劉本強(qiáng),劉海增,徐 昊

(安徽理工大學(xué), 安徽 淮南 232001)

浮選過程中浮選尾煤灰分作為重要的生產(chǎn)指標(biāo),對實現(xiàn)浮選過程閉環(huán)優(yōu)化控制具有重要意義,但是選煤廠浮選尾煤灰分檢測依然未有有效的方法。在煤泥實際生產(chǎn)過程中,現(xiàn)場多使用人工肉眼來估測灰分,同時用手抓來判斷是否存在跑粗現(xiàn)象[1]. 伴隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷進(jìn)步,計算機(jī)機(jī)器視覺已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,并發(fā)揮了強(qiáng)大的作用,數(shù)字圖像處理技術(shù)也應(yīng)用于選煤廠浮選控制,而且用計算機(jī)機(jī)器視覺檢測尾煤灰分更是一種非常好的非放射性檢測方法[2]. 但是在拍攝過程中發(fā)現(xiàn)尾煤顆粒粘連現(xiàn)象嚴(yán)重,特別是細(xì)煤泥顆粒,對圖像拍攝后識別帶來了較大的影響,基于此,設(shè)計了一種尾煤識別圖像采集裝置。

1 裝置的設(shè)計思路

在拍攝尾煤圖像時發(fā)現(xiàn)相同濃度不同的粒度組成下,圖像有著明顯的差異,對于0.125～0.5 mm粒級煤漿,可以清楚地拍攝到其中的煤顆粒形態(tài),然而隨著粒級的降低,0.074～0.125 mm粒級的成像質(zhì)量變差,0～0.074 mm粒級圖像質(zhì)量很差,給后續(xù)的顆粒粒度測量帶來了較大的困難。也就是說當(dāng)濃度一定時,浮選尾煤中細(xì)顆粒尤其是0.074 mm粒級含量越高,則圖像質(zhì)量越差,越不利于后續(xù)顆粒粒度分析。這主要是因為在相同的濃度即固體物含量時,細(xì)粒級尾煤顆粒數(shù)目要遠(yuǎn)大于粗粒級顆粒數(shù)目,因此煤漿整體的透光性明顯減弱,導(dǎo)致圖像整體偏暗。在當(dāng)前實驗條件下,較難得到清晰的顆粒輪廓;同時由于顆粒之間產(chǎn)生的絮凝和粘連現(xiàn)象,給基于圖像法測量顆粒粒度帶來了較大的誤差和影響。

針對這種顆粒粘連現(xiàn)象,亟待設(shè)計一種實時檢測裝置對尾煤顆粒進(jìn)行分散處理,從而克服尾煤識別過程中,因拍攝照片時尾煤粘連帶來的噪聲影響識別效果。

2 裝置結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

尾煤識別圖像采集裝置見圖1,該裝置主要由計算機(jī)控制部分、尾煤去粘連部分、圖像拍攝部分、傳送裝置部分組成。其中,尾煤去粘連部分主要由3根鐵絲和電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸連接孔兩部分組成,圓形鐵片內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2.

1—尾礦槽;2—傳送裝置;3—雙面篩;4—尾煤去粘連部分;5—可升降支架;6—聯(lián)軸器;7—鐵絲固定圓形鐵片;8—旋轉(zhuǎn)軸;9—光源;10—電機(jī)固定平臺;11—電機(jī)固定安裝座;12—調(diào)速電機(jī);13—圖像拍攝部分;14—相機(jī);15—計算機(jī);16—PLC控制圖1 尾煤識別圖像采集裝置圖

1—細(xì)鐵絲;2—電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸連接孔圖2 圓形鐵片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

尾煤去粘連部分主要由雙面篩、鐵絲固定圓形鐵片、升降支架、調(diào)速電機(jī)等組成。尾煤去粘連部分為了可以自動調(diào)節(jié)電機(jī)固定平臺的高度,方便控制鐵絲固定圓形鐵片的位置,在雙面篩通過傳送裝置運動到鐵絲固定圓形鐵片下時,通過控制可升降支架調(diào)節(jié)與雙面篩的距離,方便在電機(jī)帶動圓形鐵片轉(zhuǎn)動時分開粘連在一起的尾煤顆粒。

傳送裝置部分主要由電動機(jī)、循環(huán)泵、雙面篩等組成。電動機(jī)和循環(huán)泵為整體裝置提供所需動力;自動翻轉(zhuǎn)的雙面篩方便尾煤接取和篩面粒度尺寸選擇,節(jié)省時間。

計算機(jī)控制部分主要由PLC控制器和計算機(jī)平臺組成。其功能除了進(jìn)行傳送裝置開關(guān)調(diào)試控制外,還需要在雙面篩完成拍攝流程后對其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)邏輯控制。

圖像拍攝部分考慮到實際現(xiàn)場中各種不可抗拒的環(huán)境會造成各種噪聲,相機(jī)的選擇直接決定了所采取圖像的質(zhì)量和分辨率,通過對比相關(guān)相機(jī)的幾個參數(shù)(見表1),最終選擇了Prosilica gc2450c種類的相機(jī),該種類的相機(jī)具有高分辨率、高速度和低噪聲的特點。

表1 工業(yè)相機(jī)參數(shù)對比表

2.2 工作原理

如圖1所示,先把所需粒徑的雙面篩固定在傳送裝置上,然后PLC控制傳送裝置開始移動,當(dāng)雙面篩進(jìn)入溢流堰后開始控制雙面篩的移動速度,確保雙面篩在出溢流堰時可采取到足夠的尾煤樣,當(dāng)雙面篩移動到尾煤去粘連裝置下方時停止移動,開啟此部分裝置的工作。該部分裝置的整體工作原理為可升降支架焊接在電機(jī)固定平臺上,調(diào)速電機(jī)通過電機(jī)固定安裝座固定在電機(jī)固定平臺上,調(diào)速電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器連接旋轉(zhuǎn)軸,旋轉(zhuǎn)軸連接在旋轉(zhuǎn)軸連接器上,旋轉(zhuǎn)軸連接器焊接在鐵絲固定圓形鐵片上,細(xì)鐵絲焊接在鐵絲固定圓形鐵片上,篩子固定軸一頭焊接在可升降支架上,一頭固定在篩子上,調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動鐵絲固定圓形鐵片轉(zhuǎn)動從而帶動細(xì)鐵絲對篩面上尾煤的均分,可升降支架可以改變鐵絲平臺的高度以此來改變調(diào)速電機(jī)與轉(zhuǎn)軸的高度進(jìn)而改變細(xì)鐵絲與篩面的高度。在對尾煤粘連現(xiàn)象處理后,雙面篩將繼續(xù)移動,當(dāng)移動到相機(jī)下方時,再次停止移動,這時相機(jī)開始拍攝尾煤,然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理。裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.

圖3 裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

3 特點與工作要求

1) 采樣篩是雙面篩,雙面篩不僅能雙面輪流翻轉(zhuǎn)采集煤樣,而且在翻轉(zhuǎn)后還可以借助溢流堰上流下來的水對雙面篩上殘留的煤樣進(jìn)行清洗。

2) 整套傳送裝置和雙面篩均采用不銹鋼材質(zhì)制作,光滑不易粘料,避免因與尾煤槽中的煤泥接觸時間較長而使裝置發(fā)生故障。

3) 在尾煤去粘連部分中的鐵絲固定圓形鐵片上,因為要分散的對象是粒度很小的尾煤,所以選擇半徑很小的細(xì)鐵絲,而細(xì)鐵絲在轉(zhuǎn)動時會遇到尾煤帶來的阻力發(fā)生彎曲現(xiàn)象,所以在鐵絲的另一端加上了一圈鐵皮,固定鐵絲的同時也避免了彎曲的情況。

4) 選用雙面篩進(jìn)行尾煤運輸提取,在獲得尾煤樣的同時還能夠控制煤樣的粒徑,為后期進(jìn)行圖像處理提供了便利。

5) 選擇調(diào)速電機(jī),因為每次雙面篩所接煤樣的粘連度不同,需要根據(jù)實際情況調(diào)速控制鐵絲的轉(zhuǎn)速,實際轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)尾煤顆粒的大小與煤粒的粘連程度來確定。在實驗階段,若拍攝照片煤粒粘連的情況過多,需要人工改變轉(zhuǎn)速。

6) 當(dāng)雙面篩進(jìn)入到溢流堰時要控制雙面篩在溢流堰中的移動速度,保證接到的尾煤樣不能太多和太少,否則拍出的照片達(dá)不到效果。

4 應(yīng)用效果分析

為了了解裝置的拍攝及圖片情況,在實驗室模擬現(xiàn)場工作環(huán)境采集了50組照片,由于采集時圖像的清晰度問題,對采集圖像進(jìn)行了圖像增強(qiáng)等一系列的預(yù)處理操作后得到特征明顯的圖像,并在這50組照片中選擇了特征最為明顯的同一煤種,同一狀態(tài)下的兩組圖像進(jìn)行分析對比。實驗結(jié)果圖見圖4.

圖4 實驗結(jié)果對比圖

由圖4可觀察到手動采集的尾煤樣明顯粘連現(xiàn)象比較嚴(yán)重,煤粒之間間距比較近,而且數(shù)目較多,對圖像識別帶來了難度,但是經(jīng)過該裝置處理后煤粒的個數(shù)變少了,而且顆粒之間的粘連大部分得到了分離,達(dá)到了一定的拍攝效果。

5 結(jié) 論

尾煤識別圖像裝置中雙面篩的傳動裝置的設(shè)計解決了圖像識別煤樣在溢流堰難以提取的問題,尾煤去粘連部分的裝置一定程度上克服了在尾煤圖像獲取時煤樣粘連現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。此裝置把自動控制和計算機(jī)視覺相互結(jié)合,在一定程度上解決了機(jī)器視覺檢測尾煤的相關(guān)特征時出現(xiàn)的一些外在影響因素,降低了在尾煤圖像識別拍攝過程中因顆粒粘連帶來的誤差。