СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА СЫРЬЯ Российский патент 2023 года по МПК G01N15/02 

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения параметров, в том числе объема сыпучих материалов, в частности угля, и может применяться на горно-обогатительных комбинатах и шахтах.

Известен «Способ контроля объемного расхода материала, транспортируемого на ленточном конвейере в буроугольной шахте, для определения состояния загрузки конвейера, включает проверку объемного расхода при изменениях и сигнализацию, когда расход не изменяется в течение определенного периода времени» DE 102009055952 [1], включающий этапы: сканирование контура транспортных средств конвейерной системы в пустом состоянии с помощью сканирующего устройства, сохранение значений, определенных для пустого состояния в блоке обработки, сканирование контура средства транспортировки конвейерной системы во время работы системы транспортировки, - определение объемного расхода на транспортной системе путем сравнения контура транспортирующих средств транспортной системы в порожнем состоянии с контуром конвейера конвейерной системы в работе с учетом текущей скорости конвейера.

Недостатком способа является необходимость знания точной скорости перемещения конвейера, что существенно ограничивает область применения способа.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Метод детектирования подачи угля» CN 112945323 [2], включающий получение видеоизображения, когда конвейерная лента пуста, обработку видеоизображения при движении без нагрузки и получение дуги поперечного сечения при отсутствии нагрузки на конвейерную ленту и дуги поперечного сечения при отсутствии нагрузки на конвейерной ленте;

Получение видеоизображения при загрузке конвейерной ленты углем;

Обработка видеоизображения при загрузке угля и получение контурной линии на поперечном сечении конвейерной ленты;

Расчет площади поперечного сечения по верхнему и нижнему контурам поперечного сечения.

Недостатком известного способа является невозможность получения информации о величине потока при неравномерности движения, например, при движении потока угля через виброгрохот, что приводит к существенному снижению точности определения объема угля.

Технический результат - повышение точности определения объема прошедшего через виброгрохот сырья, например, угля, получение гранулометрических данных, расширение области применения.

Технический результат достигается тем, что: способ определения объема сырья, включающий загрузку транспортировочного устройства, получение видеоизображения с помощью видеокамеры, установленной над транспортировочным устройством, и передачу полученного видеоизображения в блок обработки информации, установку измерителя профиля высоты материала на несущей поверхности транспортировочного устройства, выход которого соединен с входом блока вычисления объема, характеризуется тем, что видеокамера, установленная над потоком сырья, передает изображение на устройство выделения контуров объектов, изображение с выделенными контурами поступает как на блок запоминания предыдущего кадра, так и на блок определения перемещения контуров, блок определения перемещения контуров передает информацию в блок суммирования перемещений в каждой зоне, определяя среднюю скорость перемещения потока, информация от блока лазерного дальномера, определяющего среднюю высоту сырья в каждой зоне, перемножается с информацией от блока суммирования перемещений контуров, при этом определяется объем сырья, прошедшего через каждую зону посредством блока определения объема.

Измеритель профиля высоты потока может быть выполнен на основе лазерного дальномера, использующего видимый свет, например, красный, что позволит визуально контролировать работу. Лазеры видимого света хорошо работают с углем.

Измеритель профиля и измеритель перемещений могут быть выполнены трехполосными, установленными над тремя зонами. Разделение потока на три зоны позволит дополнительно повысить точность определения объема сырья.

Осуществление изобретения:

На фиг.1 показано взаимодействие основных элементов при осуществлении способа, на фиг.2 оригинальное изображение сырья, на фиг.3 соответствующая маска, на фиг.4 границы средних и крупных фрагментов сырья, где:

1 – видеокамера;

2 – устройство выделения контуров объектов;

3 – блок запоминания контуров предыдущего кадра;

4 – блок определения перемещений контуров;

5 – блок лазерного дальномера;

6 – блок суммирования перемещений контуров;

7 – блок определения объема.

Способ осуществляют следующим образом:

Камера 1, установленная над потоком сырья (например, угля), передает изображение на устройство выделения контуров объектов 2. Изображение с выделенными контурами поступает как на блок запоминания предыдущего кадра 3, так и на блок определения перемещения контуров 4. Блок определения перемещения контуров передает информацию в блок суммирования перемещений в каждой зоне 4, определяя среднюю скорость перемещения потока. Информация от блока лазерного дальномера 5, определяющего среднюю высоту сырья в каждой зоне, перемножается с информацией от блока суммирования перемещений контуров 6, при этом определяется объем сырья, прошедшего через каждую зону посредством блока определения объема 7.

Применение сканирующего лазерного дальномера, использующего красный свет излучения позволяет визуально контролировать процесс измерения высоты насыпи сырья, например, угля и повысить точность измерения благодаря стабильным оптическим свойствам угля в видимом диапазоне.

При разделении на потоки блок суммирования общего объема (не показан) суммирует весь объем с трех или более потоков за определенное время и выводит на устройство отображения информации (не показано). Разделение на потоки повышает точность определения объема благодаря отслеживанию и учету локальной неравномерности потока сырья на поверхности виброгрохота. Разделение потока на три зоны позволяет достичь максимальной точности определения суммарного объема сырья.

В состав блока обработки информации может входить вычислитель гранулометрического состава сырья, например, угля, что позволит получить дополнительные данные и дополнительно расширить применение способа.

Блок обработки информации может дополнительно содержать блок оценки качества изображения, что позволит своевременно устранять запыление оптической части, также принимать меры по обеспыливанию пространства над вибогрохотом, что может дополнительно расширить область применения способа.

Способ реализуется следующим образом:

Основное в предлагаемом способе – устройство выделения контуров объектов – фрагментов сырья (контуров камней угля) при обработке видеоизображения.

Для решения задачи было собрано 300 изображений угля разрешением 1640x1640 точек. Для определения гранулометрического состава необходимо произвести сегментацию каждого фрагмента угля по отдельности. Далее, для полученных камней угля определяются размеры.

Для решения сегментационной задачи были исследованы решения с использованием нейронных сетей. При использовании методов нейронных сетей существует несколько вариантов решения сегментационной задачи:

семантическая сегментация (semanticsegmentation) на 2 класса - краевые области и области самих камней,

сегментация экземпляра (instancesegmentation).

Для обучения нейронной сети необходимо подготовить набор данных - сегментационные маски для каждого из камней. Для разметки данных использовался VGG Annotator [28]. Для оценки качества предложенного решения были получены сегментационные маски всех видов камней изображении. На основе размеченных данных происходило обучение нейронной сети. При обучении использовались аугментации изображений: произвольное взятие области размера 256х256, различные аффинные и перспективные преобразования.

Для семантической сегментации были протестированы сверточные нейронные сети с архитектурами UNet, DeeplabV3, FPN с различными энкодерами (Resnet51, EfficientNet-B0, EfficientNet-B1), предобученными на imagenet. После чего происходило обучение на два класса: границы и объект. При этом, вес используемый в функции потерь (CrossEntropyLoss) для граничного класса брался в 5 раз больше, чем для объектного класса, т.е штраф за неверное предсказание границы был в 5 раз больше. Это связано с около-пиксельной толщиной границ, и, следовательно, попытками игнорирования этих областей.

Для семантической сегментации была выбрана сеть с архитектурой UNet. Получившаяся сегментационная маска границ и камней для получения размеров каждого из камней обрабатывалась с помощью метода поиска внешних контуров. Определение размеров камней происходило путем взятия длины диагонали, при этом происходил анализ ширины, высоты и площади для исключения длинных, но узких камней. После чего строилась гистограмма по полученным размерам фракции.

Технический результат - повышение точности определения объема сырья, например, угля достигается тем, что анализируется реальное перемещение объектов, что при условиях виброгрохота или иного нелинейного перемещения угля или другого сырья дает более точную картину перемещения массива сырья. Расширение области применения достигается тем, что возможно измерение объема сырья при нелинейном движении частиц, например, угля, при перемещении частиц в потоке жидкости, псевдоожиженном слое и т.д. Расширение области применения также достигается тем, что становится возможным бесконтактное измерение гранулометрического состава сырья, например, угля, что крайне важно в некоторых применениях.

Промышленная применимость.

Предлагаемое устройство может осуществляться посредством известных и широко распространенных устройств.

Использование: для определения объема сырья. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют загрузку транспортировочного устройства, получение видеоизображения с помощью видеокамеры, установленной над транспортировочным устройством, и передачу полученного видеоизображения в блок обработки информации, установку измерителя профиля высоты материала на несущей поверхности транспортировочного устройства, выход которого соединен с входом блока вычисления объема, при этом видеокамера, установленная над потоком сырья, передает изображение на устройство выделения контуров объектов, изображение с выделенными контурами поступает как на блок запоминания предыдущего кадра, так и на блок определения перемещения контуров, блок определения перемещения контуров передает информацию в блок суммирования перемещений в каждой зоне, определяя среднюю скорость перемещения потока, информация от блока лазерного дальномера, определяющего среднюю высоту сырья в каждой зоне, перемножается с информацией от блока суммирования перемещений контуров, при этом определяется объем сырья, прошедшего через каждую зону посредством блока определения объема. Технический результат: повышение точности определения объема сырья, а также расширение области применения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения объема сырья, включающий загрузку транспортировочного устройства, получение видеоизображения с помощью видеокамеры, установленной над транспортировочным устройством, и передачу полученного видеоизображения в блок обработки информации, установку измерителя профиля высоты материала на несущей поверхности транспортировочного устройства, выход которого соединен с входом блока вычисления объема, отличающийся тем, что видеокамера, установленная над потоком сырья, передает изображение на устройство выделения контуров объектов, изображение с выделенными контурами поступает как на блок запоминания предыдущего кадра, так и на блок определения перемещения контуров, блок определения перемещения контуров передает информацию в блок суммирования перемещений в каждой зоне, определяя среднюю скорость перемещения потока, информация от блока лазерного дальномера, определяющего среднюю высоту сырья в каждой зоне, перемножается с информацией от блока суммирования перемещений контуров, при этом определяется объем сырья, прошедшего через каждую зону посредством блока определения объема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеритель профиля высоты потока выполнен на основе сканирующего лазерного дальномера, использующего красный свет излучения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеритель профиля высоты и измеритель перемещения фрагментов сырья выполнены трехполосными.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок обработки информации дополнительно содержит вычислитель гранулометрического состава угля.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок обработки информации дополнительно содержит блок оценки качества изображения.