預(yù)防帶式輸送機(jī)皮帶斷裂裝置的研究

王 艷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)虎龍溝煤業(yè)有限公司營(yíng)銷(xiāo)部， 山西 朔州 038300）

引言

帶式輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域當(dāng)中。由于礦井作業(yè)工作面環(huán)境比較惡劣，輸送機(jī)上皮帶斷裂問(wèn)題時(shí)有發(fā)生[1]，導(dǎo)致輸送機(jī)的支架、減速器、電機(jī)等損壞，更有甚者導(dǎo)致人員傷亡。另一方面皮帶本身的造價(jià)昂貴，一旦遇上皮帶發(fā)生縱向斷裂的情況，則整條皮帶被報(bào)廢處理，煤礦背負(fù)帶來(lái)很大的生產(chǎn)成本。倘若裂紋能夠在初期發(fā)現(xiàn)并妥善處置，煤礦生產(chǎn)成本將會(huì)降低。

1 帶式輸送機(jī)皮帶斷裂原因分類(lèi)

1）鋼繩芯斷裂。鋼繩芯皮帶受到外界沖擊較大時(shí)，則出現(xiàn)鋼繩芯斷裂的情況，降低了皮帶的性能，皮帶最終斷裂報(bào)廢。

2）皮帶跑偏。跑偏問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)在帶式輸送機(jī)上，這會(huì)使得皮帶在一側(cè)堆積，導(dǎo)致與支架刮擦問(wèn)題的產(chǎn)生，這情況如果持續(xù)一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致皮帶斷裂。

3）煤塊劃傷。如果裝載的物料具有較大硬度，且表面尖銳，極有可能降輸送機(jī)皮帶劃傷。

4）物料堵塞。經(jīng)常發(fā)生在溜槽中間，皮帶表面和溜槽下部的空隙。物料堵塞會(huì)使得較大體積的物料卡在溜槽與皮帶當(dāng)中，造成皮帶表面擠壓，導(dǎo)致皮帶斷裂。

2 皮帶防斷裂檢測(cè)裝置

皮帶防斷裂檢測(cè)整個(gè)裝置由三部分構(gòu)成，分為圖像捕捉裝置、檢測(cè)裝置、輔助模塊。如圖1 所示為皮帶防斷裂檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)。

圖1 皮帶防斷裂檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)

3 皮帶防斷裂檢測(cè)裝置的工作原理及流程

3.1 防斷裂裝置的基本工作原理

皮帶防斷裂檢測(cè)裝置工作原理：首先收集得到皮帶表面的圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)算法分析表面圖像，捕獲皮帶表面潛在的小裂紋。如果檢測(cè)到裂紋出現(xiàn)，警報(bào)將會(huì)發(fā)出，并做出自動(dòng)停機(jī)的處理措施。這樣會(huì)截?cái)嘈×鸭y擴(kuò)展為大裂紋的過(guò)程，防止皮帶斷裂的情況發(fā)生。

皮帶防斷裂檢測(cè)裝置中圖像檢測(cè)原理是：在皮帶表面打上激光器發(fā)出的激光，如果皮帶表面激光條紋出現(xiàn)變形，說(shuō)明存在小裂紋，皮帶裂紋的大小可以通過(guò)形變的程度來(lái)反映。如果激光條紋平順的、連續(xù)的說(shuō)明皮帶沒(méi)有裂紋。若激光條紋是跳躍的、斷裂的說(shuō)明皮帶表面有裂紋產(chǎn)生。通過(guò)這個(gè)原理能夠檢測(cè)皮帶表面裂紋。

檢測(cè)結(jié)果的可靠性在于裝置的檢測(cè)精度。圖像檢測(cè)精度從兩個(gè)層面來(lái)說(shuō)，即縱向檢測(cè)精度和橫向檢測(cè)精度。拍攝頻率、圖像長(zhǎng)度決定縱向檢測(cè)精度，保證了拍攝頻率與皮帶運(yùn)行速度協(xié)調(diào)以及足夠長(zhǎng)度的圖像，那么縱向檢測(cè)精度就高。保證了皮帶橫向方向被工業(yè)像機(jī)拍攝的圖像完全覆蓋，那么橫向檢測(cè)精度得到了提高。

3.2 防斷裂裝置基本工作流程

1）圖像捕捉。利用工業(yè)相機(jī)捕捉皮帶表面圖像，由于縱向檢測(cè)精度受圖像捕捉頻率影響較大。所以裝置每秒鐘拍攝30 張皮帶表面圖像來(lái)使得防斷裂裝置的檢測(cè)結(jié)果和精度保持較高可靠性。

2）圖像預(yù)處理。圖像預(yù)處理涉及三方面：首先是轉(zhuǎn)換捕捉到的圖像格式；其次是降噪處理捕獲圖像；最后是激光影像區(qū)域的分割。

3）激光條紋中心的提取。這項(xiàng)工作直接影響檢測(cè)結(jié)果的精度，由于本裝置是以激光條紋中心的分析為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)皮帶表面裂紋情況做出判斷。

4）光條中心特點(diǎn)的分析。光條偏移距離、光條中心曲率以及激光條紋相鄰像素之間的距離等參數(shù)通過(guò)分析激光條紋中心得到，并自行比對(duì)系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)定值，來(lái)得出裂紋是否存在的判斷。

5）判斷結(jié)果響應(yīng)。若檢測(cè)顯示裂紋不存在于皮帶表面，則無(wú)指令發(fā)出。若檢測(cè)裂紋存在于皮帶表面，在對(duì)工作人員發(fā)出警報(bào)提醒同時(shí)停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行。

4 皮帶防斷裂裝置硬件和軟件功能

4.1 防斷裂裝置硬件組成

1）輔助硬件模塊。這部分包括LED 燈光、高壓吹掃機(jī)以及密封罩，起到為圖像捕捉以及處理過(guò)程營(yíng)造良好環(huán)境的功能，皮帶防斷裂效果將會(huì)得到增強(qiáng)。

2）皮帶裂紋檢測(cè)硬件模塊。這部分分為計(jì)算機(jī)和圖像采集卡，計(jì)算機(jī)處理器選用的是英特爾，8 GB內(nèi)存，四核CPU，其高性能可以使得整個(gè)圖像處理過(guò)程的實(shí)時(shí)性有較高保障。圖像采集卡采用MV-1394PC I1394A 型，精度高、速度快是該設(shè)備顯著的特點(diǎn)。

3）皮帶圖像捕捉硬件模塊。這個(gè)硬件由激光器、底座以及工業(yè)相機(jī)等構(gòu)成，激光器和工業(yè)相機(jī)固定于在底座上。激光器運(yùn)用N F-701L-660T-100-75型。保持激光發(fā)射的信號(hào)垂直于皮帶運(yùn)行方向，這樣能夠?yàn)闇y(cè)量皮帶裂紋做好輔助工作[2]。如圖2 為皮帶防斷裂裝置主要硬件實(shí)物圖。

圖2 皮帶防斷裂裝置主要硬件

4.2 防斷裂裝置軟件功能

VC 平臺(tái)是軟件功能實(shí)現(xiàn)的載體，檢測(cè)出的裂紋圖像通過(guò)軟件系統(tǒng)在操作人員面前展現(xiàn)，警報(bào)也可以在同一時(shí)間發(fā)出，做出自動(dòng)停機(jī)操作。如圖3 所示為皮帶防斷裂裝置軟件功能流程圖。在圖中得到，工業(yè)相機(jī)對(duì)皮帶表面圖像進(jìn)行詳細(xì)捕捉，并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，隨后運(yùn)用自帶的算法分析具體的捕捉圖像，檢測(cè)出其中光條偏移距離、光條中心曲率、相鄰像素之間的間距等主要參數(shù)。通過(guò)比對(duì)若存在檢測(cè)出參數(shù)不低于規(guī)定值，那么系統(tǒng)將會(huì)做出該位置存在裂紋的判斷。若產(chǎn)生裂紋存在于皮帶的檢測(cè)，不僅操作人員會(huì)收到相關(guān)圖像，而且會(huì)伴隨警報(bào)的發(fā)出。另外，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出帶式輸送機(jī)停機(jī)指令，停止機(jī)器運(yùn)行，防止裂紋擴(kuò)大甚至皮帶斷裂情況的發(fā)生。該行動(dòng)能夠在30 ms 內(nèi)實(shí)施完畢，實(shí)時(shí)性要求在該裝置中能夠完全保證。

圖3 皮帶防斷裂裝置軟件功能流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)皮帶防斷裂裝置中的裂紋檢測(cè)功能進(jìn)行研究，能夠快速精確地檢測(cè)出皮帶表面的裂紋，有利于工作人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并為問(wèn)題解決提供準(zhǔn)確依據(jù)，這就能夠減少皮帶斷裂的情況發(fā)生，帶式輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性得到了保障，減少了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)成本。

（編輯：王慧芳）