，功能模塊包括有運動機構(gòu)模塊、電池模塊、控制系統(tǒng)等。運動模塊是實現(xiàn)移動式線纜機器人位置改變的基礎(chǔ)，包括有電動機、滑輪，從而使得移動式線纜機器人在皮帶輸送機沿線鋪設(shè)的鋼絲繩上移動；控制系統(tǒng)對移動式線纜機器人運動參數(shù)進行控制；電池模塊為移動式線纜機器人移動以及皮帶圖像獲取提供電源。具體跑偏監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)見表1。

圖1 移動式線纜機器人結(jié)構(gòu)示意圖

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

2.2 跑偏監(jiān)測實現(xiàn)路徑

跑偏監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)路徑如圖2 所示，在皮帶輸送機沿線鋪設(shè)鋼絲繩并安裝移動式線纜機器人組建跑偏監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)定跑偏監(jiān)測閾值并將監(jiān)測獲取圖像傳輸給處理主機，處理主機對圖像文件分析，判斷是否發(fā)出皮帶跑偏預警。

圖2 皮帶輸送機跑偏監(jiān)測實現(xiàn)路徑

獲取相機與皮帶間距離是跑偏監(jiān)測基礎(chǔ)，采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相機位置用以獲取皮帶輸送機圖像中像素距離、實際距離，并通過對比跑偏距離實現(xiàn)跑偏監(jiān)測。皮帶圖像采集以及圖像傳輸均通過移動式線纜機器人實現(xiàn)，后圖像處理主機對獲取到的圖像進行處理分析。皮帶輸送機圖像處理是實現(xiàn)跑偏故障監(jiān)測的關(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、篩選托輥最高點線段，最后提取得到皮帶邊緣以及托輥最高點特征；計算得到皮帶邊緣與托輥最高點像素距離并經(jīng)轉(zhuǎn)換得到皮帶邊緣與托輥實際距離；當托輥與皮帶邊緣距離在預先設(shè)定值以內(nèi)時，則表明皮帶處于正常運行狀態(tài)；托輥與皮帶邊緣距離超過預先設(shè)定值時，則表明皮帶出現(xiàn)跑偏，系統(tǒng)會發(fā)出預警信息。具體皮帶跑偏分析過程如圖3 所示。

圖3 皮帶跑偏過程

3 工程應用實例分析

將文中所輸送機跑偏監(jiān)測系統(tǒng)應用到山西某礦2150 運輸巷主運輸皮帶監(jiān)測中，該皮帶輸送機長度共計3 km，將采區(qū)煤炭轉(zhuǎn)運至主斜井。2150 運輸巷內(nèi)布置的皮帶輸送機在使用過程中受到皮帶上物料分布不均衡、皮帶輸送機異常振動以及托輥、滾筒等粘附異物等影響，皮帶常出現(xiàn)跑偏故障，會使得運輸?shù)拿禾垦鼐€灑落，嚴重時甚至出現(xiàn)皮帶撕裂問題。將文中所述皮帶輸送機跑偏監(jiān)測系統(tǒng)應用到該皮帶運行監(jiān)測中，現(xiàn)場應用后跑偏監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)皮帶的持續(xù)監(jiān)測、分析，當皮帶出現(xiàn)跑偏后及時發(fā)出預警，從而降低皮帶輸送機跑偏故障影響。將跑偏監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應用后，每年多實現(xiàn)煤炭運輸10 萬t 以上，同時減少皮帶磨損。具體監(jiān)測獲取到的皮帶輸送機現(xiàn)場圖像如圖4 所示。

圖4 皮帶輸送機現(xiàn)場獲取畫面

4 結(jié)語

礦井皮帶輸送機跑偏會制約煤巖運輸效率，而傳統(tǒng)的跑偏監(jiān)測技術(shù)存在精度低、維護工程量大等問題。為實現(xiàn)皮帶跑偏故障預警，提出將圖像處理技術(shù)應用到皮帶跑偏監(jiān)測中，通過移動式線纜機器人獲取皮帶情況，并由處理主機對圖像進行識別、處理，從而實現(xiàn)皮帶跑偏故障監(jiān)測。現(xiàn)場應用后，該皮帶輸送機跑偏監(jiān)測系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可實現(xiàn)皮帶狀態(tài)監(jiān)測以及跑偏故障預警。