КОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАЛКОВОЙ ДРОБИЛКИ Российский патент 2018 года по МПК B02C25/00 B02C4/00 

Область техники

Изобретение относится к контрольному устройству для контроля поверхности валка валковой дробилки. Изобретение также относится к валковой дробилке высокого давления, сортировочному устройству, применению контрольного устройства, способу контроля поверхности валка валковой дробилки и к компьютерной программе.

Предпосылки создания изобретения

При дроблении или измельчении камней, руды, цементного клинкера и других твердых материалов можно использовать валковые дробилки, содержащие два параллельных валка, которые вращаются в противоположных направлениях и отделены зазором. Измельчаемый материал подается в этот зазор самотеком или с помощью заслонки. Один из типов валковой дробилки называют шлифовальными валками высокого давления или валковыми дробилками высокого давления. В этом типе валковой дробилки используется способ, называемый межчастичным дроблением. Согласно этому способу материал измельчается не только дробящими поверхностями валков, но и частицами самого дробимого материала, отсюда и название - «межчастичное дробление». Преимущество межчастичного дробления состоит в том, что можно достичь эффективного дробления даже до очень малого размера частиц при уменьшении расхода энергии по сравнению со многими другими способами дробления.

В процессе дробления или измельчения наружные поверхности валков подвергаются чрезвычайно большим напряжениям, что, помимо прочего, ведет к их сильному износу. Известно, что противостоять этому износу можно путем профилирования и покрытия поверхностей валка, подвергаемых износу. Один известный прием заключается в том, что наружные поверхности валков снабжают шипами, которые являются более износостойкими и подходят для создания и поддержания аутогенной износостойкой поверхности. Однако из-за больших напряжений, действующих на вращающиеся валки, даже износостойкие шипы, вставленные в участки поверхности, в конечном счете истираются, ломаются или даже выпадают и их нужно заменять. Поэтому необходим контроль валков для определения, изношены ли шипы и когда их необходимо заменить.

В ЕР 509809 описан способ контроля износа круглой цилиндрической поверхности валка дробилки или шлифовальной машины. В этом способе периферийную поверхность валка сканируют в разных местах по его длине для получения фактических значений расстояния от поверхности валка до базовой точки. Полученные значения сравнивают с соответствующими заданными значениями расстояния для определения отклонения фактических значений расстояния от заданных значений.

Недостаток указанного способа заключается в том, что для него требуется устройство, содержащее большое количество элементов, некоторые из которых должны быть подвижными. Это делает устройство дорогим, а способ сложным.

Сущность изобретения

Целью изобретения является усовершенствование указанного способа и известных технических решений. Более конкретно, целью изобретения является создание контрольного устройства для контроля поверхности валка валковой дробилки, которое является более экономичным и менее сложным, чем известные устройства. Кроме того, цель изобретения состоит в том, чтобы предложить валковую дробилку высокого давления, сортировочное или аналогичное устройство, применение контрольного устройства, способ контроля поверхности валка валковой дробилки и компьютерную программу.

Эти и другие цели, а также преимущества изобретения, которые станут очевидны из последующего описания, достигнуты в контрольном устройстве для контроля поверхности валка валковой дробилки, выполненном согласно независимому пункту формулы изобретения.

Согласно первому аспекту, эти и другие цели достигнуты, полностью или по меньшей мере частично, в контрольном устройстве для контроля поверхности валка валковой дробилки, содержащем световой излучатель для проецирования линии на поверхность валка, устройство захвата изображения участка поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии, и процессорный блок для обработки изображения с целью получения информации о поверхности. Контрольное устройство содержит ограниченное количество элементов и поэтому является менее сложным и дорогим, чем другие контрольные устройства, имеющиеся сегодня на рынке. Другое преимущество по сравнению с известными устройствами состоит в том, что захватывается изображение поверхности валка по меньшей мере с частью спроецированной линии. Это изображение можно использовать не только для определения расстояния между точкой на поверхности валка и эталонной точкой, но и для определения яркости точки на поверхности валка, цвета такой точки или даже ее температуры. Информацию о поверхности можно использовать, например, для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов и/или дефекта или отсутствия фланцев. Информацию о поверхности можно использовать также для получения ее профиля, чтобы способствовать определению износа. Профиль поверхности включает как поверхность валка, так и все расположенные на ней шипы.

Световой излучатель может представлять собой лазер, а устройство захвата изображения может быть датчиком фотокамеры. Такой вариант осуществления изобретения является предпочтительным. Лазер и датчик фотокамеры представляют собой точные устройства, простые в пользовании.

Устройство захвата изображения может быть выполнено с возможностью захвата изображения валка при его вращении, при этом указанное устройство выполнено с возможностью захвата множества изображений поверхности в течение одного оборота валка. Таким образом осуществляется обзор всей поверхности валка, в то время как валковая дробилка еще находится в работе.

Контрольное устройство может дополнительно содержать детектор для определения углового положения валка. Когда детектор определил угловое положение валка, процессорный блок может установить связь между угловым положением, определенным детектором, и изображением, захваченным устройством захвата изображения. Таким образом, в изображении можно указать точный участок поверхности валка и использовать его для определения информации о поверхности.

Контрольное устройство может также содержать память для хранения заданного представления поверхности валка. Заданное представление соответствует поверхности валка в нерабочем состоянии, когда износ отсутствует. Заданное представление может, например, иллюстрировать поверхность абсолютно нового валка, валка после ремонта или нового или отремонтированного валка после его непродолжительной работы.

Процессорный блок может быть выполнен с возможностью хранения множества изображений поверхности валка, захваченных при его различных угловых положениях, и формирования текущего представления поверхности валка с использованием захваченных изображений. С помощью текущего представления можно установить текущее рабочее состояние поверхности валка. Представление как заданное, так и текущее может быть обзором всей поверхности валка, которая определяется с помощью множества изображений, полученных устройством захвата изображения.

Процессорный блок может быть выполнен с возможностью сравнения текущего представления поверхности валка с заранее заданным представлением поверхности валка. В результате такого сравнения можно установить, нужен ли ремонт поверхности валка или ее участков. Например, сравнивая вычисленные характеристики, полученные из изображений в течение некоторого времени, можно обнаружить отсутствие шипа, изношенный шип или поврежденный шип, который нужно заменить. Для сравнения изображения, иллюстрирующего заданное представление поверхности валка, и изображения, иллюстрирующего текущее представление поверхности валка, может быть использовано большое количество различных параметров, включающих, например, расстояние, яркость, цвет или температуру. Поэтому процессорный блок может быть выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного параметра из группы, включающей смещение первой точки на поверхности валка от эталонной точки, яркость первой точки на поверхности валка, цвет первой точки на поверхности валка и температуру точки на поверхности валка. Смещение первой точки от эталонной точки может представлять собой высоту этой первой точки над уровнем окружающей поверхности валка. Эталонная точка в общем представляет собой точку на изображении, соответствующую уровню окружающей поверхности валка. Таким образом, когда валок абсолютно новый и не работал, эталонная точка может находиться на поверхности тела валка, а когда валок работал и на поверхности тела валка между шипами образовался аутогенный слой, эталонная точка может быть на поверхности аутогенного слоя.

Согласно второму аспекту изобретения, предложена валковая дробилка высокого давления, содержащая два валка и по меньшей мере одно контрольное устройство с описанными выше признаками.

Согласно третьему аспекту изобретения, предложено сортировочное устройство, содержащее два валка и по меньшей мере одно контрольное устройство с описанными выше признаками. Каждый валок содержит множество зубьев, которые при работе проходят между соответствующими зубьями противоположного валка сортировочного устройства.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предложено применение контрольного устройства, имеющего описанные выше признаки, для определения износа поверхности валка валковой дробилки. Контрольное устройство может также использоваться для определения отсутствия изнашиваемого элемента в месте на поверхности валка дробилки, где предусмотрено наличие такого изнашиваемого элемента.

Согласно пятому аспекту изобретения, предложен способ контроля поверхности валка валковой дробилки, включающий следующие операции: проецирование световой линии на поверхность валка, захват изображения участка поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии, и обработку этого изображения для определения информации о поверхности. Способ включает лишь немного операций и является экономичным и простым. Другое преимущество способа состоит в том, что изображение поверхности валка захватывают вместе по меньшей мере с частью спроецированной линии. Изображение можно использовать не только для определения расстояния между точкой на поверхности валка и эталонной точкой, но и для определения яркости точки на поверхности валка, цвета точки на поверхности валка или даже температуры точки на поверхности валка. В свою очередь, эту информацию можно использовать для получения информации о поверхности валка, например об износе износостойкого шипа, наличии в нем других дефектов или об отсутствии шипа, и, следовательно, о необходимости его замены.

Операцию захвата изображения участка поверхности валка можно повторять несколько раз во время вращения валка, чтобы захватить множество изображений поверхности валка в течение одного его оборота. При этом обеспечивается обзор всей поверхности валка, когда дробилка еще работает.

Способ может дополнительно включать операции определения углового положения валка и установления связи между полученным угловым положением и захваченным изображением участка поверхности. Таким образом, на изображении можно указать точный участок поверхности валка и использовать это для определения информации о поверхности.

Способ может дополнительно включать операцию хранения заданного представления поверхности валка, которое иллюстрирует поверхность неработавшего валка, когда износ его поверхности отсутствует. Как сказано выше, заданное представление может также иллюстрировать поверхность валка после его ремонта или когда новый или отремонтированный валок работал недолго.

Способ может дополнительно включать операции хранения множества изображений поверхности валка, захваченных при его различных угловых положениях, и формирования текущего представления поверхности валка с помощью захваченных изображений. Используя текущее представление, можно установить текущее рабочее состояние поверхности валка.

Способ может дополнительно включать операцию сравнения текущего представления поверхности валка с заданным представлением поверхности валка. В результате этого сравнения можно установить, требуется ли ремонтировать поверхность валка; например, можно обнаружить отсутствие или износ шипа и необходимость его замены. Для сравнения изображения, иллюстрирующего заданное представление поверхности валка, с изображением, иллюстрирующим текущее представление поверхности валка, можно использовать большое количество различных параметров, например расстояние, яркость, цвет или температуру. Поэтому способ может дополнительно включать операцию определения по меньшей мере одного параметра из группы, включающей смещение первой точки на поверхности валка от эталонной точки, яркость первой точки на поверхности валка, цвет первой точки на поверхности валка и температуру точки на поверхности валка. Как указано выше, смещение первой точки от эталонной точки может представлять собой высоту этой первой точки над уровнем окружающей поверхности валка. Эталонная точка, в общем, представляет собой точку на изображении, соответствующем уровню окружающей поверхности валка. Таким образом, когда валок совсем новый и не работал, эталонная точка может находиться на поверхности тела валка, а если валок работал и на поверхности тела валка между шипами образовался аутогенный слой, то эталонная точка может быть точкой на поверхности аутогенного слоя.

Согласно шестому аспекту изобретения, предложена компьютерная программа, содержащая программный код, предназначенный для выполнения способа, включающего указанные выше признаки, при прогоне этой программы в компьютере или процессоре.

Как правило, термины, использованные в формуле изобретения, нужно трактовать согласно их общепринятому значению в данной области техники, если не указано иное. Все ссылки на элемент, устройство, компонент, средство и т.д. трактуются широко, т.е. относятся по меньшей мере к одному примеру выполнения этого элемента, устройства, компонента, средства и т.д., если не сформулировано иначе. Операции любого описанного здесь способа не обязательно выполняются точно в указанном порядке, если явно не оговорено иное.

Понятие «содержащий» и производные от него слова не исключают возможности наличия, помимо перечисленных, других, дополнительных, элементов, устройств или операций.

Термин «контрольное устройство» охватывает всю систему контроля. То есть, контрольное устройство содержит по меньшей мере световой излучатель, устройство захвата изображения и процессорный блок. Контрольное устройство может дополнительно содержать детектор углового положения и память. Элементы, входящие в контрольное устройство, могут находиться в едином устройстве или могут быть отделены друг от друга и находиться в разных местах.

Краткое описание чертежей

Указанные выше и другие цели, особенности и преимущества изобретения станут понятнее из подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления, не ограничивающих объем изобретения, и чертежей, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями, при этом:

на фиг. 1 показан вид в перспективе валка известной валковой дробилки и

на фиг. 2 показан валок согласно фиг. 1, снабженный контрольным устройством согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 изображен валок 1 известной валковой дробилки (не показана), имеющий множество износостойких шипов 2, имеющих большой возможный срок службы даже при воздействии больших сжимающих нагрузок. Внутренняя в радиальном направлении часть каждого шипа прочно прикреплена к валку или к покрытию валка.

На фиг. 2 показан изображенный на фиг. 1 валок 1, снабженный контрольным устройством 3, предназначенным для контроля поверхности валка 1 согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Контрольное устройство 3 содержит световой излучатель 4, способный проецировать линию 5 на поверхность валка 1, устройство 6 захвата изображения, предназначенное для захвата изображения участка поверхности валка 1, включающего по меньшей мере часть проецированной линии 5, и процессорный блок 7, предназначенный для обработки изображения для определения информации о поверхности. Контрольное устройство 3 также содержит детектор 8 для определения углового положения валка 1 и память 9 для хранения заданного представления поверхности валка 1. Заданное представление иллюстрирует поверхность валка 1 в нерабочем состоянии.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, контрольное устройство 3 работает следующим образом с целью осмотра поверхности валка 1. Устройство 6 захвата изображения захватывает изображения валка 1, когда он делает один оборот. Одновременно детектор 8 определяет угловые положения валка 1. Процессорный блок 7 устанавливает связь между угловым положением валка 1, определенным детектором 8, и каждым изображением, захваченным устройством 6. Затем из изображений поверхности валка 1, захваченных при его различных угловых положениях, формируют текущее представление поверхности валка 1, отражающее текущее рабочее состояние поверхности валка 1. В заключение процессорный блок 7 сравнивает текущее представление поверхности валка 1 с ее заданным представлением, чтобы получить необходимую информацию о поверхности валка 1. Эту информацию используют, например, для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, для обнаружения дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов, для обнаружения дефекта или отсутствия фланцев и/или для получения профиля поверхности, способствующего определению общего износа валка 1. Более конкретно, сравнение текущего представления с заданным представлением выполняют с помощью процессорного блока 7, который вычисляет смещение первой точки на поверхности валка от эталонной точки в каждом из этих двух представлений. Если сравнение показало, что смещения, измеренные для двух представлений, отличаются друг от друга, то поверхность валка 1 считается изношенной. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока не будет осмотрена вся поверхность валка 1. Следует отметить, что измеренные значения диаметра валка 1 и параметров его поверхности можно вычислить множеством способов, используя указанные представления. Кроме того, можно использовать другие способы выявления дефектов на поверхности валка 1, например, путем исследования геометрии валков 1 с использованием указанных представлений.

При контроле обоих валков дробилки можно сравнивать относящиеся к ним данные, чтобы определить необходимую информацию о дробилке.

Когда обнаружен заданный процент износа поверхности валка, процессорный блок может генерировать сигнал тревоги. Когда контрольное устройство используется для обнаружения отсутствия шипа, процессорный блок может генерировать сигнал тревоги, как только будет обнаружено отсутствие или дефект одного шипа или отсутствие или дефект заданного количества шипов. При генерировании сигнала тревоги процессорный блок может выдавать предупреждающий звуковой сигнал, отображать предупреждающее сообщение или даже автоматически выключить дробилку.

Описанный способ можно осуществить с помощью компьютерной программы, содержащей программный код, который при прогоне программы компьютером или процессором обеспечивает осуществление этого способа.

Специалисту очевидно, что возможно множество модификаций описанных вариантов осуществления изобретения в пределах его объема, который определяется формулой изобретения.

Например, анализ поверхности валка 1 можно проводить путем сравнения яркости, цвета или температуры текущего и заданного представлений. Яркость, цвет или температура шипов будут отличаться от яркости, цвета или температуры тела валка и аутогенного слоя, образованного раздробленным материалом, находящимся между шипами.

В варианте осуществления изобретения, описанном выше, световой излучатель представляет собой лазер. Однако могут использоваться другие световые излучатели, испускающие свет другого типа, например свет, невидимый для человека, т.е. инфракрасный свет или ультрафиолетовый свет, при условии, что устройство захвата изображения чувствительно к этому конкретному свету.

Детектор углового положения может быть, например, кодирующим устройством, но может также быть средством, предназначенным для измерения или ввода скорости вращения валка и объединения ее с местоположением эталонной точки на валке.

Заданное представление поверхности валка может быть создано путем ввода координат шипов на не работавшем валке в процессорный блок с формированием карты поверхности валка. Кроме того, заданное представление поверхности валка можно создать путем захвата изображений поверхности валка при его вращении и формирования карты поверхности валка по существу таким же образом, как и при формировании текущего представления поверхности валка. Можно также комбинировать эти подходы так, что изображения поверхности не работавшего валка захватываются и компилируются в изображение всей его поверхности, и в этом изображении маркируются шипы путем ввода их координат в процессорный блок. Таким образом, система может обучаться распознавать шипы в изображении.

Линия может быть спроецирована на поверхность валка из различных мест и в различных направлениях, не обязательно параллельных продольной оси валка. Линия, спроецированная на поверхность валка световым излучателем, не обязательно должна быть прямой. Чтобы анализировать изображения, линия должна быть хорошо очерчена для каждого изображения.

Контрольное устройство может использоваться для контроля фактической поверхности валка, а также элементов поверхности, прикрепленных к поверхности валка, таких как шипы, штыри, зубья, сварные кромки или другие элементы.

Контрольное устройство может содержать несколько светоизлучающих устройств или одно светоизлучающее устройство, проецирующее несколько линий и т.п. на поверхность валка. Если проецируется более одной линии, они могут соответствовать свету одной длины волны или разных длин волн.

Группа изобретений относится к средствам контроля устройств измельчения материалов, а также к валковой дробилке высокого давления и сортировочному устройству, в которых используется контрольное устройство, и способу контроля поверхности валка валковой дробилки. Группа изобретений может быть использована в горнодобывающей промышленности. Контрольное устройство для контроля поверхности валка валковой дробилки содержит световой излучатель для проецирования линии на поверхность указанного валка, устройство захвата изображения для захвата изображения участка указанной поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии, и процессорный блок для обработки указанного изображения для определения информации об указанной поверхности, при этом информация об указанной поверхности используется для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, для обнаружения дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов и/или для обнаружения дефекта или отсутствия фланцев. Валковая дробилка высокого давления содержит два валка и по меньшей мере одно вышеуказанное контрольное устройство. Сортировочное устройство содержит два валка и по меньшей мере одно вышеуказанное контрольное устройство. Способ контроля поверхности валка валковой дробилки заключается в том, что проецируют световую линию на поверхность валка, захватывают изображения участка указанной поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии, и обрабатывают указанное изображение для определения информации об указанной поверхности. При этом информацию об указанной поверхности используют для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, для обнаружения дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов и/или для обнаружения дефекта или отсутствия фланцев. Группа изобретений повышает качество контроля. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Контрольное устройство (3) для контроля поверхности валка (1) валковой дробилки, содержащее:

световой излучатель (4) для проецирования линии (5) на поверхность указанного валка (1),

устройство (6) захвата изображения для захвата изображения участка указанной поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии (5), и

процессорный блок (7) для обработки указанного изображения для определения информации об указанной поверхности, при этом информация об указанной поверхности используется для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, для обнаружения дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов и/или для обнаружения дефекта или отсутствия фланцев.

2. Контрольное устройство (3) по п. 1, в котором световой излучатель (4) представляет собой лазер.

3. Контрольное устройство (3) по п. 1 или 2, в котором устройство (6) захвата изображения представляет собой датчик фотокамеры.

4. Контрольное устройство (3) по п. 1 или 2, в котором информация об указанной поверхности используется для получения профиля поверхности для содействия определению износа.

5. Контрольное устройство (3) по п. 1, в котором устройство (6) захвата изображения выполнено с возможностью захвата изображений валка (1) при его вращении, причем устройство (6) захвата изображения выполнено с возможностью захвата множества изображений указанной поверхности в течение одного оборота валка (1).

6. Контрольное устройство по п. 4, содержащее также детектор (8) для определения углового положения валка (1).

7. Контрольное устройство по п. 5, в котором процессорный блок (7) выполнен с возможностью установления связи между угловым положением, определенным указанным детектором, и изображением, захваченным устройством (6) захвата изображения.

8. Контрольное устройство по п. 5 или 6, содержащее также память (9) для хранения заданного представления поверхности валка.

9. Контрольное устройство по п. 7, в котором процессорный блок (7) выполнен с возможностью хранения множества изображений поверхности валка, захваченных при его различных угловых положениях, и формирования текущего представления поверхности валка с использованием указанных захваченных изображений.

10. Контрольное устройство по п. 8, в котором процессорный блок (7) выполнен с возможностью сравнения указанного текущего представления поверхности валка с заданным представлением поверхности валка.

11. Контрольное устройство по п. 1 или 2, в котором процессорный блок (7) выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного параметра из группы, включающей смещение первой точки на поверхности валка от эталонной точки, яркость первой точки на поверхности валка, цвет первой точки на поверхности валка и температуру точки на поверхности валка.

12. Валковая дробилка высокого давления, содержащая два валка (1) и по меньшей мере одно контрольное устройство (3) по любому из пп. 1-11.

13. Сортировочное устройство, содержащее два валка и по меньшей мере одно контрольное устройство (3) по любому из пп. 1-11.

14. Применение контрольного устройства (3) по любому из пп. 1-11 для определения износа поверхности валка (1) валковой дробилки.

15. Применение контрольного устройства по любому из пп. 1-11 для определения отсутствия изнашиваемого элемента (2) в месте на поверхности валка (1) валковой дробилки, где предусмотрено наличие изнашиваемого элемента (2).

16. Способ контроля поверхности валка валковой дробилки, включающий следующие операции:

проецирование световой линии на поверхность валка,

захват изображения участка указанной поверхности, включающего по меньшей мере часть спроецированной линии, и

обработку указанного изображения для определения информации об указанной поверхности, при этом информацию об указанной поверхности используют для обнаружения дефекта или отсутствия износостойких шипов, для обнаружения дефекта или отсутствия краевых преграждающих элементов и/или для обнаружения дефекта или отсутствия фланцев.