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一、產(chǎn)品概況
帶式輸送機(jī)是一種現(xiàn)代化生產(chǎn)中連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，具有運(yùn)量大、運(yùn)距遠(yuǎn)、運(yùn)費(fèi)低、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、裝卸方便、適合于散料運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，與汽車、火車一起成為三大主力工業(yè)運(yùn)輸工具，已廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、港口、電力、冶金、化工等領(lǐng)域。輸送帶是帶式輸送機(jī)牽引和運(yùn)載的關(guān)鍵部件，在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下使用輸送帶老化，載荷量增加，接頭搭接和硫化不好，被廢鋼鐵或煤矸石等異物或障礙物刺傷，帶式輸送機(jī)的安裝調(diào)整不當(dāng)，轉(zhuǎn)載點(diǎn)處落料位置不正造成的負(fù)載不均勻等原因，經(jīng)常產(chǎn)生縱向撕裂、跑偏、表面損傷等表面故障，一旦發(fā)生故障將會(huì)造成重大斷帶、縱向撕裂等安全事故而停產(chǎn)，運(yùn)輸物料的損耗，設(shè)備的損壞，巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。
我國(guó)《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 3467.9—2017）和帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5043-2008）要求帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有縱撕、跑偏等保護(hù)功能。
目前，輸送帶縱向撕裂保護(hù)的主要檢測(cè)方法是通過(guò)壓力、電磁、激光、紅外溫度等傳感器檢測(cè)輸送帶的物料泄露和鋼絲繩或橡膠脫落等狀態(tài)，判斷縱向撕裂故障，其主要檢測(cè)設(shè)備包括漏料檢測(cè)裝置、漁線式檢測(cè)裝置、測(cè)振式檢測(cè)裝置、金屬線圈檢測(cè)器、磁性橡膠檢測(cè)器、壓輥式檢測(cè)器、激光光幕檢測(cè)器、紅外測(cè)溫儀等，存在準(zhǔn)確性和可靠性差、易損壞等缺點(diǎn)，并且在縱向撕裂無(wú)物料泄漏情況下不能檢測(cè)到縱向撕裂故障。另外還有基于激光、紅外線的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)輸送帶縱向撕裂檢測(cè)方法，在輸送帶表面有水情況下輸送帶表面圖像模糊無(wú)法檢測(cè)到縱向撕裂故障，也存在準(zhǔn)確性和可靠性差的缺點(diǎn)。
輸送帶跑偏保護(hù)的主要檢測(cè)方法是在輸送帶兩側(cè)的機(jī)架上安裝二組跑偏開(kāi)關(guān)，輸送帶跑偏時(shí)，推動(dòng)其動(dòng)作臂偏轉(zhuǎn)，觸動(dòng)一組開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；若繼續(xù)偏離到設(shè)定的停機(jī)位置，觸動(dòng)另一組開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制帶式輸送機(jī)停機(jī)，只能檢測(cè)兩個(gè)固定的輸送帶跑偏位置，不能檢測(cè)連續(xù)跑偏位置，無(wú)法判斷跑偏程度，經(jīng)常發(fā)生報(bào)警和停機(jī)現(xiàn)象，影響生產(chǎn)，跑偏開(kāi)關(guān)易損壞，可靠性和準(zhǔn)確性差。由于跑偏故障不能得到有效地檢測(cè)，造成輸送帶縱向撕裂、斷帶、帶式輸送機(jī)損壞等安全事故時(shí)有發(fā)生。輸送帶表面損傷尚無(wú)一種有效的檢測(cè)方法，主要依靠人工檢測(cè)方法。
為了保證帶式輸送機(jī)運(yùn)行的安全，大部分用戶采用人工檢測(cè)方法，該方法是輸送帶運(yùn)行在檢修或驗(yàn)帶速度下，靠人眼觀察輸送帶外部情況來(lái)判斷輸送帶是否存在表面故障，不能在線檢測(cè)，檢測(cè)效率低，影響生產(chǎn)；檢測(cè)工作需要耗費(fèi)大量的工時(shí)及工費(fèi)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；帶式輸送機(jī)空載運(yùn)行，消耗大量電能，花費(fèi)高額電費(fèi)；增加輸送機(jī)起、制動(dòng)次數(shù)和工作時(shí)間，縮短帶式輸送機(jī)及輸送帶的使用壽命；只能根據(jù)觀察輸送帶表面情況人為判斷故障，檢測(cè)準(zhǔn)確率差，易出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。
2010年天津市恒一機(jī)電科技有限公司與天津工業(yè)大學(xué)合作，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NSFC51274150）、天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（13ZCZDGX01000）、天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（12JCZDJC27800）和天津市成果轉(zhuǎn)化接力支持重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（18YFJLCG00060）等支持下，經(jīng)過(guò)八年艱苦的技術(shù)公關(guān)、上千次的實(shí)驗(yàn)，采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)研制了ZJS220(127)型礦用輸送帶縱向撕裂檢測(cè)裝置，獲得了國(guó)家發(fā)明專利、實(shí)用新型專利、軟件著作權(quán)、礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書(shū)等。
該裝置能夠遠(yuǎn)程在線檢測(cè)輸送帶表面運(yùn)行圖像，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和顯示圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理與分析，發(fā)現(xiàn)輸送帶縱向撕裂、跑偏、表面損傷等表面故障，及時(shí)報(bào)警，特別是在檢測(cè)到輸送帶產(chǎn)生縱向撕裂故障時(shí)輸出停機(jī)控制信號(hào)，具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、安裝使用方便、實(shí)時(shí)檢測(cè)、準(zhǔn)確性高、顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)；避免重大縱向撕裂、斷帶安全事故的發(fā)生、設(shè)備的損壞、停產(chǎn)和人員傷亡，減少運(yùn)輸物料的損耗和經(jīng)濟(jì)損失，保證輸送帶安全可靠運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，可廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、港口、電力、冶金、化工等領(lǐng)域，特別適用于煤礦生產(chǎn)中輸送帶表面故障的安全檢測(cè)，已在山西、內(nèi)蒙古和天津等地推廣應(yīng)用，成功解決了帶式輸送機(jī)輸送帶縱向撕裂的難題，受到了用戶的好評(píng)。
二、裝置組成及工作過(guò)程
該裝置是由線陣CCD攝像機(jī)、線形LED光源、以太網(wǎng)、以太網(wǎng)控制器、采集處理交換機(jī)和計(jì)算機(jī)等組成，其組成示意圖如圖1所示。
圖1 裝置組成示意圖
該裝置工作過(guò)程是高亮度線形LED光源發(fā)射的光線照射在輸送帶表面時(shí)產(chǎn)生漫反射光，漫反射光的光強(qiáng)與輸送帶表面特性有關(guān)；每個(gè)線陣CCD攝像機(jī)通過(guò)線掃描感應(yīng)漫反射光，每次掃描攝取與運(yùn)行方向垂直的一行輸送帶表面圖像，通過(guò)以太網(wǎng)接口傳輸給采集處理交換機(jī)；采集處理交換機(jī)利用接收到每個(gè)線陣CCD攝像機(jī)多行輸送帶表面圖像形成其圖像，并通過(guò)圖像拼接算法將多個(gè)線陣CCD攝像機(jī)的圖像拼接在一起形成一幅輸送帶表面圖像，再利用圖像處理、校正算法對(duì)其進(jìn)行處理后通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)利用圖像快速處理算法、故障圖像的特征提取和識(shí)別與定位算法對(duì)輸送帶表面圖像進(jìn)行處理，分析和識(shí)別輸送帶縱向撕裂、跑偏、表面損傷等表面故障，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)給出故障報(bào)警或停機(jī)控制信號(hào)。
ZJS220(127)型礦用輸送帶縱向撕裂檢測(cè)裝置包括KXJ220(127)D礦用隔爆兼本安型電源控制箱、ZHX2048礦用本安型線陣照相機(jī)、DHC14/12L礦用本安型LED照明燈、DHC28/12L礦用本安型LED照明燈、KJJ12礦用本安型交換機(jī)、KJD220(127)(B)礦用隔爆兼本安型計(jì)算機(jī)等，上輸送帶和下輸送帶樣機(jī)分別如圖2（a）、（b）所示。
（a）上輸送帶樣機(jī)
（b）下輸送帶樣機(jī)
圖2 ZJS220（127）型礦用輸送帶縱向撕裂檢測(cè)裝置樣機(jī)
三、裝置的主要功能和優(yōu)勢(shì)
裝置的主要功能：
1. 該裝置能夠利用計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)輸送帶表面圖像，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示輸送帶表面圖像，建立圖像檔案。
2. 該裝置能夠在線分析、識(shí)別輸送帶縱向撕裂故障，在檢測(cè)到輸送帶縱向撕裂故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警，輸出停機(jī)控制信號(hào)，并對(duì)故障定位。
3. 該裝置能夠在線檢測(cè)輸送帶跑偏故障，分析跑偏故障程度，根據(jù)跑偏故障程度輸出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)控制信號(hào)。
4. 該裝置能夠在線檢測(cè)、分析輸送帶表面損傷故障，進(jìn)行故障分類和統(tǒng)計(jì)，形成檢測(cè)報(bào)告，給出表面損傷故障程度。
裝置的主要優(yōu)勢(shì)：
1．自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。獲得發(fā)明專利5項(xiàng)、實(shí)用新型專利11項(xiàng)、軟件著作權(quán)1項(xiàng)；申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
2．技術(shù)先進(jìn)，國(guó)際領(lǐng)先。得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)等項(xiàng)目的支持，率先采用LED光源的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，以及電子、通信、圖像處理、模式識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)出該裝置，克服了激光、紅外線的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)輸送帶縱向撕裂檢測(cè)方法在輸送帶表面有水情況下輸送帶表面圖像模糊無(wú)法檢測(cè)縱向撕裂故障的缺點(diǎn)，引領(lǐng)了輸送帶縱向撕裂無(wú)損監(jiān)測(cè)產(chǎn)品市場(chǎng)。
3．遠(yuǎn)程在線檢測(cè)，圖像質(zhì)量好。采用以太網(wǎng)技術(shù)能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)輸送帶表面圖像，不存在丟幀和圖像不清等現(xiàn)象，圖像真實(shí)、清晰，質(zhì)量好，提高了輸送帶縱向撕裂等故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
4．故障檢測(cè)、定位準(zhǔn)確。采用專利技術(shù)對(duì)輸送帶表面圖像采集、傳輸、處理、故障識(shí)別和分析，表面故障檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%，故障定位采用測(cè)量標(biāo)尺，無(wú)需借助速度傳感器，與輸送帶完全無(wú)接觸，可靠性高，定位準(zhǔn)確。
5．故障檢測(cè)功能強(qiáng)大。能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸送帶表面故障，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示輸送帶表面圖像，建立圖像檔案；檢測(cè)到輸送帶縱向撕裂故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警，輸出停機(jī)控制信號(hào)；在線檢測(cè)輸送帶跑偏故障，分析跑偏故障程度，輸出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)控制信號(hào)；在線檢測(cè)、分析輸送帶表面損傷故障，進(jìn)行故障分類和統(tǒng)計(jì)，形成檢測(cè)報(bào)告，給出表面損傷故障程度。
6．方便組網(wǎng)。該裝置具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，能夠利用現(xiàn)有的環(huán)網(wǎng)將多臺(tái)裝置連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)“一拖多”，形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，方便組網(wǎng)。
7．設(shè)備輕便。線陣照相機(jī)、LED照明燈、交換機(jī)采用本安設(shè)計(jì)，減小了裝置體積和重量。
8．安裝使用方便。采用模塊化結(jié)構(gòu)，拆裝方便，輕便靈活，對(duì)安裝位置要求不高；軟件具有“一鍵完成”功能，可自動(dòng)完成輸送帶表面圖像采集、故障檢測(cè)，安裝使用方便。
9．產(chǎn)品質(zhì)量可靠。2013年第一套裝置投入市場(chǎng)，成為輸送帶縱向撕裂檢測(cè)裝置產(chǎn)品應(yīng)用的開(kāi)拓者，截至2020年，最長(zhǎng)使用時(shí)間已超過(guò)7年，并通過(guò)大量用戶使用驗(yàn)證了產(chǎn)品質(zhì)量，成功解決了帶式輸送機(jī)輸送帶縱向撕裂的難題，受到了用戶的好評(píng)。
四、主要技術(shù)指標(biāo)
1. 可容檢測(cè)輸送帶寬度：0～2.4m；
2. 可容檢測(cè)輸送帶運(yùn)行速度：0～10m/s；
3. 圖像分辨率：2.0mm×2.0mm；
4. 線陣CCD攝像機(jī)行頻：不低于19.5KHz；
5. 線形LED光源正常使用壽命：不小于3萬(wàn)小時(shí)；
6. 線形LED光源的亮度值：10萬(wàn)LUX；
7. 通信方式：以太網(wǎng)；
8. 功耗：小于100W；
9. 工作電源：127V/220V±10%；50Hz ±1%；
10. 工作環(huán)境濕度：小于95%RH；
11. 工作環(huán)境溫度：-30～40℃；
12. 環(huán)境防護(hù)等級(jí)：IP57；
13. 軟件運(yùn)行環(huán)境：Windows XP/NT/9x。
五、應(yīng)用情況及表面故障圖像
該裝置已在山西、內(nèi)蒙古和天津等地推廣應(yīng)用，成功解決了帶式輸送機(jī)輸送帶縱向撕裂難題，受到了用戶的好評(píng)。
該裝置使用的現(xiàn)場(chǎng)照片如圖4所示。
圖4 現(xiàn)場(chǎng)照片
裝置檢測(cè)的縱向撕裂、跑偏和表面損傷故障圖像如圖5所示。
（a）縱向撕裂故障圖像
（b）破損故障圖像
（c）跑偏故障圖像
圖5 輸送帶表面故障圖像
六、裝置所獲證書(shū)
獲獎(jiǎng)證書(shū)
