基于X射線的鋼絲繩芯輸送帶檢測裝置的設計

張揣平 李文武 張占東

摘要 礦用鋼絲繩芯輸送帶在煤炭運輸過程中會出現斷裂、劃傷、銹蝕、接頭伸長、脫膠等故障，針對這一問題設計基于X射線的在線檢測裝置，該檢測裝置可及時發現隱患、診斷故障，實現無損檢測，避免重大斷帶安全事故的發生。本文對該檢測裝置的工作原理、結構組成及有關軟硬件系統的設計進行了闡述。

【關鍵詞】x射線 鋼絲繩芯輸送帶 實時檢測故障診斷

鋼絲繩芯帶式輸送機是煤炭生產中重要的運輸設備，伴隨著提升載荷量的增加、帶速的提高，其載荷量也在不斷增加。如果帶式輸送機安裝調整不當、鋼絲繩芯接頭搭接不規范或者被異物劃傷，則會出現鋼絲繩芯抽離、斷裂、銹蝕、接頭伸長等故障，一旦發生故障將會造成重大斷帶安全事故，造成停產、物料損耗，設備損壞，甚至人員傷亡。因此在我國煤礦生產安全規程規定設計鋼絲繩芯輸送帶運輸系統時，要求對鋼絲繩芯輸送帶進行實時檢測。目前常用的輸送帶檢測方法有人工檢測法、X射線檢測法和電磁檢測法，隨著煤炭生產的現代化、智能化，對檢測手段的要求也越來越高，實現可靠、無損、防暴、準確定位、遠程實時檢測，是鋼絲繩芯輸送帶安全穩定運行的保證。

1 設計原理

利用X射線的透視原理，即對不同物質的穿透能力的不同，當鋼絲繩芯出現銹蝕、斷裂、接頭變化等缺陷時，透過的光強與正常部位不同，因此根據光強的變化可以判斷鋼絲繩的工作狀態。在輸送帶運行過程中，應用X射線探測原理對輸送帶進行照射，感光器將得到信號傳輸到識別系統，通過對圖像處理進行鋼絲繩芯輸送帶性能分析，從而判別其是否出現故障并及時報警，避免由于斷帶引起重大安全事故，防患于未然，減少不必要的財產損失和人員傷亡。

2 設計方案及設計內容

通過對目前市場上同類產品進行分析以及煤礦調研，發現在對鋼絲繩芯輸送帶檢測中存在諸多問題，如輸送帶鋼絲繩芯掃描速度慢、實時性差、檢測準確率低，易出現漏檢現象，不具有自動識別故障和強度性能分析功能等。因此為解決上述問題，結合圖像處理技術和計算機技術等多種學科，需要研發一種新的高性能的鋼絲繩芯輸送帶檢測系統，其具體實施方案及流程如圖1。

2.1 X射線探測器

X射線探測器由光電轉換模塊、信號采集模塊、信號處理傳輸模塊組成。X射線掃描運行的鋼絲繩芯輸送帶，光電模塊內的感光材料可將X射線轉換成可見光，這個光信號再由光電二極管陣列轉換為模擬電信號，經過兩級放大線路送給信號采集模塊。由于輸送帶有多種規格，根據寬度不同，為了能夠一次檢測到全部鋼絲繩芯截面，可以串聯多組光電轉換板。

信號采集模塊對接收到的模擬信號進行放大、濾波，通過A/D轉換電路輸出數字信號給信號處理傳輸模塊;信號處理傳輸模塊含有FPGA、電源、存儲器及外圍一些硬件和軟件組成，主要是優化圖像質量，然后傳輸給計算機。

2.2 鋼絲繩芯輸送帶圖像處理

帶式輸送機鋼絲繩芯經X射線掃描后，生成的圖像需要進一步處理，進行縮放算法、濾波、灰度增強、銳化、二值化等。具有一定分辨率能清晰、直觀反映接頭狀況，并能進行圖像分析，避免對有故障的接頭漏檢和合格接頭誤報。圖像的缺陷分析是通過對接頭篩選、比對、測量來進行分析，鋼絲繩芯輸送帶接頭強度與搭接長度有關，其有效承載面積是鋼絲繩芯的“斷面”，根據X射線投影的灰度數據可計算掃描的切片橫截面積，因此搭接長度和切片橫截面積可反映接頭的完好程度，如果存在抽離、斷裂、劃傷、脫膠等故障，能定位該故障位置，并出發報警系統，進行預警。

2.3 防爆裝置的設計

檢測裝置在井下工作，因此對其有防暴要求，根據國標要求對隔爆型X光發射箱、控制箱進行防暴設計。設計選取安全系數k-1.3，設計壓力p-IMpa，材料可選用Q235或Q345，通過強度校核可計算箱體的鋼板厚度。

本安型接收箱內裝有X射線接收板、數據采集板、信號處理傳輸板和電源板，外殼為非隔爆結構，按照國標規定，設計防護等級為IP54。

3 檢測裝置組成及工作過程

該檢測裝置包括X射線發生器、高速X射線探測器、控制器、供電電源及遠程計算機及其它零部件，其組成如圖2所示。

該裝置工作過程：X射線發生器一般安裝在回程皮帶架體上，發出的扇形射線掃描正常運行的鋼絲繩芯輸送帶，探測器的光電轉換模塊感受到射線并最終轉換為數字信號，傳輸到遠程計算機;計算機接收到信號后實時顯示、存儲輸送帶鋼絲繩芯圖像，并通過分析比對做出判斷，給出強度性能分析結果。

4 結論

利用X射線掃描鋼絲繩芯輸送帶，可以實時檢測輸送帶鋼絲繩芯工作狀況，并且可將圖像信息傳輸到遠程終端，通過對鋼絲繩芯圖像進行處理與分析，可以識別其故障并及時報警，顯示直觀、使用方便、準確性高，工作安全可靠。

參考文獻

[1]李現國，苗長云，符祎，楊彥利，礦用輸送帶接頭伸長量計算及故障檢測方法[J].煤炭科學技術，2015 （03）：82-86.

[2]秦鵬.鋼絲繩芯在線檢測技術的研究與應用[J].煤炭與化工，2014 （05）.

[3]張瑞平，李丈武.張改轉.基于傳感技術的輸送帶接頭在線檢測系統的應用研究[J].煤炭礦技術，2016 （07）.

[4]汪偉紅，礦用鋼絲繩芯輸送帶無損檢測系統的研究[J].煤炭技術，2014 （04）.